DE3119820A1

DE3119820A1 - Drehzahl-spannungs-wandler

Info

Publication number: DE3119820A1
Application number: DE19813119820
Authority: DE
Inventors: Wolf Ing.(grad.) 7141 Oberriexingen Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-05-19
Filing date: 1981-05-19
Publication date: 1982-12-16
Also published as: FR2506462B1; FR2506462A1; US4482823A; JPS57191555A

Description

31 1332Q

κ. 699 7

8. U. 1981 Mü/Kn

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Drehζahl-Spannurigs-Wandler
Stand der Technik

Die Erfindung geht' aus von einem Drehzahl-Spannungs-Wandler in Verbindung mit der Steuerung oder Regelung von Betriebskenngrößen einer Brennkraftmaschine und einem damit ausgerüsteten Fahrzeug, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Im Zusammenhang mit Fahrzeugen ist die Erfassung'und Verarbeitung von Drehzahlimpulsen von großer -Bedeutung, Hebender einen Brennkraftmaschinensteuerung z.B. bezüglich der Kraft stoffzumessung und der Zündzeitpunktberechnung ist die Drehzahlerfassung auch z.B. für Blockierschutzanlagen erforderlich. Dabei geht es darum, möglichst schnell ein Signal bezüglich der aktuellen Drehzahl zu erhalten.

Gängige Drehzahl-Spannungs-Wandler arbeiten z.B. mit einer im Rhythmus der auftretenden Drehzahlsignale getriggerten monostabilen Kippstufe und ein Analogwert für die Drehzahl ergibt sich dann aus der Mittelung der auftretenden Signale konstanter Dauer.

Auch ein digital arbeitender Drehzahl-Spannungs-Wandler ist "bereits aus der DE-OS 23 36 015 bekannt geworden. Bei diesem bekannten Wandler wird vom Gedanken Gebrauch gemacht, daß die Periodendauer einer Impulsfolge umgekehrt proportional zu ihrer Frequenz ist. Läßt man deshalb einen Zähler nach einer hyperbolischen Funktion von einem hohen Wert abwärts laufen, und beendet man diesen Zählvorgang beim Beginn einer neuen Periode, dann ist der Zählerstand proportional zur Frequenz. Es leuchtet ein, daß das Wandler—Ergebnis um so genauer ist, je besser die Hyperbelfunktion des Abwärtszählvorganges. nachgebildet ist. Dies wiederum erfordert einen nicht unbeachtlichen Aufwand an Schaltungstechnik, so daß.der bekannte Drehzahl-Spannungs-Wandler (genauer gesagt Frequenz-Binär-Zahl-Wandler) für viele Anwendungen zu kostenaufwendig ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Drehzahl-Spannungs-Wandler mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, relativ einfach und damit kostengünstig im Aufbau zu sein und trotzdem für viele Anwendungsfälle zufriedenstellende Ergebnisse zu liefern. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben und erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Arbeitsweise des Drehzahl-Spannungs-Wandlers, Fig. 2 ein Schaltbild des Wandlers, Fig. 3 Impulsdiagramme zum Verdeutlichen der Arbeitsweise des Wandlers und Fig. 'k ein Beispiel für eine Eingangsschaltung des Wandlers.

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Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Das Ausführungsbeispiel betrifft einen Drehzahl-Spannungs-Wandler für eine Anwendung bei der Brennkraftmaschinensteuerung. Figur 1.1 zeigt Drehzahlimpulse, wie sie z.B. von einer Impulsformstufe zur weiteren Verarbeitung abgenommen werden können. Fig. 1.2 verdeutlich das Arbeitsprinzip des DrehzahlSpännungsWandlers. Ersichtlich sind ein periodischer Signalanstieg auf einen maximalen Spannungspegel Um, der dem höchsten erfaßbaren Drehzahlwert entsprechen soll. An jeden Signalanstieg schließt sich eine möglichst hyperbelf örmige Spannungsabsenkung an, deren Verlauf 1/T., d.h. also proportional zur Frequenz erfolgen soll. Am Ende einer Periodendauer T ist dann der jeweilige Spannungspegel proportional dem bestimmten Drehzahlwert.

Wenn auch das exakteste Ergebnis einen hyperbelförmigen Spannungsverlauf erfordert, so hat sich doch in der Praxis oftmals ein exponentieller Spannungsverlauf als ausweichend genau erwiesen. Derartige exponentiele Spannungsverläufe sind bekanntlich mittels RC-Kombinationen relativ leicht zu er-, halten.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drehzahl-Spannungs-Wandlers.

Einer Eingangsklemme 10 schließt sich ein Kondensator 11 an, der wiederum über einen Widerstand 12 mit einer Plus-Leitung 13 und über eine Diode 1U mit der' Basis eines ersten Transistors 15 gekoppelt ist. Emitterseitig liegt dieser Transistor 15 an einer Masseleitung 16, während der Kollektor über einen Widerstand 17 mit der Plus-Leitung 13- gekoppelt ist. Überbrückt ist dieser Widerstand 17 mittels einer Reihenschaltung von

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Widerstand 18 und Diode 19» und der an der Plus-Leitung liegende Widerstand 18 wiederum mit einer Reihenschaltung von Diode 20 und Kondensator 21. Vom Kollektor des Transistors 15 führt außerdem ein Kondensator 23 zu einem an der Plus-Leitung liegenden Widerstand .2k und einer Diode 25, deren Kathode einmal über einen Widerstand 26 mit der Masseleitung i6 und mit der Basis eines Transistors 27 gekoppelt ist. Auch dieser Transistor 27 liegt emitterseitig an der Masseleitung 16, während sein Kollektor über einen Widerstand 28 mit der Basis des Transistors 15, über einen Widerstand-29 mit der Plus-Leitung 13 und über eine Reihenschaltung von Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 30 und eines Widerstandes 31 mit der Plus-Leitung 13 verbunden ist. Die Basis des Transistors 30 steht einmal über einen Kondensator 33 mit der Plus-Leitung 13 und einmal über einen Widerstand 3^· mit der Minus-Leitung 16 in Verbindung. Der Kollektor eines weiteren Transistors 35 ist am Verbindungspunkt von Transistor 30 und Widerstand 31 angeschlossen. Sein Emitter führt über eine Diode 36 und einen Widerstand 37 zur Masseleitung 16 und von der Verbindungsstelle von Diode 36 und Widerstand 37 führt eine Leitung zu einer Ausgangsklemme 39· Schließlich liegt die Basis des Transistors 35 noch an der Verbindungsstelle von Diode 20 und Kondensator 21.

Erklärt wird die Schaltungsanordnung von Fig. 2 zweckmäßigerweise anhand der in Fig. 3 dargestellten Impulsdiagramme.

An der Eingangsklemme 10 stehen Drehzahlimpulse .an, deren negative Flanken zunächst das erste Zeitglied aus Kondensator 11, Widerstand 12 und Transistor 15 triggern, wobei am Kollektor des Transistors 15 je ein positiver Impuls mit einer Zeitdauer t15 abläuft (siehe Fig. 3 II). Die negative Flanke dieses Zeitgliedsignals wiederum bewirkt eine Triggerung des nachfolgenden Zeitgliedes mit dem Kondensator'23, dem.Widerstand 2k und dem Transistor 27 mit einer Zeitdauer t27- Während

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dieser Zeitdauer t27 ist der Transistor 27 gesperrt und der Kondensator 33 nimmt an seinem der Plus-Leitung 13 abgewandtem Ende ein hohes Potential an. Dies geschieht über einen Stromfluß über den Widerstand 29 und die Kollektor-Basis-Diode des Transistors 30 sowie über den Widerstand 31 und die Emitter-Basis-Diode, ebenfalls des Transistors 30. Nach Ablauf der aus Fig. 3 III ersichtlichen Zeitdauer t2T wird der Transistor 27 wieder leiten. Infolgedessen arbeitet der Transistor 30 wieder als Transistor und wirkt als Emitterfolger für den Spannungsverlauf über dem Kondensator 33. Es folgt ein Aufladevorgang des Kondensators in negativer Richtung gemäß einer e-Funktion über den Widerstand 3^. Zum Zeitpunkt T5 hat-dieser Spannungsverlauf einen Wert erreicht, der hinlänglich genau aufgrund der e-Funktion anstelle der Hyperbelfunktion der .augenblicklichen Drehzahl entspricht. Kurz zuvor, zum -Zeitpunkt TU, sperrt jedoch aufgrund des neuen Eingangssignals der Transistor 15 wieder. Über den Widerstand 18 und die bis dahin gesperrte Diode 20 kann der Kondensator 21 jedoch soweit nach Plus aufgeladen werden, bis die Kollektor-Basis-Diode des Transistors 35 leitend wird und die Spannung am Kondensator 21 an denjenigen Wert klammert, der am Emitter der Transistors 30 anliegt und der dem augenblicklichen s-s Spannungswert am Kondensator 33 entspricht. Dies ist in Fig. 3 V dargestellt.

Zum.Zeitpunkt T5 bzw. T2 leitet der Transistor 15 wieder, die Diode 20 sperrt und im Kondensator 21 ist der Spannungswert gespeichert, der der Spannung über dem Kondensator 33 zum Zeitpunkt T5 und damit der momentanen Drehzahl entspricht Die Spannung über dem Kondensator 21 wi"rd von dem jetzt als Emitterfolger wirkenden Transistor 35 abgefragt und steht an •dessen Emitter zu jeden Zeitpunkt als drehzahlproportionale Spannung zur Verfugung.

Die Diode 36 dient lediglich der Temperaturkompensation und der Widerstand 28 zum schnellen Umschalten des Transistors

An der Ausgangsklemme 39 der Schaltungsanordnung von Fig. liegt somit eine Spannung an, die auf die schnellstmögliche Art und Weise irgendwelchen Freq.uenzänderungen zu folgen vermag, da 'immer nur eine einzige Periodendauer zur Drehzahlerfassung ausreicht.

Die Spannung an C21 folgt auch dann U , wenn U _ unter

CjS CO

U _?1 absinkt, was bei Drehzahlverminderung vorkommt. Dies sogar ohne Triggerung, die ja erst beim nächsten Drehzahlimpuls erfolgt. Vorteil: Ein Absinken der Drehzahl wird schnell erkannt.

Figur k zeigt eine vorteilhafte Impulsformerstufe, die zweckmäßigerweise, der Schaltungsanordnung von Fig. 2 vorangestellt wird, um jeweils eine sichere Triggerung des Wandlers zu erreichen.

Diese Impulsformerstufe besteht im wesentlichen aus einem Differenzverstärker J+ 5» dessen Minus-Eingang über eine Reihenschaltung zweier Widerstände ^6 und hf mit einem ersten -Anschlußpunkt eines zweistufigen Spannungsteilers aus den Widerständen 48, ^9 und 50 zwischen der Plus-Leitung und der Minus-Leitung 16 in Verbindung steht, und dessen Plus-Eingang über einen Widerstand 51 am zweiten Anschlußpunkt des Spannungsteilers angeschlossen ist. Die Eingangs-' signale liegen an einer Eingangsklemme 53 an und werden • mittels zweier parallelgeschalteter Dioden 5^- und 55 in ihrer Amplitude begrenzt und 'über einen Kondensator 5.6 auf die Verbindungsstelle der beiden Widerstände hT und 46 eingespeist. Schließlich findet sich noch eine Mitkoppelung bestehend aus einem Kondensator 57 beim Differenzverstärker 4-5 und ein Widerstand 58 vom Plus-Eingang des Verstärkers zur Masseleitung Kj. Ausgangsseitig ist der Verstärker

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mit einer Ausgangsklemme 6θ' gekoppelt, die unmittelbar mit der Eingangsklemme 10 der Schaltungsanordnung von Fig. 2 verbunden sein kann.

Die Signale von einem beliebigen Drehzahlgeber gelangen zum Eingangsanschluß 53 und von dort über den Kondensator 56 zum MinusEingang des Verstärkers 55· Die negative Halbzelle des Gebersignals schaltet den als Vergleicher arbeitenden Verstärker k5 um, wobei über die kapazitive Mitkoppelung eine Zeitfunktion ausgelöst wird, so daß am Ausgang des Verstärkers 1+5 positive Impulse mit einer bestimmten Mindestdauer entstehen. Diese Impulse sind bei entsprechender Dimensionierung des Zeitgliedes so gestaltet, daß sie zur vollständigen Umladung des Eingangskondensators 11■der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ausreichen.

Die obengenannten Schaltungsanordnungen zeichnen sich trotz ihres relativ einfachen Aufbaus durch eine überraschend genaue Funktion aus, wodurch sie sich vor allem für die Großserienproduktion klassifiziert haben. Dabei hat sich bezüglich der technischen Brauchbarkeit als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß bei Absinken der-Drehzahl nicht auf den nächsten Trigger impuls gewartet werden muß, sondern die Ausgangsspannung bereits dann sich ändert, wenn die der alten Drehzahl entsprechende Periodendauer überschritten wird.

Leerseite

Claims

R. ^ 9 a 1 *--

8.k.1981 Mü/Kn

ROBERT BOSCH GMBH,· TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

Drehzahl-Spannungs-Wandler in Verbindung mit der Steuerung oder Regelung von Betriebskenngrößen einer Brennkraftmaschine und einem damit ausgerüsteten Fahrzeug, wobei für die Drehzahl-Spannungs-Wandlung die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drehzahlimpulsen ausgewertet wird und über eine an eine Hyperbel angenährte Kurve zwischen aufeinanderfolgenden Drehzahlsignalen eine drehzahl-abhängige Spannung erhältlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß während der Standzeit eines Zeitgliedes (23,. 26, 27) ein Kondensator (33) entladen und nachfolgend aufgeladen wird, ein Emitterfolger (Transistor 30) den Signalverlauf am Kondensator (33) erfaßt und mit dem nächsten Eingangsimpuls eine erneute Kondensatorentladung .erfolgt.
2. Drehzahl-Spannungs-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (21) für den jeweils
letzten Spannungswert über dem Kondensator (23) vorgesehen ist.
3. Drehzahl-Spannungs-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, · dadurch gekennzeichnet, daß dem Wandler ein Zeitglied
(5T₉ 58) mit einem Differenzverstärker '(^5). zugeordnet ist, dessen "beide Eingangsanschlüsse mit einem mehrstufigen Spannungsteiler (U8, U9, 50) gekoppelt sind
und dessen kapazitive Mitkoppelung als Zeitglied wirkt.