DE2907865C2

DE2907865C2 - Drehwinkel-Erfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE2907865C2
Application number: DE2907865A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Kawakami; Noboru Katsuta Ibaraki Sugiura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-03-01
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1984-05-24
Also published as: US4267470A; JPS54116259A; GB2024428B; JPS6027363B2; GB2024428A; DE2907865A1

Description

gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

b) ein Integrierglied (Ct, Ru, COMi) ist an die Geberspule (3b) angeschlossen,

c) ein Pegeldetektor zum Erzeugen eines ersten SignaSsbei Oberschreiten eines vorbestimmten Schwetienwertes (Vv,) durch das integrierte Signal ist mit seinem Eingang an den Ausgang des Integriergliedes (COMz) angeschlossen,

d) ein Polaritätsdetektor (D₃, COM*) zum Erfassen entweder der positiven oder der negativen Polarität des Wechselspanrungssignals und zum Erzeugen eines zweiten Signals bei Auftreten der erfaßten Polarität im Wechselspannungssignal ist an die Geberspule (3b) angeschlossen,

e) ein an den Pegeldetektor und den Polaritätsdetektor gekoppeltes Verknüpfungsglied (UND₂) zum Erzeugen eines Ausgangssignals bei gleichzeitigem Auftreten sowohl des ersten als auch des zweiten Signals Ή mit dem Ausgang (AUS₂) verbunden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Integrierglied einen Vergleicher (COMΊ) mit zwei mit von der Geberspule (3b) erfaßten Signalen speisbaren Eingängen und einem Ausgang, einen zwischen dem ersten Eingang und dem Ausgang des Vergleichers liegenden Kondensator (G) und einen Widerstand (R^) zum Anlegen einer vorbestimmten Gleichspannung (V_K) an den ersten Eingang des Vergleichers aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegeldetektor zwei emitterseitig miteinander verbundene Transistoren (Q\. Q₂) aufweist, von denen der eine Transistor (Q\) an seiner Basis mit dem Ausgangssignal des Integriergliedes (C\, Ä13, COMi) speisbar ist und mit seinem Kollektor an einer Gleichspannung (Vc₁) liegt, während der andere Transistor (Q₂) mit seiner Basis an einer vorbestimmten Vorspannung liegt und an seinem Kollektor über eine Last (R\$) mit der Gleichspannungsversorgung (V_n) verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Bauelemente (Dt, C₂) zum Ändern des Schwellenwertes (Vh) für den Pegeldetektor CC?i, Qr> Qi) in Entsprechung zum Ausgangssignal (Vx₁) des Intcgricrglicdcs (G. Rx 1. COM₁).

5. Einrichtung nach Anspruch 4. gekennzeichnet durch Bauelemente (Rn, Rk,) zum Einstellen des Schwellenwertes auf ein Gleichspannungspotential bei Absinken des Ausgangssignals des Integriergliedes (Cx, Rx), COMi) unter den Rauschpegel.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehwinkel-Erfassungseinrichtung. Derartige Einrichtungen werden zum Steuern des Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine und insbesondere zum Erzeugen von Signalen synchron mit der Rotation einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine benötigt

Es ist bekannt, daß der Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine die Menge der Abgase und den Kraftstoffverbrauch pro km beeinflußt Zur Realisiei :mg eines optimalen Zündzeitpunkts ist es üblich, einen Zündverteiler zu verwenden, der synchron mit der Brennkraftmaschine umläuft Der Zündzeitpunkt wird durch einen Fliehkraft-Zündversteller und einen Unterdruck-Zündversteller, die beide im Verteiler angeordnet sind, .gesteuert

Da jedoch beide Zündversteller ein mechanisches Steuersystem darstellen, sind sie in bezug auf Genauigkeit und Ansprechvermögen nicht optimal. Es wurde yersucht, diese Nachteile durch die Entwicklung eines elektronischen Steuersystems zu beseitigen. Bei diesem System müssen verschiedene Erfasser vorgesehen sein, die dem Steuersystem zugeführte Informationen erfassen, und einer davon dient zum Erfassen des Drehwinkels der Kurbelwelle.

Ein bekannter Drehwinkelgeber besteht aus einer Magnetscheibe mit einer Anzahl von an ihrem Außenrand ausgebildeten '/orsprüngen, wobei eine oder mehrere Geberspulen mit einem geeigneten Abstand den Vorsprüngen gegenüberliegend angeordnet sind. Die Scheibe ist so befestigt, daß sie synchron mit der Kurbelwelle umläuft, so daß sich ein jede Geberspule schneidender Magnetfluß ergibt Infolgedessen ist der Betrag des Drehwinkels durch die Anzahl der Wechselspannungssignale der Geberspulen erfaßbar.

Eine weitere herkömmliche Erfassungseinrichtung besteht aus einer umlaufenden Scheibe mit einer Anzahl von in ihrem Rand ausgebildeten Öffnungen und einem fotoelektrischen Wandler, der der Scheibe so zugewandt ist, daß er ein Wechselspair-r.ngssignal erzeugt.

das sich entsprechend der Rotation der Scheibe ändert. Normalerweise muß der Drehv/inkelerfasser zwei Signalarten erzeugen. Eines ist ein Winkelsignal, das jedesmal zu erzeugen ist, wenn die Kurbelwelle um einen bestimmten Winkel gedreht wird. Dieser Winkel ist durch die Anzahl Vorsprünge, die gleichbeabstandet um den Außenrand der umlaufenden Scheibe angeordnet sind, bestimmt. Das zweite Signal ist ein Bezugssignal, das entsprechend der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Zum Beispiel muß im Fall einer Viertakt-Sechszylindermaschine ein Bezugssignal mit einem Winkelabstand von 120° pro Umdrehung erzeugt werden. Zum Steuern des Zündzeitpunkts müssen diese beiden Signalarten synchron miteinander erzeugt werden. Zu diesem Zweck sind auf der gleichen Scheibe erste Vorsprünge zum Erzeugen des Winkelsignals und zweite Vorsprünge zum Erzeugen des Bezugssignals ausgebildet. In diesem Fall sollten jedoch die ersten und die zweiten Vorsprünge mit einem beträchtlichen Abstand voneinander in Axialrichtung der Kurbelwelle ge-

bO ordnet sein, da sonst ein relativ hoher Störsignalpegel dem Bc/ugssignal überlagert wird aufgrund einer unerwünschten magnetischen Kopplung zwischen der Geberspule für das Bezugssignal und dem das Winkelsignal erzeugenden Vorsprung. Daher arbeitet eine mit zwei b5 hintereinander angeordneten Vorsprüngen ausgerüstete Be/ugssignal-Erfassungsstufe fehlerhaft. Ein Kühlgebläse, ein Luftkühlungsverdichter, eine Luftpumpe zum Reinigen der Abgase u. dgl. sind jedoch mit einer direkt

mit der Kurbelwelle gekoppelten Antriebseinrichtung verbunden; aufgrund des für den Einbau dieser Teile zur Verfügung stehenden beschränkten Raums ist es sehr schwierig, die Bezugssignal-Vorsprünge und die Winkelsignal-Vorsprünge mit einem beträchtlichen Abstand voneinander in Axialrichtung der umlaufenden Scheibe vorzusehen.

Die herkömmliche Erfassungseinrichtung weist jedoch noch einen weiteren Nachteil auf. Für eine hochpräzise Winkelerfassung ist es erwünscht, so viele Vor- Sprünge wie möglich am Rand der Scheibe vorzusehen, so daß ein Winkelsignal mit hoher Frequenz erzeugt wird. Infolge des beschränkten verfügbaren Raums in der Nähe der Kurbelwelle muß jedoch auch der Scheibendurchmesser begrenzt sein. Daher ist es schwierig, die Anzahl Vorsprünge der Scheibe zu vergrößern, und dadurch ist die Erfassungsgenauigkeit nicht optimal.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Drehwinkel-Erfassungseinrichtung, bei der ein Bezugssignal ohne Beeinträchtigung durch Störsignalkomponenten selbst dann abgegeben werden kann., wenn Vorsprünge für das Bezugssignai den Vorsprüngen für das Winkeisignal benachbart angeordnet sind, und bei der ferner ohne eine Erhöhung der Anzahl der Winkelsignal-Vorsprünge das Bezugssignal mit hoher Genauigkeit erzeugt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Zweckmäßige Weiterbildungen bzw. Ausgestaltun- jo gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Winkellagebeziehung zwischen Winkelsignal-Geberspuleneinheiten und Bezugssignal-Geberspuleneinheiten relativ zu Vorsprüngen einer umlaufenden Scheibe;

F i g. 2 eine Perspektivansicht eines Teils von Fig. 1;

F i g. 3 des Schaltbild der Winkelsignal-Erfassungsstufe nach der Erfindung;

F i g. 4 das Schaltbild der Bezugssignal· Erfassungsstufe nach der Erfindung;

F i g. 5 Signalverläufe von verschiedenen Signalen, die an verschiedenen Stellen der Erfassungsstufen nach den F i g. 3 und 4 auftreten; und

F i g. 6 das Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Bezugssignal-Erfassungsstufe.

Nach den F i g. 1 und 2 sind eine erste magnetische Gebereinheit 1 mit ein^m Ständer la und einer Geberspule 16 sowie eine zweite magnetische Gebereinheit 2 mit einem Ständer 2a und einer Geberspule 26 in einem Winkelabstand Θ, angeordnet. Eine dritte magnetische Gebereinheit 3 mit einem Ständer 3a und einer Geberspule Zb ist zwischen den beiden Einheiten 1 und 2 angeordnet und liegt in bezug auf die zweite Gebereinheit 2 in einem Winkelabstand ft. Eine umlaufende Scheibe 4 ist mit Vorsprüngen 4a ausgebildet, die in gleichen Winkelabständen ft am Außenrand der Sciieibe 4 angeordnet sind. Die Vorsprünge 4a dienen dazu, zusammen mit den beiden magnetischen Gebereinheiten 1 und 2 das Winkeisignal zu erzeugen. Ein Vorsprung 4b, der dazu dient, zusammen mit der dritten Gebereinheit 3 das Bezugssignal zu erzeugen, ist in Axialrichtung der die Vorsprünge 4a aufweisenden Scheibe 4 auf dieser angeordnet. Die beiden Ständer la und 2a liegen in der gleichen Ebene, so daß Randahschnitte der Ständer la, 2a den Vorsprüngen 4a während der Rotation der Scheibe 4 mit einem engen dazwischenliegenden Spalt gegenüberliegen. Der dritte Ständer liegt in einer von der genannten verschiedenen Ebene, so daß ein Randabschnitt des Ständers 3a während der Rotation der Scheibe 4 nur dem Vorsprung 4b zugewandt sein kann. Ein Winkelabstand θ\ zwischen dem ersten und dem zweiten Ständer ist so eingestellt, daß, wenn der erste Ständer la einem Vorsprung 4a gerade gegenüberliegt, der zweite Ständer 2a in bezug auf den nächsten Vorsprung

3 Θ2

4a um einen Winkel ft/4 oder·——versetzt ist Während

4 _

die Scheibe 4 in Pfeilrichtung umläuft, erzeugen die beiden Geberspulen \b und 2b Wechselspannungen, deren eine eine Periode mit einem Winkel ft hat und in bezug auf die andere Wechselspannung um einen Winkel ft/4 phasenverschoben ist. In den F i g. 1 und 2 ist zwar nur ein einziger Vorsprung 4b zum Erzeugen des Bezugssignals dargestellt; bei einer gebauten· Erfassungseinrichtung können jedoch mehrere solche Vorspränge 4b vorgesehen sein. Im Fall eines Viertakt-Sechszylindermotors sind z. B. drei Vorsprünge 4bLvsleichen Winkelabständen von 12tr auf dem Umfang der Scheibe 4 angeordnet, so daß drei Bezugssignale mit je einem negativen und einem positiven Scheitel während einer Umdrehung der Scheibe erhalten werden. Die Signalverläufe der an den Geberspulen Xb, 2b und 3b erzeugten Signale sind in Fig.5 mit V_kx, V_k2 bzw. V₅ bezeichnet Dabei entspricht ein Drehwinkel θ\ dem Winkeiabstand θ\ zwischen den beiden Ständern 1 a und 2a in F i g. 1. Gleichermaßen entspricht ein Drehwinkei ft dem Winkelabstand zwischen dem zweiten Ständer 2a und dem dritten Ständer 3a, wie in F i g. 1 bei ft angegeben ist. Wie aus F i g. 5 hervorgeht, hat die Wechselspannung V_k 1 an der ersten Geberspule Xb einen Signalverlauf, dessen Periode dem Winkeiabstand ft der Vorsprünge 4a am Umfang der Scheibe 4 entspricht. Die an der zweiten Geberspule 2b erzeugte Ausgangswechselspannung V_k 2 weist zu Vk 1 eine Phasendifferenz von ft/4 auf. Da der dritte Ständer 3a so angeordnet ist, daß er i.-ur dem Vorsprung 4b gegenüberliegt, erzeugt die Gebereinheit 3 eine Spannung, die einen negativen und einen positiven Scheitelwert während einer Umdrehung der Scheibe 4 aufweist. Da der Vorsprung 46 ferner den Vorsprüngen 4a benachbart angeordnet ist, dnd in der Spannung V, Störsignalkomponenten V_n enthalten. Die Störspannung V_n rührt von einer unerwünschten elektromagnetischen Kopplung zwischen den Vorsprüngen 4a und der magnetischen Gebereinheit 3 her, und daher entspricht ihre Periode dem Winkelabstand ft.

Es wird nun eine Signalerfassungsschaltung erläutert, die aus den empfangenen Signalen V_k \, V_k 2 und V₅ sowohl das Winkelsignal als auch das Bezugssignal erzeugt (vgl. die F i g. 3 und 4). Die Erfassungsschaltung umiußi eine Winkelsignal-Erfassungsstufe (vgl. Fig,3) und eine Bezugssignal-Erfassungsstufe (vgl. F i g. 41

Ein Ende der ersten Geberspule 16 ist mit Erde oder einem Nuilpotentialleiter verbunden, und das andere Ende ist über Widerstände Ä| und Rj mit einem positiven Eingang eine^ Vergleichers COMi verbunden. Eine Diode D\ ist zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände R₁ und R_} und Erde geschaltet. Die Diode D, ist so gepolt, daß sie verhindert, daß ein negctiv werdendes Signal an den positiven Anschluß des Vergleichers COM, gelegt wird. Ein Widerstand R₃ ist zum positiven Eingang des Verg'iichers COM, und Erde parallelgeschaltet. Ein negativer Anschluß des Vergleichers COMi ist geerdet. Gleichermaßen ist ein Ende der zweiten Geberspule 26 an Erde und das andere Ende an

einen negativen Eingang eines Vergleichers COM₂ über Widerstände R* und /^angeschlossen.

Zwischen Erde und die Verbindungsstrecke /wischen den Widerständen Ri und R-, ist eine Diode D₂ geschaltet, die so gepolt ist, daß sie verhindert, daß ein negativ werdendes Signal an den negativen Anschluß des Vergleichers COM₂ geführt wird. Ein positiver Anschluß des Vergleichers COM₂ ist an Erde angeschlossen. Ein Widersland R^ ist /u den beiden Anschlüssen des Vergleichers COM₂ parallelgcschaltet. An Ausgänge der Vergleicher COM₁ und COM₁ wird über Widerstände R7 bzw. Ζ?» eine Gleichspannung K_x- geführt. Ein logisches NOR-Glied NOR₁ bzw. ein UND-Glied UND, empfangen jeweils die Ausgangssignalc der Verglcicher COM\ bzw. COM₂ und führen ihre Ausgangssignalc einem ODER-Glied ODER, zu. Ein Ausgangssignal AUS, des ODER-Glieds ODER, wird als Winkelsignal genutzt.

Rpi fii*r Rp'7)iiyc5i<Jnnl-F*"rfucciinc7e«;tiifo n«^h P · »» 4 ϊ*! - - ■ — - - — - — — o~ ---ο****' —* · *-"-»-·*·ο ■»-*·*··«. ····»-·· ■ ·£· · "**

die dritte Geberspule 36 mit einem Ende an Erde oder eine Nullpotentialleitung angeschlossen, und ihr anderes Ende ist sowohl an einen negativen Anschluß eines Vergleichers COM) über Widerstände R,₂ und Ru als auch an einen positiven Anschluß eines Vergleichen COM4 über Widerstände R\* und R20 angeschlossen. Die Gleichspannung Kv wird von den Widerständen Rt und R,o geteilt, und die resultierende Spannung wird über einen Widerstand R\, an die Verbindungsstrecke zwischen den Widerständen Rn und R_x, angelegt. Zu dem negativen Eingang und einem Ausgang des Vergleichers COMj ist ein Kondensator C, parallelgeschaltet, der zusammen mit dem Widerstand R,j als Integrierglied wirkt. Ein positiver Eingang des Vergleichers COMj ist an Erde angeschlossen. Die Gleichspannung Kv wird über einen Belastungswiderstand R,_t an den Ausgang des Vergleichers COMj geführt. Zwei Transistoren Q, und Q₂ erzeugen ein Signal, das nur dann auftritt, wenn das Ausgangssignal des Vergleichers COM3 einen höheren Pegel als ein vorbestimmter Schwellenwert hat. Die Basis des Transistors Q, ist an den Vergleiche)· COM_h der Emitter über einen Widerstand R,_b an Erde und der Kollektor an die Gleichspannungsversorgung Kv angeschlossen. Diese Gleichspannung Kr wird von den Widerständen Ru und R,s geteilt, und die resultierende Spannung wird an die Basis des Transistors Q₂ gelegt. Der Emitter des Transistors Q₂ ist mit dem Emitter des Transistors Qi zusammengeschaltet, während der Kollektor von Q2 über einen Belastungswiderstand Λ15 an die Gleichspannungsquelle V«· angeschlossen ist. Eine Diode Di verhindert, daß eine negativ werdende Spannung an den posL.iven Anschluß des Vergleichers COM4 gelegt wird. Ein Widerstand Ä21 ist zu dem positiven und dem negativen Eingang des Vergleichers COM4 parallelgeschaltet. Die Gleichspannung V_K wird über einen Widerstand R₂₂ an einen Ausgang des Vergleichen COM4 geführt. Das Ausgangssignal des Vergleichers COM4 wird zusammen mit dem Ausgangssignal des Transistors Q₂ einem UND-Glied UND₂ zugeführt zur Bildung eines Bezugssignals A US₂ an dessen Ausgang.

Unter Bezugnahme auf F i g. 5 wird jetzt die Betriebsweise der Winkelsigmil-Erfassungsstufe erläutert.' Da zwischen der Wechselspannung Kt 1 der ersten Geberspule Ib und der Wechselspannung Ki > der zweiten Geberspule 2b eine Phasendifferenz von #>/4 besteht, sind die Spannungsverläufe der beiden Geberspiilen-Spannungen in F i g. 5 mit K* 1 bzw. Ki ;· dargestellt. Während einer positiven Halbweile der Geberspulen-Spannung Kt 1 wird die positive Spannung dem positiven Eingang des Vergleichers COM, zugeführt, und daher wird dessen Ausgangssignal eine logische »I« oder hochwertig. Wenn andererseits die negative Halbweüe der Spannung an der ersten Geberspule \b erzeugt wird, wird die Spannung nach Erde geleilet, und dem positiven Anschluß des Vergleichers COMi wird eine gering negative Spannung zugeführt. Damit wird das Ausgangssignal des Vergleichers COM, während der negativen Haibwelle der Spannung Κ* 1 eine logische »0« oder niederwertig. Infolgedessen wird am Ausgang des Vergleichers COM, ein Impulszug P\ (vgl. F i g. 5) erhalten. Wie erwähnt, verhindert die Diode D\, daß die negativ werdende Spannung, die größer als ein vorbestimmter Wert ist, an den positiven Anschluß des Vergleichers COMi gelegt wird. Dieser Wert ist z. B. mit —0,4 V voreingestellt. Wenn der Spannungsabfall an der Diode D, in Vorwärtsrichtung mit z. B. —0, 7 V angenommen wird und die Werte der Widerstände R> und Λ> gleich geniachi werden, vsird die Spannung zum posüiven Είμ-gang des Vergleichers COM, —0,35 V. Sie übersteigt die voreingestellte Spannung von —0,4 V nicht, und daher ergibt sich kein Problem. Ein Problem tritt erst auf, wenn eine die Speisegleichspannung K_n- übersteigende positive Spannung an den positiven Eingang des Vergleichers COM, angelegt wird. Um also zu verhindern, daß die Wechselspannung der ersten Geberspule 1 b diesen Wert übersteigt, ist der Signalerfasser so ausgelegt, daß e; bei der Höchstdrehzahl des Motors, z. B. bei 6000 U ', ca. 3 V erzeugt, und die Speisespannung wird mit ca. 5 V eingestellt. Da die Polarität des Eingangs des Vergleichers COM₂ zu derjenigen des Eingangs des Vergleichers COM, entgegengesetzt ist, wird der logische Pegel seines Ausgangssignals in bezug auf die Polarität der Eingangswechselspannung umgekehrt. Infolge-

J5 dessen entspricht das Ausgangssignal des Vergleichers COM2 dem Signalverlauf P2 in F i g. 5. Durch die logische NOR-VerknOpfung der Ausgangssignale P; und Pi erscheint am Ausgang des NOR-Glieds NOR, ein Signal Pu und durch die logische UND-Verknüpfung der Ausgangssignale P, und P₂ erscheint am Ausgang des UND-Glieds LWDi ein Signal Pi. Durch die logische ODER-Verknüpfung der Signale Pj und P< wird am Ausgang des ODER-Glieds ODER, ein Signal AUS, erzeugt. Die Dauer dieses Winkelsignals wird zur halben Dauer der an der ersten Geberspule \b erzeugten Wechselspannung Κι ι. Das bedeutet, daß das erhaltene Winkelsignal die doppelte Frequenz des Geberspulen-Signals hat.

Unter Bezugnahme auf F i g. 5 wird nun die Bezugssignal-Erfassungsstufe erläutert. Die Wechselspannung der dritten Geberspule 3i> ist bei K₁ dargestellt Diese Spannung hat ihre negativen und positiven Scheitelwerte links und rechts von einem Punkt X. Der Punkt X stimmt mit der Position überein, an der der dritte Ständer 3a(vgl. Fig. 1)dem Bezugssignal-Vorsprung4bgerade gegenüberliegt. Während der negativen Halbwelle der Spannung K₅ wird die negative Spannung dem negativen Eingang des Vergleichers COMj über den Widerstand /?i3 zugeführt, so daß die positive Spannung am Ausgang des Vergleichers COM3 erscheint. Daher wird der Kondensator G von der Spannungsversorgung Kaliber den Widerstand /?u aufgeladen. Wenn sich die Wechselspannung K, von ihrer negativen zu ihrer positiven Polarität ändert, fällt die Ausgangsspannung des Vergleichers COMi fortschreitend ab, so daß die im

&=, Kondensator Ci gespeicherte Ladung verringert wird; sie wird zu 0 V, wenn sie vollständig entladen ist.

Wenn sich die Wechselspannung K, von ihrer positiven zu ihrer negativen Polarität ändert, steigt die Aus-

gangsspannung des Vergleichers COM₁ fortschreitend an, da von der Energieversorgung Kv durch den Widerstand RiA ein Ladestrom zum Kondensator C\ fließt. Die Anstiegszeit ist durch die Werte der Widerstände Ru, R:\, Rn und den Kondensator Ci sowie die Wechselspannung V₁ bestimmt. Infolgedessen erzeugt der Vergleicher COMi das Ausgangssignal V(vgl. F i g. 5). Es ist zu dachten, daß der Scheitelwert V₁,, der Ausgangsspanmng des Vergleichers COMi wesentlich größer als die Scheitelwerte der Wechselspannungen V₁ links und rechts von dem Punkt X wird, während d?r Scheitelwert Vi„ der Störsignalanteile nicht viel höher als V_n wird, und zwar deshalb, weil die Scheitelwerte V,, und V,„ eine Folge der Integration des Signalverlaufs V, sind. Die Zufuhr der Speisespannung V_ir an den Eingang des Vergleichers COMi (vgl. F i g. 4) ist aus folgendem Grund sehr vorteilhaft: Wenn die Scheibe 4 angehalten wird, d. h. wenn die Ausgangsspannung der dritten Geberspule 3b 0 V ist. wird an den negativen Eingang des Vergleichers COMi zwangsweise eine positive Spannung von einigen mV angelegt, die durch die Speisespannung V_u- und die Widerstände Rt und Rio bestimmt ist. Infolgedessen muß der Ausgang des Vergleichers COMi 0 V sein, selbst wenn eine Offset-Spannung des Vergleichers COMi bezüglich ihrer positiven und negativen Polaritäten schwankt. Das heißt, durch Anlegen einer Spannung, die höher als die Offset-Spannung ist, an den negativen Eingang wird der Vergleicher COMi zwangsweise an 0 V geklemmt. Dadurch wird ein Integrationsfehler aufgrund von Schwankungen der Offset-Sp-nnung beseitigt.

Die beiden Transistoren Qi und Qi wirken als Pegelerfasser, der erfaßt, ob die Ausgangsspannung des Vergleichers COMi über dem vorbestimmten Schwellenwert Vh liegt, und einen Ausgangsimpuls erzeugt, der nur während der Periode auftritt, in der die Ausgangsspannung V höher als V/> ist.

Die Durchlalispannungsabfälle der Basis-Emitterstrecken der Transistoren Qi und Q> werden mit 0,7 V angenommen. Das Basispotential des Transistors Qi ist durch die Widerstände R\i und Rn auf 1,4 V eingestellt. Der Widerstandswert des Widerstands Rm ist viel größer gewählt als derjenige des Widerstands /?_i6. Wenn dann die Integrationsspannung V niedriger als 0,7 V ist, wird der Transistor Qi abgeschaltet und der Transistor Q₂ eingeschaltet, so daß der Kollektor des Transistors Q₂ ungefähr Nullpotential hat. Wenn die Integrationsspannung V höher als 0,7 V wird, fließt ein Basisstrom durch den Transistor Qi, so daß ein von einem Verstärkungsfaktor bestimmter Strom durch den Widerstand Äi6 fließt. Da der Transistor Qi in Emitterfolgeschaltung ausgeführt ist, bildet sich am Widerstand R\b eine Spannung mit im wesentlichen dem gleichen Verlauf wie die Integrationsspannung V aus. Aufgrund dieser Spannung am Widerstand R^ wird der Transistor Qj plötzlich abgeschaltet, und die Spannung P₆ (vgl. F i g. 5) wird am Kollektor des Transistors Qi erzeugt. Wie bekannt ist, wird die Empfindlichkeit der magnetischen Geberspule durch einen Wirbelstrom beeinflußt, und dieser Einfluß nimmt mit steigender Drehzahl der Scheibe 4 zu. Infolgedessen nimmt der Scheitelwert V-._p mit steigender Drehzahl der Scheibe 4 ab (vgl. Strichlinie bei V_lp in F i g. 5). Da der vorgegebene Schwellenwert V* gleichbleibend ist, wird die Impulsbreite der Kollektorausgangsspannung P₆ des Transistors Qi schmal (vgl. Strichlinie bei P₆ in F i g. 5). Aus diesem Grund erfolgt, wenn die Anstiegszeit der Ausgangsspannung P₆ als Arbeitspunkt für die Zündsteuerung einer Brennkraftmaschine genutzt wird, eine nachteilige Zeitverzögerung bei hohen Drehzahlen. Gleichermaßen erfolgt, wenn die Abfallzeit des Impulses P_k für den gleichen Zweck genutzt wird, eine unerwünschte Phasenvoreilung bei hoher Drehzahl der Scheibe 4. Um diese Nachteile zu beseitigen, sollte der Punkt X der Wechselspannung V₁ zum Erzeugen des Bezugssignals erfaßt werden. Zu diesem Zweck ist ein weiterer Vergleicher COM₄ vorgesehen, dem die Geberspulenspannung V, der dritten Geberspule Zb zugeführt wird. Da der negative Teil der Spannung V. über die Diode Di zum Erdungspunkt geführt wird, wird nur der positive Teil der Spannung V, dem positiven Eingang des Vergleichers COMt zugeführt. Daher erzeugt der Vergleicher COM* einen Ausgangsimpuls Ρί (vgl. Fig. 5). Um die Störkomponenten V_n auszuschalten, ist ein UND-Glied UNDi vorgesehen, das ein Ausgangssignal AUSi (vgl. Fig.5) erzeugt, indem zwischen den Signalen Ps und P_b eine logische UND-Verknüpfung erfolgt. Narh der Erfindung wird das Ausgangssignal AUSi des UND-Glieds UNDi als Bezugssignal verwendet. Wie aus dem Verlauf des Signals AUSi hervorgeht, wird dessen Anstiegszeit auch dann nicht beeinträchtigt, wenn der Scheitel der Wechselspannung V sich entsprechend der Strichlinie verschiebt. Das heißt, ein Bezugssignal ist genau synchron mit der Umlaufbewegung der Scheibe 4 zu erhalten, ohne daß es von Störkomponenten aufgrund der unerwünschten magnetischen Kopplung beeinträchtigt wird. Eine weitere Ausführungsform der Bezugssignal-Er-

jo fassungsstufe wird unter Bezugnahme auf F i g. 6 erläutert.

Bei der Erfassungsstufe nach F i g. 4 kann das Bezugssignal nur erhalten werden, wenn die Drehzahl der Scheibe größer als der vorbestimmte Wert ist, und zwar, weil der Scheitel der Integrationsspannung V den Schwellenwert V), nicht erreicht, wenn die Scheibe beträchtlich langsamer umläuft. Natürlich kann der Schwellenwert V_n nicht niedriger als der Scheitel V\_a der Störsignalanteile sein. Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat die Ausführungsform nach F i g. 6 die Funktion, den Pegel des Schwellenwerts V_n entsprechend dem Scheitelwcrt Vi,,der Integrationsspannung Vzu ändern.

Der Ausgang des Vergleichers COM3 ist über eine Diode D₄ an die Basis eines Transistors Qi angeschlossen. Die Diode Da ist so gepolt, daß die positive Ausgangsspannung des Vergleichers COMi nicht vom Verg'eicherausgang zur Basis des Transistors Qi gelangt. Die Speisespannung V_n. wird dem Kollektor des Transistors Qj direkt und seiner Basis über einen Widerstand

so R21 zugeführt. Der Emitter des Transistors Qj ist über einen Kondensator C₂ an Erde angeschlossen. Ein Ausgangssignal des Transistors Qi wird von dessen Emitter abgegeben und über einen Widerstand Λ25 an einen negativen Eingang eines Vergleichers COAi₅ geführt Die Spannung V_1V wird von den Widerständen Rn und R*, geteilt, und die resultierende Spannung wird ebenfalls dem negativen Eingang des Vergleichers COM5 zugeführt. Andererseits wird dem positiven Eingang des Vergleichers COMs das Ausgangssignal des Vergleichers COMi zugeführt. Einem Ausgang des Vergleichers COMi wird die Spannung V_1x über einen Widerstand Ä» zugeführt. Das UND-Glied UNDi erzeugt ein Bezugssignal durch eine logische UND-Verknüpfung zwischen den beiden Ausgangssignalen der Vergleicher COAi₄ und COM₅.

Wenn die Scheibe 4 mit ziemlich niedriger Drehzahl umläuft, erzeugt der Vergleicher COM3 die Integratior.sspannung mit einem relativ niedrigen Scheitel V_ip.

Ein Potential an der Basis des Transistors Qi steigt mit der Ausgangsspannung des Vergleichers COMi an. Aufgrund der zwischen den Vergleicher COMi und den Transistor Qj geschalteten Diode D₄ kann das Basispotential des Transistors Qi nicht höher als die Ausgangsspannung des Vergleichers COMi sein, wenn der Durchlaßspannungsabfall an der Diode vernachlässigt wird. Infolgedessen folgt das Basispotential des Transistors Qi dem Potential am Ausgang des Vergleichers COMi. Wenn der Scheitel V;_r der Ausgangsspannung relativ niedrig ist, wird der Transistor Qi weniger leitend, und am Kondensator Ci liegt eine niedrige Spannung. Die am Kondensator Cj liegende Spannung wird durch die Widerstände /?;» und /?26 geteilt, und die so geteilte Spannung wird dem negativen Eingang des Vergleichers COMs zugeführt. Der Vergleicher COMs erzeugt ein Ausgangssignal, das nur auftritt, wenn die dem positiven Eingang zugeführte Eingangsspannung über der an den negativen Eingang geführten Spannung liegt. Somit wird der Schwellenwert V,, zum Erzeugen des Bezugssignals bei relativ niedriger Drehzahl der Scheibe 4 auf einen relativ niedrigen Pegel eingestellt.

Wenn andererseits die Scheibe mit einer beträchtlichen Drehzahl umläuft, erzeugt der Vergleicher COMi die Integrationsspannung V mit einem relativ hohen Scheitel V_t/fc Damit führt die Basis des Transistors Qi ein hohes Potential, so daß der Transistor Qs stärker leitend wird. Infolgedessen wird der Kondensator C: aufgeladen und erzeugt eine hohe Spannung, die dem Scheitel V\_p der Integrationsspannung Ventspricht. jo

Die Spannung am Kondensator C2 wird dem Vergleicher COMs zur Bestimmung des Schwellenwerts Vh zugeführt. Bei der Ausführungsform nach Fig.6 erhöht sich daher der Schwellenwert Va mit zunehmender Drehzahl der Scheibe 4. Dies hat folgende Vorteile: Zwar erhöhen sich die Störkomponenten V_n mit höheren Drehzahlen der Scheibe, diese Störsignale werden jedoch wirksam beseitigt. Ferner wird selbst dann, wenn die Scheibe mit relativ niedriger Drehzahl umläuft, das Bezugssignal synchron mit der Rotation der Scheibe erzeugt.

Wenn der Kondenstor C: überhaupt nicht aufgeladen wird, wird der Schwellenwert V_n des Vergleichers COM₅ mit dem die Widerstände R₁* und R*, umfassenden Teilerglied bestimmt. Das heißt, die Speisespannung V_n- wird von den Widerständen Rz* und /?> geteilt und die resultierende Spannung dem Vergleicher COM-, zugeführt, so daß dessen negativer Eingang auf einer gleichbleibendem Spannung gehalten wird. Diese Spannung hat erwünschterweise einen gering höheren Pegel als der lntegrations-Störsignalscheitel Vi_n, und zwar aus folgendem Grund: Wenn die Scheibe ihre Umlaufbewegung beginnt, ist der Vorsprung 46 nicht unbedingt so positioniert, daß er dem dritten Ständer 3a zugewandt ist, und daher tritt bei Beginn der Rotation für eine gewisse Zeit nur die Störsignalkomponente V_n auf. Wenn in diesem Moment dem negativen Eingang des Vergleichers COMs von der Spannungsversorgung keine Spannung zugeführt wird, wird der Schwellenwert V_h des Vergleichers COM₅ durch den Integrationsscheitel V_1n der Störsignalkomponente V_n bestimmt. Dies hat die Erzeugung unerwünschter Impulse am Ausgang des Vergleichers COMs zur Folge. Bei der Ausführungsform nach F j g. 6 erhält jedoch der Vergleicher COM=, die vorbestimmte Spannung zur Bildung des geeigneten Schwellenwerts Vj, zu Beginn der Rotation der Scheibe, so daß keine unerwünschten Signale erzeugt werden. Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen erläutert, diese können jedoch vielfach ^rändert oder abgewandelt werden. Die magnetische Gebereinheit 3 ist zwar zwischen den Gebercinheiten 1 und 2 für das Winkelsignal angeordnet gezeigt, die Einheit 3 kann jedoch an irgendeiner beliebigen Stelle nahe der Scheibe 4 positioniert sein. Als Vergleicher COMi-COMs sind verschiedene Arten von Differenzverstärkern verwendbar. Nach F i g. 4 werden zwei Transistoren Qi und Qi dazu verwendet, zu erfassen, ob das Ausgangssignal des Vergleichers COMi höher als der vorbestimmte Pegel ist; dafür können jedoch auch andere elektronische Schaltungselemente wie ein Vergleicher benutzt werden. Bei den erläuterten Ausführungsformen werden zwar in bestimmter Weise geschaltete npn-Transistoren verwendet, es ist jedoch selbstverständlich, daß jeder Transistor durch einen Transistor von entgegengesetztem Leitfähigkeitstvμ mit entsprechender Änderung der Schaltverbindunge.i verwendbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:
1. Drehwinkel-Erfassungseinrichtung

a) mit einer wenigstens einen einzelnen randseitigen Vorsprung (4b) aufweisenden umlaufenden ferromagnetischen Scheibe (4) und mit einer Gebereinheit (3) zum Erfassen der Drehlage des Vorsprungs an der Scheibe zwecks Erzeugung eines zur Drehbewegung der Scheibe synchronen Wechselspannungssignals,