DE4408167A1

DE4408167A1 - Measuring system for determn. of rotational behaviour of rotating body

Info

Publication number: DE4408167A1
Application number: DE19944408167
Authority: DE
Inventors: Matthias Schildwaechter
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1995-09-14

Abstract

The measurement system includes a rotation signal generator (1) with teeth (2,3,4) and several magnetic field sensors (5.1-5.9). The sensors reacts to the magnetic field alterations, produced by the relative movement of the generator, to deliver an electric alternating signal. The sensors are arranged linearly one behind the other, arranged equally spaced pref. close together one behind the other in the rotational direction of the signal transmitter. Their signals are supplied to an evaluation circuit (8), across respective separate preamplifiers (6), and the signals are compared according to a specified schedule to form an overall signal (SAus) reproducing the rotational movement.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung des Drehverhaltens eines rotierenden Körpers, mit einem Signalgeber, der in Form einer Zahnscheibe oder dergl. ausgebildet ist und mit dem rotierenden Körper umläuft, sowie mit einem stationären Meßwertaufnehmer, der auf Ma gnetfeldänderungen, die die Relativbewegung zwischen dem Signalgeber und dem Meßwertaufnehmer hervorrufen reagiert und ein die Drehbewegung wiedergebendes elektrisches Wech selsignal liefert.The invention relates to an arrangement for measurement of the rotating behavior of a rotating body, with a Signal generator in the form of a toothed washer or the like. is formed and rotates with the rotating body, as well as with a stationary transducer based on Ma changes in the magnetic field that determine the relative movement between the The signal generator and the sensor react and an electrical change reflecting the rotary movement selective signal delivers.

Derartige Meßanordnungen sind z. B. als Bestandteile von Kraftfahrzeug-Bremsanlagen mit Blockierschutz- oder An triebsschlupfregelung bekannt. Sie dienen zur Ermittlung des Drehverhaltens der einzelnen Räder und zur Erzeugung entsprechender, für die Regelung erforderlicher elektri scher Signale. Auch für zahlreiche andere Anwendungsfälle werden derartige Meßanordnungen benötigt.Such measuring arrangements are e.g. B. as components of Motor vehicle braking systems with anti-lock or on traction control known. They are used for investigation the turning behavior of the individual wheels and for generation corresponding electri required for the control shear signals. Also for numerous other applications such measuring arrangements are required.

Bekannt und marktgängig sind induktive Raddrehzahlsensoren unterschiedlicher Art. Der induktive Drehzahlsensor wird an der Peripherie radial oder achsparallel derart angeord net, daß nur ein geringer Luftspalt zwischen dem Sensor kopf oder den Sensorpolschuhen und der Zahnung der Signal geber-Zahnscheibe bleibt. Bei einer Drehbewegung wird das Magnetfeld, welches ein im Innern des Sensors bzw. Meß wertaufnehmers angeordneter Permanentmagnet erzeugt, modu liert, wodurch eine Signalspannung in der Spule des Meß wertaufnehmers induziert wird.Inductive wheel speed sensors are known and marketable of different types. The inductive speed sensor is arranged radially or axially parallel to the periphery in this way net that there is only a small air gap between the sensor head or the sensor pole shoes and the teeth of the signal encoder lock washer remains. With a rotating movement it will Magnetic field, which is inside the sensor or measuring value sensor arranged permanent magnet produces, modu liert, whereby a signal voltage in the coil of the measuring value sensor is induced.

Andere Meßwertaufnehmer für Meßanordnungen dieser Art, die zu den aktiven Sensoren zählen, enthalten Hall-Elemente, deren Hall-Spannung sich ändert, wenn das von dem Perma nentmagnet erzeugte Feld durch die Drehbewegung der Zahn scheibe moduliert wird. Es ist auch schon eine derartige Meßvorrichtung mit zwei Hall-Elementen bekannt (DE 35 21 966 A1), die hintereinander in Drehrichtung angeordnet sind und deren Ausgangssignale zur Erhöhung der Meßge nauigkeit, insbesondere bei langsamen Rotationsbewegungen, überlagert werden. Bei starken Luftspaltschwankungen oder Vibrationen ist es jedoch auch bei einem solchen aktiven Sensor schwierig, das Nutzsignal von dem Störsignal zu un terscheiden. Änderungen und Abweichungen des Zahnmoduls der Signalgeber-Scheibe führen ebenfalls zu Fehlinforma tionen.Other sensors for measuring arrangements of this type, the active sensors include Hall elements, whose Hall voltage changes when the perma Magnet generated field by the rotation of the tooth disc is modulated. It's already one of those Measuring device with two Hall elements known (DE 35 21 966 A1), which are arranged one behind the other in the direction of rotation are and their output signals to increase the Meßge accuracy, especially with slow rotational movements, be overlaid. In the case of strong fluctuations in the air gap or However, it is also vibrations with such an active one Sensor difficult to un the useful signal from the interference signal differentiate. Changes and deviations of the tooth module the auto switch disk also lead to misinformation ions.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der eingangs genannten Art zu ent wickeln, die weitgehend unempfindlich gegen alle Störein flüsse ist, die in der Praxis bei Meßanordnungen dieser Art auftreten. Insbesondere sollten der Einfluß von Änderungen oder Schwankungen des Zahn-Moduls oder der Zahnform auf das Meßsignal eliminiert werden.The present invention is based on the object to ent a measuring arrangement of the type mentioned wrap that is largely insensitive to all interferences is the rivers in practice with measuring arrangements of this Kind of occur. In particular, the influence of changes or fluctuations in the tooth module or tooth shape be eliminated on the measurement signal.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch eine Meßan ordnung der eingangs genannten Art gelöst werden kann, de ren Weiterbildung darin besteht, daß der Meßwertaufnehmer aus einer Vielzahl von einzelnen Magnetfeldsensoren be steht, die in Drehrichtung des Signalgebers linear hinter einander, dicht aufeinanderfolgend, in vorgegebenen, vor zugsweise gleichen Abständen voneinander angeordnet sind und deren Signale über separate Vorverstärker einer Aus werteschaltung zugeführt werden, die die Signale nach ei nem vorgegebenen Schema vergleicht und ein Gesamtsignal bildet, das das die Drehbewegung wiedergebende Signal ist.It has been shown that this task by a Meßan order of the type mentioned can be solved, de Ren training is that the transducer from a variety of individual magnetic field sensors stands behind in the direction of rotation of the signal generator each other, in close succession, in predetermined, in front of are preferably arranged at equal distances from one another and their signals via separate preamplifiers value circuit are supplied, the signals according to egg compares with a given scheme and an overall signal forms, which is the signal representing the rotational movement.

Erfindungsgemäß wird also durch die Verwendung einer Viel zahl von Magnetfeldsensoren, durch deren besondere Anord nung und Zusammenschaltung sowie durch die geschickte Aus wertung der Ausgangssignale dieser Magnetfeldsensoren er reicht, daß sich die einzelnen Störeinflüsse, Zahnänderun gen oder Zahn-Modul-Änderungen im Rahmen der vorgegebenen Toleranzen auf das Nutzsignal nicht oder nur unwesentlich auswirken.According to the invention, the use of a lot number of magnetic field sensors, due to their special arrangement connection and interconnection as well as through the skillful evaluation of the output signals of these magnetic field sensors is enough that the individual disturbances, tooth changes gene or tooth module changes within the framework of the given Tolerances on the useful signal are not or only insignificantly impact.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung werden als Magnetfeldsensoren Hall-Elemente bzw. Hall-Ge neratoren oder magnetoresistive Körper verwendet. Die Aus gangssignale dieser Magnetfeldsensoren werden zweckmäßi gerweise nach der Vorverstärkung temperaturkompensiert und danach ausgewertet.According to an advantageous embodiment of the invention are used as magnetic field sensors Hall elements or Hall Ge nerators or magnetoresistive bodies used. The out output signals of these magnetic field sensors are expedient temperature compensated after the preamplification and then evaluated.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beige fügten Abbildung hervor, die in schematisch vereinfachter Darstellungsweise den prinzipiellen Aufbau einer Meßanord nung nach der Erfindung und insbesondere die Zusammen schaltung der einzelnen Magnetfeldsensoren des Meßwertauf nehmers wiedergibt.Further details of the invention follow from the following Description of an embodiment with reference to the beige added figure, which is schematically simplified Presentation of the basic structure of a measuring arrangement tion according to the invention and in particular the combination switching of the individual magnetic field sensors of the measured value reproduces.

Bei der Meßanordnung nach der Abbildung handelt es sich um einen aktiven Raddrehzahlsensor. Von einer Zahnscheibe 1, die mit dem rotierenden Fahrzeugrad, dessen Drehverhalten erfaßt werden soll, umläuft, sind in der Abbildung nur drei Zähne 2, 3, 4 schematisch dargestellt. Mit Hilfe einer Anordnung 5 aus am Umfang der Zahnscheibe 1 angeordneten Magnetfeldsensoren 5.1 bis 5.9 - es sind neun Sensoren dargestellt, tatsächlich kann eine noch größere Anzahl von Sensoren vorgesehen werden - wird die Magnetfeldänderung infolge einer Drehbewegung der Zahnscheibe 1 erfaßt. Die Magnetfeldsensoren sind an der Peripherie der Zahnscheibe 1 linear hintereinander, in dichter Folge und mit gleichen Abständen voneinander angeordnet.The measuring arrangement according to the figure is an active wheel speed sensor. Of a toothed disc 1 , which rotates with the rotating vehicle wheel, the rotational behavior of which is to be recorded, only three teeth 2 , 3 , 4 are shown schematically in the figure. With the aid of an arrangement 5 of magnetic field sensors 5.1 to 5.9 arranged on the circumference of the toothed disk 1 - nine sensors are shown, in fact an even larger number of sensors can be provided - the change in the magnetic field as a result of a rotational movement of the toothed disk 1 is detected. The magnetic field sensors are arranged linearly one behind the other on the periphery of the toothed disk 1 , in close succession and at equal distances from one another.

In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das der Darstel lung zugrunde liegt, sind die Sensoren 5.1 bis 5.9 der An ordnung 5 einzelne Hall-Generatoren, also aktive Elemente, die beim Anlegen einer Versorgungsspannung eine von dem Magnetfeld abhängige Hall-Spannung oder Signalspannung ab geben. Zur Vereinfachung der Darstellung sind Spannungs versorgung und andere Details, die beim Verwenden von Hall-Generatoren grundsätzlich notwendig sind, nicht dar gestellt.In the embodiment of the invention, which is based on the presen- tation, the sensors 5.1 to 5.9 of the arrangement 5 are individual Hall generators, ie active elements which give a Hall voltage or signal voltage dependent on the magnetic field when a supply voltage is applied. To simplify the illustration, voltage supply and other details that are fundamentally necessary when using Hall generators are not shown.

Die Ausgangssignale der einzelnen Magnetfeldsensoren 5.1. bis 5.9 der Anordnung 5 werden mit Hilfe separater, symbo lisch dargestellter Vorverstärker 6 aufbereitet und tempe raturkompensiert. The output signals of the individual magnetic field sensors 5.1 . to 5.9 of the arrangement 5 are prepared with the help of separate, symbolically illustrated preamplifier 6 and temperature compensated.

Die Ausgangssignale der einzelnen Vorverstärker 6 werden einer Auswerteschaltung 8 zugeführt. Im dargestellten Aus führungsbeispiel werden zunächst die vorverstärkten Aus gangssignale von zwei bestimmten Sensoren in einer Sum mierstufe 7 - dies ist wiederum eine Anordnung von einzel nen Summierstufen 7.1 bis 7.8 - zusammengefaßt und danach zu der Auswerteschaltung 8 weitergeleitet. Im vorliegenden Fall wird das Signal des Magnetfeldsensors 5.1 in der Sum mierstufe 7.1 mit dem Ausgangssignal des zweiten Magnet feldsensors 5.2, in der nächsten Summierstufe 7.2 mit dem Ausgangssignal des nächsten Magnetfeldsensors 5.3 usw. kombiniert.The output signals of the individual preamplifiers 6 are fed to an evaluation circuit 8 . In the exemplary embodiment shown, the preamplified output signals from two specific sensors are first combined in a sum level 7 - this is again an arrangement of individual summation levels 7.1 to 7.8 - and then forwarded to the evaluation circuit 8 . In the present case, the signal of the magnetic field sensor 5.1 in the sum mier stage 7.1 is combined with the output signal of the second magnetic field sensor 5.2 , in the next summing stage 7.2 with the output signal of the next magnetic field sensor 5.3 etc.

Je nach Ausführungsart und Anwendung ist eine Vielzahl von Kombinationen der Magnetfeldsensorsignale untereinander sinnvoll.Depending on the design and application, a variety of Combinations of the magnetic field sensor signals with one another sensible.

In der Auswerteschaltung 8 werden die Signale der einzel nen Magnetfeldsensoren 5.1 bis 5.9 miteinander vergli chen, z. B. um festzustellen, welcher Sensor zum gleichen Zeitpunkt wie der Einzelsensor 5.1 sein maximales Aus gangssignal liefert. Der Vergleich liefert ein Maß für den Modul des abgetasteten Signalgeber-Zahnrades 1.In the evaluation circuit 8 , the signals of the individual magnetic field sensors 5.1 to 5.9 are compared with one another, for. B. to determine which sensor at the same time as the individual sensor 5.1 delivers its maximum output signal. The comparison provides a measure of the module of the scanned signaling gear 1 .

Durch Summieren der Einzelsignale in den Summierstufen 7.1 bis 7.8 läßt sich die Auswertung der einzelnen Signale verbessern. Der Signalpegel wird durch die Summierung er höht. Störsignale werden abgeschwächt, da sie sich jeweils nur auf einen einzelnen Magnetfeldsensor der Anordnung 5 auswirken. Wenn beispielsweise die Magnetfeldsensoren 5.1 und 5.6 gleichzeitig ihr maximales Ausgangssignal errei chen, so bedeutet dies, daß zur besseren Signalauswertung die Ausgangssignale der Magnetfeldsensoren 5.1 und 5.5; 5.2 und 5.6; 5,3 und 5.7 jeweils summiert werden sollten. Außerdem muß in diesem Beispiel das Ausgangssignal des Ma gnetfeldsensors 5.3 gewissermaßen das Gegenstück des Aus gangssignals des Sensors 5.1 sein, da der Sensor in der Mitte zwischen 5.1 und 5.5 liegt, die ja beide in der dar gestellten Anordnung das gleiche Signal führen. Das Signal des Sensors 5.3 läßt sich also, wenn man das Signal inver tiert, auch zu den Signalen der Sensoren 5.1 und 5.5 ad dieren. Auf diese Weise lassen sich die Ausgangssignale aller Magnetfeldsensoren zu einem Gesamtsignal S_Aus zu sammenfassen; die Störanteile dieses Gesamtsignals sind naturgemäß gering. Es läßt sich eine selbsttätige Anpas sung des Ausgangssignals an die tatsächliche Zahnform mit Hilfe der Auswerteschaltung 8 erreichen.The evaluation of the individual signals can be improved by summing the individual signals in the summation stages 7.1 to 7.8 . The signal level is increased by the summation. Interference signals are attenuated, since they only have an effect on a single magnetic field sensor of the arrangement 5 . If, for example, the magnetic field sensors 5.1 and 5.6 simultaneously reach their maximum output signal, this means that the output signals of the magnetic field sensors 5.1 and 5.5 ; 5.2 and 5.6 ; 5.3 and 5.7 should be added together. In addition, in this example, the output signal of the magnetic field sensor 5.3 must be, so to speak, the counterpart of the output signal from the sensor 5.1 , since the sensor lies in the middle between 5.1 and 5.5 , both of which, in the arrangement shown, carry the same signal. The signal of the sensor 5.3 can, if the signal is inverted, also add to the signals of the sensors 5.1 and 5.5 . In this way, the output signals of all magnetic field sensors can be combined to form an overall signal S _out ; the interference components of this overall signal are naturally low. An automatic adjustment of the output signal to the actual tooth shape can be achieved using the evaluation circuit 8 .

Durch die beschriebene Verwendung einer Vielzahl von ein zelnen Magnetfeldsensoren und durch die beschriebene Kom bination und Auswertung der Einzelsensor-Ausgangssignale wird ein Gesamtsignal S_Aus gewonnen, das sehr genau und störsicher das Drehverhalten des rotierenden Körpers wie dergibt. Die Beschädigung oder der Ausfall eines Einzel sensors kann durch die Auswerteschaltung erfaßt, weitge hend ausgeglichen oder signalisiert werden.Through the described use of a large number of individual magnetic field sensors and through the described combination and evaluation of the individual sensor output signals, an overall signal S _{out is} obtained which reproduces the rotating behavior of the rotating body very precisely and reliably. The damage or failure of a single sensor can be detected by the evaluation circuit, largely compensated or signaled.

Claims

1. Arrangement for measuring the rotational behavior of a rotating body, with a signal transmitter, which is designed in the form of a toothed washer or the like and rotates with the rotating body, and with a stationary transducer, which is based on magnetic field changes, the relative movement between the signal transmitter and cause the transducer to respond and an electrical alternating signal reproducing the rotary motion is produced, characterized in that the transducer consists of a plurality of individual magnetic field sensors ( 5.1 ... 5.9 ), which in the direction of rotation of the signal transmitter are linearly one behind the other, tightly sealed successively, are arranged at predetermined, preferably equal distances from one another and whose signals are fed via separate preamplifiers ( 6 ) to an evaluation circuit ( 8 ), which compares the signals according to a predetermined scheme and forms an overall signal (S _Aus ), which is the rotational movement reproducing signal is.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that Hall elements or magnetoresistive bodies are provided as magnetic field sensors ( 5.1 ... 5.9 ).

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the output signals (S _off ) of the individual magnetic field sensors ( 5.1 ... 5.9 ) are temperature compensated.