DE4402319A1 - Measurement system for relative movement of oppositely movable bodies - Google Patents
Measurement system for relative movement of oppositely movable bodiesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Bewegungssystem für eine Einrichtung mit zwei gegenseitig verschiebbaren Körpern.The invention relates to a movement system for a device two mutually displaceable bodies.
Auf dem Stand der Technik, beispielsweise aus dem Artikel "Längen und Winkel inkremental messen: Grenzen der Genauigkeit" (Zeitschrift Elektronik, 3/2. 2. 90, Seite 88) ist bekannt, Längen und Winkel auf optischem, induktivem oder magnetischem Weg zu messen. Insbesondere ist bekannt, Längen und Winkel inkremental, d. h. zählend, zu erfas sen. Hierzu werden Drehgeber und Winkelmeßgeräte als Meßwertaufneh mer für Drehbewegungen und Verbindungen mit Gewindespindeln oder Zahnstangen für Messungen linearer Bewegungen verwendet.On the prior art, for example from the article "lengths and Incremental Angle: Limits of Accuracy "(Journal Electronics, 3/2. 2. 90, page 88) is known to have lengths and angles to measure optical, inductive or magnetic way. Especially is known to incrementally lengths and angles, d. H. counting to capture sen. For this purpose, rotary encoders and angle measuring devices are used as measured value recordings for rotary movements and connections with threaded spindles or Racks are used for linear motion measurements.
Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, daß für die Ausgestaltung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs leistungsfähige Aufhängungssysteme zwischen den Radeinheiten und dem Fahrzeugaufbau vorzusehen sind. Solche Aufhängungssysteme bestehen im Fall eines semiaktiven Fahrwerkregelungssystems im allgemeinen aus einer Feder anordnung mit fester Federkonstanten, der einer Dämpfungseinrichtung mit verstellbarer Dämpfung parallel geschaltet ist. Solche Dämpfer mit verstellbarer Dämpfungscharakteristik können beispielsweise der art realisiert werden, daß der Dämpferkolben mit einem Drosselventil ausgestattet ist, wobei der Durchflußquerschnitt des Drosselventils veränderbar ausfällt. Dämpfer, die in ihrer Dämpfungscharakteristik verstellbar sind, werden beispielsweise in der DE-OS 33 04 815 und in der DE-OS 36 44 447 beschrieben. Bei Fahrwerkregelungssystemen wird im allgemeinen als wesentliche Eingangsgröße der Einfederweg bzw. die Einfederweggeschwindigkeit, d. h. der Abstand zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern bzw. seine zeitliche Änderung, erfaßt. Hierzu sind preiswerte und robuste Einfederweg- bzw. Einfederge schwindigkeitssensoren nötig.Furthermore, it is known from the prior art that for Design of the chassis of a motor vehicle powerful Suspension systems between the wheel units and the vehicle body are to be provided. Such suspension systems exist in the case of one semi-active suspension control system generally from a spring arrangement with fixed spring constants, that of a damping device is connected in parallel with adjustable damping. Such dampers with adjustable damping characteristics, for example be realized that the damper piston with a throttle valve is equipped, the flow cross section of the throttle valve is changeable. Damper in their damping characteristics are adjustable, for example in DE-OS 33 04 815 and described in DE-OS 36 44 447. In chassis control systems is generally the essential input variable of the spring deflection or the spring travel speed, d. H. the distance between that Vehicle body and the wheels or its change over time. In addition there are inexpensive and robust spring deflection or spring deflection speed sensors necessary.
Weiterhin werden zur Ausgestaltung von Fahrdynamikregelungssystemen bzw. Lenksystemen (Vorder-/Hinterradlenksysteme) bei Kraftfahrzeugen Informationen bezüglich der Quer- und/oder Gierbewegungen benötigt. Da diese Bewegungen mittelbar oder unmittelbar mit den Lenkbewegun gen des Fahrzeugs zusammenhängen, sind hierzu preiswerte und robuste Lenkwinkel- und/oder Lenkwinkelgeschwindigkeitssensoren nötig.Furthermore, for the design of vehicle dynamics control systems or steering systems (front / rear wheel steering systems) in motor vehicles Information regarding the transverse and / or yaw movements is required. Because these movements are indirect or direct with the steering movement related to the vehicle are inexpensive and robust Steering angle and / or steering angle speed sensors necessary.
In dem Artikel "Drehzahlerfassung mit einem Differenz-HALL-IC" (Zeitschrift Elektronik 4/1991, Seite 86) sind Magnetfeldsensoren und Sensorauswerteschaltungen beschrieben.In the article "Speed detection with a differential HALL IC" (Zeitschrift Elektronik 4/1991, page 86) are magnetic field sensors and sensor evaluation circuits described.
Die Erfindung betrifft in ihrer allgemeinen Form ein System zur Mes sung der relativen Bewegungen zweier Körper. In möglichen Ausgestal tungen der Erfindung können die beiden Körper als Aufhängungssystem eines Kraftfahrzeugfahrwerks ausgebildet sein, wobei der eine Körper mit dem Fahrzeugaufbau und der andere Körper mit einem Rad verbunden ist. In diesem Fall werden als relative Bewegungen die oben beschrie benen Einfederbewegungen gemessen. In einer weiteren Ausgestaltung können erfindungsgemäß die Lenkbewegungen bei einem Kraftfahrzeug gemessen werden, indem der eine Körper mit der Lenkwelle und der an dere Körper mit dem fahrzeugfesten Lenkgehäuse verbunden ist. Weite re vorteilhafte Anwendungen der Erfindung sind in der Verwendung bei einer elektrisch oder hydraulisch betätigbaren Kupplungs- oder Drosselklappensteller bei Kraftfahrzeugen zu sehen. Unabhängig von der Verwendung des erfindungsgemäßen Systems hat die Erfindung den Vorteil, eine preisgünstige, robuste und genaue Bewegungsmessung zu ermöglichen. Preisgünstig ist das System vor allem deswegen, weil preiswerte Magnetfeldsensoren zum Einsatz kommen, die Robustheit des Systems ergibt sich beispielsweise daraus, daß das System relativ temperaturunempfindlich ist, die erreichbare Genauigkeit des Systems ist insbesondere deswegen hoch, weil die Sensorsignale inkremental (Grobsignale) und analog (Feinsignal) ausgewertet werden.In its general form, the invention relates to a system for measuring solution of the relative movements of two bodies. In possible form The invention can use the two bodies as a suspension system be formed of a motor vehicle chassis, the one body connected to the vehicle body and the other body with a wheel is. In this case, the relative movements described above leveling movements measured. In a further embodiment can according to the invention the steering movements in a motor vehicle can be measured by one body with the steering shaft and the other whose body is connected to the vehicle-mounted steering housing. Vastness re advantageous applications of the invention are in use with an electrically or hydraulically operated clutch or Throttle valve actuator can be seen in motor vehicles. Independent of the use of the system according to the invention, the invention Advantage of an inexpensive, robust and accurate motion measurement too enable. The system is inexpensive primarily because inexpensive magnetic field sensors are used, the robustness of the Systems results, for example, from the fact that the system is relative is insensitive to temperature, the achievable accuracy of the system is particularly high because the sensor signals are incremental (Coarse signals) and analog (fine signal) can be evaluated.
Erfindungsgemäß besteht das Bewegungsmeßsystem für eine Einrichtung mit zwei gegenseitig verschiebbaren Körpern zur Erfassung einer Stellposition des ersten Körpers gegenüber dem zweiten Körper dar aus, daßAccording to the invention, the motion measuring system for a device with two mutually displaceable bodies to capture one Position of the first body relative to the second body from that
- - der erste Körper Zonen aufweist, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften besitzen, und- The first body has zones that have different magnetic Possess properties, and
- - die Zonen in wenigstens einer Spur angeordnet sind, und- The zones are arranged in at least one track, and
- - wenigstens eine Sensoreinheit vorgesehen ist, die relativ zu dem zweiten Körper unbeweglich angeordnet ist und die die durch die Zonen der Spur verursachten magnetischen Flußdichteänderungen während der Relativbewegungen der beiden Körper erfaßt und ent sprechende wenigstens erste Signale abgibt, und- At least one sensor unit is provided, which is relative to the second body is immovably arranged and which by the Zones of the track caused magnetic flux density changes detected and ent during the relative movements of the two bodies speaks at least first signals, and
-
- Auswerteeinheiten vorgesehen sind, mittels der
- - zur Bildung eines Grobsignals zur Bestimmung der relativen Ver schiebung der beiden Körper die Anzahl der bei einer Relativbe wegung der beiden Körper durch eine Sensoreinheit erfaßten Zo nen ermittelt wird (inkrementale Auswertung), und
- - zur Bildung eines Feinsignals zur Bestimmung der relativen Ver schiebung der beiden Körper der Verlauf der durch einzelne Zo nen verursachten magnetischen Flußdichteänderungen erfaßt wird (analoge Auswertung) und
- - To form a coarse signal to determine the relative Ver shift of the two bodies, the number of zen detected by a sensor unit during a relative movement of the two bodies is determined (incremental evaluation), and
- - To form a fine signal to determine the relative Ver shift of the two bodies, the course of the magnetic flux density changes caused by individual zen is detected (analog evaluation) and
- die relative Verschiebung der beiden Körper aufgrund des Grob- und Feinsignals bestimmt wird.the relative displacement of the two bodies due to the Coarse and fine signal is determined.
Die oben beschriebene Auswertung eines Fein- und Grobsignals hat den Vorteil, eine genaue und preiswerte Messung der Relativbewegung der beiden Körper zu ermöglichen.The evaluation of a fine and coarse signal described above has the Advantage, an accurate and inexpensive measurement of the relative movement of the to allow both bodies.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die absolute Stellposition der beiden Körper zu erfassen, wobei hierbeiIn a further embodiment of the invention, the to detect the absolute position of the two bodies, being here
- - die Zonen in wenigstens einer weiteren Spur angeordnet sind, und- The zones are arranged in at least one further track, and
- - wenigstens eine Sensoreinheit vorgesehen ist, die relativ zu dem zweiten Körper unbeweglich angeordnet ist und die die durch die Zonen der weiteren Spur verursachten magnetischen Flußdichteände rungen während der Relativbewegungen der beiden Körper erfassen und entsprechende zweite Signale abgibt, und- At least one sensor unit is provided, which is relative to the second body is immovably arranged and which by the Zones of the wider track caused magnetic flux density changes movements during the relative movements of the two bodies and emits corresponding second signals, and
- - die Zonen in wenigstens einem Teil der weiteren, ersten Spur in unterschiedlichen Abständen zueinander und in der anderen, zwei ten Spur in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind, und- The zones in at least part of the further, first track in different distances from each other and in the other, two th track are equally spaced, and
- - Auswerteeinheiten vorgesehen sind, mittels der die absolute Stellposition der beiden Körper zueinander aufgrund einer Aus wertung der Signale bestimmt wird.- Evaluation units are provided, by means of which the absolute Position of the two bodies to each other due to an off evaluation of the signals is determined.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Auswerteeinheiten derart ausgelegt sind, daß aus den ersten Signalen, die die durch die Zonen der zweiten Spur verursachten magnetischen Flußdichteänderungen repräsentieren, die Anzahl der bei einer Relativbewegung der beiden Körper durch eine Sensoreinheit er faßten Zonen ermittelt wird. Es werden also die bei einer Relativbe wegung der beiden Körper an den ersten Sensormitteln vorbeigleiten den Zonen gezählt (inkrementale Auswertung). Durch die Bildung eines solchen Grobsignals erhält man eine grobe Abschätzung der relativen Verschiebung der beiden Körper zueinander. Grob deswegen, da der hierbei unvermeidliche Fehler in der Breite der einzelnen Zonen liegt.In an advantageous embodiment of the invention, that the evaluation units are designed such that from the first Signals caused by the zones of the second track magnetic flux density changes represent the number of a relative movement of the two bodies by a sensor unit zones is determined. So there are those with a relative movement of the two bodies past the first sensor means the zones counted (incremental evaluation). By forming a Such a coarse signal gives a rough estimate of the relative Shift of the two bodies to each other. Roughly because the inevitable errors in the width of the individual zones lies.
Wertet man nun erfindungsgemäß zusätzlich den genauen Verlauf der durch die einzelnen Zonen verursachten magnetischen Flußdichteände rungen aus (analoge Erfassung, Feinsignal), so verfeinert man die oben beschriebene Grobmessung (Fehler bis zu einer Zonenbreite), da durch ein solches Feinsignal die genaue Lage der beiden Körper innerhalb einer Zone bestimmbar ist.If one now additionally evaluates the exact course of the invention magnetic flux density changes caused by the individual zones out of (analog acquisition, fine signal), so you refine the Rough measurement described above (errors up to a zone width), because with such a fine signal the exact position of the two bodies can be determined within a zone.
Hierdurch gelangt man jedoch nur zu einer genauen Angabe der relativen Verschiebung der beiden Körper, jedoch nicht zu der ge wünschten absoluten Stellposition der beiden Körper zueinander. Die Ermittlung der absoluten Stellposition der beiden Körper zuein ander geschieht dadurch, daß die Auswerteeinheiten derart ausgelegt sind, daß ein die Phasenlage zwischen den ersten Signalen und den zweiten Signalen repräsentierendes Phasensignal gebildet wird. Im einfachsten Fall weisen lediglich zwei Zonen der ersten Spur einen im Gegensatz zu den anderen Zonen der ersten Spur unterschiedlichen Abstand zueinander auf. Man realisiert in diesem Fall einen Bezugs punkt und die Abtastung der Zonen der ersten Spur liefert eine Bezugsmarke, also einen Bereich innerhalb der Spur, in dem die Zonen gegenüber der Zoneneinteilung der zweiten Spur einen Phasensprung aufweisen. Wird nun die Bezugsmarke erreicht und detektiert, so gelangt man mit der nachfolgenden erfindungsgemäßen genauen Er fassung der relativen Verschiebung zu einer genauen absoluten Stell position der beiden Körper zueinander. However, this only leads to an exact specification of the relative displacement of the two bodies, but not to the ge desired absolute position of the two bodies to each other. The determination of the absolute position of the two bodies the other happens because the evaluation units are designed in this way are that a the phase relationship between the first signals and the second signal representing phase signal is formed. in the In the simplest case, only two zones of the first track have one different from the other zones of the first track Distance from each other. In this case, a reference is realized point and the scanning of the zones of the first track provides one Reference mark, i.e. an area within the track in which the zones a phase shift compared to the zoning of the second track exhibit. If the reference mark is now reached and detected, so one arrives with the following precise Er according to the invention version of the relative shift to an exact absolute position position of the two bodies to each other.
Die einfache Ausgestaltung der ersten Spur zur Erfassung einer Bezugsmarke hat jedoch den Nachteil, daß nach dem Start des erfin dungsgemäßen Systems erst wenigstens einmal die Bezugsmarke erfaßt werden muß, um die gewünschte absolute Stellposition anzugeben. Des wegen ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß sich die Phasenlage über einen weiten Bereich der Spuren ändert, wodurch sehr frühzeitig nach dem Start des Systems aus der erfaßten Phasenlage der die Zonen der Spuren repräsentierenden Signale auf die absolute Stellposition geschlossen werden kann.The simple design of the first track to detect a However, the reference mark has the disadvantage that after the start of the invent system according to the invention first detects the reference mark at least once must be to indicate the desired absolute position. Des because it is provided in a further embodiment that the Phasing changes over a wide range of tracks, making it very early on after starting the system from the recorded phase position of the signals representing the zones of the tracks to the absolute Position can be closed.
Findet das erfindungsgemäße System Anwendung bei der oben beschrie benen Einfederbewegungsmessung, so enthält das System einen Zylin der, wobei in dem Zylinder ein Kolben mit einer Kolbenstange beweg lich angeordnet ist. Die Kolbenstange weist dabei in ihrem Längsver lauf mindestens zwei Zonen auf, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften haben. Weiterhin ist wenigstens eine Sensoreinheit vorgesehen, die relativ zu dem Zylinder unbeweglich angeordnet ist, und die die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften erfaßt. Vorzugsweise sind die zwei gegeneinander verschiebbaren Körper mit dem Aufbau und einer Radeinheit eines Kraftfahrzeugs direkt oder indirekt betriebsverbunden. Als Zylinder, Kolben und Kolbenstange ist dabei ein Dämpfer ausgebildet, der zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Radeinheit angebracht ist.The system according to the invention finds application in the above-described level measurement, the system contains a cylinder the, with a piston moving with a piston rod in the cylinder Lich is arranged. The piston rod has in its longitudinal ver run at least two zones, the different magnetic Have properties. Furthermore, there is at least one sensor unit provided which is arranged immovable relative to the cylinder, and which detects the different magnetic properties. The two bodies which are displaceable relative to one another are preferably included the structure and a wheel unit of a motor vehicle directly or indirectly related to the company. As a cylinder, piston and piston rod a damper is formed between the vehicle body and the wheel unit is attached.
Bei der Verwendung der Erfindung zur Einfederbewegungsmessung ergibt sich der Vorteil, daß durch die Einarbeitung der Zonen unterschied licher magnetischer Eigenschaften die Oberfläche der Kolbenstange unverändert bleibt. Dies bedeutet beispielsweise für einen Dämpfer, daß keine Probleme hinsichtlich der Dichtigkeit (Kolbenstangenab dichtung) auftreten. Weiterhin kann im Falle eines Dämpfers das gesamte Wegmeßsystem inklusive einer Signalaufbereitung in den Dämp fer integriert werden. Durch Abzählen der Zonen, d. h. durch Inkre mentierung der die unterschiedlichen Zonen erfassenden Sensor impulse, gelangt man zu einer hohen Genauigkeit und Auflösung des zu messenden Weges bzw. der hieraus bestimmbaren Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit ist dabei direkt proportional zur Frequenz der Sensorsignale.When using the invention for spring movement measurement results the advantage that differed by the incorporation of the zones Licher magnetic properties the surface of the piston rod remains unchanged. For example, for a damper, that there are no problems with tightness (piston rods from seal) occur. Furthermore, in the case of a damper entire measuring system including signal conditioning in the damper be integrated. By counting the zones, i.e. H. by Incre mentation of the sensor detecting the different zones impulses, one arrives at a high accuracy and resolution of the measuring path or the speed that can be determined from this. The Speed is directly proportional to the frequency of the Sensor signals.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sind wenigstens zwei Sensoreinheiten derart angeordnet, daß diese bei einer Verschiebung der Körper die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften zeitlich versetzt erfassen. Die Signale der Sensorein heiten werden Auswerteeinheiten zugeführt, mittels der die durch die zwei Sensoreinheiten erfaßten ersten und zweiten Sensorsignale mit einander zur Bestimmung der relativen Bewegungsrichtung der Körper verglichen werden. In dieser Ausgestaltung liefert das erfindungsge mäße System nicht nur die Verschiebung der beiden Körper zueinander bzw. die Verschiebungsgeschwindigkeiten, sondern erfaßt auch die Be wegungsrichtungen der Körper zueinander.In an advantageous embodiment of the system according to the invention at least two sensor units are arranged such that these when the bodies move, the different magnetic Record properties at different times. The signals from the sensors units are supplied by means of which the data generated by the two sensor units also recorded first and second sensor signals each other to determine the relative direction of movement of the body be compared. In this embodiment, the fiction provides system not only the displacement of the two bodies to each other or the displacement speeds, but also covers the loading directions of movement of the body to each other.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Kolbenstange wenigstens zwei in ihrer Längsrichtung verlaufende Spuren (Zonenhereiche) aufweist, wobei die Spuren aus wenigstens zwei Zonen unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften bestehen. Jeweils wenigstens eine Sensoreinheit erfaßt dabei die Zonen der Spuren. Hierdurch können Positionsmarkierungen an der Kolbenstange detektiert werden, wodurch eine Erkennung des absoluten Dämpferweges ermöglicht wird.In a further advantageous embodiment it is provided that the piston rod extends at least two in its longitudinal direction Has traces (zone areas), the traces of at least there are two zones with different magnetic properties. In each case at least one sensor unit detects the zones of the Traces. This allows position markings on the piston rod can be detected, whereby a detection of the absolute damper path is made possible.
Zu der letztgenannten Ausgestaltung kann weiterhin vorgesehen sein, daß die die Spuren erfassenden Sensormittel erste und dritte Sensor signale abgeben, und diese Signale dritten Auswerteeinheiten zuge führt werden. Mittels der dritten Auswerteeinheiten werden die ersten und dritten Sensorsignale zur Erfassung der absoluten Lage der beiden Körper zueinander und/oder Erfassung der bestimmungsge mäßen Funktion der Sensoreinheiten verglichen.In addition to the latter configuration, it can be provided that that the sensor means detecting the tracks first and third sensor emit signals, and these signals supplied to third evaluation units leads. Using the third evaluation units, the first and third sensor signals for detecting the absolute position of the two bodies to each other and / or determination of the determination compared function of the sensor units.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems, insbesondere der mechanischen Ausgestaltung der Kolben stange, ergibt sich daraus, daß die Kolbenstange aus zwei ineinan dergeschraubten oder ineinandergesteckten Rohren gebildet wird, wobei die beiden Rohre aus Materialien bestehen, die unterschied liche magnetische Eigenschaften aufweisen. Zur Bildung der Zonen, die wie erwähnt unterschiedliche magnetische Eigenschaften auf weisen, kann das äußere Rohr mit einem Innengewinde und/oder das innere Rohr, das auch als Massivstab ausgebildet sein kann, mit einem Außengewinde versehen sein. Eine andere Möglichkeit sieht vor, daß das äußere Rohr an seiner Innenseite und/oder das innere Rohr an seiner Außenseite mit ringförmigen Einkerbungen versehen ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß eine einfache mechanische Her stellung der Kolbenstange als Weggeberskala möglich ist. Darüber hinaus bleibt die mechanische Stabilität der Kolbenstange gegenüber einer herkömmlichen nahezu unverändert.A particularly advantageous embodiment of the invention Systems, especially the mechanical design of the piston rod, it follows that the piston rod from two into each other which is formed by screwed or nested pipes, the two pipes being made of materials that differed Liche magnetic properties. To form the zones, which, as mentioned, has different magnetic properties can have, the outer tube with an internal thread and / or inner tube, which can also be designed as a solid rod, with be provided with an external thread. Another possibility is that the outer tube on its inside and / or the inner tube is provided on the outside with annular notches. This Design has the advantage that a simple mechanical Her position of the piston rod as a displacement encoder is possible. About that In addition, the mechanical stability of the piston rod remains a conventional one almost unchanged.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zur Erlangung der Spuren (Bereiche von Zonen unterschiedlicher magne tischer Eigenschaften), je nach der Ausgestaltung des Innen- und Außenrohres das Innen- und/oder das Außengewinde und/oder eine oder beide der ringförmigen Einkerbungen in der Längsrichtung der Kolben stange eine Asymmetrie aufweist oder aufweisen. So kann beispiels weise in dem Fall, in dem das äußere Rohr mit einem Innengewinde und/oder das innere Rohr mit einem Außengewinde versehen ist, ein Gewindegang auf einer Länge von ca. 90 bis 180 Grad abgetragen werden. Beim Durchlaufen dieses Wegsegments erkennt ein entsprechend positionierter Sensor, der obenerwähnte Sensor zur Positionsmar kierungserkennung, im Zusammenhang mit den Sensoren oder dem Sensor, der das vollständige Gewinde detektiert, den Ausfall einer Zone als Positionsmarkierung. Another embodiment of the invention is that for Obtaining the traces (areas of zones of different magne table properties), depending on the design of the interior and Outer tube, the internal and / or the external thread and / or one or both of the annular notches in the longitudinal direction of the pistons rod has or have asymmetry. For example wise in the case where the outer tube has an internal thread and / or the inner tube is provided with an external thread Thread turn removed over a length of about 90 to 180 degrees become. When walking through this path segment, a recognizes accordingly positioned sensor, the above-mentioned sensor for position mar detection, in connection with the sensors or the sensor, which detects the complete thread, the failure of a zone as Position marker.
Durch das erfindungsgemäße System bzw. durch seine Ausgestaltungen sind weiterhin folgende Vorteile zu erzielen:Through the system according to the invention or through its configurations the following advantages can still be achieved:
- - Dadurch, daß die Ausgangssignale der Sensoreinheiten als analoge, sinusähnliche oder digitale Signale mit konstanter Amplitude vor liegen, gelangt man zu einer störungssicheren Übertragung der Weg- bzw. Geschwindigkeitsinformationen zwischen den beiden Körpern, beispielsweise einem Stoßdämpfer, und dem Steuergerät, das diese Informationen weiterverarbeitet.- The fact that the output signals of the sensor units as analog, sinusoidal or digital signals with constant amplitude lie, one arrives at an interference-free transmission of the Path or speed information between the two Bodies, for example a shock absorber, and the control unit, that further processes this information.
- - Bei der Ausgestaltung der Kolbenstange mit Innen- und/oder Außen gewinde oder Ringen kann die Inkrementierung ein Vielfaches der Anzahl von Gewindergängen betragen. Bei Analogsignalübertragung ist die Auflösung noch höher.- In the design of the piston rod with inside and / or outside thread or rings, the increment can be a multiple of that Number of threads. With analog signal transmission the resolution is even higher.
- - Die Wegrichtung und damit der Kraftnulldurchgang bei einem Stoß dämpfer kann direkt an der Phasenlage der Ausgangssignale der beiden die Bewegungen der Körper zeitlich versetzt erfassenden Sensoreinheiten abgelesen werden.- The direction of travel and thus the force zero crossing in the event of an impact can be directly connected to the phase position of the output signals of the both capture the movements of the body at different times Sensor units can be read.
Weiterhin wird auch in der Ausgestaltung der Erfindung als Einfeder bewegungssensor vorgesehen, daß die Zonen unterschiedlicher magne tischer Eigenschaften in der einen Spur in gleichen Abständen zuein ander und in der anderen Spur in unterschiedlichen Abständen zuein ander angeordnet sind. Die Spuren sind dabei in Längsrichtung der Kolbenstange angeordnet. Werden nun, wie oben beschrieben, die Zonen der Spuren sensorisch abgetastet, so kann aus der Phasenlage der Abtastsignale die absolute Lage der beiden Körper zueinander erfaßt werden.Furthermore, in the embodiment of the invention as a spring Motion sensor provided that the zones of different magne properties in one track at equal intervals different and in the other track at different distances are arranged differently. The tracks are in the longitudinal direction Piston rod arranged. Now, as described above, become the zones of the traces sensed, the phase position of the Scan signals the absolute position of the two bodies to each other become.
Der erfindungsgemäße, integrierte Einfederungswegsensor, der den Einfederweg bzw. die Einfederweggeschwindigkeit zwischen dem Fahr zeugaufbau und einer Radeinheit detektiert, kann insbesondere außer halb des Dämpfers in der Nähe der Kolbenstangendichtung angebracht werden. The integrated deflection travel sensor according to the invention, which the Travel distance or the travel speed between the rides tool structure and a wheel unit can be detected, in particular half of the damper near the piston rod seal become.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bewegungsmeßsystems besteht darin, daß die Einrichtung als Lenkwinkeldetektor bei einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist, wobei der eine Körper, der die Spuren aufweist, mit einer Lenkwelle betriebsverbunden ist und der andere Körper als ein mit dem Fahrzeug verbundenes Lenkgehäuse ausgebildet ist.Another embodiment of the motion measuring system according to the invention is that the device as a steering angle detector at one Motor vehicle is formed, the one body that tracks has, is operationally connected to one steering shaft and the other Body formed as a steering housing connected to the vehicle is.
Besonders vorteilhaft ist es bei dieser Ausgestaltung der Erfindung als Lenkwinkelmeßsystem, daß die Spuren auf einer konzentrisch um die Lenkwelle angeordneten Metallscheibe als Kreisbahnen mit unterschiedlichen Radien um die Lenkwelle verlaufen oder die Spuren auf einer konzentrisch um die Lenkwelle angeordneten Zylinderfläche verlaufen.It is particularly advantageous in this embodiment of the invention as a steering angle measuring system that the tracks on a concentric order the steering shaft arranged metal disc as circular orbits different radii around the steering shaft or the tracks on a cylinder surface arranged concentrically around the steering shaft run.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteran sprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention are the Unteran to take sayings.
Der Fig. 1a ist schematisch ein Stoßdämpfer mit einer Kolbenstange und den Fig. 1, 2 und 2a sind verschiedene Ausgestaltungsmöglich keiten der Kolbenstange zu entnehmen. Die Fig. 3a und 3b stellt Signalverläufe dar, während in den Fig. 4, 5, 6, 7 und 8 Schal tungsanordnungen zur Auswertung der erfindungsgemäß erfaßten Signale zu entnehmen sind. In der Fig. 9 und 12 sind Signalverläufe zu sehen und in der Fig. 10 verschiedene Ausgestaltungen der Kolben stange. Die Fig. 11 zeigt den schematischen Aufbau der Erfindung als Lenkwinkeldetektor und die Fig. 12 Signalverläufe. Fig. 1a is a schematic of a shock absorber with a piston rod and Figs. 1, 2 and 2a are different design options of the piston rod. FIGS. 3a and 3b illustrates waveforms are to be found for evaluating the signals detected according to the invention while in Figs. 4, 5, 6, 7 and 8 TIC arrangements. In Fig. 9 and 12 waveforms can be seen and in Fig. 10 different configurations of the piston rod. FIG. 11 shows the schematic structure of the invention as a steering angle detector and FIG. 12 shows signal curves.
In den im folgenden zu beschreibenden Ausführungsbeispielen wird das erfindungsgemäße System zunächst anhand der Erfassung des Einfeder weges bzw. der Einfederweggeschwindigkeit an einem Stoßdämpfer eines Kraftfahrzeugs dargestellt. In einem weiteren Teil wird dann die Erfindung anhand der Erfassung eines Lenkwinkels beschrieben.In the exemplary embodiments to be described below, this is System according to the invention first based on the detection of the spring way or the spring deflection speed on a shock absorber Motor vehicle shown. In a further part the Invention described based on the detection of a steering angle.
In der Fig. 1a wird zunächst modellhaft ein solcher Stoßdämpfer dargestellt. Der Stoßdämpfer befindet sich zwischen dem Fahrzeugauf bau A und der Radeinheit R. Der Dämpfer verfügt über ein äußeres Mantelrohr 142, an dem konzentrisch ein inneres Mantelrohr 143 be festigt ist. Das äußere Mantelrohr 142 ist stirnseitig durch den ersten Boden 144 und das innere Mantelrohr 143 durch den zweiten Boden 148 abgeschlossen. In der Nähe des ersten Bodens 144 befinden sich im zweiten Boden 148 Drosselstellen III und IV, durch welche ein Austausch von Fluidmitteln aus den von den Mantelrohren 142 und 143 gebildeten Ringraum C in den vom Mantelrohr 143 gebildeten Innenraum möglich ist. Das äußere Mantelrohr 142 ist durch einen Deckel 145 und das innere Mantelrohr 143 ist durch einen Deckel 146 verschlossen. Die Deckel 145 und 146 weisen zentrale Kolbenstangen durchführungen auf, durch die eine Kolbenstange 141 geführt ist, welche sich innerhalb des Dämpfers in einem Dämpfungskolben 147 fortsetzt. Durch den Dämpfungskolben 147 wird der Innenraum des inneren Mantelrohrs 143 in eine obere Arbeitskammer A und eine untere Arbeitskammer B untereilt, wobei ein Austausch von Fluid mitteln zwischen den Arbeitskammern A und B über die Drosselstellen I und II im Kolben 147 möglich ist. Es handelt sich also um einen an sich bekannten (J. Reimpel, Fahrwerktechnik: Stoßdämpfer, Vogel-Buchverlag, Würzburg) Zweirohrdämpfer. Beim Einfedern der Räder (Druckstufe) erfolgt eine Verkürzung des Dämpfers, der Kolben 147 geht herunter und ein Teil des Fluidmittels strömt aus der unteren Arbeitskammer B durch die als Ventil ausgebildeten Drossel stelle I in die obere Arbeitskammer A. Die dem eintauchendem Kolben stangenvolumen entsprechende Fluidmittelmenge wird dabei in den Ringraum C gedrückt, und zwar durch die im zweiten Boden 148 befind liche und als Ventil ausgebildete Drosselstelle III.Such a shock absorber is first shown as a model in FIG. 1a. The shock absorber is located between the vehicle construction A and the wheel unit R. The damper has an outer jacket tube 142 , to which an inner jacket tube 143 is concentrically fastened. The outer jacket tube 142 is closed at the end by the first bottom 144 and the inner jacket tube 143 by the second bottom 148 . In the vicinity of the first floor 144 there are throttling points III and IV in the second floor 148 , through which an exchange of fluid means from the annular space C formed by the casing pipes 142 and 143 into the interior space formed by the casing pipe 143 is possible. The outer casing tube 142 is closed by a cover 145 and the inner casing pipe 143 is closed by a cover 146 . The covers 145 and 146 have central piston rod bushings, through which a piston rod 141 is guided, which continues inside the damper in a damping piston 147 . Due to the damping piston 147 of the interior of the inner jacket tube 143 into an upper working chamber A and a lower working chamber B is under approaches, wherein an exchange of fluid means between the working chambers A and B via the throttle points I and II in the piston 147 is possible. So it is a known (J. Reimpel, chassis technology: shock absorber, Vogel-Buchverlag, Würzburg) twin-tube damper. When the wheels deflect (compression stage) the damper is shortened, the piston 147 goes down and part of the fluid flows from the lower working chamber B through the throttle valve I designed into the upper working chamber A. The amount of fluid medium corresponding to the immersing piston volume is pressed into the annular space C, namely by the Liche located in the second bottom 148 and designed as a valve throttle point III.
Beim Ausfahren der Räder (Zugstufe) entsteht durch den hochfahrenden Kolben 147 ein Überdruck in der unteren Arbeitskammer A. Hierbei wird das Fluidmittel durch die als Ventil ausgebildete Drosselstelle II in die untere Arbeitskammer B gedrückt. Das Ausfahren der Kolben stange 141 hat einen Fluidmittelmangel in dem Arbeitsraum A zur Folge. Diese fehlende Menge wird aus der Arbeitskammer C durch die als Ventil ausgebildete Drosselstelle IV nachgesaugt.When the wheels are extended (rebound stage), the rising piston 147 creates an overpressure in the lower working chamber A. The fluid medium is pressed into the lower working chamber B through the throttle point II designed as a valve. The extension of the piston rod 141 results in a lack of fluid in the work space A. This missing amount is sucked out of the working chamber C through the throttle point IV designed as a valve.
Legt man nun die Drosselstelle II und die Drosselstelle III derart aus, daß der Drosselquerschnitt verstellbar ist, so gelangt man zu veränderten Dämpfungseigenschaften in der Zug- (Drosselstelle II) und in der Druckstufe (Drosselstelle III).If you now place throttle point II and throttle point III in this way that the throttle cross section is adjustable, so you get to changed damping properties in the tension (throttle point II) and in the pressure stage (throttle point III).
In dem linken Teil der Fig. 1 und 2 ist ein Schnittbild der Kolbenstange 141 zu sehen. Die Kolbenstange besteht dabei aus zwei ineinandergeschraubten -gesteckten Rohren. Das äußere Rohr 110 ist dünnwandig und eventuell mit einem Innengewinde versehen. Das Innen rohr 112 besteht aus einem dickwandigen Stahlrohr oder Massivstab, um die auftretenden Quer- und Längskräfte des Dämpfers aufzunehmen. Dieses Rohr 112 besitzt ein Außengewinde oder ringförmige Einkerbungen.A sectional view of the piston rod 141 can be seen in the left part of FIGS. 1 and 2. The piston rod consists of two tubes that are screwed together. The outer tube 110 is thin-walled and possibly provided with an internal thread. The inner tube 112 consists of a thick-walled steel tube or solid rod to absorb the transverse and longitudinal forces of the damper. This tube 112 has an external thread or annular notches.
Die Gewinde der ineinandergeschraubten oder -gesteckten Rohre dienen als Zahnradersatz, wobei die beiden Rohre 110 und 112 aus Stoffen mit möglichst unterschiedlicher Magnetisierung bestehen. Das äußere Rohr 110 kann beispielsweise paramagnetische, das innere Rohr 112 weichmagnetische Eigenschaften aufweisen. The threads of the tubes which are screwed or plugged into one another serve as a replacement for gearwheels, the two tubes 110 and 112 being made of materials with as different a magnetization as possible. The outer tube 110 can have paramagnetic properties, for example, and the inner tube 112 can have soft magnetic properties.
Die Kolbenstange 141 ist somit also in ihrem Längsverlauf in Zonen 111, 111′ unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften unterteilt. Auf die Gewinde der Rohre 110 und 112 kann eventuell vor der Montage ein dünnflüssiger Lack oder Harz aufgetragen werden, welcher an schließend aushärtet. Dadurch wird eine Leckage des Dämpferöls durch das Gewinde verhindert, sowie eine bessere mechanische Stabilität erreicht.The piston rod 141 is thus divided in its longitudinal course into zones 111 , 111 'of different magnetic properties. A thin liquid varnish or resin can be applied to the threads of the pipes 110 and 112 before assembly, which then hardens. This prevents the damper oil from leaking through the thread and improves mechanical stability.
Unter Umständen genügt es aber, nur eines der beiden Rohre 110 oder 112 mit einem Gewinde zu versehen. Dies hat folgende Vorteile:In some circumstances, however, it is sufficient to provide only one of the two pipes 110 or 112 with a thread. This has the following advantages:
- - Bei der Herstellung des Außenrohrs, beispielsweise aus V2A, ist hierbei kein Schneiden des Innengewindes notwendig (einfachere Herstellung).- In the manufacture of the outer tube, for example made of V2A no cutting of the internal thread necessary (simpler Manufacture).
- - Einfachere Montage.- Easier assembly.
- - Es ist eine bessere Passung zwischen beiden Rohren gegeben, da kein typisches Gewinde notwendig ist.- There is a better fit between the two pipes because no typical thread is necessary.
Die Sensoren S1, S2 und S3 sowie die Signalaufbereitungselektronik 101 und 102 können beispielsweise als ringförmige Platine um die Kolbenstangenführung angebracht und eventuell eingegossen werden. Die dadurch notwendige Bauhöhe wird durch die Verringerung der Bauhöhe des Kolbens kompensiert, da ein im Kolben angebrachter Sensor nicht nötig ist.The sensors S1, S2 and S3 as well as the signal processing electronics 101 and 102 can, for example, be attached as an annular circuit board around the piston rod guide and possibly cast in. The resulting height is compensated for by reducing the height of the piston, since a sensor attached to the piston is not necessary.
Als Sensoren S1, S2 und S3 können dabei Differenz-Hall-Sensoren (Zahnradsensoren) verwendet werden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.Differential Hall sensors can be used as sensors S1, S2 and S3 (Gear sensors) are used, which are from the prior art are known.
Aus der auf der linken Seite der Fig. 1 und 2 zu sehenden An ordnungen der Kolbenstange ergeben sich an der Kolbenstangenober fläche verschiedene Zonen 111, 111′ mit unterschiedlich magnetischen Eigenschaften. Zur Erfassung dieser unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften sind neben den Hall-Sensoren ein Magnetfeld nötig. Zur Erzeugung des Magnetfeldes wird ein Dauermagnet auf der Rückseite des Sensor-ICs angebracht.From the on the left side of FIGS. 1 and 2 to see orders of the piston rod on the upper surface of the piston rod there are different zones 111 , 111 'with different magnetic properties. In addition to the Hall sensors, a magnetic field is required to record these different magnetic properties. To generate the magnetic field, a permanent magnet is attached to the back of the sensor IC.
Wird nun eine wie oben beschriebene Kolbenstange längs an den Hall-Sensoren vorbeigeführt, so ändert sich die gemessene magne tische Flußdichte in Abhängigkeit des dicht unter der Oberfläche der Kolbenstange angebrachten Gewindes. Es entsteht eine dem Gewinde profil annähernd proportionale Sensorwechselspannung.Now a piston rod as described above along the Hall sensors passed, the measured magne changes table density depending on the density just below the surface of the Piston rod attached thread. A thread is created Profile approximately proportional sensor AC voltage.
Hierbei sind zwei Hall-Sensoren 11 und 12 derart angebracht, daß das Ausgangssignal des zweiten Sensors 12 gegenüber dem Signal des ersten Sensors 11 um beispielsweise 90 Grad zeitlich versetzt ist. Damit läßt sich die Bewegungsrichtung der Kolbenstange erkennen. Der 90-Grad-Versatz der Ausgangssignale S1 und S2 der Sensoren 11 und 12 kann sowohl durch senkrechtes als auch durch waagerechtes, um 90 Grad versetztes Anbringen (Ausnutzen der Gewindesteigung) der beiden Sensoren 11 und 12 erfolgen.Here, two Hall sensors 11 and 12 are attached such that the output signal of the second sensor 12 is offset in time by, for example, 90 degrees from the signal of the first sensor 11 . The direction of movement of the piston rod can thus be recognized. The 90-degree offset of the output signals S1 and S2 of the sensors 11 and 12 can take place both vertically and horizontally by 90 degrees offset attachment (taking advantage of the thread pitch) of the two sensors 11 and 12 .
Die Sensorsignale S1 und S2 und das noch zu beschreibende Sensor signal S3 werden in den Einheiten 101 bzw. 102 zu den Signalen S1′, S2′ und S3′ bearbeitet und den weiteren Auswerteeinheiten 120 bzw. 121 zugeführt. Weiterhin wird über die Sensorsignalaufbereitung 101 und 102 den Sensoren ihre Stromversorgung (I) und die Erdung (GND) zugeführt.The sensor signals S1 and S2 and the sensor signal S3 still to be described are processed in the units 101 and 102 to form the signals S1 ', S2' and S3 'and fed to the further evaluation units 120 and 121, respectively. Furthermore, their power supply (I) and grounding (GND) are fed to the sensors via the sensor signal processing 101 and 102 .
In der Fig. 2a ist im linken Teil eine Ausgestaltung der Kolben stange zu sehen, bei der die Zonen der Spur b äquidistant (mit gleichen Abständen zueinander) angeordnet sind und die Zonen der Spur a in dem unteren Teil äquidistant und in dem oberen Teil mit nach oben hin abnehmenden Abstand angeordnet sind. Die Vorteile, die sich aus dieser Ausgestaltung ergeben, werden anhand der in der Fig. 9 dargestellten Signalverläufe erklärt. In Fig. 2a an embodiment of the piston rod can be seen in the left part, in which the zones of track b are arranged equidistantly (with equal distances from one another) and the zones of track a are equidistant in the lower part and in the upper part upward decreasing distance are arranged. The advantages that result from this configuration are explained on the basis of the signal profiles shown in FIG. 9.
Anhand der Fig. 3a und 3b soll nun gezeigt werden, daß durch die Auswertung der Ausgangssignale S1 und S2 der Sensoren 11 und 12, bzw. durch die Auswertung der aufbereiteten Signale S1′ und S2′, die Bewegungsrichtung der Kolbenstange erfaßt werden kann.Referring to Figs. 3a and 3b will now be shown that the piston rod can be detected by the evaluation of the output signals S1 and S2 from the sensors 11 and 12, or by evaluating the processed signals S1 'and S2', the direction of movement.
In der Fig. 3a sind hierzu die Signalverläufe S1 und S2 für einen ausfahrenden Dämpferkolben aufgezeigt. Die Sensorsignale S1 und S2 repräsentieren dabei die Zonen unterschiedlicher magnetischer Eigen schaften der Kolbenstange. Ordnet man nun den zwei Niveaus der Signale S1 und S2 jeweils die binären Werte 0 ("Low") und 1 ("High"), so gelangt man zu den binären Signalen BIN1 und BIN2, wobei BIN1 und BIN2 ein zweistelliges Binärwert darstellen können.For this purpose, the signal curves S1 and S2 for an extending damper piston are shown in FIG. 3a. The sensor signals S1 and S2 represent the zones of different magnetic properties of the piston rod. If you now assign the binary levels 0 ("Low") and 1 ("High") to the two levels of the signals S1 and S2, you get to the binary signals BIN1 and BIN2, where BIN1 and BIN2 can represent a two-digit binary value.
Vergleicht man nun in einem nächsten Schritt diese binären Signale BIN1 und BIN2, so gelangt man zu dem Signal V. Das Signal V ist dabei der den Signalen BIN1 und BIN2 entsprechende Dezimalwert. Das Signal V nimmt dabei den Wert 0 immer dann ein, wenn die Signale BIN1 und BIN2 jeweils gleichzeitig den Wert 0 haben. Weiterhin hat das Signal V den Wert 1, immer dann wenn das Signal BIN1 den Wert 0 und das Signal BIN2 den Wert 1 aufweist. Der Wert V = 2 wird dann eingestellt, wenn das Signal BIN1 den Wert 1 und das Signal BIN2 den Wert 0 hat, während das Signal V = 3 dann eingestellt wird, wenn beide Signale BIN1 und BIN2 den Wert 1 aufweisen. Vergleicht man das Muster des Signals V der Fig. 3a (Signalverlauf für ausfahrende Dämpfer) und den Verlauf des Signals V in der Fig. 3b (Signalverlauf des einfahrenden Dämpfers), so erkennt man aus der Folge der Werte für V, daß durch die 90-Grad-Versetzung der Signale der beiden Sensoren 11 und 12 eine eindeutige Bewegungsrichtungserkennung ermöglicht wird. Durch eine entsprechende Auswertung des Signals V gelangt man also zu einem zweistufigen Signal R, das angibt, ob die Kolbenstange in den Dämpferzylinder einfährt oder ausfährt. Dies kann in einer Ausgestaltung der Erfindung in den Einheiten 102 (Fig. 1 und 2, unten rechts) geschehen. Comparing these binary signals BIN1 and BIN2 in a next step leads to signal V. Signal V is the decimal value corresponding to signals BIN1 and BIN2. The signal V assumes the value 0 whenever the signals BIN1 and BIN2 have the value 0 at the same time. Furthermore, the signal V has the value 1 whenever the signal BIN1 has the value 0 and the signal BIN2 has the value 1. The value V = 2 is set when the signal BIN1 has the value 1 and the signal BIN2 has the value 0, while the signal V = 3 is set when both signals BIN1 and BIN2 have the value 1. If one compares the pattern of the signal V in FIG. 3a (signal curve for the extending damper) and the curve of the signal V in FIG. 3b (signal curve for the incoming damper), it can be seen from the sequence of the values for V that by the 90th -Degradation of the signals from the two sensors 11 and 12 enables unambiguous detection of the direction of movement. A corresponding evaluation of the signal V thus leads to a two-stage signal R which indicates whether the piston rod is moving in or out of the damper cylinder. In one embodiment of the invention, this can be done in units 102 ( FIGS. 1 and 2, bottom right).
Ein dritter Sensor 13 mit dem Ausgangssignal S3 kann schließlich zur Erkennung einer oder mehrerer absoluter Positionsmarkierungen des Dämpferweges benutzt werden.A third sensor 13 with the output signal S3 can finally be used to detect one or more absolute position markings of the damper path.
Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem in der Mitte des Ge windes (Soll-Niveau-Lage) ein Gewindegang auf einer Länge von ca. 90 bis 100 Grad abgetragen wird. Beim Durchlaufen dieses Wegseg mentes erkennt dieser Sensor 13 im Zusammenhang mit dem Signal der Sensoren 11 oder 12 den Ausfall einer Zone (abgetragener Gewinde gang). Der Sensor 13 ist dabei so plaziert, daß nur er diesen Ge windegangausfall detektiert (beispielsweise kann der Sensor 13 an der, der Sensoren 11 und 12 gegenüberliegenden Kolbenstangenseite angebracht sein).This can be achieved, for example, by removing a thread in the middle of the thread (target level position) over a length of approx. 90 to 100 degrees. When passing this Wegseg mentes this sensor 13 recognizes in connection with the signal from the sensors 11 or 12 the failure of a zone (worn thread). The sensor 13 is placed in such a way that only it detects this loss of gear speed (for example, the sensor 13 can be attached to the piston rod side opposite the sensors 11 and 12 ).
Im linken Teil der Fig. 1 ist beispielsweise das Fehlen eines Gewindeganges im Bereich des Sensors 13 zu sehen. Durch eine solche Anordnung gelangt man zu einer Kolbenstangenausgestaltung, die bezüglich ihrer Zonen unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften in Längsrichtung eine Asymmetrie aufweist. Man gelangt also zu zwei unterschiedlichen in Längsrichtung der Kolbenstange verlaufenden Zonenbereiche bzw. Spuren a und b, die aus den Zonen 111 und 111′ bestehen. Die Zonen 111 und 111′ der Spuren a und b detektieren dabei die Sensoren 11 und 12 (Spur b) und der Sensor 13 (Spur a).The left part of FIG. 1 shows, for example, the lack of a thread in the area of the sensor 13 . Such an arrangement leads to a piston rod configuration which has asymmetry in the longitudinal direction with regard to its zones of different magnetic properties. So you get to two different in the longitudinal direction of the piston rod zones or tracks a and b, which consist of zones 111 and 111 '. Zones 111 and 111 'of tracks a and b detect sensors 11 and 12 (track b) and sensor 13 (track a).
Die Signalaufbereitung kann erfolgen, indem beispielsweise die Sensoren 11 und 13 so angebracht sind, daß sie ein gleichphasiges Ausgangssignal liefern. Subtrahiert man nun diese beiden Sensor signale S1 und S3 voneinander, so erhält man nur bei Durchlaufen des fehlenden Gewindegangs ein Ausgangssignal. Solch eine Subtraktion kann beispielsweise in den Einheiten 101 und 102 geschehen, so daß als Ausgangssignal S3′ nur dann einen Wert ausgegeben wird, wenn die Positionsmarke erkannt wird. The signal processing can take place, for example, by mounting the sensors 11 and 13 in such a way that they deliver an in-phase output signal. If you subtract these two sensor signals S1 and S3 from each other, you will only get an output signal if the missing thread is passed. Such a subtraction can take place, for example, in the units 101 and 102 , so that a value is only output as the output signal S3 'when the position marker is recognized.
Während im linken Teil der Fig. 1 das Fehlen eines Gewindegangs dargestellt ist, ist in der Fig. 2 im linken Teil eine weitere Aus gestaltung zu sehen. Durch das Weglassen nur eines Gewindegangteiles (Fig. 1) kann es bei einem Fahrzeug mit Niveauregulierung zu Initialisierungsproblemen kommen. Bei einem solchen System erkennt man nach einem Start des Fahrzeugs zunächst nicht, ob sich der Dämpfer oberhalb oder unterhalb der Positionsmarke befindet. Dies kann dadurch gelöst werden, daß für den Sensor 13 an der Stelle der Soll-Niveau-Lage ein sinngemäßer Übergang von "High" nach "Low" stattfindet. Somit kann sofort nach Starten des Fahrzeugs erkannt werden, ob sich das Fahrzeug ober- oder unterhalb der Soll-Niveau- Lage befindet. Nun kann, beispielsweise mit einer aktiven Niveau regelungsanlage, mit einer vorzugebenden Geschwindigkeit begonnen werden, die Einfederung des Fahrzeugs in Richtung der Soll-Niveau- Lage zu verändern. Die Geschwindigkeit der Niveauverschiebung kann bereits mittels der Sensoren 11 und 12 gemessen werden. Bei Durch laufen der Soll-Niveau-Lage erkennt der Sensor 13 den Übergang und justiert die Auswerteschaltung, indem er beispielsweise einen Inkre mentalzahler entsprechend der Soll-Niveau-Lage setzt.While the absence of a thread is shown in the left part of FIG. 1, a further design can be seen in FIG. 2 in the left part. The omission of only one thread part ( FIG. 1) can lead to initialization problems in a vehicle with level control. In such a system, after starting the vehicle, it is initially not possible to tell whether the damper is above or below the position mark. This can be solved in that a corresponding transition from "high" to "low" takes place for the sensor 13 at the point of the desired level position. Thus, immediately after starting the vehicle, it can be recognized whether the vehicle is above or below the target level position. Now, for example with an active level control system, it is possible to start at a predetermined speed to change the deflection of the vehicle in the direction of the desired level position. The speed of the level shift can already be measured by means of the sensors 11 and 12 . When running through the target level position, the sensor 13 recognizes the transition and adjusts the evaluation circuit, for example by setting an incremental counter according to the target level position.
Subtrahiert man die beiden Sensorsignale S1 und/oder S2 von dem Sensorsignal S3, so erhält man bei diesem Ausführungsbeispiel beim Durchlaufen des fehlenden Gewindegangsbereichs (oberer Teil der Kolbenstange in der Fig. 2) eine Ausgangssignaländerung. Als Subtraktionsergebnis erhält man nur im Bereich der fehlenden Ge windegänge ein Rechtecksignal.If the two sensor signals S1 and / or S2 are subtracted from the sensor signal S3, an output signal change is obtained in this embodiment when passing through the missing thread region (upper part of the piston rod in FIG. 2). As a subtraction result, a rectangular signal is only obtained in the area of the missing threads.
Die mechanische Ausführung dieses Ausführungsbeispiels kann bei spielsweise derart geschehen, daß das Gewinde an der Lauflinie des dritten Sensors 13 bis zur Hälfte (von oben oder unten kommend bis zur Soll-Niveau-Lage) abgefräst wird. Eventuell kann die untere Hälfte auch ohne Gewinde ausgeführt sein (Vollmaterial). Zur mechanischen Stabilisierung kann gegebenenfalls das abgefräste Ge windeteil mit V2A Stahl oder mit Harz ausgefüllt werden. The mechanical design of this embodiment can be done for example in such a way that the thread on the running line of the third sensor 13 is milled up to half (coming from above or below to the desired level position). The lower half can also be designed without a thread (solid material). For mechanical stabilization, the milled thread part can be filled with V2A steel or with resin.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein Ausfall des Sensors 13 ebenfalls erkannt werden, wenn die Niveauregelung in der Startphase des Fahrzeugs den Übergang bei der Soll-Niveau-Lage nicht findet, bis zum Anschlag regelt, den Anschlag erkennt und dann die Auswerte schaltung entsprechend informiert (Lagezähler rücksetzen). Die Sensoren 11 und 12 können sich gegenseitig überwachen. Somit kann bei Ausfall nur eines Sensors trotzdem die Soll-Niveau-Lage erkannt werden.In this embodiment, a failure of the sensor 13 can also be detected if the level control in the start phase of the vehicle does not find the transition at the desired level position, controls up to the stop, detects the stop and then informs the evaluation circuit accordingly (position counter reset). The sensors 11 and 12 can monitor each other. This means that if only one sensor fails, the target level position can still be recognized.
Im folgenden soll nun auf die schon obenerwähnte digitale inkremen tale Auswertung der Sensorsignale S1, S2 und S3 detailliert einge gangen werden.In the following, the digital increments mentioned above will now be discussed tal evaluation of the sensor signals S1, S2 and S3 in detail be gone.
Solche digitalen, inkrementalen Meßverfahren sind bekannt für ihre genaue und driftfreie Wegmessung. Einer ihrer Nachteile ist jedoch ihre mangelhafte absolute Wegerkennung zu Beginn der Messungen. Erst nachdem die sogenannte Bezugsmarke (detektiert durch Sensor 13) durchlaufen ist, beginnt das System eine absolute Wegposition auszu geben.Such digital, incremental measuring methods are known for their precise and drift-free path measurement. However, one of their disadvantages is their poor absolute path detection at the start of the measurements. Only after the so-called reference mark (detected by sensor 13 ) has passed through does the system begin to output an absolute path position.
Im folgenden wird nun am Beispiel der Wegmessung eines Stoßdämpfers beschrieben, wie man zu einem wesentlich früheren Zeitpunkt eine absolute Wegposition erkennen kann.The following is now based on the example of the displacement measurement of a shock absorber described how to get a can recognize absolute path position.
In der oben beschriebenen und in der Fig. 2 dargestellten Aus führungsform der Kolbenstange wird, wie beschrieben, der Wegbereich unterhalb der im Bereich des Sensors 13 angebrachten Markierung als "Low"-Signal, der Bereich oberhalb der Markierung als "High"-Signal erkannt. Somit kann in Fahrzeugen mit einer aktiven Niveau-Regelung sofort nach dem Starten das Fahrzeugniveau in die gewünschte Position gebracht werden. Für solche Fahrzeuge ist eine Anordnung nach Fig. 2 ausreichend. Für Fahrzeuge ohne aktive Niveau-Regelung bleibt jedoch abzuwarten, bis diese Null-Marke nach dem Start im Fahrbetrieb zufällig durchlaufen wird, um eine absolute Weg positionsangabe zu erlangen. In the embodiment described above and shown in FIG. 2, the piston rod is, as described, the path area below the marking in the area of the sensor 13 identified as a "low" signal, the area above the marking as a "high" signal . In vehicles with active level control, the vehicle level can thus be brought into the desired position immediately after starting. An arrangement according to FIG. 2 is sufficient for such vehicles. For vehicles without active level control, however, it remains to be seen until this zero mark is passed randomly after the start in driving mode in order to obtain an absolute position information.
Mit den im folgenden beschriebenen Schaltungen gelangt man zu einem inkrementalen Wegmeßsystem eines Stoßdämpfers, mit dem zu einem sehr frühen Zeitpunkt nach dem Start des Fahrzeugs (je nach Zonenein teilung maximal nach 2,8 mm) eine absolute Wegposition zu erlangen ist.With the circuits described below you get to a incremental measuring system of a shock absorber, with which to a very early after starting the vehicle (depending on the zone division maximum after 2.8 mm) to achieve an absolute path position is.
Die Fig. 4 zeigt anhand eines Blockschaltbildes die benötigte Elektronik. Diese Elektronik ist vorzugsweise im Stoßdämpfer integriert. Die Fig. 5 und 6 stellen weitergehende Auswerte stellungen dar, und die Fig. 7 und 8 zeigen Auswerteschaltungen mittels eines Mikroprozessors. In der Fig. 9 sind schließlich typische Signalverläufe der Ausgangsspannungen der Sensoren 11, 12 und 13 sowie der Auswerteschaltungen beim Messen des Einfederweges dargestellt. FIG. 4 shows the electronics needed basis of a block diagram. This electronics is preferably integrated in the shock absorber. FIGS. 5 and 6 further evaluation positions represent, and Figs. 7 and 8 show evaluation circuits by means of a microprocessor. In the Fig. 9 typical waveforms of the output voltages of the sensors 11, 12 and 13 as well as the evaluation circuits in measuring the spring deflection finally are shown.
In der Fig. 4 sind die Sensoren bzw. die Sensorsignalaufbereitung zu sehen. In dem Block 41 sind die beiden Sensoren 11 und 12 als Brückenschaltungen (R1, R2, R3, R4), die durch die Betriebsspannung Ub versorgt werden. Der Sensor 13 ist in den Einheiten 42 der Fig. 4 ebenfalls als Brückenschaltung (R7, R8, R9, R10) mit der zuge führten Betriebsspannung UB zu sehen.In FIG. 4, the sensors and the sensor signal conditioning can be seen. In block 41 , the two sensors 11 and 12 are in the form of bridge circuits (R1, R2, R3, R4) which are supplied by the operating voltage Ub. The sensor 13 can also be seen in the units 42 of FIG. 4 as a bridge circuit (R7, R8, R9, R10) with the supplied operating voltage UB.
Die abgegriffenen Spannungssignale der dritten Schaltungen werden den Differenzverstärkern 410, 411 und 412 zugeführt. Ausgangsseitig der Differenzverstärker 410 und 411 liegen dann die zur inkrementa len Wegaufnahme benötigten Signale S1′ und S2′, die bei einem festen Zonenabstand von beispielsweise 2,8 mm bereits zwei um 90 Grad ver setzte analoge Ausgangssignale darstellen. Hierbei ist es möglich, die beiden Sensoren 11 und 12 (Brückenschaltungen in Einheit 41) als einen einzigen Sensor auszubilden, wenn man von der Vollbrücken schaltung abgeht und die beiden auf dem Chip räumlich um ca. 0,7 mm auseinanderliegenden Halbbrücken verwendet (4 × 0,7 mm = 2,8 mm Zonenabstand). Der Sensor 13 (Brückenschaltung in Einheiten 42) ist als Vollbrücken-Hall-Sensor eingesetzt und dient zur Auswertung der Bezugsmarken-Signale. Die Sensorsignale werden verstärkt, eventuell temperaturkompensiert und als analoge sinusförmige Signale ausge geben.The tapped voltage signals of the third circuits are fed to the differential amplifiers 410 , 411 and 412 . On the output side of the differential amplifiers 410 and 411 are then the signals S1 'and S2' required for incremental displacement, which at a fixed zone spacing of 2.8 mm, for example, already represent two analog output signals set at 90 degrees. It is possible to design the two sensors 11 and 12 (bridge circuits in unit 41 ) as a single sensor if one proceeds from the full-bridge circuit and uses the two half-bridges spaced apart on the chip by approximately 0.7 mm (4 × 0.7 mm = 2.8 mm zone distance). The sensor 13 (bridge circuit in units 42 ) is used as a full-bridge Hall sensor and is used to evaluate the reference mark signals. The sensor signals are amplified, possibly temperature compensated and output as analog sinusoidal signals.
In der weiteren Auswerteschaltung (Fig. 5 und 6) wird unter anderem eine phasenabhängige schnelle Niveauerkennung durchgeführt. Dabei werden mit Hilfe eines Komparators 519 bzw. 619 die Schnittpunkte der beiden Eingangssignale (UE1=S1′, UE2=S2′) ermittelt und mit Hilfe eines Monoflops (520, 620) und eines Gatters (621) ein Sample impuls während einer der beiden Schnittpunkte erzeugt. Dieser Sampleimpuls steuert den Schalter (616), so daß am Kondensator (617) und Impedanzwandler (618) der momentane Wert von UE3 festge halten wird.In the further evaluation circuit ( FIGS. 5 and 6) a phase-dependent fast level detection is carried out, among other things. The intersection points of the two input signals (U E1 = S1 ', U E2 = S2') are determined with the aid of a comparator 519 and 619 , and a sample pulse during a with the aid of a monoflop ( 520 , 620 ) and a gate ( 621 ) of the two intersections. This sample pulse controls the switch ( 616 ), so that the current value of U E3 is held on the capacitor ( 617 ) and impedance converter ( 618 ).
Da der Schnittpunkt der um 90 Grad versetzten Eingangssignale S1′ und S2′ der Sensoren 11 und 12 sehr phasenstabil ist, sowie der Sensor 13 eine sehr temperaturstabile Signalaufbereitung darstellt, kann mit dieser Schaltungsanordnung eine gut auswertbare Phasen messung zwischen den beiden Zahnstangen vorgenommen werden. In der Fig. 9 sind in einer zeitlichen Darstellung die Verläufe der Sensorsignale UE1 (S1′), UE2 (S2′) und UE3 (S3′) dargestellt, die den Zonenbereich 1 (Spur b, die durch die Sensoren 11 und 12 abgetastet wird) und den Zonenbereich 2 (Spur a, die durch den Sensor 13 abgetastet wird) abtasten. Im oberen Bereich der Fig. 9 sind also die zeitlich um 90 Grad versetzten Signale S1′ und S2′ der Sensoren 11 und 12 gezeigt. Der Zonenabstand, d. h. der Zahnab stand, beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 2,8 mm. Über den ganzen Längsbereich der Kolbenstange sind die durch die Sensoren 11 und 12 abgetasteten Zonen im gleichen Abstand (2,8 mm) angeordnet. Wie in der Fig. 2a zu sehen ist, sind im Gegensatz hierzu die Zonen, die der Sensor 13 abtastet, in dem einen Bereich (im unteren Bereich der Kolbenstange) bis zu einer Markierung, die das Soll-Niveau repräsentiert, ebenfalls in gleichen Abständen angeordnet. Die Phasenlage der Signale S1′, S2′ und S3′ sind in diesem Bereich gleich, d. h. das Phasensignal UA3 weist in diesem Bereich einen konstanten Pegel auf. Deutlich sichtbar ist der Phasen- und Amplitu densprung UA3 bei Durchlaufen des Soll-Niveaus. In der durch den Sensor 13 abgetasteten Spur sind die Zonen, die jenseits des Soll-Niveaus liegt (im oberen Bereich der Kolbenstange), mit unter schiedlichen Abständen voneinander angeordnet. In dem von der Fig. 9 bzw. 2a dargestellten Ausführungsbeispiel sind in diesem Bereich der Zonen insgesamt 5 Zonen mit unterschiedlichen Abständen ange ordnet. Hierdurch kommt es zu einer Phasenverschiebung zwischen den Signalen S1′ und S2′ einerseits und dem Signal S3′ andererseits. Dies erkennt man an dem Phasensignal UA3, das in diesem Aus führungsbeispiel 5 Stufen aufweist. Ein dritter, in der Fig. 2a nicht mehr dargestellter Zonenbereich mit zonengleichen Abstand schließt sich hieran an, wodurch wieder eine feste Phasenlage der Signale S1′, S2′ und S3′ erreicht wird (rechter Teil der Fig. 9).Since the intersection of the input signals S1 'and S2' offset by 90 degrees of the sensors 11 and 12 is very phase-stable, and the sensor 13 is a very temperature-stable signal conditioning, this circuit arrangement can be used to make a phase analysis that can be easily evaluated between the two racks. In Fig. 9, the curves of the sensor signals U E1 (S1 '), U E2 (S2') and U E3 (S3 ') are shown in a time representation, the zone area 1 (track b, by the sensors 11 and 12 is scanned) and the zone area 2 (track a, which is scanned by the sensor 13 ). In the upper area of FIG. 9, the signals S1 'and S2' of sensors 11 and 12 are shown offset by 90 degrees. The zone spacing, ie the tooth spacing, is 2.8 mm in this exemplary embodiment. The zones scanned by sensors 11 and 12 are arranged at the same distance (2.8 mm) over the entire longitudinal region of the piston rod. In contrast to this, as can be seen in FIG. 2a, the zones which the sensor 13 scans in the area (in the lower area of the piston rod) up to a marking which represents the desired level are also at equal intervals arranged. The phase position of the signals S1 ', S2' and S3 'are the same in this area, ie the phase signal U A3 has a constant level in this area. The phase and amplitude jump U A3 is clearly visible when passing through the target level. In the track scanned by the sensor 13 , the zones which lie beyond the desired level (in the upper region of the piston rod) are arranged at different distances from one another. In the embodiment shown in FIGS. 9 and 2a, a total of 5 zones with different distances are arranged in this area of the zones. This results in a phase shift between the signals S1 'and S2' on the one hand and the signal S3 'on the other. This can be seen from the phase signal U A3 , which has 5 stages in this exemplary embodiment. A third zone region, which is no longer shown in FIG. 2a, is at the same distance from it, as a result of which a fixed phase position of the signals S1 ', S2' and S3 'is again achieved (right part of FIG. 9).
Der Amplitudensprung bei Erreichen der Soll-Niveaulage wird mit Hilfe des Komparators (622) und der Reset-Logik (614) ausgewertet und setzt den Zähler (69) zurück. Der "Power on reset" setzt nach dem Start des Fahrzeugs den V/R Zähler (69) und das Statusbit der "Erstnulldurchgangserkennung" zurück. Der erste nach dem Start des Fahrzeugs erfolgte Null-Niveau-Durchlauf erzeugt einen Reset des Zählers und setzt ein Statusbit. Dieses Statusbit kann mit Hilfe des Analogumschalters (612) vom Mikroprozessor aus jederzeit gelesen werden.The jump in amplitude when the desired level is reached is evaluated with the aid of the comparator ( 622 ) and the reset logic ( 614 ) and resets the counter ( 69 ). The "Power on reset" resets the V / R counter ( 69 ) and the status bit of the "first zero crossing detection" after the vehicle has started. The first zero-level run after the vehicle has started generates a counter reset and sets a status bit. This status bit can be read from the microprocessor at any time using the analog switch ( 612 ).
Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung Ub steht also spätestens nach einer Wegänderung von 2,8 mm (Abstand der Zonen im Bereich der Sensoren 11 und 12) das analoge Phasensignal UA3 zur Verfügung. Dieses Phasensignal kann als Vorabinformation ausgewertet werden, bis das ebenfalls überwachbare Statusbit den ersten Null-Niveau-Durchlauf meldet. Um eine bessere Auflösung des analogen Phasensignals zu erreichen, ist es sinnvoll, den Wegbereich, in dem eine kontinuierliche Phasenverschiebung stattfindet, beispielsweise auf den typischen beladungsabhängigen Einfederweg zu begrenzen.After switching on the supply voltage Ub, the analog phase signal U A3 is available at the latest after a path change of 2.8 mm (distance of the zones in the area of the sensors 11 and 12 ). This phase signal can be evaluated as preliminary information until the status bit, which can also be monitored, reports the first zero-level pass. In order to achieve a better resolution of the analog phase signal, it makes sense to limit the path range in which a continuous phase shift takes place, for example to the typical load-dependent deflection path.
Zur absoluten Wegerkennung soll im folgenden zusammenfassend die Funktionsweise der Erfindung diesbezüglich noch einmal beschrieben werden.The following is a summary of the absolute path detection Operation of the invention in this regard described again become.
Geht man davon aus, daß das erfindungsgemäße Wegmeßsystem zur Er fassung des Einfederweges zu einer Fahrwerkregelung benutzt wird, so gelangt man durch die Erfassung der Sensorsignale S1 und S2 zu der Information, ob der Dämpfer sich in der Zug- oder Druckstufe befin det und welche Einfedergeschwindigkeit vorliegt. Nach dem Ein schalten des Systems (Start des Fahrzeugs) fehlt jedoch der absolute Bezug, d. h. die Information, welches Niveau an dem jeweiligen Dämpfer eingestellt ist. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung geht es nun darum, möglichst schnell nach dem Ein schalten des Systems einen absoluten Bezug zu bekommen. Diesen absoluten Bezugspunkt erhält man dadurch, daß zwischen den Ausgangs signalen der Sensoren 11 und 12 und dem Sensor zur Bezugsmarkener kennung 13 ein Phasensprung stattfindet. Zur Erkennung dieses Phasensprungs muß jedoch die Soll-Niveau-Lage erreicht werden.If one assumes that the position measuring system according to the invention is used to record the spring deflection for chassis control, then the detection of the sensor signals S1 and S2 leads to the information as to whether the damper is in the rebound or compression stage and which spring speed is present. After switching on the system (starting the vehicle) there is no absolute reference, ie the information which level is set on the respective damper. In the embodiment of the invention described above, it is now a matter of getting an absolute reference as quickly as possible after switching on the system. This absolute reference point is obtained in that a phase jump takes place between the output signals of the sensors 11 and 12 and the sensor for the reference mark recognition 13 . To detect this phase shift, however, the target level position must be reached.
Betrachtet man nun beispielsweise den Fall, daß das Fahrzeug vor seinem Start beladen wurde, so dauert es bei Fahrzeugen, die keine aktive Niveauregulierung aufweisen, unter Umständen sehr lange bis das Soll-Niveau, d. h. der Phasensprung, erreicht wird. Erst wenn das beladene Fahrzeug beispielsweise eine größere Fahrbahnunebenheit durchfährt, sind die Einfederbewegungen derart, daß das Soll-Niveau erreicht wird. Um aber bei solchen Fahrzeugen ohne aktive Niveau-Regulierung möglichst schnell ein absolutes Wegsignal zu er halten, wird die durch den Sensor 13 erfaßte Zahnstange (Zonenein teilung) unterhalb des Soll-Niveaus derart ausgelegt, daß die Zähne bzw. Zonen unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften unterschied liche Abstände aufweisen. Diese unterschiedlichen Abstände des Zonenbereichs, der von dem Sensor 13 erfaßt wird, bewirkt nun aber eine unterschiedliche Phasenlage der Signale der Sensoren 11 und 12 zu den Signalen des Sensors 13. Durch Erfassung der Phasenlage (Phasensignal UA3) gelangt man in den Bereich unterhalb des Soll-Niveaus schon nach kürzester Zeit zu einer ungefähren Ab schätzung der absoluten Wegposition. Befindet sich das Fahrzeug beispielsweise im unbeladenen Zustand oberhalb des Soll-Niveaus, so kann man durch das Phasensignal UA3 in diesem Ausführungsbeispiel lediglich erkennen, daß sich das Fahrzeug oberhalb des Soll-Niveaus befindet. In diesem Fall ist erst eine absolute Wegerfassung bei Durchschreiten des Soll-Niveaus zu erlangen. Ebenso ist in dem in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Bereich weit unterhalb des Soll-Niveaus vorgesehen, in dem die Zoneneinteilung wiederum durch gleiche Abstände untereinander gekennzeichnet ist. In diesem Bereich ist die Phasenlage der Signale S1′, S2′ und S3′ zwar wieder konstant (3/4 Ub), weist jedoch einen anderen Wert als die Phasenlage im Bereich oberhalb des Soll-Niveaus auf.If we now consider, for example, the case that the vehicle was loaded before it started, it may take a very long time for vehicles that do not have active level regulation until the target level, ie the phase shift, is reached. Only when the loaded vehicle travels through a larger bump in the road, for example, are the deflection movements such that the desired level is reached. In order to maintain an absolute path signal as quickly as possible in such vehicles without active level regulation, the rack detected by the sensor 13 (zone division) is designed below the target level in such a way that the teeth or zones of different magnetic properties differ from each other Have clearances. However, these different distances of the zone area, which is detected by the sensor 13 , now causes a different phase position of the signals from the sensors 11 and 12 to the signals from the sensor 13 . By detecting the phase position (phase signal U A3 ), an approximate estimate of the absolute path position can be reached in the area below the target level after a very short time. If the vehicle is, for example, in the unloaded state above the target level, one can only see from the phase signal U A3 in this exemplary embodiment that the vehicle is above the target level. In this case, absolute path detection can only be achieved when the target level is exceeded. Likewise, in the exemplary embodiment shown in FIG. 9, an area is provided far below the target level, in which the zone division is again characterized by the same distances between them. In this area, the phase position of the signals S1 ′, S2 ′ and S3 ′ is again constant (3/4 Ub), but has a different value than the phase position in the area above the target level.
Anhand der Fig. 5, 6 und 9 soll nun im folgenden die erfindungs gemäße Auswertung der Signale zur Ermittlung des Einfederweges dargestellt werden.Referring to Figs. 5, 6 and 9, the evaluation according to Invention shall now the signals are shown for determining the spring deflection in the following.
Den Kern der inkrementalen Grobmessung bildet dabei ein Vor/Rück wärts-Zähler (69) mit einem nachgeschalteten Digital-Analog-Umsetzer (610), an dessen Ausgang eine grobe, alle 2,8 mm inkrementierende Analogspannung (UA1) anliegt. Durch die grobe Auflösung (bei spielsweise 7 Bit) kann der Analogwert von einem Mikroprozessor fehlerfrei eingelesen werden. Der Verlauf des Signals UA1 insbe sondere seine Abhängigkeit von den Signalen S1′, S2′ ist im unteren Teil der Fig. 9 zu sehen. Man gelangt so zu dem treppenförmig verlaufenden Signal UA1, das als Grobsignal für die Weg- und/oder Geschwindigkeitsmessung dienen kann. Als Grobmessung des Einfeder wegs erkennt man also, wieviele der Zonen erfaßt wurden. The core of the incremental rough measurement is formed by a forward / backward counter ( 69 ) with a downstream digital-to-analog converter ( 610 ), at the output of which there is a rough analog voltage (U A1 ) incrementing every 2.8 mm. Due to the coarse resolution (for example 7 bits) the analog value can be read by a microprocessor without errors. The course of the signal U A1 in particular its dependence on the signals S1 ', S2' can be seen in the lower part of FIG. 9. This leads to the step-shaped signal U A1 , which can serve as a coarse signal for measuring distance and / or speed. As a rough measurement of the spring deflection, you can see how many of the zones have been recorded.
Als Fein-Signal zur Erkennung in welchem Bereich der jeweils ge zählten Zone sich das System befindet, dient eines der Analogsignale S1′ oder S2′. Um eine bessere Auswertung der Analogsignale durch die Auswerteschaltung bzw. durch den Mikroprozessor zu erreichen, kann dieses sinusförmige Signal S1′ oder S2′ beispielsweise durch Invertierung (66) der abfallenden Sinushälfte in eine Art Rampen signal verwandelt werden. Auf diese Weise gelangt man zu dem in der Fig. 9 dargestellten Feinsignal UA2. In dem in der Fig. 9 zu sehenden Beispiel wird in oben beschriebener Weise das Signal S1′ ausgewertet. Als Umschaltkriterium für das Feinsignal UA2 dient dabei das mit Hilfe des Komparators (63) digitalisierte Eingangs signal S2′. Um mit nur einem Analogausgangssignal auszukommen, kann mit Hilfe der Analogschalter (64, 65, 611) zwischen den vier Dämpfern des Fahrzeugs sowie mit Hilfe des Analogschalters (612) zwischen Grob-, Fein-, Phasen- und Statussignal umgeschaltet werden.One of the analog signals S1 'or S2' serves as a fine signal for recognizing in which area of the respective counted zone the system is located. In order to achieve a better evaluation of the analog signals by the evaluation circuit or by the microprocessor, this sinusoidal signal S1 'or S2' can be converted into a type of ramp signal, for example by inverting ( 66 ) the falling sine half. In this way, the fine signal U A2 shown in FIG. 9 is obtained. In the example shown in FIG. 9, the signal S1 'is evaluated in the manner described above. The switchover criterion for the fine signal U A2 is the input signal S2 'digitized with the aid of the comparator ( 63 ). In order to get by with just one analog output signal, the analog switches ( 64 , 65 , 611 ) can be used to switch between the four dampers of the vehicle and the analog switch ( 612 ) to switch between coarse, fine, phase and status signals.
Ist einer der Sensoren 11 oder 12 nicht als Vollbrückenschaltung ausgebildet, kann es systembedingt zu größeren temperaturabhängigen Offset- und Verstärkungsdrifterscheinungen kommen. Diese Drifter scheinungen können mit Hilfe von Temperatursensoren an den Differenzverstärkern (410, 411, 412 in der Fig. 4) kompensiert werden oder durch eine zusätzliche Vollbrückenauswertung der Sensoren 11 und 12, wie in gestrichelter Linienführung in der Fig. 4/Einheit 409 zu sehen ist, für die Mikroprozessor-Auswertung. Durch diese Vollbrückenauswertung ist, insbesondere im Falle einer Auswertung durch einen Mikroprozessor, eine bessere Phasenauswertung bezüglich S3′ möglich.If one of the sensors 11 or 12 is not designed as a full bridge circuit, larger temperature-dependent offset and amplification drift phenomena can occur due to the system. These drift phenomena can be compensated for using temperature sensors on the differential amplifiers ( 410 , 411 , 412 in FIG. 4) or by an additional full-bridge evaluation of the sensors 11 and 12 , as can be seen in dashed lines in FIG. 4 / unit 409 is for microprocessor evaluation. This full-bridge evaluation, in particular in the case of an evaluation by a microprocessor, enables a better phase evaluation with respect to S3 '.
Will man aber für ein feineres Wegsignal die Auflösung des Analog signals erhöhen, so kann es trotz der obengenannten Temperatur korrekturen zu temperaturabhängigen Meßfehlern kommen. Hierzu ist in der Fig. 5 eine selbstregelnde Korrektur von Offset und Ver stärkungen dargestellt. But if you want to increase the resolution of the analog signal for a finer path signal, it can come to temperature-dependent measurement errors despite the above-mentioned temperature corrections. For this purpose, a self-regulating correction of offset and reinforcements is shown in FIG. 5.
Da die temperaturabhängigen Signale S1′ und S2′ sich in gleicher Weise verändern, bleibt der phasenbezogene Schnittpunkt dieser bei den Signale und auch die entsprechenden Signalformen stabil. Mit Hilfe des Komparators (519) und des nachgeschalteten Monoflops (520) erhält man an dessen Schnittpunkten einen Sampleimpuls. Mit Hilfe von Schaltern (523, 524) und Haltekondensatoren können die beiden Schnittpunktwerte in den Impedanzwandlern (525 und 526) gespeichert werden. Am Mittelpunkt der beiden Widerstände (R) liegt der genaue Nulldurchgang der beiden Signale statisch an. Mit Hilfe eines Dif ferenzverstärkers (527) kann der Offset-Drift somit vom Nutzsignal subtrahiert werden. Die Differenz der beiden Schnittpunkte stellt außerdem eine Art Sollsignal-Amplitude dar. Mit Hilfe eines Diffe renzverstärkers (528) und eines steuerbaren Verstärkers (529) kann der Verstärkungsdrift korrigiert werden.Since the temperature-dependent signals S1 'and S2' change in the same way, the phase-related intersection of these remains stable for the signals and also the corresponding signal forms. With the aid of the comparator ( 519 ) and the downstream monoflop ( 520 ), a sample pulse is obtained at its intersection points. With the help of switches ( 523 , 524 ) and holding capacitors, the two intersection values can be stored in the impedance converters ( 525 and 526 ). The exact zero crossing of the two signals is statically present at the center of the two resistors (R). With the help of a differential amplifier ( 527 ), the offset drift can thus be subtracted from the useful signal. The difference between the two intersection points also represents a kind of target signal amplitude. With the help of a differential amplifier ( 528 ) and a controllable amplifier ( 529 ), the gain drift can be corrected.
Dieses obengenannte Verfahren bedeutet zwar einen Zusatzaufwand an Bauelementen, macht jedoch jeglichen Abgleich bei der Sensorsignal aufbereitung (Fig. 4) sowie der Signalauswertung (Fig. 5 und 6) überflüssig.Although the above-mentioned method means additional expenditure on components, it makes any adjustment in the processing of the sensor signal ( FIG. 4) and the signal evaluation ( FIGS. 5 and 6) superfluous.
Dies kann sich besonders vorteilhaft bei einer Integration der kompletten Auswerteschaltung in einem speziellen IC auswirken, da hier keine hochwertigen und kritischen Bauteile verwendet werden. Ein solcher IC könnte bei einer Pinzahl von 20 alle 4 Stoßdämpfer signale gleichzeitig aufbereiten.This can be particularly advantageous when integrating the complete evaluation circuit in a special IC, because no high-quality and critical components are used here. Such an IC could with a pin count of 20 every 4 shock absorbers Process signals at the same time.
Eine aus Kosten- und Komfortgründen ebenfalls interessante Lösung stellt die Fig. 7 mit dem Einsatz eines einfachen Mikroprozessors dar. Solche Mikroprozessoren sind relativ preiswert und können alle in den Fig. 5 und 6 beschriebenen Funktionen erfüllen und übernehmen außerdem noch die Korrektur des anfänglich relativen Weg signals auf dem Absolutweg mit Hilfe des groben Phasensignals sowie die Sensorausfallerkennung und Linearisierung des Feinsignals aus dem Sinussignal. FIG. 7 represents a solution that is also interesting for reasons of cost and convenience, with the use of a simple microprocessor. Such microprocessors are relatively inexpensive and can perform all the functions described in FIGS. 5 and 6 and also take over the correction of the initially relative path signals on the absolute path with the help of the rough phase signal as well as the sensor failure detection and linearization of the fine signal from the sine signal.
Hierzu werden dem Mikroprozessor 71 die Ausgangssignale bzw. die aufbereiteten Ausgangssignale S1′, S2′ und S3′ der Sensoren 11, 12 und 13 zugeführt. Wie in der Fig. 7 angedeutet, geschieht dies für alle vier Stoßdämpfer des Fahrzeugs (VL-vorne links, VR-vorne rechts, HL-hinten links, HR-hinten rechts). Ausgangsseitig des Mikroprozessors 71 können dann die erwünschten Daten mittels einer seriellen Schnittstelle oder einer Parallelausgabe ausgelesen werden.For this purpose, the microprocessor 71, the output signals or the processed output signals S1 ', S2' and S3 'of the sensors 11 , 12 and 13 are supplied. As indicated in FIG. 7, this happens for all four shock absorbers of the vehicle (VL front left, VR front right, HL rear left, HR rear right). The desired data can then be read out on the output side of the microprocessor 71 by means of a serial interface or a parallel output.
Bei der Verwendung eines Mikroprozessors ist es besonders vorteil haft, intern in kurzen Zeitabschnitten (beispielsweise 2,8 ms) alle Eingänge einzulesen. Zusätzlich zu diesem zeitabhängigen Einlesen werden bei jedem Schnittpunkt der Eingangssignale UE1 (S1′) mit UE2 (S2′) alle Eingänge eingelesen. Es werden also spätestens alle 2,8 ms intern alle Eingänge eingelesen. Zusätzlich werden die Ein gänge aber bei jedem erfaßten Schnittpunkt der Eingangssignale S1′ und S2′ eingelesen. Durch die Verwendung von externen Interrupt-Ein gängen gelangt man quasi zu einem "Rückgewinn" von Rechenzeit, welche zur Weiterverarbeitung des Einfederweges und der Einfederweg geschwindigkeit genutzt werden kann. Hierdurch kommt es zu einer Rechnerentlastung eines möglichen nachgeschalteten Steuergerätes. Für die oben beschriebenen Auswerteeinrichtungen des erfindungsge mäßen Meßsystems sind folgende Vorteile zu nennen:When using a microprocessor, it is particularly advantageous to read in all inputs internally in short time intervals (for example 2.8 ms). In addition to this time-dependent reading, all inputs are read in at each intersection of the input signals U E1 (S1 ′) with U E2 (S2 ′). All inputs are read internally every 2.8 ms at the latest. In addition, the inputs are read in at each detected intersection of the input signals S1 'and S2'. The use of external interrupt inputs results in a "recovery" of computing time, which can be used for further processing of the travel and the travel speed. This reduces the load on the computer of a possible downstream control unit. The following advantages should be mentioned for the evaluation devices of the measuring system according to the invention described above:
- - Spätestens nach einer Wegänderung von 2,8 mm nach "Power on" steht ein grobes analoges Wegsignal zur Verfügung.- At the latest after a path change of 2.8 mm after "Power on" a rough analog path signal is available.
- - Freie Wahl des Meßbereiches der phasenbezogenen Wegposition (z. B. auf dem typischen beladungsabhängigen Einfederweg). Dadurch Er höhung der Empfindlichkeit.- Free choice of the measuring range of the phase-related position (e.g. on the typical load-dependent travel). Thereby He increase in sensitivity.
- - Bessere gegenseitige Sensorausfallerkennung, da die Bezugsmarkenerkennung und die Wegmessung laufend Impulse liefert.- Better mutual sensor failure detection since the Reference mark recognition and the path measurement continuously provides impulses.
- - Driftarme Phasenbezugsmarke durch Auswertung des Schnittpunktes zweier um 90 Grad versetzter Bezugssignale. - Low-drift phase reference mark by evaluating the intersection two reference signals offset by 90 degrees.
- - Bei einer Anordnung nach Fig. 5 und 6 ist kein elektrischer Abgleich erforderlich. Dies bedeutet eine einfache Herstellung eines speziellen Auswerte-ICs.- With an arrangement according to FIGS. 5 and 6, no electrical adjustment is required. This means simple manufacture of a special evaluation IC.
- - Wegfall der Totzeit gegenüber bisherigen Auswerteschaltungen (ca. 3 ms) zur Meldung des Geschwindigkeitsnulldurchgangs. Es ist eine genaue und schnelle Geschwindigkeitsnullpunkterkennung möglich. Die Umschaltungen der Dämpfungscharakteristika des Dämpfers sollte idealerweise im Einfedergeschwindigkeitsnulldurchgang erfolgen, was eine Verminderung der Umschaltgeräusche zur Folge hat.- Elimination of dead time compared to previous evaluation circuits (approx. 3 ms) to report the zero speed crossing. It is one accurate and fast speed zero point detection possible. Switching of damping characteristics of the damper should ideally be at the single-stroke zero speed crossing occur, which results in a reduction in switching noise Has.
- - Geringer Stromverbrauch.- Low energy consumption.
- - Gute Dämpferanschlagserkennung möglich.- Good damper stop detection possible.
- - Die Auswerteschaltung aller vier Wegsensoren kann durch einen einfachen Mikroprozessor ersetzt werden. Hierdurch ist eine kostengünstige Gesamtlösung möglich.- The evaluation circuit of all four displacement sensors can be done by one simple microprocessor to be replaced. This is one affordable overall solution possible.
- - Es kann eine sichere Triggerschwelle durch Offset-Drift-Kompen sation erreicht werden. Hieraus resultiert eine sichere Sensor signalauswertung.- There can be a safe trigger threshold through offset drift compensation tion can be achieved. This results in a safe sensor signal evaluation.
In den Fig. 10a und 10b sind beispielhaft Anordnungen der beiden Zahnreihen der Kolbenstange zu sehen. Die Fig. 10a zeigt hierbei ein Schnittbild einer Kolbenstange für einen Einrohrdämpfer, während in der Fig. 10b ein Schnittbild einer Kolbenstange eines Zweirohr dämpfers an einer Vorderachse dargestellt ist. Mit dem Bezugszeichen 1004 ist die Zahnreihe bzw. der Zonenbereich zur Phasenmessung, und mit dem Bezugszeichen 1003 die Zahnreihe bzw. der Zonenbereich zur Wegmessung markiert. 1001 zeigt eine Einkerbung als Verdrehschutz für die Montage des Dämpfers im Fahrzeug. Gewinde zur Befestigung sind mit dem Bezugszeichen 1002 bezeichnet. Die Hauptrichtung für die Biegebelastung der Kolbenstange sind als Pfeile mit dem Bezugs zeichen 1010 und der maximale Lenkwinkel a ist mit 1013 markiert. Arrangements of the two rows of teeth of the piston rod can be seen by way of example in FIGS. 10a and 10b. The Fig. 10a shows a sectional view in this case a piston rod for a single-tube damper, while in Fig. Is a sectional view of a piston rod is of a two-pipe damper shown on a front axle 10b. The tooth row or the zone area for phase measurement is marked with the reference number 1004 , and the tooth row or the zone area for distance measurement is marked with the reference number 1003 . 1001 shows a notch as protection against rotation for mounting the damper in the vehicle. Threads for fastening are identified by reference number 1002 . The main direction for the bending load of the piston rod are indicated by arrows with the reference 1010 and the maximum steering angle a is marked with 1013 .
Im folgenden soll anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels die Verwendung des erfindungsgemäßen Bewegungsmeßsystems bei einem Lenk winkeldetektor erläutert werden.In the following, the Use of the motion measuring system according to the invention in a steering angle detector are explained.
Hierzu ist in der Fig. 11 schematisch die Aufsicht einer Lenkwelle 1100 eines Kraftfahrzeugs zu sehen. Eine solche Lenkwelle kann bei spielsweise das von dem Fahrer des Fahrzeugs betätigte Lenkrad mit dem Lenkgetriebe verbinden. Konzentrisch zu der Lenkwelle 1100 ist eine Metallochscheibe 1101 angebracht, auf der 2 Spuren aus gestanzten Löchern, die die schon beschriebenen Zonen 111 und 111′ unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften bilden. Die Spuren a und b sind dabei ebenfalls konzentrisch um die Lenkwelle 1100 als Kreisbahnen mit unterschiedlichen Radien um die Lenkwelle angeordnet.For this purpose, the top view of a steering shaft 1100 of a motor vehicle can be seen schematically in FIG. 11. Such a steering shaft can connect, for example, the steering wheel actuated by the driver of the vehicle to the steering gear. A metal perforated disk 1101 is attached concentrically to the steering shaft 1100 , on which 2 tracks made of punched holes, which form the zones 111 and 111 'of different magnetic properties already described. The tracks a and b are also arranged concentrically around the steering shaft 1100 as circular paths with different radii around the steering shaft.
Als weitere Ausführung kann ein konzentrisch um die Lenkwelle angeordneter Zylinder vorgesehen sein, auf dessen Oberfläche die Spuren ebenfalls als Kreisbahnen (jetzt mit gleichen Radien) um die Lenkwelle ausgebildet sind.As another version, a concentric around the steering shaft arranged cylinder may be provided, on the surface of which Tracks also as circular orbits (now with the same radii) around the Steering shaft are formed.
Wie in der Fig. 11 angedeutet, sind die die magnetischen Fluß dichteänderungen erfassenden Sensoren 11, 12 und 13 fest mit dem Lenkgehäuse 1104 verbunden. Um einen konstanten Abstand der Sensoren 11, 12 und 13 zu den Zonen 111 und 111′ bzw. zu der Lochscheibe 1101 zu gewährleisten, sind die Sensoren 11, 12 und 13 auf einen nicht dargestellten Schlitten angebracht, der auf der Metallscheibe 1101 gleitet. Hierdurch erhält man gleichmäßige Amplituden der Sensor signale.As indicated in FIG. 11, the sensors 11 , 12 and 13 which detect the magnetic flux density changes are firmly connected to the steering housing 1104 . In order to ensure a constant distance between the sensors 11 , 12 and 13 to the zones 111 and 111 'or to the perforated disk 1101 , the sensors 11 , 12 and 13 are attached to a carriage, not shown, which slides on the metal disk 1101 . This results in uniform amplitudes of the sensor signals.
Bei der Betätigung der Lenkwelle bewegen sich die Zonen der Spuren a und b an den gehäusefest montierten Sensoren 11, 12 und 13 vorbei und verursachen die magnetischen Flußdichteänderungen. When the steering shaft is actuated, the zones of tracks a and b move past sensors 11 , 12 and 13 which are fixed to the housing and cause the magnetic flux density changes.
Äquivalent zu dem schon beschriebenen Einfederwegsensor sind die Zonen der Spur b äquidistant angeordnet, während die Zonen der Spur a wenigstens in einem Teil der Spur a unterschiedliche Abstände auf weisen. Wie schon detailliert erläutert, gelangt man durch Zählen (Inkrementierung, Grobsignal UA1) der Zonen der Spur b und durch analoge Auswertung der einzelnen Zonen der Spur b (Feinsignal UA2) zu einer genauen Messung des überstrichenen Lenkwinkels phi.Equivalent to the spring deflection sensor already described, the zones of track b are arranged equidistantly, while the zones of track a are at different distances in at least part of track a. As already explained in detail, counting (incrementing, coarse signal U A1 ) the zones of track b and analog evaluation of the individual zones of track b (fine signal U A2 ) lead to an exact measurement of the steered steering angle phi.
Ebenso gelangt man in schon beschriebener Weise durch eine Auswer tung der Phasenlage der Signale S1′ und/oder S2′ einerseits und dem Signal S3′ andererseits zu einer Absolutwinkelerkennung. Hierzu ist in der Fig. 12 im oberen Teil noch einmal der schon in der Fig. 9 gezeigte Verlauf des Phasensignal UA3 aufgezeigt, wobei in dem be schriebenen Ausführungsbeispiel die Phasenbeziehung der Spuren a und b in dem Bereich oberhalb des Sollniveaus konstant gewählt wurde (Einfedern).Likewise, in the manner already described, an evaluation of the phase position of the signals S1 'and / or S2' on the one hand and the signal S3 'on the other hand leads to an absolute angle detection. For this purpose, the course of the phase signal U A3 already shown in FIG. 9 is shown once again in the upper part of FIG. 12, the phase relationship of the tracks a and b in the region above the desired level being chosen to be constant in the exemplary embodiment described ( Compression).
Demgegenüber wird im Falle des Lenkwinkeldetektors die Phasenlage der Spuren a und b in einem weiten Bereich nicht-konstant ausgelegt. Den Phasensprung, der vorteilhafterweise bei der Geradeausstellung des Lenkrades gewählt wird, erhält man wie im Fall des Einfederweg sensors durch Auslassen einer Zone bzw. einen 180°-Sprung der Spur a.In contrast, in the case of the steering angle detector, the phase position tracks a and b are not designed to be constant over a wide range. The phase shift, which is advantageous in the straight-ahead position of the steering wheel is selected, as in the case of the deflection sensors by skipping a zone or a 180 ° jump of the track a.
Insbesondere ist vorteilhaft die Phasenlage der Spuren a und b nicht-linear auszulegen, da die Genauigkeit der absoluten Lenk winkelmessung von der Änderung der Phasenlage abhängt. Wie im mittleren Signalzug der Fig. 12 zu sehen ist, können die Phasen änderungen im Bereich des Lenkwinkels phi="0" (Geradeausfahrt) groß gewählt werden. Dies hat den Vorteil, daß bei hohen Fahrzeuglängsge schwindigkeiten zwar nur kleine Lenkwinkel getätigt werden, diese aber auf das Fahrverhalten markante Auswirkungen haben. Eine genaue absolute Lenkwinkeldetektierung ist also in diesem Bereich nötig. Für kleine Lenkwinkel bezüglich der Geradeausfahrt erhält man also vorab nach dem Einschalten des Systems ein präzises Grobsignal. In particular, it is advantageous to design the phase position of tracks a and b non-linear, since the accuracy of the absolute steering angle measurement depends on the change in the phase position. As can be seen in the middle signal train of FIG. 12, the phase changes in the range of the steering angle phi = "0" (straight ahead) can be selected to be large. This has the advantage that at high vehicle speeds only small steering angles are made, but these have a significant impact on driving behavior. Precise absolute steering angle detection is therefore necessary in this area. For small steering angles with regard to driving straight ahead, a precise coarse signal is thus obtained in advance after the system is switched on.
Innerhalb einer einzigen Umdrehung der Lenkwelle (+180° bis -180°) erhält man also durch Auswertung des Phasensignals mit ho her Genauigkeit die absolute Stellung der Lenkwelle. Da aber die Lenkwelle bei einem Kraftfahrzeug im allgemeinen mehr als um 360° verdrehbar ist, ist ein weitere Anordnung nötig. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die Lenkwelle 1100 z. B. für maximal vier Umdrehun gen (+/-720°) ausgelegt ist.Within a single revolution of the steering shaft (+ 180 ° to -180 °) you get the absolute position of the steering shaft by evaluating the phase signal with high accuracy. However, since the steering shaft in a motor vehicle can generally be rotated more than 360 °, a further arrangement is necessary. It is assumed that the steering shaft 1100 z. B. is designed for a maximum of four revolutions (+/- 720 °).
Hierzu ist in der Fig. 11 ein konzentrisch mit der Lenkwelle 1100 angebrachtes Zahnrad skizziert, in das ein Zahnrad 1102 eingreift. Der Kern dieser Idee besteht darin, daß die Größe des mit der Lenk welle verbundenen Zahnrades und des Zahnrades 1102 derart gewählt sind, daß sich das Zahnrad 1102 bei beispielsweise vier vollständi gen Umdrehungen (+/-720°) der Lenkwelle 1100 um maximal eine halbe Umdrehung (+/-90°) dreht. Dies kann gegebenenfalls mit einem Zwi schenzahnrad, also mittels eines Getriebes zwischen der Lenkwelle 1100 und Zahnrad 1102 erreicht werden. Auf dem Zahnrad 1102 ist nun konzentrisch ein Magnet 1103 angebracht, dessen Magnetfeld mittels eines am Lenkgehäuse 1104 und zentrisch zum Zahnrad 1103 angebrach ten Sensors 1105 (Ausgangssignal S4′, Fig. 7) gemessen wird. Man ge langt so zu dem in der Fig. 12 dargestellten Signal UA4. Der Sen sor 1105 kann, ebenso wie der Sensor 13 in dem in der Fig. 2 be schriebenen Ausführungsbeispiel, sehr einfach (geringe Auflösung) und preiswert aufgebaut sein, da er lediglich zur Ermittlung des Grobsignal UA4 herangezogen wird, das angibt, in welchem Umdrehungsbereich sich die Lenkwelle 1100 befindet. Das Grobsignal UA4 ist in dem unteren Bereich der Fig. 12 zu sehen.For this purpose, a gearwheel concentrically attached to the steering shaft 1100 is sketched in FIG. 11, in which a gearwheel 1102 engages. The essence of this idea is that the size of the gear connected to the steering shaft and the gear 1102 are chosen such that the gear 1102 is, for example, four complete revolutions (+/- 720 °) of the steering shaft 1100 by a maximum of half Revolution (+/- 90 °) turns. This can optionally be achieved with an intermediate gear, that is to say by means of a gear between the steering shaft 1100 and gear 1102 . On the gear 1102 , a magnet 1103 is now concentrically attached, the magnetic field of which is measured by means of a sensor 1105 attached to the steering housing 1104 and centrally to the gear 1103 (output signal S4 ', FIG. 7). One thus reaches the signal U A4 shown in FIG. 12. The sensor 1105 can, just like the sensor 13 in the embodiment described in FIG. 2 be very simple (low resolution) and inexpensive, since it is only used to determine the coarse signal U A4 , which indicates which Rotation range is the steering shaft 1100 . The coarse signal U A4 can be seen in the lower area of FIG. 12.
Zusammenfassend sind folgende Vorteile eines Getriebes mit Dauermagneten und Hall- Winkelsensoren zu nennen:In summary, the following advantages of a gearbox are Permanent magnets and Hall angle sensors to name:
- - Es ist kein mechanischer Endanschlag vorhanden, welcher zur eventuellen Zerstörung des Lenkwinkelgebers führen könnte. - There is no mechanical end stop, which is used for possible destruction of the steering angle sender could result.
- - Eine falsche Montagejustierung kann einfach erkannt werden bzw. es kann ein Prüfausgang für die Einstellung der Geradeausfahrt bei der Montage vorgesehen werden. Dies ist in der Fig. 7 als Prüfausgang eingezeichnet. Bei einem Lenkwinkelmeßsystem kann an diesem Ausgang beispielsweise das Signal 1 für einen Lenkeinschlag rechts von der Geradeausstellung und das Signal 0 für einen Lenkeinschlag links von der Geradeausstellung anliegen.- An incorrect assembly adjustment can be easily recognized or a test output can be provided for setting the straight-ahead travel during assembly. This is shown in FIG. 7 as a test output. In a steering angle measuring system, signal 1 for a steering angle to the right of the straight ahead position and signal 0 for a steering angle to the left of the straight ahead position can be present at this output, for example.
- - Es kann auch eine selbsttätige Korrekturgrößenbildung, beispielsweise bei lernenden Systemen, vorgesehen werden.- It can also be an automatic correction quantity formation, for example in learning systems.
Claims (11)
- - der erste Körper (141, 1101) Zonen (111, 111′) aufweist, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften besitzen, und
- - die Zonen (111, 111′) in wenigstens einer Spur (b) angeordnet sind, und
- - wenigstens eine Sensoreinheit (11, 12) vorgesehen ist, die rela tiv zu dem zweiten Körper (145, 146, 1104) unbeweglich angeordnet ist und die die durch die Zonen (111, 111′) der Spur (b) verur sachten magnetischen Flußdichteänderungen während der Relativbe wegungen der beiden Körper erfaßt und entsprechende wenigstens erste Signale (S1′, S2′) abgibt, und
- - Auswerteeinheiten (120) vorgesehen sind, mittels der
- - zur Bildung eines Grobsignals (UA1) zur Bestimmung der rela tiven Verschiebung der beiden Körper die Anzahl der bei einer Relativbewegung der beiden Körper durch eine Sensoreinheit (S1′, S2′) erfaßten Zonen (111, 111′) ermittelt wird (inkremen tale Auswertung), und
- - zur Bildung eines Feinsignals (UA2) zur Bestimmung der rela tiven Verschiebung der beiden Körper der Verlauf der durch einzelne Zonen (111, 111′) verursachten magnetischen Fluß dichteänderungen erfaßt wird (analoge Auswertung) und
- die relative Verschiebung der beiden Körper aufgrund des Grob- und Feinsignals bestimmt wird.
- - The first body ( 141 , 1101 ) zones ( 111 , 111 ') which have different magnetic properties, and
- - The zones ( 111 , 111 ') are arranged in at least one track (b), and
- - At least one sensor unit ( 11 , 12 ) is provided, the rela tive to the second body ( 145 , 146 , 1104 ) is immovably arranged and which caused by the zones ( 111 , 111 ') of the track (b) gently caused magnetic flux density changes during the Relativbe movements of the two bodies detected and corresponding at least first signals (S1 ', S2') emits, and
- - Evaluation units ( 120 ) are provided by means of
- - To form a coarse signal (U A1 ) to determine the rela tive displacement of the two bodies, the number of zones ( 111 , 111 ') detected during a relative movement of the two bodies by a sensor unit (S1', S2 ') (incremental tale Evaluation), and
- - To form a fine signal (U A2 ) to determine the rela tive displacement of the two bodies of the course of the magnetic flux density changes caused by individual zones ( 111 , 111 ') is detected (analog evaluation) and
- the relative displacement of the two bodies is determined on the basis of the coarse and fine signals.
- - die Zonen (111, 111′) in wenigstens einer weiteren Spur (a) ange ordnet sind, und
- - wenigstens eine Sensoreinheit (13) vorgesehen ist, die relativ zu dem zweiten Körper (145, 146, 1104) unbeweglich angeordnet ist und die die durch die Zonen (111, 111′) der weiteren Spur (a) verursachten magnetischen Flußdichteänderungen während der Relativbewegungen der beiden Körper erfassen und entsprechende zweite Signale (S3′) abgibt, und
- - die Zonen (111, 111′) in wenigstens einem Teil der weiteren, ersten Spur (a) in unterschiedlichen Abständen zueinander und in der anderen, zweiten Spur (b) in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind, und
- - Auswerteeinheiten (120) vorgesehen sind, mittels der die absolute Stellposition der beiden Körper zueinander aufgrund einer Aus wertung der Signale (S1′, S2′, S3′) bestimmt wird.
- - The zones ( 111 , 111 ') are arranged in at least one further track (a), and
- - At least one sensor unit ( 13 ) is provided, which is arranged immovably relative to the second body ( 145 , 146 , 1104 ) and which causes the magnetic flux density changes during the relative movements caused by the zones ( 111 , 111 ') of the further track (a) detect the two bodies and emits corresponding second signals (S3 '), and
- - The zones ( 111 , 111 ') are arranged in at least part of the further, first track (a) at different distances from one another and in the other, second track (b) at equal distances from one another, and
- - Evaluation units ( 120 ) are provided, by means of which the absolute position of the two bodies relative to one another is determined on the basis of an evaluation of the signals (S1 ', S2', S3 ').
- - das äußere Rohr (110) mit einem Innengewinde und/oder das innere Rohr (112) oder der Massivstab mit einem Außengewinde (111) oder
- - das äußere Rohr (110) an seiner Innenseite und/oder das innere Rohr (112) oder der Massivstab an seiner Außenseite mit ringför migen Einkerbungen
- - The outer tube ( 110 ) with an internal thread and / or the inner tube ( 112 ) or the solid rod with an external thread ( 111 ) or
- - The outer tube ( 110 ) on its inside and / or the inner tube ( 112 ) or the solid rod on its outside with ringför shaped notches
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