用於測定旋轉的軸的轉速的方法

2023-07-09 21:30:51

專利名稱：用於測定旋轉的軸的轉速的方法
技術領域：
本發明涉及 一 種用於測定旋轉的軸的轉速的方法和系統，給該軸 配設一個裝置，該裝置具有標記，當從一個傳感器的一個感應元件旁 通過時這些標記產生一個電信號，其中，該傳感器包括一個分析裝置，該分析裝置計數在一個門時間(Torzeit)內從感應元件旁通過的標記 的數並且作為數值傳輸給一個控制器。另外，本發明還涉及一種用於 這種系統的傳感器，以及用於執行該方法的電腦程式。
背景技術：
在現有技術中，旋轉的軸的轉速的測量例如是通過測量一個傳感 器輪的標記進行的。當軸轉動時這些標記從一個傳感器旁經過，並且 在此生配屬於軸的旋轉運動的增量的電信號。通常例如在曲軸中設置 一個具有道和齒槽的裝置。在從例如霍耳-元件或者感應的感應元件旁 經過時該裝置釋放出經過增量標記時的相應的電壓脈衝。通常這些電 壓脈沖作為脈沖系列以兩個電平的電壓或者電流傳輸到串聯的電子控 制器。然後在那裡對信號進行進一步的處理。通常是測定兩個連續的 脈衝的時間間隔。從這個時間間隔中求出傳感器輪的瞬時轉速。隨著轉速的增加對這種類型的信號傳輸的要求也提高了 。 一方面 是脈衝在時間上必須越來越短，另 一 方面在電子控制器中進行計算時 在那裡設置的用於測量脈衝頻率或者周期的微處理機的負荷也在增 加。例如檢測內燃機上的廢氣渦輪增壓器的轉速的傳感器必須覆蓋一 個非常大的測量範圍。在此，測量範圍大約在20000至30000轉/分的 範圍內。因此，對於這種類型的傳感器來說有用於數據傳輸的接口和 方法，它們將測得的轉速作為編碼信息傳輸給電子控制器。對信號幹 擾的高度的不敏感性和電子控制器的恆定的負載是有利的，因為是以 恆定的數據率傳輸轉速信息的。用於數據傳輸的這類方法的問題是在傳感器中只有 一 個比較不準 確的節拍可供使用。通常在一個比較昂貴的控制器中設置一個石英振 蕩器，而在傳感器中只設置一個比較不準確的用於產生節拍的電子電 路。發明內容因此本發明的任務是提高可對轉速信息或者角度信息進行編碼和 傳輸的傳感器的測量精度。這個任務通過一種用於測定旋轉的軸的轉速的方法得以完成。給 該軸配設裝置，該裝置具有標記。當從傳感器的感應元件旁通過時所 述標記產生電信號，其中，該傳感器包括一個分析裝置。該分析裝置 記數在 一 個門時間內從感應元件旁經過的標記的數並且作為數值傳輸給一個控制器，其中，門時間從一個時間增量中導出；並且將一個具 有從時間增量中導出來的實際持續時間的脈衝傳輸到控制器，並且通 過該控制器和額定持續時間進行比較；並且用從實際持續時間和額定 持續時間的比較中求出的修正值對該數值進行修正。該修正數值可以 是一個係數、 一個商(Quotient)或者一個其它的函數。通常時間增 量是節拍發生器的節拍，或者是節拍發生器的周期持續時間。優選規 定，用一個作為修正值的係數對數值進行修正，其中，修正值優選地 是額定持續時間和實際持續時間的商。時間增量優選地是節拍發生器 的脈沖的持續時間，或者是節拍發生器的周期持續時間。門時間優選 地是節拍發生器的周期持續時間的恆定的倍數。規定，具有從時間增 量(周期持續時間)中導出來的實際持續時間的脈衝表示一個數據圖 (Datagramms)的至少l比特(Bit)。在數據圖內該比特具有一個恆 定的長度。在這種情況中該比特優選作用 一個恆定持續時間的脈衝地 被編碼。優選地本發明規定，具有從時間增量中導出來的實際持續時 間的脈沖代表數據圖的 一 個同步比特或者 一 個同步脈衝。本文開頭所述的問題也通過一個用於確定旋轉的軸的轉速的傳感 器和控制器的系統得以解決。給該軸配設一個裝置，該裝置具有標記， 當從傳感器的一個感應元件旁通過時這些標記引起電信號，其中，傳 感器包括一個分析裝置，該分析裝置計數在一個門時間內從感應元件 旁經過的標記，並且作為數值傳輸到控制器，其中，門時間從一個時 間增量中導出；並且將一個具有從時間增量中導出來的實際持續時間 的脈衝傳輸給控制器，並且通過該控制器和額定持續時間進行比較； 並且用 一個從實際持續時間和額定持續時間的比較中求出的值對該數 值進行修正。
器得以解決，該傳感器是為了執行根據本發明的方法而設置的。本文 開頭所述問題也通過電腦程式得以解決，該電腦程式具有該程序 在 一 個計算機中執行時用於執行根據本發明的任 一 方法所述的所有步 驟的程序代碼。


下面藉助附圖對本發明的 一 個實施例進行更加詳細的說明。這些附圖是圖1:傳感器輪和傳感器布置簡圖。圖2:圖1中的傳感器的信號處理和信號傳輸簡圖。圖3:信號和由傳感器傳輸給控制器的信號的時間的關係曲線圖。圖4:根據本發明的系統的原理簡圖。
具體實施方式
圖1示出一個傳感器輪1和傳感器2的布置。傳感器輪1和一個 內燃機的一個未示出的曲軸連接，這樣，傳感器輪1和曲軸一起旋轉。 傳感器軸1包括標記，例如交替設置的齒3和齒槽4形式的標記。當 這些標記從傳感器2旁經過時這些標記引起感應元件5的電信號。感 應元件5例如可以是霍耳-傳感器， 一種感應的傳感器或者類似物，這 樣，感應元件5的電信號是一種矩形電壓。該矩形電壓相應於傳感器 輪1的齒3和齒槽4的順序的展開。齒3和齒槽4在傳感器2中產生 兩個不同的狀態。這些狀態例如作為脈沖系列以兩個水平的電壓(矩 形電壓)或者是電流傳輸到一個電子控制器6中。通過數據線路7在 傳感器2和控制器6之間傳輸數據。在控制器6中進行信號的其它處 理。這個控制器例如可以是內燃機的發動機控制器。通常是確定兩個 連續的脈沖的時間間隔。因此可以求出傳感器輪的瞬時旋轉速度。圖2示出一個用於合適地對感應元件5的輸出信號進行信號處理 的本身已公開的方案。在時間點ti時的恆定門時間tTor開始時記數器 8被復位，然後該計數器8對所有由信號處理單元9檢測的事件(例如 從齒到齒槽的變換)進行記數，直到時間點h時的門時間tTor的結束。 感應元件5和信號處理單元9連接。如前所述，感應元件5 一艮據從感
應元件5旁經過的齒和齒槽給信號處理單元9提供電信號。記數器8 的內容是門時間tTor內的瞬時轉速的尺度。通過該記數器8將在門時 間tTor內的從感應元件5旁經過的齒和齒槽的數作為數值才企測，並且 存儲。通過在相鄰的齒/齒槽對之間的本身已知的角增量可直接地將軸 的角速度確定為經過角度與門時間的商。所經過的角度是在門時間期 間所計數的齒或齒槽的數和齒和齒槽對的角增量的乘積。在一個和記 數器8相連接的編碼單元10中將記數器讀數轉換為一個合適的數據記 錄。這個數據記錄作為電信號通過數據線路傳輸到控制器6。優選地信 號處理單元9、記數器8以及編碼單元10綜合在傳感器的一個共同集 成的電路中。門時間tTor由一個集成在振蕩器中的電路生成。圖3示出這樣一種數據記錄的實施例。該數據記錄通過和傳感器2 或傳感器2的編碼單元IO相連接的信號導線7傳輸到控制器6。這些 數據以分別表示4個比特的脈衝形式傳輸。首先是一個同步脈沖Syn 以典型的168 ilis的持續時間被傳輸。緊接著是一個作為三個脈衝的序 列的信號1,這些脈衝分別代表4 bit的一個數據字。緊接著信號1-在圖1中叫做S「的是相同類型的第二信號S2。該信號又是由三個4 bit 的數據字構成。緊接其後的是傳輸校驗和CRC,緊接著校驗和之後的是 一個狀態位STAT。每個4 bit-數據字通過所屬的脈沖的相應的持續時 間表示，例如以脈衝的持續時間36 ns + x ' 3 ps的形式表示，其中， x為0和15之間的一個數，換句話說可以設想為4 Bit數據字表示的 16個值。前述的方案作為SAE J2716中的Single Edge Nibble Transmission for Automotive Application (SENT)接口規定為汽車 領域的標準方案。但是對於這種類型的數字接口可以有不同的編碼， 這些編碼通常只是在單個Bit的編碼類型上有所區別。原則上講這些 編碼的每 一 個都是由 一 個數據線路上的 一 列高-和低-數值即 一 列脈衝 構成。圖4示出根據本發明的用於執行根據本發明的方法的一種系統的 一個實施例。在圖中簡圖地示出傳感器輪1。感應元件5配屬於該傳感 器輪1。將感應元件5的輸出信號接通到信號處理單元9，該處理單元 的輸出端又接到記數器8。該記數器的輸出端2和編碼單元10連接。 編碼單元10通過一個數據線路7和控制器6的一個脈衝時間測量裝置 11連接。此外， 一個分配器級12配屬於記數器8。該分配器級從節拍
發生器13的節拍中生成門時間tTor，並且傳輸給記數器8的輸入端。 從節拍發生器13的節拍中平行地通過分配器級14產生用於數字的數 據記錄的基本節拍。所述數字的數據記錄在編碼單元10中產生。這就 是說，數據記錄的脈沖長度是通過分配器級14和編碼單元10從節拍 發生器的節拍中產生的。因此，無論是門時間tTor還是數據記錄的基 本節拍都是從節拍發生器的節拍中導出來的。節拍發生器通常是一個 簡單的PLL-電路，也就是說它僅具有比較低的節拍精度。所使用的數據記錄的根據圖3的脈衝的一部分有恆定的長度。特 別是同步脈沖(同步位)是如此。同步脈衝的持續時間t一作為節拍發 生器13的周期持續時間T的倍數產生，也就是Atsy^n ' T。相應地門 時間tTor的持續時間tTor也是作為節拍發生器13的周期持續時間T 的倍數產生，也就是tTor=m ' T。因此通過測量同步脈衝的持續時間 可間接地求出門時間tTor的長度。當係數n和m為恆定時，Ats"與 tTor的比和n和m之比相等，n和m是恆定值，並且因此在控制器中 是已知的，並且存儲在其中。也就是說通過測量同步脈衝的實際脈衝 長度tSym"就可以確定門時間tTor"t實際長度的修正值。為此，將同 步脈沖的持續時間的實際數值tSyrii"和用於同步脈沖的持續時間的額 定數值tSyns。H進行比較。這種比較例如可通過形成商tSyns。"/tSyn"t 進行，其辦法是用額定值除以實際值得出商數。門時間tTor的額定值 tTon。u和門時間tTor的實際值tTorist的關係也如同這個商數一樣。 也就是說 tSynsoll/tSynist=tTorsoll/tTorist 。 這個商數叫做係數 K-tSyns。"/tSynisFtTors。n/tTori"。現在是所測得的和傳輸到控制器6的齒或齒槽的數Zist乘以這個係數。因此，修正的數Zk。r-Zist * K=zist 'tSyns。n/tSym"是修正了節拍發生器的實際節拍和額定節拍的偏差。從在脈沖測量裝置ll中測量的同步脈沖的持續時間tSym"和根據 圖3的額定持續時間tSynSQU 168 |is在單元16中確定》務正系HK。通 過數據線路7傳輸的數據數值，也就是在門時間tTor期間記數的齒和 齒槽的數z在修正單元15中和這個係數K相乘，並且如此地加以修正。 這個係數K就是同步位的額定持續時間和實際的測量持續時間的比。 然後在輸出端17提供作為信號的正確的或者經修正的轉速信息。這樣，門時間的誤差和因此的轉速誤差在控制器中得到充分的補 償。剩下的是同步位的時間檢測誤差。如若像通常的那樣控制器6的
微處理器是以 一 個石英振蕩器中得到它的節拍的，則這個時間檢觀'j誤 差可以忽略不計。若節拍發生器13在它的頻率上和它的額定值例如相差+ 10%，則門時間短1/1.1，這樣，確定轉速少1/1.1。這個(錯誤的)數值通過信號線路7傳輸到控制器6。脈衝時間測量裝置11測量同步位的持續時 間。這個持續時間也比屬於節拍傳感器13的額定值的持續時間短 1/1.1。在此，從同步位的已知的額定持續時間和測量的同步位的持續 時間的商，也就是同步位或脈衝的持續時間的額定值和同步脈衝或同 步位的實際持續時間的比較中在這裡產生修正係數1. 1 。在修正單元15 中轉速值和這個修正係數相乘。
權利要求
1.用於測定旋轉的軸的轉速的方法，給該軸配設具有標記(3、4)的裝置(1)，當從傳感器(2)的感應元件(5)旁通過時標記引起電信號，其中，該傳感器(2)包括分析裝置(8、9)，該分析裝置計數在門時間(tTor)內從感應元件(5)旁通過的標記，並且作為數值(zist)傳輸到控制器(6)，其特徵在於，門時間(tTor)從時間增量中導出；並且將具有從時間增量中導出來的實際持續時間(tSynist)的脈衝傳輸到控制器(6)，並且通過該控制器(6)和額定持續時間(tSynsoll)進行比較；並且用從實際持續時間(tSynist)和額定持續時間(tSynsoll)的比較中求出的修正值(K)對該數值(zist)進行修正。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，數值(Zi")用作為 修正值(K )的係數進行修正。
3. 按照權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，修正值(K) 是額定持續時間(tSyns。")和實際持續時間(tSyn"t)的商。
4. 按照權利要求1至3的任一項所述的方法，其特徵在於，時間 增量是節拍發生器U3)的周期持續時間。
5. 按照權利要求1至4的任一項所述的方法，其特徵在於，門時 間(tTor)是節拍發生器(13)的周期持續時間的恆定的倍數。
6. 按照權利要求1至5的任一項所述的方法，其特徵在於，具有 從時間增量中導出來的實際持續時間(tSyru")的脈衝表示數據圖的至 少一個比特。
7. 按照權利要求6所述的方法，其特徵在於，具有從時間增量中 導出來的實際持續時間(tSynist)的脈衝表示數據圖的同步位。
8. 用於測定旋轉的軸的轉速的傳感器(2)和控制器(6)的系統， 給該軸配設具有標記(3、 4)的裝置(1),當從傳感器(2)的感應 元件(5)旁通過時標記引起電信號，其中，該傳感器(2)包括分析 裝置(8、 9)，該分析裝置計數在門時間(tTor)內從感應元件(5) 旁經過的標記(3、 4)，並且作為數值(Zi")傳輸到控制器(6),其 特徵在於，門時間從時間增量中導出；並且將具有從時間增量中導出 來的實際持續時間(tSynw)的脈沖傳輸到控制器(6),並且通過該 控制器(6)和額定持續時間(tSyns。u)進行比較；並且用從實際持續 時間(tSyn"t)和額定持續時間(tSyns。H)的比較中求出的修正值(K )對該數值(Zi")進行修正。
9. 用於測定旋轉的軸的轉速的系統的傳感器(2),其特徵在於， 為了執行按照權利要求1至7的在一項所述的方法而設置這種傳感器m 。
10. 電腦程式，其具有當在計算機中執行程序時實施按照權利 要求1至7的任一項所述的所有步驟的程序代碼。
全文摘要
用於測定旋轉的軸的轉速的方法，給該軸配設一個裝置(1)，該裝置具有標記(3、4)，這些標記當從一個傳感器(2)的感應元件(5)旁經過時產生一個電信號，其中，傳感器(2)包括一個分析裝置(8、9)，該分析裝置記數在一個門時間(tTor)由從感應元件(5)旁經過的標記的次數，並且作為數值(zist)傳輸到一個控制器(6)。以一個時間增量中導出門時間(tTor)，並且將一個具有從時間增量中導出來的實際持續時間(tSynist)的脈衝傳輸到控制器(6)，並且通過該控制器(6)和一個額定持續時間(tSynsoll)進行比較，其中，數值(Zist)用從實際持續時間(tSynist)和額定持續時間(tSynsoll)的比較中求出的糾正數值(K)進行修正。
文檔編號G01P3/481GK101210934SQ20071016084
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月27日 優先權日2006年12月27日
發明者U·卡斯納 申請人:羅伯特.博世有限公司