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WO2003016921A2 - Sensor - Google Patents

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Publication number
WO2003016921A2
WO2003016921A2 PCT/DE2002/002631 DE0202631W WO03016921A2 WO 2003016921 A2 WO2003016921 A2 WO 2003016921A2 DE 0202631 W DE0202631 W DE 0202631W WO 03016921 A2 WO03016921 A2 WO 03016921A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
threshold value
output
signal
output signal
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/002631
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Heinrich Steinruecken
Klaus Walter
Rasmus Rettig
Klemens Gintner
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2003016921A2 publication Critical patent/WO2003016921A2/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G01P21/02—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/2006—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils
    • G01D5/2013—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/489—Digital circuits therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals

Definitions

  • the present invention relates to a device according to the preamble of claim 1, i.e. a sensor whose output signal depends on whether a detected variable is above or below a certain threshold.
  • Such a sensor is, for example, a sensor which reacts to magnetic fields and by means of which the rotational speed and / or the position of a sensor wheel provided with teeth
  • Sensor of this type is constructed and arranged in such a way that the sensor wheel, the position or rotational speed of which is to be determined, passes between the sensor and a magnet, as a result of which the sensor registers a weak magnetic field when it is currently facing a sensor wheel tooth, and as a result of which the Sensor registers a strong magnetic field when it is not currently facing a sensor wheel tooth (a gap) (or vice versa).
  • FIG. R denotes the sensor wheel, G a sensor containing the magnet and the sensor, and W the element on which the sensor wheel R is mounted and whose speed of rotation and / or position is to be determined; is the element W.
  • the element W for example the crankshaft or the camshaft of an internal combustion engine.
  • FIG. 2 For the sake of completeness, it should be pointed out that the arrangement shown in FIG. 2 is shown in a highly schematic manner. In particular, the encoder wheel R will have more teeth in practice.
  • Size is directly or indirectly proportional to the size of the magnetic field.
  • the sensor considered here outputs a digital signal. For this purpose, it compares the electrical variable into which the registered magnetic field has been converted with a threshold value, and outputs a signal with a high level if and as long as the electrical variable is larger than the threshold value, or outputs a signal with a low level Level off if and as long as the electrical quantity is smaller than the threshold value (or vice versa).
  • Factors such as the temperature, the arrangement of the sensor, the degree of contamination, the age etc. depend on, whereby an originally optimally defined threshold value is suddenly no longer optimal or completely unusable. For this reason, self-calibrating sensors are often used, which can independently adapt the threshold value to the given conditions. This can be done, for example, by the sensors determining during normal operation in which area the variable to be compared with the threshold value varies, and then changing the threshold value so that it lies exactly in the middle of this area.
  • the present invention is therefore based on the object of developing the sensor according to the preamble of claim 1 in such a way that the use of output signals of the sensor which do not reflect the prevailing conditions can be prevented.
  • the sensor according to the invention is characterized in that it checks during operation whether a correct determination of the signal to be output can be ensured by a threshold value used when the sensor is started up, and that the sensor then detects that this is not the case outputs information representing this fact.
  • the sensor can thereby inform the device which uses the signals it outputs that the signal which it outputs the next time it is started up may or may not reflect the prevailing conditions. This can prevent the device using the sensor output signals from operating depending on information that does not reflect the prevailing conditions.
  • FIG. 1A shows the time course of a variable detected by the sensor described below
  • FIG. 1B shows the output signal which the sensor normally outputs when the course shown in FIG. 1A is recorded
  • Figure IC shows the output signal that the sensor outputs when it has determined that the use of a threshold value used during commissioning cannot guarantee that the sensor output signal reflects the prevailing conditions
  • Figure 2 shows an arrangement containing the sensor described below.
  • the sensor described below is a speed sensor for detecting the speed or the position of the camshaft of an internal combustion engine. More precisely, it is a sensor that reacts to magnetic fields, by means of which the rotational speed and / or the position of a toothed sensor wheel attached to the camshaft, and thus also the position of the camshaft carrying the sensor wheel, can be determined.
  • This sensor is constructed and arranged in such a way that the sensor wheel passes between the sensor and a magnet, whereby the sensor registers a weak magnetic field if it is currently facing a sensor wheel tooth, and the sensor registers a strong magnetic field if it is not currently using a sensor wheel —Tooth (a gap) faces (or vice versa).
  • the magnetic field registered by the sensor is converted into a current or a voltage, the size of which is directly or indirectly proportional to the size of the magnetic field. For the further considerations it is assumed that the magnetic field is converted into a voltage.
  • the time course of the voltage resulting from the conversion is shown by way of example in FIG. 1A.
  • the voltage curve shown is shown standardized, with the minimum voltage being assigned the value 0 and the maximum voltage being assigned the value 1.
  • the sensor considered here outputs a digital signal. For this purpose, it compares the electrical variable into which the registered magnetic field has been converted with a threshold value, and outputs a signal with a high level if and as long as the electrical variable is larger than the threshold value, or outputs a signal with a low level Level off if and as long as the electrical quantity is smaller than the threshold value (or vice versa).
  • the signal shown in FIG. 1B is output by the sensor and evaluated by the device to which the sensor is connected. In the example considered, it is assumed that only the leading edge of the pulse is of interest here.
  • the voltage curve shown in FIG. 1A can change depending on various factors such as, for example, the temperature, the arrangement of the sensor, the degree of contamination, the age, etc. In particular, it can happen that the minimum voltage increases and / or the maximum voltage decreases, or both the minimum voltage and the maximum voltage increase or decrease.
  • the sensor used is designed as a self-calibrating sensor which only uses the threshold value stored in the sensor immediately after the system has been started up and as quickly as possible determines a more suitable threshold value and this instead of the threshold value stored in the sensor used.
  • the optimum threshold value can be determined, for example, by determining the mean value between the maximum voltage and the minimum voltage of the voltage curve shown in FIG. 1A or modified in comparison thereto, and using this mean value as the threshold value.
  • the sensor considered here also has the
  • this is done by making the duration of the pulses present in the signal to be output (signal according to FIG. IB) so short that they cannot originate from a tooth of the sensor wheel running past the sensor or from a gap of the sensor wheel running past the sensor.
  • FIG. 1C The time course of such a signal is illustrated in Figure IC.
  • the signal shown in FIG. 1C is the signal shown in FIG. 1B in the case where the sensor has determined that the sensor output signal cannot be properly determined by the threshold value used when the sensor was started up.
  • the pulses contained in the signals according to FIGS. IB and IC have the rising edges at exactly the same points and do not differ in this point.
  • the device evaluating the sensor signals in the example under consideration only works depending on the rising edges of the pulses contained in the sensor signals, it can when receiving the signal shown in FIG. IC, work exactly as if it were to be supplied with the signal shown in FIG. IB.
  • the pulses contained in the signal according to FIG. IC are much shorter than is the case with the signal according to FIG. IB. They are so short that they cannot result from a sensor wheel tooth or a sensor wheel gap passing the sensor.
  • the evaluation device can recognize from the extraordinary length of the pulses that the threshold value used when the sensor is started up cannot ensure that the sensor output signal is properly determined.
  • the evaluation device reacts to this depends on the individual case. It should be clear that there are many different possibilities for this. In the example under consideration, the evaluation device reacts by storing the fact communicated to it in a non-volatile memory and by the next time it is started up
  • the camshaft rotates so that the sensor that detects the camshaft position can now calibrate itself and determine and use an optimal threshold value.
  • the sensor output signals can be used without restrictions.
  • the sensor can also be any other sensor whose output signal depends on whether a detected variable is above or below a threshold value.
  • the optimal threshold does not have to be midway between the maximum and minimum inputs; depending on the application, it may be necessary that the threshold is more or less far above or below the mean.
  • the threshold value used when starting up the sensor is stored in the sensor; this threshold value can also be supplied to the sensor from elsewhere during commissioning.
  • the senor described can prevent the sensor output signals that do not reflect the prevailing conditions from being used.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

Sensorsensor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d.h. einen Sensor, dessen Ausgangssignal davon abhängt, ob eine erfaßte Größe über oder unter einem bestimmten Schwellenwert liegt.The present invention relates to a device according to the preamble of claim 1, i.e. a sensor whose output signal depends on whether a detected variable is above or below a certain threshold.
Ein solcher Sensor ist beispielsweise ein auf Magnetfelder reagierender Sensor, durch welchen die Drehgeschwindigkeit und/oder die Stellung eines mit Zähnen versehenen GeberradesSuch a sensor is, for example, a sensor which reacts to magnetic fields and by means of which the rotational speed and / or the position of a sensor wheel provided with teeth
(des das Geberrad tragenden Elements) ermittelbar ist. Ein(of the element carrying the sensor wheel) can be determined. On
Sensor dieser Art ist so aufgebaut und angeordnet, daß das Geberrad, dessen Stellung oder Drehgeschwindigkeit es zu ermitteln gilt, zwischen dem Sensor und einem Magneten hindurchläuft, wodurch der Sensor ein schwaches Magnetfeld registriert, wenn ihm gerade ein Geberrad-Zahn gegenübersteht, und wodurch der Sensor ein starkes Magnetfeld registriert, wenn ihm gerade kein Geberrad-Zahn (ein Lücke) gegenübersteht (oder umgekehrt) .Sensor of this type is constructed and arranged in such a way that the sensor wheel, the position or rotational speed of which is to be determined, passes between the sensor and a magnet, as a result of which the sensor registers a weak magnetic field when it is currently facing a sensor wheel tooth, and as a result of which the Sensor registers a strong magnetic field when it is not currently facing a sensor wheel tooth (a gap) (or vice versa).
In Figur 2 ist schematisch eine solche Anordnung dargestellt. Dabei bezeichnen R das Geberrad, G einen den Magneten und den Sensor enthaltenden Geber, und W das Element, auf welchem das Geberrad R montiert ist, und dessen Drehgeschwindigkeit und/oder Stellung ermittelt werden soll; das Element W ist beispielsweise die Kurbelwelle oder die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine .Such an arrangement is shown schematically in FIG. R denotes the sensor wheel, G a sensor containing the magnet and the sensor, and W the element on which the sensor wheel R is mounted and whose speed of rotation and / or position is to be determined; is the element W. for example the crankshaft or the camshaft of an internal combustion engine.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die in der Figur 2 gezeigte Anordnung stark schematisiert dargestellt ist. Insbesondere wird das Geberrad R in der Praxis mehr Zähne aufweisen.For the sake of completeness, it should be pointed out that the arrangement shown in FIG. 2 is shown in a highly schematic manner. In particular, the encoder wheel R will have more teeth in practice.
Das vom Sensor registrierte Magnetfeld wird von diesem in einem Strom oder eine Spannung umgesetzt, dessen bzw. derenThe magnetic field registered by the sensor is converted into a current or a voltage by the sensor
Größe direkt oder indirekt proportional zur Größe des Magnetfeldes ist.Size is directly or indirectly proportional to the size of the magnetic field.
Der vorliegend betrachtete Sensor gibt ein digitales Signal aus. Er vergleicht hierzu die elektrische Größe, in welche das registrierte Magnetfeld umgesetzt wurde, mit einem Schwellenwert, und gibt ein Signal mit einem hohen Pegel aus, wenn und so lange die elektrische Größe größer als der Schwellenwert ist, bzw. gibt ein Signal mit einem niedrigen Pegel aus, wenn und so lange die elektrische Größe kleiner als der Schwellenwert ist (oder umgekehrt) .The sensor considered here outputs a digital signal. For this purpose, it compares the electrical variable into which the registered magnetic field has been converted with a threshold value, and outputs a signal with a high level if and as long as the electrical variable is larger than the threshold value, or outputs a signal with a low level Level off if and as long as the electrical quantity is smaller than the threshold value (or vice versa).
Es dürfte einleuchten und bedarf keiner näheren Erläuterung, daß ein solcher Sensor nur das von ihm erwartete Ausgangs- signal ausgibt, wenn der Schwellenwert richtig festgelegt ist.It should be obvious and requires no further explanation that such a sensor only outputs the output signal it is expecting if the threshold value has been correctly set.
Nun ist es in der Praxis aber bekanntlich so, daß die Größe des vom Sensor registrierten Magnetfeldes und die elektrische Größe, in welches dieses umgesetzt wird, von verschiedenenIn practice, however, it is known that the size of the magnetic field registered by the sensor and the electrical size into which it is converted differ from one another
Faktoren wie beispielsweise der Temperatur, der Anordnung des Sensors, dem Verschmutzungsgrad, dem Alter etc. abhängt, wodurch ein ursprünglich optimal festgelegter Schwellenwert plötzlich nicht mehr optimal oder gänzlich unbrauchbar ist. Aus diesem Grund werden häufig selbstkalibrierende Sensoren eingesetzt, die den Schwellenwert selbständig an die gegebenen Verhältnisse anpassen können. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Sensoren während des normalen Be- triebes ermitteln, in welchem Bereich die mit dem Schwellenwert zu vergleichende Größe variiert, und dann den Schwellenwert so verändern, daß dieser genau in der Mitte dieses Bereiches liegt .Factors such as the temperature, the arrangement of the sensor, the degree of contamination, the age etc. depend on, whereby an originally optimally defined threshold value is suddenly no longer optimal or completely unusable. For this reason, self-calibrating sensors are often used, which can independently adapt the threshold value to the given conditions. This can be done, for example, by the sensors determining during normal operation in which area the variable to be compared with the threshold value varies, and then changing the threshold value so that it lies exactly in the middle of this area.
Eine derartige Selbstkalibrierung führt aber nicht immer zum Erfolg. Sie kann nämlich nur bei sich drehendem Geberrad durchgeführt werden, weil nur hier der Bereich ermittelt werden kann innerhalb dessen die mit dem Schwellenwert zu vergleichende Größe variiert.Such self-calibration does not always lead to success. This is because it can only be carried out with the encoder wheel rotating, because only here can the range be determined within which the variable to be compared with the threshold value varies.
Andererseits ist es aber bisweilen wichtig, sofort nach der Inbetriebnahme des Sensors und/oder der diesen enthaltenden Anordnung, also bei noch stehendem Geberrad, eine Information über die Stellung oder die Drehgeschwindigkeit des zu über- wachenden Elements zu erhalten.On the other hand, however, it is sometimes important to receive information about the position or the rotational speed of the element to be monitored immediately after the sensor and / or the arrangement containing it has been put into operation, that is to say with the encoder wheel still stationary.
Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Sensor zur Überwachung der Stellung und/oder der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Hierbei ist es wünschenswert, daß bereits vor dem Starten der Brennkraftmaschine eine Information über die Stellung der Nockenwelle erhalten wird. Diese Information, genauer gesagt die Information, ob dem Sensor gerade ein Geberrad-Zahn oder eine Lücke gegenüberliegt, wird benötigt, um die Brennkraft- maschine optimal starten zu können.This is the case, for example, when the sensor is used to monitor the position and / or the rotational speed of the camshaft of an internal combustion engine. Here, it is desirable that information about the position of the camshaft is obtained even before the internal combustion engine is started. This information, more precisely the information as to whether the sensor is currently facing a sensor tooth or a gap, is required in order to be able to start the internal combustion engine optimally.
Da sich der Sensor aber nicht kalibrieren kann, wenn und so lange die Nockenwelle steht, kann nicht mit Sicherheit davon ausgegangen werden, daß die Information, die der Sensor über die Nockenwellenstellung liefert, richtig ist. Entsprechende Probleme existieren auch bei allen anderen Sensoren, deren Ausgangssignal davon abhängt, ob eine erfaßte Größe über oder unter einem Schwellenwert liegt.However, since the sensor cannot calibrate itself when and as long as the camshaft is stationary, it cannot be assumed with certainty that the information that the sensor provides about the camshaft position is correct. Corresponding problems also exist with all other sensors, the output signal of which depends on whether a detected variable is above or below a threshold value.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß die Verwendung von nicht die herrschenden Verhältnisse widerspiegelnden Ausgangssignalen des Sensors verhindert werden kann.The present invention is therefore based on the object of developing the sensor according to the preamble of claim 1 in such a way that the use of output signals of the sensor which do not reflect the prevailing conditions can be prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den in Patentanspruch 1 beanspruchten Sensor gelöst..This object is achieved by the sensor claimed in claim 1.
Der erfindungsgemäße Sensor zeichnet sich dadurch aus, daß er während des Betriebes überprüft, ob durch einen bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert eine ordnungsgemäße Festlegung des auszugebenden Signals gewährleistet werden kann, und daß der Sensor dann, wenn er feststellt, daß dies nicht der Fall ist, eine diesen umstand repräsentierende Information ausgibt.The sensor according to the invention is characterized in that it checks during operation whether a correct determination of the signal to be output can be ensured by a threshold value used when the sensor is started up, and that the sensor then detects that this is not the case outputs information representing this fact.
Der Sensor kann dadurch der Einrichtung, die die von ihm ausgegebenen Signale benutzt, mitteilen, daß das von ihm bei der nächsten Inbetriebnahme ausgegebene Signal möglicherweise oder mit Sicherheit nicht die herrschenden Verhältnisse widerspiegelt. Hierdurch läßt sich verhindern, daß die die Sensor-Ausgangssignale benutzende Einrichtung abhängig von nicht die herrschenden Verhältnisse widerspiegelnden Informationen arbeitet .The sensor can thereby inform the device which uses the signals it outputs that the signal which it outputs the next time it is started up may or may not reflect the prevailing conditions. This can prevent the device using the sensor output signals from operating depending on information that does not reflect the prevailing conditions.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den ünter- ansprüchen, der folgenden Beschreibung und den Figuren entnehmbar. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigenAdvantageous developments of the invention can be found in the subclaims, the following description and the figures. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the figures. Show it
Figur 1A den zeitlichen Verlauf einer vom nachfolgend beschriebenen Sensor erfaßten Größe,FIG. 1A shows the time course of a variable detected by the sensor described below,
Figur IB das Ausgangssignal, das der Sensor bei der Erfassung des in der Figur 1A gezeigten Verlaufs normalerweise ausgibt,FIG. 1B shows the output signal which the sensor normally outputs when the course shown in FIG. 1A is recorded,
Figur IC das Ausgangssignal, das der Sensor ausgibt, wenn er festgestellt hat, daß bei der Verwendung eines bei der Inbetriebnahme verwendeten Schwellenwertes nicht gewährleistet werden kann, daß das Sensor-Ausgangssignal die herrschenden Verhältnisse widerspiegelt, undFigure IC shows the output signal that the sensor outputs when it has determined that the use of a threshold value used during commissioning cannot guarantee that the sensor output signal reflects the prevailing conditions, and
Figur 2 eine den nachfolgen beschriebenen Sensor enthaltende Anordnung.Figure 2 shows an arrangement containing the sensor described below.
Der im folgenden beschriebene Sensor ist ein Drehzahlsensor zur Erfassung der Drehzahl oder der Stellung der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine. Genauer gesagt handelt es sich um einen auf Magnetfelder reagierenden Sensor, durch welchen die Drehgeschwindigkeit und/oder die Stellung eines an der Nockenwelle befestigten, mit Zähnen versehenen Geberrades, und damit auch die Stellung der das Geberrad tragenden Nockenwelle ermittelbar ist. Dieser Sensor ist so aufgebaut und angeordnet, daß das Geberrad zwischen dem Sensor und einem Magneten hindurchläuft, wodurch der Sensor ein schwaches Magnetfeld registriert, wenn ihm gerade ein Geberrad- Zahn gegenübersteht, und wodurch der Sensor ein starkes Magnetfeld registriert, wenn ihm gerade kein Geberrad—Zahn (ein Lücke) gegenübersteht (oder umgekehrt) . Das vom Sensor registrierte Magnetfeld wird von diesem in einem Strom oder eine Spannung umgesetzt, dessen bzw. deren Größe direkt oder indirekt proportional zur Größe des Magnetfeldes ist. Für die weiteren Betrachtungen wird davon ausge- gangen, daß das Magnetfeld in eine Spannung umgesetzt wird.The sensor described below is a speed sensor for detecting the speed or the position of the camshaft of an internal combustion engine. More precisely, it is a sensor that reacts to magnetic fields, by means of which the rotational speed and / or the position of a toothed sensor wheel attached to the camshaft, and thus also the position of the camshaft carrying the sensor wheel, can be determined. This sensor is constructed and arranged in such a way that the sensor wheel passes between the sensor and a magnet, whereby the sensor registers a weak magnetic field if it is currently facing a sensor wheel tooth, and the sensor registers a strong magnetic field if it is not currently using a sensor wheel —Tooth (a gap) faces (or vice versa). The magnetic field registered by the sensor is converted into a current or a voltage, the size of which is directly or indirectly proportional to the size of the magnetic field. For the further considerations it is assumed that the magnetic field is converted into a voltage.
Die folgenden Ausführungen gelten jedoch für die Umsetzung in einen Strom entsprechend.However, the following statements apply accordingly to the conversion into a stream.
Der zeitliche Verlauf der aus der Umsetzung resultierenden Spannung ist beispielhaft in Figur 1A dargestellt. Der dargestellte Spannungsverlauf ist normiert dargestellt, wobei der minimalen Spannung der Wert 0 zugeordnet ist, und der maximalen Spannung der Wert 1.The time course of the voltage resulting from the conversion is shown by way of example in FIG. 1A. The voltage curve shown is shown standardized, with the minimum voltage being assigned the value 0 and the maximum voltage being assigned the value 1.
Der vorliegend betrachtete Sensor gibt ein digitales Signal aus. Er vergleicht hierzu die elektrische Größe, in welche das registrierte Magnetfeld umgesetzt wurde, mit einem Schwellenwert, und gibt ein Signal mit einem hohen Pegel aus, wenn und so lange die elektrische Größe größer als der Schwellenwert ist, bzw. gibt ein Signal mit einem niedrigen Pegel aus, wenn und so lange die elektrische Größe kleiner als der Schwellenwert ist (oder umgekehrt) .The sensor considered here outputs a digital signal. For this purpose, it compares the electrical variable into which the registered magnetic field has been converted with a threshold value, and outputs a signal with a high level if and as long as the electrical variable is larger than the threshold value, or outputs a signal with a low level Level off if and as long as the electrical quantity is smaller than the threshold value (or vice versa).
Verwendet man einen in der Figur 1A mit S bezeichneten, genau in der Mitte zwischen der maximal auftretenden Spannung und der minimal auftretenden Spannung liegenden Schwellenwert zur wie erwähnt erfolgenden Umsetzung der in der Figur 1A gezeigten Spannung in das vom Sensor auszugebende Signal, so ergibt sich der in Figur IB gezeigte Spannungsverlauf.If one uses a threshold value designated S in FIG. 1A, which lies exactly in the middle between the maximum voltage and the minimum voltage to convert the voltage shown in FIG. 1A into the signal to be output by the sensor, the result is Voltage curve shown in Figure IB.
Das in der Figur IB gezeigte Signal wird vom Sensor ausgegeben und durch die Einrichtung, an welche der Sensor angeschlossen ist ausgewertet. Im betrachteten Beispiel sei angenommen, daß hierbei nur jeweils die vordere Flanke der Im- pulse interessiert. Wie eingangs bereits erwähnt wurde, kann sich der in der Figur 1A gezeigte Spannungsverlauf in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie beispielsweise der Temperatur, der Anordnung des Sensors, dem Verschmutzungsgrad, dem Alter etc. verändern. Insbesondere kann es passieren, daß die minimale Spannung ansteigt und/oder die maximale Spannung absinkt, oder sowohl die minimale Spannung als auch die maximale Spannung ansteigen oder absinken. Die Folge hiervon ist, daß der Schwellenwert plötzlich nicht mehr in der Mitte zwischen der minimalen und der maximalen Spannung liegt, wodurch es früher oder später passieren kann, daß bei ansonsten identischen Bedingungen bei der Umsetzung des veränderten analogen Signals in ein digitales Signal ein anderes Ergebnis als das in Figur IB gezeigte Signal erhalten wird.The signal shown in FIG. 1B is output by the sensor and evaluated by the device to which the sensor is connected. In the example considered, it is assumed that only the leading edge of the pulse is of interest here. As was already mentioned at the beginning, the voltage curve shown in FIG. 1A can change depending on various factors such as, for example, the temperature, the arrangement of the sensor, the degree of contamination, the age, etc. In particular, it can happen that the minimum voltage increases and / or the maximum voltage decreases, or both the minimum voltage and the maximum voltage increase or decrease. The consequence of this is that the threshold value is suddenly no longer in the middle between the minimum and the maximum voltage, which means that sooner or later it can happen that under otherwise identical conditions when converting the changed analog signal into a digital signal, a different result than the signal shown in Figure IB is obtained.
Diesem Umstand wird im betrachteten Beispiel dadurch Rechnung getragen, daß der verwendete Sensor als selbstkalibrierender Sensor ausgebildet ist, welcher den im Sensor gespeicherten Schwellenwert nur unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Systems verwendet und möglichst schnell einen besser geeigneten Schwellenwert ermittelt und diesen anstelle des im Sensor gespeicherten Schwellenwert verwendet.This fact is taken into account in the example considered in that the sensor used is designed as a self-calibrating sensor which only uses the threshold value stored in the sensor immediately after the system has been started up and as quickly as possible determines a more suitable threshold value and this instead of the threshold value stored in the sensor used.
Die Ermittlung des optimalen Schwellenwertes kann beispiels- weise dadurch erfolgen, daß den Mittelwert zwischen der maximalen Spannung und der minimalen Spannung des in der Figur 1A gezeigten oder demgegenüber veränderten Spannungsverlauf ermittelt, und diesen Mittelwert als Schwellenwert verwendet.The optimum threshold value can be determined, for example, by determining the mean value between the maximum voltage and the minimum voltage of the voltage curve shown in FIG. 1A or modified in comparison thereto, and using this mean value as the threshold value.
Der vorliegend betrachtete Sensor weist darüber hinaus dieThe sensor considered here also has the
Besonderheit auf, daß er während des Betriebes überprüft, ob durch den bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert eine ordnungsgemäße Festlegung des Ausgangssignals gewährleistet werden kann, und daß der Sensor dann, wenn er feststellt, daß dies nicht der Fall ist, diesen Um- stand der Einrichtung, an welcher er angeschlossen ist, signalisiert .Peculiarity that he checks during operation whether the threshold value used when commissioning the sensor can be used to ensure that the output signal is correctly determined, and that the sensor, if it determines that this is not the case, status of the device to which it is connected.
Dadurch kann verhindert werden, daß die Einrichtung, die ab- hängig vom Sensor arbeitet, bei der nächsten Inbetriebnahme des Systems mit möglicherweise falschen Sensorsignalen arbeitet.This can prevent the device, which works depending on the sensor, from working with possibly wrong sensor signals the next time the system is started up.
Den Umstand, daß durch den bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert keine ordnungsgemäße Festlegung des Sensor-Ausgangssignals gewährleistet werden kann, signalisiert der vorliegend betrachtete Sensor über die Anschlüsse, über welche er das die erfaßte Größe repräsentierende und beispielhaft in der Figur IB dargestellte Signal ausgibt.The fact that the threshold value used when starting up the sensor cannot ensure that the sensor output signal is properly determined is signaled by the sensor under consideration via the connections via which it outputs the signal representing the detected variable and shown by way of example in FIG ,
Dies geschieht im betrachteten Beispiel dadurch, daß die Dauer der im auszugebenden Signal (Signal nach Figur IB) vorhandenen Impulse so kurz gemacht wird, daß sie nicht von einem am Sensor vorbeilaufenden Zahn des Geberrades oder einer am Sensor vorbeilaufenden Lücke des Geberrades stammen können.In the example considered, this is done by making the duration of the pulses present in the signal to be output (signal according to FIG. IB) so short that they cannot originate from a tooth of the sensor wheel running past the sensor or from a gap of the sensor wheel running past the sensor.
Der zeitliche Verlauf eines solchen Signals ist in Figur IC veranschaulicht. Das in der Figur IC gezeigte Signal ist das in der Figur IB gezeigte Signal im Fall, der Sensor festgestellt hat, daß durch den bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert keine ordnungsgemäße Festlegung des Sensor-Ausgangssignals gewährleistet werden kann.The time course of such a signal is illustrated in Figure IC. The signal shown in FIG. 1C is the signal shown in FIG. 1B in the case where the sensor has determined that the sensor output signal cannot be properly determined by the threshold value used when the sensor was started up.
Die in den Signalen gemäß den Figuren IB und IC enthaltenen Impulse weisen die steigenden Flanken an genau den selben Stellen auf und unterscheiden sich in diesem Punkt nicht.The pulses contained in the signals according to FIGS. IB and IC have the rising edges at exactly the same points and do not differ in this point.
Da die die Sensorsignale auswertende Einrichtung im betrach- teten Beispiel nur abhängig von den steigenden Flanken der in den Sensorsignalen enthaltenen Impulsen arbeitet, kann diese beim Empfang des in der Figur IC gezeigten Signals exakt so arbeiten wie wenn sie das in der Figur IB gezeigte Signal zugeführt bekommen würde.Since the device evaluating the sensor signals in the example under consideration only works depending on the rising edges of the pulses contained in the sensor signals, it can when receiving the signal shown in FIG. IC, work exactly as if it were to be supplied with the signal shown in FIG. IB.
Die im Signal gemäß Figur IC enthaltenen Impulse sind aber sehr viel kürzer als es beim Signal gemäß Figur IB der Fall ist. Sie sind so kurz, daß sie nicht vom Vorbeilaufen eines Geberrad-Zahnes oder einer Geberrad-Lücke am Sensor herrühren können. An der außergewöhnlichen Länge der Impulse kann die Auswerteeinrichtung erkennen, daß durch den bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert keine ordnungsgemäße Festlegung des Sensor-Ausgangssignals gewährleistet werden kann.However, the pulses contained in the signal according to FIG. IC are much shorter than is the case with the signal according to FIG. IB. They are so short that they cannot result from a sensor wheel tooth or a sensor wheel gap passing the sensor. The evaluation device can recognize from the extraordinary length of the pulses that the threshold value used when the sensor is started up cannot ensure that the sensor output signal is properly determined.
Wie die Auswerteeinrichtung hierauf reagiert, hängt vom Einzelfall ab. Es dürfte einleuchten, daß hierfür die unterschiedlichsten Möglichkeiten existieren. Im betrachteten Beispiel reagiert die Auswerteeinrichtung dadurch, daß sie den ihr mitgeteilten Umstand in einem nichtflüchtigen Speicher speichert und bei der nächsten Inbetriebnahme die ihr vomHow the evaluation device reacts to this depends on the individual case. It should be clear that there are many different possibilities for this. In the example under consideration, the evaluation device reacts by storing the fact communicated to it in a non-volatile memory and by the next time it is started up
Sensor zugeführten Signale ignoriert. Dies ist im betrachteten Beispiel ohne größere Probleme möglich, weil auch die Stellung der Kurbelwelle ermittelt wird, und weil aus der Kurbelwellenstellung auch die Nockenwellenstellung ermittelt werden kann. Eine solche Nockenwellenstellungs-Ermittlung ist zwar nicht so genau wie die Nockenwellenstellungs-Ermittlung durch einen an der Nockenwelle vorgesehenen Sensor, aber genau genug, um den Motor starten zu können.Signals fed to sensor ignored. In the example considered, this is possible without major problems because the position of the crankshaft is also determined and because the camshaft position can also be determined from the crankshaft position. Such a camshaft position determination is not as accurate as the camshaft position determination by a sensor provided on the camshaft, but it is accurate enough to be able to start the engine.
Nach dem Starten des Motors dreht sich die Nockenwelle, so daß der die Nockenwellenstellung erfassende Sensor sich nun selbst kalibrieren und einen optimalen Schwellenwert ermitteln und verwenden kann. Sobald dies geschehen ist, können die Ausgangssignale des Sensors ohne Einschränkungen verwen- det werden. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß es sich bei dem Sensor auch um einen beliebigen anderen Sensor handeln kann, dessen Ausgangssignal davon abhängt, ob eine erfaßte Größe über oder unter einem Schwellenwert liegt.After starting the engine, the camshaft rotates so that the sensor that detects the camshaft position can now calibrate itself and determine and use an optimal threshold value. As soon as this is done, the sensor output signals can be used without restrictions. For the sake of completeness, it should be pointed out that the sensor can also be any other sensor whose output signal depends on whether a detected variable is above or below a threshold value.
Die Besonderheiten des vorstehend beschriebenen Sensors können sich auch bei nicht selbstkalibrierenden Sensoren als vorteilhaft erweisen.The special features of the sensor described above can also prove to be advantageous in the case of non-self-calibrating sensors.
Ferner sei angemerkt, daß der optimale Schwellenwert nicht in der Mitte zwischen der maximalen und der minimalen Eingangsgröße liegen muß; je nach Anwendungsfall kann es erforderlich sein, daß der Schwellenwert mehr oder weniger weit über oder unter dem Mittelwert liegt.It should also be noted that the optimal threshold does not have to be midway between the maximum and minimum inputs; depending on the application, it may be necessary that the threshold is more or less far above or below the mean.
Schließlich besteht auch keine zwingende Notwendigkeit, daß der bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendete Schwellenwert im Sensor gespeichert ist; dieser Schwellenwert kann dem Sensor bei der Inbetriebnahme auch von anderswo her zugeführt werden.Finally, there is also no imperative that the threshold value used when starting up the sensor is stored in the sensor; this threshold value can also be supplied to the sensor from elsewhere during commissioning.
Durch den beschriebenen Sensor kann unabhängig von den Einzelheiten der praktischen Realisierung verhindert v/erden, daß möglicherweise nicht die herrschenden Verhältnisse widerspie- gelnde Sensor-Ausgangssignale benutzt werden. Regardless of the details of the practical implementation, the sensor described can prevent the sensor output signals that do not reflect the prevailing conditions from being used.

Claims

Patentansprüche claims
1. Sensor, dessen Ausgangssignal davon abhängt, ob eine erfaßte Größe über oder unter einem bestimmten Schwellenwert liegt, dadurch gekennseiσhnet, daß der Sensor während des Betriebes überprüft, ob durch einen bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert eine ordnungsgemäße Fest- legung des auszugebenden Signals gewährleistet werden kann, und daß der Sensor dann, wenn er feststellt, daß dies nicht der Fall ist, eine diesen Umstand repräsentierende Information ausgibt.1. Sensor, the output signal of which depends on whether a detected variable is above or below a certain threshold value, in that the sensor checks during operation whether the threshold value to be output when the sensor is started up is properly determined can be guaranteed, and that the sensor, if it determines that this is not the case, outputs information representing this fact.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor in der Lage ist, unter Berücksichtigung der erfaßten Größe einen Bereich festzulegen, innerhalb dessen sich der Schwellenwert befinden muß, damit das auszugebende Signal so festgelegt werden kann, daß es die herrschenden Verhältnisse widerspiegelt.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the sensor is able to determine, taking into account the detected size, a range within which the threshold must be so that the signal to be output can be determined so that it reflects the prevailing conditions ,
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor in der Lage ist, zu überprüfen, ob sich der Schwellenwert innerhalb des Bereiches befindet, in welchem er sich befinden muß, um die Ausgabe eines die herrschenden Ver- hältnisse zutreffend widerspiegelnden Ausgangssignals gewährleisten zu können.3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor is able to check whether the threshold is within the range in which it must be in order to output a prevailing Ver to be able to guarantee a correct reflecting output signal.
4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabe der Information, daß durch den bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert keine ordnungsgemäße Festlegung des auszugebenden Signals gewährleistet ist, durch eine Modifikation des Sensor- Ausgangssignals erfolgt.4. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the output of the information that no proper definition of the signal to be output is ensured by the threshold value used when the sensor is started up, is carried out by a modification of the sensor output signal.
5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennseich.net, daß die Ausgabe der Information, daß durch den bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert keine ordnungsgemäße Festlegung des auszugebenden Signals gewährleistet ist, durch die Ausgabe eines Signals erfolgt, welches Eigenschaften aufweist, die erkennen lassen, daß dieses Signal die herrschenden Verhältnisse nicht oder nur teilweise zutreffend widerspiegeln kann.5. Sensor according to claim 4, characterized gekennseich.net that the output of the information that no proper definition of the signal to be output is guaranteed by the threshold value used in the commissioning of the sensor is carried out by the output of a signal which has properties which recognize let this signal not or only partially reflect the prevailing conditions.
6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Teile des Sensor-Ausgangssignals die herrschenden Verhältnisse widerspiegeln, so daß das modifizierte Sensor- Ausgangssignal in einem bestimmten Umfang wie ein im Normalfall ausgegebenes Sensor-Ausgangssignal verwendet werden kann.6. Sensor according to claim 5, characterized in that certain parts of the sensor output signal reflect the prevailing conditions, so that the modified sensor output signal can be used to a certain extent as a sensor output signal normally output.
7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im modifizierten Sensor-Ausgangssignal die steigenden Flanken oder die fallenden Flanken unverändert sind, und daß die je- weils anderen Flanken verschoben sind.7. Sensor according to claim 6, characterized in that the rising edges or the falling edges are unchanged in the modified sensor output signal, and that the respective other edges are shifted.
8. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendete Schwellenwert ein im Sensor gespeicherter Schwel- lenwert ist. 8. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the threshold value used when starting up the sensor is a threshold value stored in the sensor.
9. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendete Schwellenwert ein nur bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeter Schwellenwert ist.9. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the threshold value used when starting up the sensor is a threshold value used only when starting up the sensor.
10. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennseichnet, daß der Sensor möglichst bald nach der Inbetriebnahme einen Schwellenwert ermittelt und verwendet, der an die herrschenden Verhältnisse angepaßt ist. 10. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor determines and uses a threshold value which is adapted to the prevailing conditions as soon as possible after commissioning.
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