(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/DE03/00923 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/DE03/00923 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO03/ PCT Gazette nr 49/03 (51) Int.Cl. G01P 3/481 ( ) G01D 5/244 ( ) G01P 3/42 ( ) (54) Sposób i układ do określania ruchu elementu względem układu czujnikowego (73) Uprawniony z patentu: ROBERT BOSCH GMBH,Stuttgart,DE (30) Pierwszeństwo: ,DE, (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 11/05 (72) Twórca(y) wynalazku: Ruediger Block,Korntal-Muenchingen,DE Christelle Andriot,Krontal-Muenchingen,DE Rasmus Rettig,Gerlingen,DE Klaus Walter,Bietigheim-Bissingen,DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/10 (74) Pełnomocnik: Własienko Józef, Rzecznik Patentowy, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o. PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Wynalazek dotyczy sposobu i układu do określania ruchu elementu względem układu czujnikowego, zwłaszcza do czujnikowego określania kąta obrotu elementu obracającego się. Znane są układy czujnikowe stosowane w różnych postaciach wykonania, na przykład w pojazdach. Znane są układy określania ruchu elementu względem układu czujnikowego zawierające czujniki i koło przetwornika będące generatorem impulsów oraz elementy Halla. Dla przykładu, elementy Halla, występują jako czujniki prędkości obrotowej na kołach dla układu hamulcowego przeciwpoślizgowego (ABS), jako czujniki prędkości obrotowej i fazy dla układu sterowania silnikiem, jako czujniki prędkości obrotowej dla układu sterowania przekładnią lub jako czujniki kąta kierowania dla tak zwanych układów regulacji dynamiki ruchu i dla elektrycznego układu wspomagania kierowania. Takie układy czujnikowe, znane na przykład z dokumentu DE nr A1, dostarczają zwykle sygnałów cyfrowych np. przebiegów przełączających, w zależności od obracanego przez czujnik koła przetwornika. Do istotnych wymagań, co do tych czujników prędkości obrotowej w ABS, jak również co do silników i przekładni, należy możliwie jak największa uzyskiwana szczelina powietrzna, a także duże zabezpieczenie przed drganiami. Takim układom czujnikowym jest stawianych często szereg wymagań częściowo przeciwstawnych, przy czym bardzo czuły czujnik jest także bardzo czuły na pobudzenie przez drgania zakłócające wynik pomiaru. Pełna funkcjonalność przy tym z jednej strony jest wymagana dla bardzo dużej szczeliny powietrznej, tj. bardzo czułego czujnika, a z drugiej strony jest wymagana dla małej szczeliny powietrznej tak, że w tym przypadku przy dużym sygnale czujnika nie mogą występować żadne nieprawidłowe sygnały wywoływane przez drgania. Aby zminimalizować czułość takich układów czujnikowych na drgania, w dotychczasowych czujnikach prędkości obrotowej często wprowadza się zmienną histerezę. Przy tym, przede wszystkim musi być zmierzona amplituda sygnału, a następnie odpowiednio dopasowuje się histerezę. Dla dużego sygnału wejściowego jest wówczas wybierana duża histereza, a dla małego sygnału wejściowego jest wybierana odpowiednio zmniejszona histereza, tj. przy małej szczelinie powietrznej jest zwiększana amplituda wymagana do przełączenia. Zasadniczą wadą tej metody jest utrata zabezpieczenia przed oddziaływaniem szczeliny powietrznej podczas pracy, która może wytworzyć krótkotrwale znaczne zmniejszenie amplitudy sygnału. W wyniku uprzednio zwiększonej histerezy w punkcie przełączenia czujnika, może wówczas dojść do utraty sygnału przy oddziaływaniu szczeliny powietrznej. Można tę metodę również stosować tylko po kalibrowaniu czujnika, ponieważ dopiero wtedy znana jest amplituda sygnału. Bezpośrednio po włączeniu czujnika czułość na drgania pozostaje utrzymana. Znane jest z opisu US nr A1 stosowanie adaptacyjnej histerezy zależnej od amplitudy sygnału. Określany jest przy tym współczynnik sprzężenia jako iloraz zmierzonej amplitudy czujnika i częstotliwości, oraz w oparciu o ten współczynnik sprzężenia ustalana jest histereza proporcjonalna do iloczynu współczynnika sprzężenia i częstotliwości. Za pomocą tej znanej metody może być kompensowane tylko działanie czujników biernych, które przy małych częstotliwościach wzbudzenia dostarczają bardzo mały sygnał, a przy dużych częstotliwościach dają bardzo dużą amplitudę. Jednak działanie czujników, które zapewniają stałą wewnętrzną amplitudę sygnału niezależnie od częstotliwości sygnału, nie może być poprawione. Znane są sposoby określania ruchu elementu względem układu czujnikowego, w którym ocenia się sygnały w zależności od uruchamianego przez czujnik koła przetwornika będącego generatorem impulsów. Sposób określania ruchu elementu względem układu czujnikowego, według wynalazku polega na tym, że ocenia się sygnały z dwóch elementów czujnikowych umieszczonych obok siebie w kierunku ruchu, przy czym charakterystyki fazowe sygnałów pojedynczych elementów czujnikowych i sygnały różnicowe pojedynczych elementów czujnikowych stosuje się do rozpoznawania drgań prostopadłych do kierunku ruchu i do oceny powstawania zmiany fazy o tym samym kierunku dla wszystkich trzech mierzonych sygnałów. Korzystnie podczas oceniania sygnałów określa się istniejące przejścia zerowe i wzniesienia przy przejściach zerowych oraz, że w przypadku gdy wszystkie trzy sygnały mają jednoczesne przejścia zerowe i wzniesienia z jednakowym znakiem, wykrywa się drganie (6) koła przetwornika będącego generatorem impulsów (1), przez wykrywanie obrotów koła tego przetwornika.

3 PL B1 3 Korzystnie podczas wykrywania przejścia zerowego koryguje się przesunięcie w układzie rozpoznawania fazy. Korzystnie podczas rozpoznawania drgań tłumi się sygnał wyjściowy czujnikowego układu analizującego. Korzystnie podczas wykrywania obrotów koła przetwornika będącego generatorem impulsów jako nadajnika impulsów obracającego się elementu, wykrywa się drgania promieniowe. Układ określania ruchu elementu względem układu czujnikowego według wynalazku posiada zestaw czujnikowy z dwoma bezstykowymi czujnikami zawierającymi wspomniane elementy Halla lub elementy magneto-rezystancyjne, połączone bezstykowo z kołem przetwornika będącym generatorem impulsów i zęby do wywoływania impulsów przełączania w układzie czujnikowym, a zestaw czujnikowy połączony jest z układem rozpoznawania fazy posiadającym wejścia dla sygnałów elementów czujnikowych i wejścia dla sygnału różnicowego z obu sygnałów czujnika oraz posiada dodatkowo układ sterowania drganiami dołączony do wyjścia czujnikowego układu analizującego, który ma wejścia dla wyjść układu rozpoznawania fazy oraz dla układu przetwarzania sygnału i komparatora. Wynalazek dotyczy sposobu określania ruchu elementu względem układu czujnikowego, w którym sygnały są oceniane w zależności od uruchamianego przez czujnik koła przetwornika będącego generatorem impulsów. Według wynalazku ocenia się w korzystny sposób sygnały z dwóch elementów czujnikowych umieszczonych obok siebie w kierunku ruchu. Dzięki temu można łatwo, podczas określania obrotów koła przetwornika będącego generatorem impulsów, wykrywać drgania promieniowe. Taki układ czujnikowy może być na przykład zastosowany jako czujnik prędkości obrotowej w pojeździe mechanicznym. Do rozpoznawania drgań prostopadłych do kierunku ruchu, tj. na przykład oscylacji na odcinku między kołem przetwornika i elementami czujnikowymi, a w oparciu o to, do oceny, czy powstaje zmiana fazy o tym samym kierunku dla wszystkich trzech mierzonych sygnałów korzystnie stosuje się charakterystyki fazowe sygnałów pojedynczych elementów czujnikowych i sygnały różnicowe pojedynczych elementów czujnikowych. Ocenę sygnałów przeprowadza się tak, że określa się istniejące przejścia zerowe, w danym przypadku po korekcji przesunięcia, i wzniesienia przy przejściach zerowych, oraz że w przypadku, gdy wszystkie trzy sygnały mają jednoczesne przejścia zerowe i wzniesienia z jednakowym znakiem, wykrywane jest drganie koła przetwornika będącego generatorem impulsów. W przypadku rozpoznania drgań promieniowych sygnał wyjściowy układu czujnikowego może być tłumiony w prosty sposób. Układ czujnikowy do przeprowadzenia uprzednio opisanego sposobu ma co najmniej dwa czujniki bezstykowe, jak elementy Halla lub elementy magneto-rezystancyjne. Może być wtedy zastosowany układ rozpoznawania fazy każdorazowo z wejściem dla sygnałów elementów czujnikowych i wejściem dla sygnału różnicowego co najmniej z obu sygnałów czujnika. Układ sterowania drganiami jest dołączony do wyjścia układu czujnikowego, który ma wejścia dla wyjścia układu rozpoznawania fazy oraz dla układu przetwarzania sygnału i komparatora, sterowanego przez sygnał różnicowy. Przez to opisane drgania w układzie czujnikowym można tłumić, bez pogarszania zachowania czujnika szczególnie w warunkach granicznych. Układ czujnikowy według wynalazku, może być zazwyczaj zaopatrzony w opisane już czujniki różnicowe Halla. Sposób według wynalazku jest korzystnie użyty do różniczkowania drgań w układzie czujnikowym względem poprawnego pobudzania elementów czujnikowych i polega w istocie na wprowadzeniu zasady różnicowej czujnika, tj. na użyciu co najmniej dwóch elementów czujnikowych. Możliwe jest wprowadzenie różnych rodzajów czujników, jak już wspomniane elementy Halla lub elementy magneto-rezystancyjne, jak tak zwane elementy AMR lub GMR, jak również na przykład optyczne czujniki prędkości obrotowej. W czujniku prędkości obrotowej mogą być przy tym oceniane w łatwy sposób promieniowe oscylacje względnie drgania między kołem przetwornika będącego generatorem impulsów i elementami czujnikowymi. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowy obszar działania koła przetwornika będącego generatorem impulsów czujnika prędkości obrotowej i bezstykowe, przeciwległe elementy czujnikowe układu czujnikowego, fig. 2 - wykres przebiegu sygnałów wyjściowych elementów czujnikowych i uzyskanego z nich sygnału różnicowego, fig. 3 - wykres odmiany przebiegu z fig. 1, który ma przesunięcie fazy 180 między elementami czujnikowymi, fig. 4 - wykres przebiegu sygnałów elementów czujnikowych przy drganiach promieniowych, a fig. 5 - schemat blokowy układu oceny sygnałów elementów czujnikowych.

4 4 PL B1 Fig. 1 przedstawia obszar działania koła przetwornika będącego generatorem impulsów 1 czujnika prędkości obrotowej, który ma zęby 2 do wywoływania impulsów przełączania w zestawie czujnikowym 3 podczas obrotów koła przetwornika będącego generatorem impulsów 1 i przez to przekazywania ruchu zestawowi czujnikowemu 3. Zestaw czujnikowy 3 ma dwa elementy czujnikowe 4 i 5 umieszczone bezstykowo względem koła przetwornika będącego generatorem impulsów 1 naprzeciwko siebie, na przykład elementy Halla. Ponadto strzałką 6 oznaczono drgania promieniowe, które powinny być określone i stosowane przez układ czujnikowy według wynalazku. Na fig. 2 przedstawiony jest wykres przebiegu 7 sygnału elementu czujnikowego 4 i przebiegu 8 sygnału elementu czujnikowego 5 podczas poprawnego obracania się koła przetwornika będącego generatorem impulsów 1 bez drgań w czasie t. Cyfrą 9 oznaczony jest sygnał różnicowy przebiegów 7 i 8 sygnałów. Fig. 3 pokazuje porównywalne przedstawienie przebiegów 10, 11 i 12 sygnałów, w których przebiegi 10 i 11 sygnałów mają większą różnicę faz, w tym przypadku 180. Na fig. 4 przyjęto, w odróżnieniu do fig. 2 i 3, zachowanie przebiegów 13, 14 i 15 sygnałów elementów czujnikowych 4 i 5, które występuje w przypadku drgań na odcinku między kołem przetwornika będącego generatorem impulsów 1 i elementami czujnikowymi 4 i 5, zgodnie ze strzałką 6 z fig. 1. Wykresy na fig. od 2 do 4 pokazują, że przez ustalenie przesunięć fazy między przebiegami sygnałów elementów czujnikowych 4 i 5 możliwe jest rozpoznawanie drgań promieniowych. Fig. 2 i 3 pokazują w szczególności, że przy poprawnym obracaniu się koła przetwornika będącego generatorem impulsów 1, przynajmniej między dwoma wzajemnie zależnymi przebiegami 7, 8, 9 lub 10, 11, 12, sygnałów następuje przesunięcie fazy zależne od obrotów. Gdy jednak stosunek faz między obecnymi przebiegami sygnałów, jak przyjęto na fig. 4 w oparciu o przebiegi 13, 14 i 15, wynosi zero, a więc także wszystkie sygnały przebiegają z jednakową fazą, jest rozpoznawane drganie promieniowe i wyjście układu czujnikowego mogłoby być wtedy odłączone, aż ponownie przesunięcie fazy będzie możliwe do zmierzenia. Sygnał 15 pokazuje tutaj, analogicznie do fig. 2 i 3 (przebiegi 9 i 12), sygnał różnicowy uzyskany z przebiegów 13 i 14 sygnałów. Budowa układu czujnikowego do przeprowadzania opisanego uprzednio sposobu jest przedstawiona na fig. 5 jako schemat blokowy układu analizującego 16 do oceny przebiegów sygnałów elementów czujnikowych 4 i 5. Tę ocenę można zrealizować w ten sposób, że przede wszystkim dla obu elementów czujnikowych 4 i 5, jak również dla ich sygnału różnicowego, ewentualnie po korekcji przesunięcia w układzie rozpoznawania 17 fazy, jest ustalany przebieg zerowy. W przebiegu zerowym jest tutaj określane dla wszystkich trzech sygnałów jeszcze także każdorazowe wzniesienie. Jeśli po pierwsze wszystkie trzy sygnały (porównać należy przebiegi 13, 14 i 15 sygnałów z fig. 4) jednocześnie przechodzą przez zero i po drugie wzniesienia mają jednakowy znak, to te trzy sygnały są w fazie i chodzi tutaj o drgania zakłócające. Sygnał na wyjściu 18 układu analizującego 16 może być wtedy tłumiony przez układ sterowania 19 drganiami, przy czym układ sterowania 19 drganiami jest zasilany sygnałem wyjściowym układu rozpoznawania 17 fazy i sygnałem wyjściowym układu przetwarzania sygnału i komparatora 20 dla sygnału różnicowego. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób określania ruchu elementu względem układu czujnikowego, w którym ocenia się sygnały w zależności od uruchamianego przez czujnik koła przetwornika będącego generatorem impulsów, znamienny tym, że ocenia się sygnały (7, 8; 10, 11; 13, 14) z dwóch elementów czujnikowych (4, 5) umieszczonych obok siebie w kierunku ruchu, przy czym charakterystyki fazowe sygnałów (7, 8; 10, 11; 13, 14) pojedynczych elementów czujnikowych (4, 5) i sygnały różnicowe (9; 12; 15) pojedynczych elementów czujnikowych (4, 5) stosuje się do rozpoznawania drgań prostopadłych do kierunku ruchu i do oceny powstawania zmiany fazy o tym samym kierunku dla wszystkich trzech mierzonych sygnałów (od 7 do 15). 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas oceniania sygnałów (od 7 do 15) określa się istniejące przejścia zerowe i wzniesienia przy przejściach zerowych oraz, że w przypadku gdy wszystkie trzy sygnały (od 7 do 15) mają jednoczesne przejścia zerowe i wzniesienia z jednakowym znakiem, wykrywa się drganie (6) koła przetwornika będącego generatorem impulsów (1), przez wykrywanie obrotów koła tego przetwornika. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że podczas wykrywania przejścia zerowego koryguje się przesunięcie w układzie rozpoznawania fazy (17).

5 PL B Sposób według jednego z zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że podczas rozpoznawania drgań (6) tłumi się sygnał wyjściowy czujnikowego układu analizującego (16). 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że podczas wykrywania obrotów koła przetwornika będącego generatorem impulsów (1) jako nadajnika impulsów obracającego się elementu, wykrywa się drgania promieniowe. 6. Układ do określania ruchu elementu względem układu czujnikowego zawierający czujniki i koło przetwornika będące generatorem impulsów i elementy Halla, znamienny tym, że posiada zestaw czujnikowy (3) z dwoma bezstykowymi czujnikami (4, 5) zawierającymi wspomniane elementy Halla lub elementy magnetorezystancyjne, połączone bezstykowo z kołem przetwornika będącym generatorem impulsów (1) i zęby (2) do wywoływania impulsów przełączania w układzie czujnikowym, a zestaw czujnikowy (3) połączony jest z układem rozpoznawania fazy (17) posiadającym wejścia dla sygnałów (7, 8; 10, 11; 13, 14) elementów czujnikowych (4, 5) i wejścia dla sygnału różnicowego (9; 12; 15) z obu sygnałów (7, 8; 10, 11; 13, 14) czujnika oraz posiada dodatkowo układ sterowania (19) drganiami dołączony do wyjścia (18) czujnikowego układu analizującego (16), który ma wejścia dla wyjść układu rozpoznawania (17) fazy oraz dla układu przetwarzania sygnału i komparatora (20). Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.