專利名稱：用于測定旋轉的軸的轉速的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及 一 種用于測定旋轉的軸的轉速的方法和系統(tǒng)，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(chǎn)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(shù)在一個門時間(Torzeit)內(nèi)從感應元件旁通過的標記 的數(shù)并且作為數(shù)值傳輸給一個控制器。另外，本發(fā)明還涉及一種用于 這種系統(tǒng)的傳感器，以及用于執(zhí)行該方法的計算機程序。
背景技術：
在現(xiàn)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(jīng)過，并且 在此生配屬于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(jīng)過時該裝置釋放出經(jīng)過增量標記時的相應的電壓脈沖。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?shù)酱?lián)的電子控 制器。然后在那里對信號進行進一步的處理。通常是測定兩個連續(xù)的 脈沖的時間間隔。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?shù)囊笠蔡岣吡?。 一方面 是脈沖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 在那里設置的用于測量脈沖頻率或者周期的微處理機的負荷也在增 加。例如檢測內(nèi)燃機上的廢氣渦輪增壓器的轉速的傳感器必須覆蓋一 個非常大的測量范圍。在此，測量范圍大約在20000至30000轉/分的 范圍內(nèi)。因此，對于這種類型的傳感器來說有用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌诤?方法，它們將測得的轉速作為編碼信息傳輸給電子控制器。對信號干 擾的高度的不敏感性和電子控制器的恒定的負載是有利的，因為是以 恒定的數(shù)據(jù)率傳輸轉速信息的。用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪@類方法的問題是在傳感器中只有 一 個比較不準 確的節(jié)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于產(chǎn)生節(jié)拍的電子電 路。發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)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?shù)膫鞲衅鞯臏y量精度。這個任務通過一種用于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(chǎn)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(shù)在 一 個門時間內(nèi)從感應元件旁經(jīng)過的標記的數(shù)并且作為數(shù)值傳輸給一個控制器，其中，門時間從一個時間增量中導出；并且將一個具 有從時間增量中導出來的實際持續(xù)時間的脈沖傳輸?shù)娇刂破?，并且?過該控制器和額定持續(xù)時間進行比較；并且用從實際持續(xù)時間和額定 持續(xù)時間的比較中求出的修正值對該數(shù)值進行修正。該修正數(shù)值可以 是一個系數(shù)、 一個商(Quotient)或者一個其它的函數(shù)。通常時間增 量是節(jié)拍發(fā)生器的節(jié)拍，或者是節(jié)拍發(fā)生器的周期持續(xù)時間。優(yōu)選規(guī) 定，用一個作為修正值的系數(shù)對數(shù)值進行修正，其中，修正值優(yōu)選地 是額定持續(xù)時間和實際持續(xù)時間的商。時間增量優(yōu)選地是節(jié)拍發(fā)生器 的脈沖的持續(xù)時間，或者是節(jié)拍發(fā)生器的周期持續(xù)時間。門時間優(yōu)選 地是節(jié)拍發(fā)生器的周期持續(xù)時間的恒定的倍數(shù)。規(guī)定，具有從時間增 量(周期持續(xù)時間)中導出來的實際持續(xù)時間的脈沖表示一個數(shù)據(jù)圖 (Datagramms)的至少l比特(Bit)。在數(shù)據(jù)圖內(nèi)該比特具有一個恒 定的長度。在這種情況中該比特優(yōu)選作用 一個恒定持續(xù)時間的脈沖地 被編碼。優(yōu)選地本發(fā)明規(guī)定，具有從時間增量中導出來的實際持續(xù)時 間的脈沖代表數(shù)據(jù)圖的 一 個同步比特或者 一 個同步脈沖。本文開頭所述的問題也通過一個用于確定旋轉的軸的轉速的傳感 器和控制器的系統(tǒng)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(shù)在一個門時間內(nèi)從感應元件 旁經(jīng)過的標記，并且作為數(shù)值傳輸?shù)娇刂破鳎渲?，門時間從一個時 間增量中導出；并且將一個具有從時間增量中導出來的實際持續(xù)時間 的脈沖傳輸給控制器，并且通過該控制器和額定持續(xù)時間進行比較； 并且用 一個從實際持續(xù)時間和額定持續(xù)時間的比較中求出的值對該數(shù) 值進行修正。
器得以解決，該傳感器是為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法而設置的。本文 開頭所述問題也通過計算機程序得以解決，該計算機程序具有該程序 在 一 個計算機中執(zhí)行時用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的任 一 方法所述的所有步 驟的程序代碼。


下面借助附圖對本發(fā)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系曲線圖。圖4:根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)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(nèi)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(jīng)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。該矩形電壓相應于傳感器 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(chǎn)生 兩個不同的狀態(tài)。這些狀態(tài)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?shù)揭粋€電子控制器6中。通過數(shù)據(jù)線路7在 傳感器2和控制器6之間傳輸數(shù)據(jù)。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(nèi)燃機的發(fā)動機控制器。通常是確定兩個 連續(xù)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示出一個用于合適地對感應元件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時的恒定門時間tTor開始時記數(shù)器 8被復位，然后該計數(shù)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(shù)，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(jù)從感
應元件5旁經(jīng)過的齒和齒槽給信號處理單元9提供電信號。記數(shù)器8 的內(nèi)容是門時間tTor內(nèi)的瞬時轉速的尺度。通過該記數(shù)器8將在門時 間tTor內(nèi)的從感應元件5旁經(jīng)過的齒和齒槽的數(shù)作為數(shù)值才企測，并且 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(jīng)過角度與門時間的商。所經(jīng)過的角度是在門時間期 間所計數(shù)的齒或齒槽的數(shù)和齒和齒槽對的角增量的乘積。在一個和記 數(shù)器8相連接的編碼單元10中將記數(shù)器讀數(shù)轉換為一個合適的數(shù)據(jù)記 錄。這個數(shù)據(jù)記錄作為電信號通過數(shù)據(jù)線路傳輸?shù)娇刂破?。優(yōu)選地信 號處理單元9、記數(shù)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(shù)據(jù)記錄的實施例。該數(shù)據(jù)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?shù)娇刂破?。這些 數(shù)據(jù)以分別表示4個比特的脈沖形式傳輸。首先是一個同步脈沖Syn 以典型的168 ilis的持續(xù)時間被傳輸。緊接著是一個作為三個脈沖的序 列的信號1,這些脈沖分別代表4 bit的一個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)字構成。緊接其后的是傳輸校驗和CRC,緊接著校驗和之后的是 一個狀態(tài)位STAT。每個4 bit-數(shù)據(jù)字通過所屬的脈沖的相應的持續(xù)時 間表示，例如以脈沖的持續(xù)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(shù)，換句話說可以設想為4 Bit數(shù)據(jù)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(guī)定為汽車 領域的標準方案。但是對于這種類型的數(shù)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(qū)別。原則上講這些 編碼的每 一 個都是由 一 個數(shù)據(jù)線路上的 一 列高-和低-數(shù)值即 一 列脈沖 構成。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的一種系統(tǒng)的 一個實施例。在圖中簡圖地示出傳感器輪1。感應元件5配屬于該傳感 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(shù)器8。該記數(shù)器的輸出端2和編碼單元10連接。 編碼單元10通過一個數(shù)據(jù)線路7和控制器6的一個脈沖時間測量裝置 11連接。此外， 一個分配器級12配屬于記數(shù)器8。該分配器級從節(jié)拍
發(fā)生器13的節(jié)拍中生成門時間tTor，并且傳輸給記數(shù)器8的輸入端。 從節(jié)拍發(fā)生器13的節(jié)拍中平行地通過分配器級14產(chǎn)生用于數(shù)字的數(shù) 據(jù)記錄的基本節(jié)拍。所述數(shù)字的數(shù)據(jù)記錄在編碼單元10中產(chǎn)生。這就 是說，數(shù)據(jù)記錄的脈沖長度是通過分配器級14和編碼單元10從節(jié)拍 發(fā)生器的節(jié)拍中產(chǎn)生的。因此，無論是門時間tTor還是數(shù)據(jù)記錄的基 本節(jié)拍都是從節(jié)拍發(fā)生器的節(jié)拍中導出來的。節(jié)拍發(fā)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(jié)拍精度。所使用的數(shù)據(jù)記錄的根據(jù)圖3的脈沖的一部分有恒定的長度。特 別是同步脈沖(同步位)是如此。同步脈沖的持續(xù)時間t一作為節(jié)拍發(fā) 生器13的周期持續(xù)時間T的倍數(shù)產(chǎn)生，也就是Atsy^n ' T。相應地門 時間tTor的持續(xù)時間tTor也是作為節(jié)拍發(fā)生器13的周期持續(xù)時間T 的倍數(shù)產(chǎn)生，也就是tTor=m ' T。因此通過測量同步脈沖的持續(xù)時間 可間接地求出門時間tTor的長度。當系數(shù)n和m為恒定時，Ats"與 tTor的比和n和m之比相等，n和m是恒定值，并且因此在控制器中 是已知的，并且存儲在其中。也就是說通過測量同步脈沖的實際脈沖 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(xù)時間的實際數(shù)值tSyrii"和用于同步脈沖的持續(xù)時間的額 定數(shù)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(shù)。門時間tTor的額定值 tTon。u和門時間tTor的實際值tTorist的關系也如同這個商數(shù)一樣。 也就是說 tSynsoll/tSynist=tTorsoll/tTorist 。 這個商數(shù)叫做系數(shù) K-tSyns。"/tSynisFtTors。n/tTori"?，F(xiàn)在是所測得的和傳輸?shù)娇刂破?的齒或齒槽的數(shù)Zist乘以這個系數(shù)。因此，修正的數(shù)Zk。r-Zist * K=zist 'tSyns。n/tSym"是修正了節(jié)拍發(fā)生器的實際節(jié)拍和額定節(jié)拍的偏差。從在脈沖測量裝置ll中測量的同步脈沖的持續(xù)時間tSym"和根據(jù) 圖3的額定持續(xù)時間tSynSQU 168 |is在單元16中確定》務正系HK。通 過數(shù)據(jù)線路7傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)值，也就是在門時間tTor期間記數(shù)的齒和 齒槽的數(shù)z在修正單元15中和這個系數(shù)K相乘，并且如此地加以修正。 這個系數(shù)K就是同步位的額定持續(xù)時間和實際的測量持續(xù)時間的比。 然后在輸出端17提供作為信號的正確的或者經(jīng)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(jié)拍的，則這個時間檢觀'j誤 差可以忽略不計。若節(jié)拍發(fā)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(shù)值通過信號線路7傳輸?shù)娇刂破?。脈沖時間測量裝置11測量同步位的持續(xù)時 間。這個持續(xù)時間也比屬于節(jié)拍傳感器13的額定值的持續(xù)時間短 1/1.1。在此，從同步位的已知的額定持續(xù)時間和測量的同步位的持續(xù) 時間的商，也就是同步位或脈沖的持續(xù)時間的額定值和同步脈沖或同 步位的實際持續(xù)時間的比較中在這里產(chǎn)生修正系數(shù)1. 1 。在修正單元15 中轉速值和這個修正系數(shù)相乘。
權利要求
1.用于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(shù)在門時間(tTor)內(nèi)從感應元件(5)旁通過的標記，并且作為數(shù)值(zist)傳輸?shù)娇刂破?6)，其特征在于，門時間(tTor)從時間增量中導出；并且將具有從時間增量中導出來的實際持續(xù)時間(tSynist)的脈沖傳輸?shù)娇刂破?6)，并且通過該控制器(6)和額定持續(xù)時間(tSynsoll)進行比較；并且用從實際持續(xù)時間(tSynist)和額定持續(xù)時間(tSynsoll)的比較中求出的修正值(K)對該數(shù)值(zist)進行修正。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，數(shù)值(Zi")用作為 修正值(K )的系數(shù)進行修正。
3. 按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，修正值(K) 是額定持續(xù)時間(tSyns。")和實際持續(xù)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，其特征在于，時間 增量是節(jié)拍發(fā)生器U3)的周期持續(xù)時間。
5. 按照權利要求1至4的任一項所述的方法，其特征在于，門時 間(tTor)是節(jié)拍發(fā)生器(13)的周期持續(xù)時間的恒定的倍數(shù)。
6. 按照權利要求1至5的任一項所述的方法，其特征在于，具有 從時間增量中導出來的實際持續(xù)時間(tSyru")的脈沖表示數(shù)據(jù)圖的至 少一個比特。
7. 按照權利要求6所述的方法，其特征在于，具有從時間增量中 導出來的實際持續(xù)時間(tSynist)的脈沖表示數(shù)據(jù)圖的同步位。
8. 用于測定旋轉的軸的轉速的傳感器(2)和控制器(6)的系統(tǒng)， 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(shù)在門時間(tTor)內(nèi)從感應元件(5) 旁經(jīng)過的標記(3、 4)，并且作為數(shù)值(Zi")傳輸?shù)娇刂破?6),其 特征在于，門時間從時間增量中導出；并且將具有從時間增量中導出 來的實際持續(xù)時間(tSynw)的脈沖傳輸?shù)娇刂破?6),并且通過該 控制器(6)和額定持續(xù)時間(tSyns。u)進行比較；并且用從實際持續(xù) 時間(tSyn"t)和額定持續(xù)時間(tSyns。H)的比較中求出的修正值(K )對該數(shù)值(Zi")進行修正。
9. 用于測定旋轉的軸的轉速的系統(tǒng)的傳感器(2),其特征在于， 為了執(zhí)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. 計算機程序，其具有當在計算機中執(zhí)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
用于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(jīng)過時產(chǎn)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(shù)在一個門時間(tTor)由從感應元件(5)旁經(jīng)過的標記的次數(shù)，并且作為數(shù)值(z_ist)傳輸?shù)揭粋€控制器(6)。以一個時間增量中導出門時間(tTor)，并且將一個具有從時間增量中導出來的實際持續(xù)時間(tSyn_ist)的脈沖傳輸?shù)娇刂破?6)，并且通過該控制器(6)和一個額定持續(xù)時間(tSyn_soll)進行比較，其中，數(shù)值(Z_ist)用從實際持續(xù)時間(tSyn_ist)和額定持續(xù)時間(tSyn_soll)的比較中求出的糾正數(shù)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(yōu)先權日2006年12月27日
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