专利名称：用于测定旋转的轴的转速的方法
技术领域：
本发明涉及 一 种用于测定旋转的轴的转速的方法和系统，给该轴 配设一个装置，该装置具有标记，当从一个传感器的一个感应元件旁 通过时这些标记产生一个电信号，其中，该传感器包括一个分析装置，该分析装置计数在一个门时间(Torzeit)内从感应元件旁通过的标记 的数并且作为数值传输给一个控制器。另外，本发明还涉及一种用于 这种系统的传感器，以及用于执行该方法的计算机程序。
背景技术：
在现有技术中，旋转的轴的转速的测量例如是通过测量一个传感 器轮的标记进行的。当轴转动时这些标记从一个传感器旁经过，并且 在此生配属于轴的旋转运动的增量的电信号。通常例如在曲轴中设置 一个具有道和齿槽的装置。在从例如霍耳-元件或者感应的感应元件旁 经过时该装置释放出经过增量标记时的相应的电压脉冲。通常这些电 压脉沖作为脉沖系列以两个电平的电压或者电流传输到串联的电子控 制器。然后在那里对信号进行进一步的处理。通常是测定两个连续的 脉冲的时间间隔。从这个时间间隔中求出传感器轮的瞬时转速。随着转速的增加对这种类型的信号传输的要求也提高了 。 一方面 是脉冲在时间上必须越来越短，另 一 方面在电子控制器中进行计算时 在那里设置的用于测量脉冲频率或者周期的微处理机的负荷也在增 加。例如检测内燃机上的废气涡轮增压器的转速的传感器必须覆盖一 个非常大的测量范围。在此，测量范围大约在20000至30000转/分的 范围内。因此，对于这种类型的传感器来说有用于数据传输的接口和 方法，它们将测得的转速作为编码信息传输给电子控制器。对信号干 扰的高度的不敏感性和电子控制器的恒定的负载是有利的，因为是以 恒定的数据率传输转速信息的。用于数据传输的这类方法的问题是在传感器中只有 一 个比较不准 确的节拍可供使用。通常在一个比较昂贵的控制器中设置一个石英振 荡器，而在传感器中只设置一个比较不准确的用于产生节拍的电子电 路。发明内容因此本发明的任务是提高可对转速信息或者角度信息进行编码和 传输的传感器的测量精度。这个任务通过一种用于测定旋转的轴的转速的方法得以完成。给 该轴配设装置，该装置具有标记。当从传感器的感应元件旁通过时所 述标记产生电信号，其中，该传感器包括一个分析装置。该分析装置 记数在 一 个门时间内从感应元件旁经过的标记的数并且作为数值传输给一个控制器，其中，门时间从一个时间增量中导出；并且将一个具 有从时间增量中导出来的实际持续时间的脉冲传输到控制器，并且通 过该控制器和额定持续时间进行比较；并且用从实际持续时间和额定 持续时间的比较中求出的修正值对该数值进行修正。该修正数值可以 是一个系数、 一个商(Quotient)或者一个其它的函数。通常时间增 量是节拍发生器的节拍，或者是节拍发生器的周期持续时间。优选规 定，用一个作为修正值的系数对数值进行修正，其中，修正值优选地 是额定持续时间和实际持续时间的商。时间增量优选地是节拍发生器 的脉沖的持续时间，或者是节拍发生器的周期持续时间。门时间优选 地是节拍发生器的周期持续时间的恒定的倍数。规定，具有从时间增 量(周期持续时间)中导出来的实际持续时间的脉冲表示一个数据图 (Datagramms)的至少l比特(Bit)。在数据图内该比特具有一个恒 定的长度。在这种情况中该比特优选作用 一个恒定持续时间的脉冲地 被编码。优选地本发明规定，具有从时间增量中导出来的实际持续时 间的脉沖代表数据图的 一 个同步比特或者 一 个同步脉冲。本文开头所述的问题也通过一个用于确定旋转的轴的转速的传感 器和控制器的系统得以解决。给该轴配设一个装置，该装置具有标记， 当从传感器的一个感应元件旁通过时这些标记引起电信号，其中，传 感器包括一个分析装置，该分析装置计数在一个门时间内从感应元件 旁经过的标记，并且作为数值传输到控制器，其中，门时间从一个时 间增量中导出；并且将一个具有从时间增量中导出来的实际持续时间 的脉冲传输给控制器，并且通过该控制器和额定持续时间进行比较； 并且用 一个从实际持续时间和额定持续时间的比较中求出的值对该数 值进行修正。
器得以解决，该传感器是为了执行根据本发明的方法而设置的。本文 开头所述问题也通过计算机程序得以解决，该计算机程序具有该程序 在 一 个计算机中执行时用于执行根据本发明的任 一 方法所述的所有步 骤的程序代码。
下面借助附图对本发明的 一 个实施例进行更加详细的说明。这些附图是图1:传感器轮和传感器布置简图。图2:图1中的传感器的信号处理和信号传输简图。图3:信号和由传感器传输给控制器的信号的时间的关系曲线图。图4:根据本发明的系统的原理简图。
具体实施方式
图1示出一个传感器轮1和传感器2的布置。传感器轮1和一个 内燃机的一个未示出的曲轴连接，这样，传感器轮1和曲轴一起旋转。 传感器轴1包括标记，例如交替设置的齿3和齿槽4形式的标记。当 这些标记从传感器2旁经过时这些标记引起感应元件5的电信号。感 应元件5例如可以是霍耳-传感器， 一种感应的传感器或者类似物，这 样，感应元件5的电信号是一种矩形电压。该矩形电压相应于传感器 轮1的齿3和齿槽4的顺序的展开。齿3和齿槽4在传感器2中产生 两个不同的状态。这些状态例如作为脉沖系列以两个水平的电压(矩 形电压)或者是电流传输到一个电子控制器6中。通过数据线路7在 传感器2和控制器6之间传输数据。在控制器6中进行信号的其它处 理。这个控制器例如可以是内燃机的发动机控制器。通常是确定两个 连续的脉沖的时间间隔。因此可以求出传感器轮的瞬时旋转速度。图2示出一个用于合适地对感应元件5的输出信号进行信号处理 的本身已公开的方案。在时间点ti时的恒定门时间tTor开始时记数器 8被复位，然后该计数器8对所有由信号处理单元9检测的事件(例如 从齿到齿槽的变换)进行记数，直到时间点h时的门时间tTor的结束。 感应元件5和信号处理单元9连接。如前所述，感应元件5 一艮据从感
应元件5旁经过的齿和齿槽给信号处理单元9提供电信号。记数器8 的内容是门时间tTor内的瞬时转速的尺度。通过该记数器8将在门时 间tTor内的从感应元件5旁经过的齿和齿槽的数作为数值才企测，并且 存储。通过在相邻的齿/齿槽对之间的本身已知的角增量可直接地将轴 的角速度确定为经过角度与门时间的商。所经过的角度是在门时间期 间所计数的齿或齿槽的数和齿和齿槽对的角增量的乘积。在一个和记 数器8相连接的编码单元10中将记数器读数转换为一个合适的数据记 录。这个数据记录作为电信号通过数据线路传输到控制器6。优选地信 号处理单元9、记数器8以及编码单元10综合在传感器的一个共同集 成的电路中。门时间tTor由一个集成在振荡器中的电路生成。图3示出这样一种数据记录的实施例。该数据记录通过和传感器2 或传感器2的编码单元IO相连接的信号导线7传输到控制器6。这些 数据以分别表示4个比特的脉冲形式传输。首先是一个同步脉沖Syn 以典型的168 ilis的持续时间被传输。紧接着是一个作为三个脉冲的序 列的信号1,这些脉冲分别代表4 bit的一个数据字。紧接着信号1-在图1中叫做S「的是相同类型的第二信号S2。该信号又是由三个4 bit 的数据字构成。紧接其后的是传输校验和CRC,紧接着校验和之后的是 一个状态位STAT。每个4 bit-数据字通过所属的脉沖的相应的持续时 间表示，例如以脉冲的持续时间36 ns + x ' 3 ps的形式表示，其中， x为0和15之间的一个数，换句话说可以设想为4 Bit数据字表示的 16个值。前述的方案作为SAE J2716中的Single Edge Nibble Transmission for Automotive Application (SENT)接口规定为汽车 领域的标准方案。但是对于这种类型的数字接口可以有不同的编码， 这些编码通常只是在单个Bit的编码类型上有所区别。原则上讲这些 编码的每 一 个都是由 一 个数据线路上的 一 列高-和低-数值即 一 列脉冲 构成。图4示出根据本发明的用于执行根据本发明的方法的一种系统的 一个实施例。在图中简图地示出传感器轮1。感应元件5配属于该传感 器轮1。将感应元件5的输出信号接通到信号处理单元9，该处理单元 的输出端又接到记数器8。该记数器的输出端2和编码单元10连接。 编码单元10通过一个数据线路7和控制器6的一个脉冲时间测量装置 11连接。此外， 一个分配器级12配属于记数器8。该分配器级从节拍
发生器13的节拍中生成门时间tTor，并且传输给记数器8的输入端。 从节拍发生器13的节拍中平行地通过分配器级14产生用于数字的数 据记录的基本节拍。所述数字的数据记录在编码单元10中产生。这就 是说，数据记录的脉沖长度是通过分配器级14和编码单元10从节拍 发生器的节拍中产生的。因此，无论是门时间tTor还是数据记录的基 本节拍都是从节拍发生器的节拍中导出来的。节拍发生器通常是一个 简单的PLL-电路，也就是说它仅具有比较低的节拍精度。所使用的数据记录的根据图3的脉冲的一部分有恒定的长度。特 别是同步脉沖(同步位)是如此。同步脉冲的持续时间t一作为节拍发 生器13的周期持续时间T的倍数产生，也就是Atsy^n ' T。相应地门 时间tTor的持续时间tTor也是作为节拍发生器13的周期持续时间T 的倍数产生，也就是tTor=m ' T。因此通过测量同步脉冲的持续时间 可间接地求出门时间tTor的长度。当系数n和m为恒定时，Ats"与 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，并且存储在其中。也就是说通过测量同步脉冲的实际脉冲 长度tSym"就可以确定门时间tTor"t实际长度的修正值。为此，将同 步脉沖的持续时间的实际数值tSyrii"和用于同步脉沖的持续时间的额 定数值tSyns。H进行比较。这种比较例如可通过形成商tSyns。"/tSyn"t 进行，其办法是用额定值除以实际值得出商数。门时间tTor的额定值 tTon。u和门时间tTor的实际值tTorist的关系也如同这个商数一样。 也就是说 tSynsoll/tSynist=tTorsoll/tTorist 。 这个商数叫做系数 K-tSyns。"/tSynisFtTors。n/tTori"。现在是所测得的和传输到控制器6的齿或齿槽的数Zist乘以这个系数。因此，修正的数Zk。r-Zist * K=zist 'tSyns。n/tSym"是修正了节拍发生器的实际节拍和额定节拍的偏差。从在脉沖测量装置ll中测量的同步脉沖的持续时间tSym"和根据 图3的额定持续时间tSynSQU 168 |is在单元16中确定》务正系HK。通 过数据线路7传输的数据数值，也就是在门时间tTor期间记数的齿和 齿槽的数z在修正单元15中和这个系数K相乘，并且如此地加以修正。 这个系数K就是同步位的额定持续时间和实际的测量持续时间的比。 然后在输出端17提供作为信号的正确的或者经修正的转速信息。这样，门时间的误差和因此的转速误差在控制器中得到充分的补 偿。剩下的是同步位的时间检测误差。如若像通常的那样控制器6的
微处理器是以 一 个石英振荡器中得到它的节拍的，则这个时间检观'j误 差可以忽略不计。若节拍发生器13在它的频率上和它的额定值例如相差+ 10%，则门时间短1/1.1，这样，确定转速少1/1.1。这个(错误的)数值通过信号线路7传输到控制器6。脉冲时间测量装置11测量同步位的持续时 间。这个持续时间也比属于节拍传感器13的额定值的持续时间短 1/1.1。在此，从同步位的已知的额定持续时间和测量的同步位的持续 时间的商，也就是同步位或脉冲的持续时间的额定值和同步脉冲或同 步位的实际持续时间的比较中在这里产生修正系数1. 1 。在修正单元15 中转速值和这个修正系数相乘。
权利要求
1.用于测定旋转的轴的转速的方法，给该轴配设具有标记(3、4)的装置(1)，当从传感器(2)的感应元件(5)旁通过时标记引起电信号，其中，该传感器(2)包括分析装置(8、9)，该分析装置计数在门时间(tTor)内从感应元件(5)旁通过的标记，并且作为数值(zist)传输到控制器(6)，其特征在于，门时间(tTor)从时间增量中导出；并且将具有从时间增量中导出来的实际持续时间(tSynist)的脉冲传输到控制器(6)，并且通过该控制器(6)和额定持续时间(tSynsoll)进行比较；并且用从实际持续时间(tSynist)和额定持续时间(tSynsoll)的比较中求出的修正值(K)对该数值(zist)进行修正。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，数值(Zi")用作为 修正值(K )的系数进行修正。
3. 按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，修正值(K) 是额定持续时间(tSyns。")和实际持续时间(tSyn"t)的商。
4. 按照权利要求1至3的任一项所述的方法，其特征在于，时间 增量是节拍发生器U3)的周期持续时间。
5. 按照权利要求1至4的任一项所述的方法，其特征在于，门时 间(tTor)是节拍发生器(13)的周期持续时间的恒定的倍数。
6. 按照权利要求1至5的任一项所述的方法，其特征在于，具有 从时间增量中导出来的实际持续时间(tSyru")的脉冲表示数据图的至 少一个比特。
7. 按照权利要求6所述的方法，其特征在于，具有从时间增量中 导出来的实际持续时间(tSynist)的脉冲表示数据图的同步位。
8. 用于测定旋转的轴的转速的传感器(2)和控制器(6)的系统， 给该轴配设具有标记(3、 4)的装置(1),当从传感器(2)的感应 元件(5)旁通过时标记引起电信号，其中，该传感器(2)包括分析 装置(8、 9)，该分析装置计数在门时间(tTor)内从感应元件(5) 旁经过的标记(3、 4)，并且作为数值(Zi")传输到控制器(6),其 特征在于，门时间从时间增量中导出；并且将具有从时间增量中导出 来的实际持续时间(tSynw)的脉沖传输到控制器(6),并且通过该 控制器(6)和额定持续时间(tSyns。u)进行比较；并且用从实际持续 时间(tSyn"t)和额定持续时间(tSyns。H)的比较中求出的修正值(K )对该数值(Zi")进行修正。
9. 用于测定旋转的轴的转速的系统的传感器(2),其特征在于， 为了执行按照权利要求1至7的在一项所述的方法而设置这种传感器m 。
10. 计算机程序，其具有当在计算机中执行程序时实施按照权利 要求1至7的任一项所述的所有步骤的程序代码。
全文摘要
用于测定旋转的轴的转速的方法，给该轴配设一个装置(1)，该装置具有标记(3、4)，这些标记当从一个传感器(2)的感应元件(5)旁经过时产生一个电信号，其中，传感器(2)包括一个分析装置(8、9)，该分析装置记数在一个门时间(tTor)由从感应元件(5)旁经过的标记的次数，并且作为数值(z<sub>ist</sub>)传输到一个控制器(6)。以一个时间增量中导出门时间(tTor)，并且将一个具有从时间增量中导出来的实际持续时间(tSyn<sub>ist</sub>)的脉冲传输到控制器(6)，并且通过该控制器(6)和一个额定持续时间(tSyn<sub>soll</sub>)进行比较，其中，数值(Z<sub>ist</sub>)用从实际持续时间(tSyn<sub>ist</sub>)和额定持续时间(tSyn<sub>soll</sub>)的比较中求出的纠正数值(K)进行修正。
文档编号G01P3/481GK101210934SQ20071016084
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月27日 优先权日2006年12月27日
发明者U·卡斯纳 申请人:罗伯特.博世有限公司