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Title:
METHOD FOR DETERMINING AN ANGLE OF ROTATION OF A SHAFT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/080678
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for determining an angle of rotation of a shaft, particularly of a crankshaft of an internal combustion engine, wherein the shaft is connected to a transmitter wheel (1) having teeth (3) and tooth gaps (4) with asymmetrical pitch. The transmitter wheel (1) is associated with at least one differential transmitter (6), comprising two transmitter elements (7, 7'). The differential transmitter (6) generates an output signal (A1), which is a difference of signals of both transmitter elements (7, 7'). The output signal (A1) is a square wave signal, which can assume a first or a second value, wherein an increment of the angle of rotation of the shaft is associated with a change between the first and the second values. Additionally to the output signal (A1) of the differential transmitter, a further signal of a transmitter element (7', 6') is used for determining the angle of rotation of the shaft.

Inventors:
KASSNER UWE (DE)
Application Number:
PCT/EP2007/062150
Publication Date:
July 10, 2008
Filing Date:
November 09, 2007
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
KASSNER UWE (DE)
International Classes:
G01D5/245; G01D5/14; F02D41/34
Foreign References:
EP0825420A11998-02-25
US20020190709A12002-12-19
EP1674831A12006-06-28
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (Stuttgart, DE)
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Claims:

Ansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Welle mit einem Geberrad (1) mit Zähnen (3) und Zahnlücken (4) mit einer asymmetrischen Teilung verbunden ist und dem Geberrad (1) mindestens ein Differenzial-Geber (6) umfassend zwei Geberelemente (7, 7') zugeordnet ist, wobei der Differenzial-Geber (6) ein Ausgangssignal (Al) erzeugt, das eine Differenz von Signalen der beiden Geberelemente (7, 7') ist, wobei das Ausgangssignal (Al) ein Rechtecksignal ist, das einen ersten Wert oder einen zweiten Wert annehmen kann, wobei einem Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Wert ein Inkrement des Drehwinkels der Welle zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Ausgangssignal (Al) des Differenzial-Gebers ein weiteres Signal eines Geberelementes (7', 6') zur Bestimmung des Drehwinkels der Welle verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Signal ein Signal eines der Geberelemente (7') des Differenzial-Gebers (6) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Signal ein Signal ei- nes zusätzlich dem Geberrad zugeordneten Geberelementes (6') ist.

4. Anordnung zur Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens einen Geber (6) und ein Geberrad (1) mit Zähnen (3) und Zahnlücken (4) mit einer asymmetrischen Teilung, wobei die Welle mit dem Geberrad (1) verbunden ist und der Differenzial-Geber (6) mit zwei Geberelementen (7, 7') dem Geberrad (1) zugeordnet ist, wobei der Differenzial-Geber (6) ein Ausgangssignal (Al) erzeugt, das eine Differenz von Signalen der beiden Geberelemente (7, 7') ist, wobei das Ausgangssignal ein Rechtecksignal ist, das einen ersten Wert oder einen zweiten Wert annehmen kann, wobei einem Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Wert ein Inkrement des Drehwinkels der Welle zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung ein weiteres Signal eines Geberelementes (6', 7') bereitstellt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Signal ein Signal eines der Geberelemente (7') des Differenzial-Gebers (6) ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Signal ein Signal eines zusätzlich dem Geberrad (1) zugeordneten Geberelementes (6') ist.

7. Geber (6) zur Verwendung in einer Anordnung zur Bestimmung eines Drehwinkels einer

Welle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, umfassend zwei Geberelemente (7, T), wobei der Geber (6) eine Schaltung umfasst, die ein Ausgangssignal (Al) bereitstellt, das eine Differenz von Signalen der beiden Geberelemente (7, 7') ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Ausgangssignal (Al), das eine Differenz von Signalen der beiden Geberelemente ist, ein Signal (A2) eines der Geberelemente (7') bereitgestellt wird.

8. Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.

Description:

Beschreibung

Titel Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerpro- gramm zur Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle einer

Brennkraftmaschine, wobei die Welle mit einem Geberrad mit Zähnen und Zahnlücken mit einer asymmetrischen Teilung verbunden ist und dem Geberrad mindestens ein Differenzialgeber umfassend zwei Geberelemente zugeordnet ist, wobei der Differenzialgeber ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Differenz von Signalen der beiden Geberelemente ist, wobei das Aus- gangssignal ein Rechtecksignal ist, das einen ersten Wert oder einen zweiten Wert annehmen kann, wobei einem Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Wert ein Inkrement des Drehwinkels zugeordnet wird.

Für die Steuerung von Brennkraftmaschinen ist die Bestimmung des Kurbelwellenwinkels von zentraler Bedeutung. Im Stand der Technik bekannte Lösungen verwenden insbesondere in- krementale Geber an Kurbel- und/oder Nockenwelle. üblich sind Geberscheiben mit Inkremen- tenmarken, umfassend Zähne und Zahnlücken, die im Zusammenwirken der Signale von Kurbel- und Nockenwelle eine Bestimmung der Motorposition ermöglichen.

Derartige Gebersysteme ermöglichen eine absolute Positionsbestimmung der Kurbelwelle durch eine nicht gleichförmige Anordnung der Inkrementenmarken. Eine typische Realisierung ist dabei ein Geberrad mit 60 minus 2 Zähnen, also 58 Zähnen und einer Geberradlücke von 2 Zähnen.

Nachteilig an einer derartigen Lücke ist das Fehlen von Inkrementen zur exakten Bestimmung des Kurbelwellenwinkels innerhalb der Lücke. Innerhalb der Lücke wird durch die Motorsteuerung eine Extrapolation des Kurbelwellenwinkels vorgenommen, die jedoch durch die Ungleichförmigkeit der Kurbelwellenwinkelgeschwindigkeit fehlerbehaftet ist. Moderne Arbeitsverfahren von Brennkraftmaschinen stellen höhere Anforderungen an die Genauigkeit, insbe-

sondere zur Bestimmung der Lage von Einspritzungen, sowohl bei Otto-Motoren als auch bei Dieselmotoren.

Eine Vermeidung der Geberradlücke ist durch eine asymmetrische Teilung der Inkrementen- marken und damit eine asymmetrische Teilung der Zähne zu Zahnlücken möglich. Statt eine

Geberradlücke vorzusehen, wird dabei die Teilung zwischen Zähnen und Zahnlücken über ein oder mehrere Zahn/Zahnlücken-Paare verändert. Zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Erkennung dieser Veränderung werden üblicherweise bereits die Zähne und Zahnlücken insgesamt asymmetrisch gestaltet und die Asymmetrie in dem die bisherige Geberradlücke ersetzenden Bereich wird z.B. einfach umgedreht. Erstrecken sich die Zähne beispielsweise über einen Kur- belwellenwinkelgrade von 4° und Zahnlücken über einen Kurbelwellenwinkel von 2°, so wird die Geberradlücke durch eine Umkehrung dieses Verhältnisses ersetzt, also durch Zähne von beispielsweise 2° und Zahnlücken von beispielsweise 4°.

Mit der Auswertung der fallenden Zahnflanken steht für eine Motorsteuerung ein Signal alle 6°

Kurbelwellenwinkel auch in der ehemaligen Lücke zur Verfügung und zusätzlich wird durch eine Auswertung des Verhältnisses von Zahn- zu Lückenzeit eine ausgewiesene Stellung des Geberrades erkannt.

Die zusätzliche Auswertung des Verhältnisses von Zahn- zu Lückenzeit wird durch die heute typische Ausführung des Kurbelwellenwinkelgebers erschwert. In der Regel sind diese Geber so genannte Differenzialgeber. Die Signalverarbeitung umfasst dabei eine geeignete Differenzbildung von räumlich voneinander getrennten Geberelementen. Der wesentliche Vorteil gegenüber einem so genannten Single-Geber mit nur einem Geberelement ist eine deutlich verbesser- te Reproduzierbarkeit des Gebersignals. Eine verbesserte Reproduzierbarkeit bedeutet eine

Verringerung von statistischen Fehlern bei der Erfassung und Abtastung der Inkrementenmar- ken des Geberrades. Alle änderungen des Magnetfeldes durch externe Störfelder oder Luftspaltänderungen des Geberrades zu dem Geber wirken beim Single-Geber auf die Schaltschwelle des Gebers, heben sich aber beim Differenzialgeber auf. Der Differenzialgeber ist also robuster bezüglich der Einbaupositionen und bezüglich externer Magnetfelder. Der Differenzialgeber schaltet in der Mitte des Zahnes bzw. der Zahnlücke beim Nulldurchgang des Differen- zialsignals. Dabei erzeugt ein asymmetrisch geteiltes Geberrad nur beim übergang von einer Zahn- zu Lückenteilung zu einer anderen Zahn- zu Lückenteilung einmalig ein asymmetrisches Ausgangssignal. Dadurch steht einer Auswertung in der Motorsteuerung nur bei Beginn und

bei Ende der die bisherige Geberradlücke ersetzenden veränderten Zahnteilung ein Verhältnis Zahn- zu Lückenzeit ungleich eins zur Verfügung. Bei der Erfassung des übrigen Geberrades ist die Zahn- zu Lückenzeit trotz der asymmetrischen Zahnteilung in etwa gleich.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine höhere Genauigkeit bei der Erfassung der Zahn- zu Lückenzeiten eines Geberrades zu ermöglichen.

Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Welle mit einem Geberrad mit Zähnen und Zahnlücken mit einer asymmetrischen Teilung verbunden ist und dem Geberrad mindestens ein Differenzial-Geber umfassend zwei Geberelemente zugeordnet ist, wobei der Differenzial-Geber ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Differenz von Signalen der beiden Geberelemente ist, wobei das Ausgangssignal ein Rechtecksignal ist, das einen ersten

Wert oder einen zweiten Wert annehmen kann, wobei einem Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Wert ein Inkrement des Drehwinkels der Welle zugeordnet wird, wobei zusätzlich zu dem Ausgangssignal des Differenzial- Gebers ein weiteres Signal eines Geberelementes zur Bestimmung des Drehwinkels der Welle verwendet wird.

Der erste Wert und der zweite Wert werden üblicherweise als High bzw. Low bezeichnet, am Ausgang des Differenzialgebers liegt also ein an sich bekanntes Rechtecksignal an. Eine Periode des Ausgangssignals, also ein Wechsel von High zu Low und bis zum nächsten Wechsel von High zu Low bzw. umgekehrt von einem Wechsel Low zu High bis zum nächsten Wechsel Low zu High bedeutet, dass ein Zahn sowie eine Zahnlücke des Geberrades an dem Geber vorbeigeführt worden sind. Bei der üblichen Aufteilung, bei der Zahn und Zahnlücke jeweils 6° umfassen bedeutet dies, dass ein Inkrement von 6° durch das Geberrad überstrichen wurde. In diesem Fall ist bei einem Differenzialgeber einem Wechsel von dem ersten zu dem zweiten Wert bzw. einem Wechsel zwischen High und Low oder umgekehrt also ein Inkrement von 3° zugeordnet. Das weitere Signal eines Geberelementes zur Bestimmung des Drehwinkels der

Welle kann eines der Signale der Geberelemente des Differenzialgebers sein, oder ein Signal eines zusätzlich dem Geberrad zugeordneten Geberelementes sein. Dieses zusätzliche Signal eines Single-Gebers ermöglicht eine genauere Auswertung der Zahn- zu Zahnlückenzeiten zur absoluten Positionsbestimmung der Kurbelwelle.

- A -

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Anordnung zur Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens einen Geber und ein Geberrad mit Zähnen und Zahnlücken mit einer asymmetrischen Teilung, wobei die Welle mit dem Geberrad verbunden ist und der Differenzial- Geber mit zwei Geberelementen dem Geberrad zugeordnet ist, wobei der Differenzial-Geber ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Differenz von Signalen der beiden Geberelemente ist, wobei das Ausgangssignal ein Rechtecksignal ist, das einen ersten Wert oder einen zweiten Wert annehmen kann, wobei einem Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Wert ein Inkrement des Drehwinkels der Welle zugeordnet wird, wobei die Anordnung ein weiteres Sig- nal eines Geberelementes bereitstellt. Das weitere Signal eines Geberelementes zur Bestimmung des Drehwinkels der Welle kann eines der Signale der Geberelemente des Differenzial- gebers sein, oder ein Signal eines zusätzlich dem Geberrad zugeordneten Geberelementes sein.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch einen Geber zur Verwendung in einer Anordnung zur Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, umfassend zwei Geberelemente, wobei der Geber eine Schaltung umfasst, die ein Ausgangssignal bereitstellt, das eine Differenz von Signalen der beiden Geberelemente ist, wobei zusätzlich zum Ausgangssignal, das eine Differenz von Signalen der beiden Geberelemente ist, ein Signal eines der Geberelemente bereitgestellt wird.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Skizze eines Geberrades mit zugeordnetem Geber;

Fig. 2 eine Abwicklung eines Geberrades mit einer Geberradlücke und eine Abwicklung eines Geberrades mit asymmetrischer Teilung;

Fig. 3 eine Auswerteschaltung für einen Differenzial-Geber;

Fig. 4 eine Abwicklung eines Geberrades mit asymmetrischer Teilung sowie Ausgangssignale eines Single-Gebers und eines Differenzial-Gebers;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer erfmdungsgemäßen Auswerteschaltung;

Fig. 6 eine erfmdungsgemäße Anordnung von zwei Gebern.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Skizze eines an sich bekannten Geberrades 1 , das mit einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden ist und bei einer Rotation der Kurbelwelle um eine Achse 2 rotiert. Das Geberrad 1 weist Geberradmarken (Markierungen) auf, die durch eine abwechselnde Anordnung von Zähnen 3 und Zahnlücken 4 gebildet werden. Der

Abstand zwischen aufeinander folgenden Paaren von Zähnen 3 und Zahnlücken 4 beträgt 6°. Die Zähne 3 und die Zahnlücken 4 können sich über einen gleichen Winkelbereich von 3° erstrecken, können aber auch asymmetrisch aufgeteilt sein, beispielsweise indem ein Zahn 3 einen Winkelbereich von 2° und eine Zahnlücke 4 einen Winkelbereich von 4° überdeckt. Eine Geberradlücke 5 wird gebildet, indem durch Weglassen eines Zahnes 3 eine Geberradlücke 5 mit einem Winkel von 12° entsteht.

Dem Geberrad 1 ist ein Geber 6 zugeordnet. Der Geber 6 umfasst zwei Geberelemente 7, die beispielsweise Hall-Elemente, induktive Geber oder dergleichen sein können. Die Geberele- mente 7 liefern über Signalleitungen 8 elektrische Signale, von denen in einer Auswertelogik 9 ein Differenzsignal gebildet wird, das über eine Signalleitung 10 an ein nicht dargestelltes Steuergerät der Brennkraftmaschine übertragen wird. Das Vorbeiführen von Zähnen 3 und Zahnlücken 4 an den Geberelementen 7 erzeugt Spannungsänderungen an Ausgängen der Geberelemente 7, die über die Signalleitungen 8 zur Auswertelogik 9 weitergegeben werden. Die Geberelemente 7 sind in Umfangsrichtung des Geberrades 1 versetzt angeordnet, so dass ein

Zahn 3 oder eine Zahnlücke 4 bei einer Rotation des Geberrades 1 zeitlich versetzt zunächst an einem der beiden Geberelemente 7 und dann an dem anderen der beiden Geberelemente 7 vorbeigeführt wird.

Statt einer Geberradlücke 5 in dem Geberrad 1 vorzusehen ist es bekannt, eine asymmetrische Teilung des Geberrades vorzunehmen. Es gibt also ein oder mehrere Paare Zahn 3 mit Zahnlücke 4, die zwar zusammen einen Winkel von 6° auf dem Geberrad 1 überdecken, bei denen die Aufteilung Zahn 3 zu Zahnlücke 4 aber verändert ist. Ist z.B. die Aufteilung Zahn zu Zahnlücke jeweils 3°, jeder Zahn 3 überdeckt also einen Winkel von 3° auf dem Geberrad 1 und jede

Zahnlücke 4 überdeckt einen Winkel von 3° auf dem Geberrad 1, so kann eine ausgewiesene Markierung herbeigeführt werden, indem z.B. ein Paar von Zahn 3 und Zahnlücke 4 eine andere Aufteilung aufweisen, beispielsweise indem ein Zahn sich über einen Winkel von 2° erstreckt und die zugehörige Zahnlücke 4 sich über einen Winkel von 4° erstreckt. Derartige Markierungen können auch zur sichereren Erkennbarkeit mehrfach hintereinander angeordnet werden.

Fig. 2 zeigt in der oberen Darstellung eine Abwicklung eines Geberrades 1 mit einer Lücke 5 und in der unteren Darstellung eine Abwicklung eines Geberrades 1 mit einer asymmetrischen Teilung. Die Abwicklungen sind jeweils als Linien zur Kennzeichnungen der Zähne 3 und

Zahnlücken 4 dargestellt. In der oberen Darstellung der Fig. 2 ist die Geberradlücke 5 zu erkennen, die sich über einen Winkel von 9° erstreckt. Die Zähne 3 sowie die Zahnlücken 4 erstrecken sich jeweils über einen Winkel von 3°, so dass der Abstand gleichartiger Flanken der Zähne 3 jeweils 6° beträgt. Unter gleichartigen Flanken wird in Anlehnung an ein elektrisches Rechtecksignal jeweils eine Zahnflanke eines Zahnes 3 verstanden, die bezüglich der Drehrichtung des Geberrades 1 auf der gleichen Zahnseite liegen, also beispielsweise in einer Abwicklung, wie in Fig. 2 dargestellt, alle Zahnflanken, die auf der rechten Seite der Zähne 3 liegen.

Im unteren Teil der Fig. 2 ist ein Geberrad 1 mit einer asymmetrischen Teilung dargestellt. Die Aufteilung von Zahn 3 zu Zahnlücke 4 beträgt hier 2:1, ein Zahn erstreckt sich also über ein

Winkelsegment von 4°, eine Zahnlücke über ein Winkelsegment von 3° am Geberrad 1. Statt einer Zahnlücke sind hier zwei Paare von Zähnen 3' und Zahnlücken 4' vorgesehen, bei denen die Teilung 1 :2 beträgt, bei denen also die Zähne 3' sich über ein Winkelsegment von 2° erstrecken, und die Zahnlücken 4' sich über ein Winkelsegment von 4° erstrecken.

Die beiden aufeinander folgenden Paare von Zähnen 3' und Zahnlücken 4' mit der gegenüber den restlichen 58 Paaren von Zähnen 3 und Zahnlücken 4 veränderten Teilung wird hier als Symmetrielücke 11 bezeichnet.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm der Schaltung einer Auswerteeinheit zur Verarbeitung der Signale eines Gebers 6. Der Geber 6 ist durch eine gestrichelte Linie in Fig. 3 von den übrigen Schaltungselementen abgegrenzt. Der Geber 6 umfasst, wie in Fig. 1 dargestellt, zwei Geberelemente 7, die jeweils mit Anschlussleitungen 8 und 8' mit einem Differenzverstärker 11 ver- bunden sind. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 11 wird über einen Hochpassfilter

13 einem ersten Eingang eines Schmitt-Triggers 14 zugeführt und über einen zweiten Hochpassfilter 12, der über einen Kondensator 15 mit Masse verbunden ist, einem zweiten Eingang des Schmitt-Triggers 14 zugeführt. Am Ausgang des Schmitt-Triggers 14 liegt ein Signal an, dass der Basis 15 eines Transistors 16 zugeführt wird. Am Kollektor 17 des Transistors 16 liegt ein Ausgangssignal an. Der Emitter 19 des Transistors 16 ist mit Masse verbunden, parallel zur

Emitter-Kollektor-Strecke, also zwischen Masse und Kollektor 17 des Transistors 16, ist eine Schutzdiode 18 angeschlossen. Am Ausgang Q liegt ein verstärktes und gefiltertes Differenzsignal der beiden Geberelemente 7 an. Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung ist zusammen mit dem Geber 6 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, was schematisch durch ein die Schal- tung umgebendes Rechteck 20 angedeutet ist. Im oberen Bereich der Schaltung ist die Strom- versorgungseinheit 21 dargestellt, diese umfasst eine Spannungs-Erzeugungs-Einheit 21, die über eine erste Schutzdiode 23, die mit einer Versorgungsspannung Vs verbunden ist, und eine zweite Schutzdiode 24, die mit Masse verbunden ist, mit Spannung versorgt wird.

Fig. 4 zeigt die Abwicklung des Geberrades mit asymmetrischer Teilung gemäß Fig. 2, die

Abwicklung ist hier als Linie A bezeichnet. Darunter dargestellt ist das dazugehörige Ausgangssignal S eines Single-Gebers, also eines Gebers, der nur ein Geberelement 7 umfasst. Darunter dargestellt ist das Ausgangssignal D des Differenzial-Gebers 6 mit zwei Geberelementen 7 gemäß Fig. 1. Unter den drei Linien A, S und D sind mit Rechtecken Zahnzeiten zu Lückenzeiten gekennzeichnet.

Der Differenzialgeber 6 schaltet in der Mitte eines Zahnes 3 bzw. der Mitte einer Zahnlücke 4 beim Nulldurchgang des Differenzsignals. Insofern sind die steigenden bzw. fallenden Flanken des Ausgangssignals D des Differenzialgebers 6 jeweils in der Mitte der Zähne 3 bzw. Zahnlü- cken des Linienzuges A angeordnet. Demgegenüber schaltet ein Single-Geber mit nur einem

Geberelement 7 jeweils bei einer Zahnflanke, also einem übergang zwischen Zahn 3 und Zahnlücke 4, so dass die Linienzüge A und S in Fig. 2 identische Flanken aufweisen. Ein asymmetrisch geteiltes Geberrad 1 erzeugt demnach nur beim übergang von einer Zahn- zu Lückenteilung zu einer anderen Zahn- zu Lückenteilung einmalig ein asymmetrisches Ausgangssignal.

Unter der Linie für das Ausgangssignal des Differenzialgebers 6 sind jeweils Rechtecke zur Verdeutlichung der Zahn- zu Lückenzeiten dargestellt. Nicht schraffierte Rechtecke 25 stellen das Verhältnis der High- zu Low- Werte für den Bereich der Teilung gemäß Fig. 4 dar, bei dem sich die Zähne 3 über einen Winkel von 4° erstrecken und Zahnlücken 4 sich über einen Win- kel von 2° erstrecken. Im folgenden Ausführungsbeispiel sind dabei Zähne 3 jeweils dem Wert

„High" zugeordnet, Zahnlücken jeweils dem Wert „ Low". Je nach Schaltung der Auswerteein- heit kann dies auch umgekehrt sein. In diesem Fall ist der jeweilige Linienzug des Ausgangssignals symmetrisch zu dem hier dargestellten Linienzug. Beim übergang auf eine veränderte asymmetrische Teilung, dies ist in Fig. 4 beim übergang der Teilung mit Zähnen, die sich über einen Winkel von 4° erstrecken, und Zahnlücken, die sich über einen Winkel von 2° erstrecken, also Zähnen 3 und Zahnlücken 4' auf Zähne, die sich über einen Winkel von 2° erstrecken und Zahnlücken, die sich über einen Winkel von 4° erstrecken, dies sind die Zähne 3 ' und Zahnlücken 4' in Fig. 4, ändert sich das Zeitverhältnis der High- zu Low- Werte. Der übergang ist in Fig. 4 mit einem Pfeil mit Bezugszeichen A gekennzeichnet. In Fig. 4 ist das veränderte Ver- hältnis von High- zu Low- Werten durch ein Rechteck 26 dargestellt. Das darauf folgende Paar von Zahn 3' und Zahnlücke 4' hat ebenfalls eine Teilung, bei der sich der Zahn 3' über 2° und die Zahnlücke 4' über 4° erstreckt. Trotz der veränderten Teilung weist das Ausgangssignal D des Differenzialgebers 6 wiederum ein symmetrisches Verhältnis der High- zu Low- Werte wie zuvor auf. Beim erneuten übergang auf eine andere Teilung, dies ist in Fig. 4 durch einen Pfeil B dargestellt, weist das Ausgangssignal D des Differenzialgebers 6 wiederum eine veränderte

Aufteilung der High- zu Low- Werte auf, dies ist durch ein schraffiertes Rechteck mit dem Bezugszeichen 27 dargestellt.

Der Differenzialgeber 6 liefert also auch bei einer asymmetrischen Teilung zunächst ein sym- metrisches Ausgangssignal. Nur beim übergang von einer asymmetrischen Teilung auf eine andere asymmetrische Teilung verändert sich das Verhältnis der High- zu Low- Werte des Ausgangssignals. Das Verhältnis von High- zu Low- Werten ist dabei nicht exakt 1, da die momentane Beschleunigung der Kurbelwelle durch die diskontinuierliche Arbeitsweise des Verbrennungsmotors zu berücksichtigen ist, es liegen also auch im stationären Betrieb der Brennkraft- maschine Schwankungen der Kurbelwellendrehzahl über dem Kurbelwellenwinkel vor.

Zur Erhöhung der Robustheit der Erkennung der Zahn- zu Lückenzeit und damit der gesamten Kurbelwellenwinkelerfassung wird nun die erfindungsgemäße Signalverarbeitung für den Kurbelwellenwinkel, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt, verwendet. Beide Ausführungsformen

vereinigen die Vorteile eines Single-Gebers mit seiner exakten Erfassung des Zahn- zu Lückenverhältnis mit der guten Reproduzierbarkeit der Signalverarbeitung des Differenzialgebers. Die zusätzliche Signalverarbeitung kann in der integrierten Schaltungsanordnungen, die die eigentlichen Sensorelemente und die bisherige Signalverarbeitung enthält, oder im Motorsteuer- gerät umgesetzt werden.

In Fig. 5 ist die Schaltung gemäß Fig. 3 weiter vereinfacht dargestellt. Dargestellt sind Geberelemente 7 und 7', die jeweils über hier als einzelne Leitungen dargestellte Signalleitungen 8 mit einem Differenzbildungselement 28 verbunden sind. An das Differenzbildungselement 28, an dessen Ausgang im Prinzip das gleiche Signal wie an dem Differenzverstärker 11 der Fig. 3 anliegt, schließt sich eine Schaltlogik 29 an. Am Ausgang Al der Schaltlogik 29 liegt das Signal Q gemäß Fig. 3 an. Der bisher dargestellte Schaltungspfad des Blockschaltbildes gemäß Fig. 5 ist insofern identisch mit der Schaltung gemäß Fig. 3. Das Signal des Geberelementes 7' wird nun einer weiteren Auswerteeinheit 30 zugeführt, an deren Ausgang A2 das Signal des Geberelementes 7' wie bei einem Single-Geber anliegt. Am Ausgang Al liegt also das Differenzsignal der Geberelemente 7 und 7', am Ausgang A2 liegt nur das durch das Geberelement 7' erzeugte Signal an. Der Differenzialgeber 6 wird durch diese Ergänzung gleichzeitig als Single-Geber eines der Geberelemente, hier des Geberelementes T, benutzt. Die Signalverarbeitung für das am Ausgang Al anliegende Signal erfolgt in einem nicht näher dargestellten Mo- torsteuergerät mit an sich bekannten Verarbeitungsverfahren. Zusätzlich wird nun das Signal des Ausgangs A2 ebenfalls an das Motorsteuergerät übertragen. Dort wird mit geeigneten Timern, wie sie z.B. in MikroControllern enthalten sind, durch Zeitmessung das Verhältnis Zahn- zu Lückenzeit für jedes Zahn-Lücken-Paar bestimmt. Somit kann für jeden Zahn unmittelbar bestimmt werden, aus welchem Bereich der asymmetrischen Zahnteilung das Signal stammt.

In einer alternativen Ausführungsform werden dem Geberrad 1 zwei Geber 6 und 6' zugeordnet. Der Geber 6 ist ein Differenzialgeber wie zuvor dargestellt. Der Geber 6' ist ein Single- Geber, enthält also nur ein Geberelement 7. Der Differenzialgeber 6 stellt die Reproduzierbarkeit der Geberraderfassung sicher. Der Single-Geber 6' ermöglicht wie im zuvor dargestellten Ausführungsbeispiel eine genaue Erkennung der Zahn- zu Lückenzeit. Die Signalverarbeitung in einer Auswertelogik 31 erfolgt prinzipiell wie in Fig. 5 anhand der Schaltungselemente 28, 29, 30 dargestellt. An den Ausgängen Al und A2 der Auswertelogik 31 liegen die Signale wie anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 5 dargestellt an. Dabei ist zu beachten, dass die Sig-

nale phasenverschoben sind, was von der Anordnung der beiden Geber 6 und 6' an dem Umfang des Geberrades 1 abhängt.