Die Erfindung betrifft einen Sensor gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 9, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen.

Vorrichtungen zur Raddrehzahlerfassung in Kraftfahrzeugen (Kfz) sind im Prinzip bekannt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Encoder und einem Sensor, der mit dem Encoder über einen Luftspalt magnetisch gekoppelt ist. Der Encoder ist ein Maschinenelement, das mit dem drehenden Ring eines Radlagers mechanisch verbunden ist und einen inkrementalen Winkelmaßstab trägt. Der Winkelmaßstab wird als ganzzahlige Folge magnetisch abwechselnd unterschiedlich wirksamer Areale ausgeführt, die eine kreisförmige Encoderspur bilden. Es ist üblich, als Encoder Zahnräder, ferromagnetische Lochscheiben oder permanentmagnetisierte Strukturen zu verwenden, z. B. magnetisierte Radlagerdichtungen. Der Sensor reagiert auf die periodischen Wechsel Zahn/Lücke bzw. Loch/Steg oder Nord-/Südpol mit einem periodischen elektrischen Signal, das die inkrementale Winkelteilung als zeitlichen Span- nungs- oder Stromverlauf abbildet. Als sensorisch wirksame Bauteile werden hauptsächlich Induktionsspulen, magnetoresistive Brücken und Hall-Elemente verwendet, die zum Teil in Kombination

mit zusätzlichen elektronischen Schaltungen betrieben werden. Es ist üblich, Sensoren als "aktive Sensoren" zu bezeichnen, wenn sie zum Betrieb eine Energieversorgung benötigen und als "passive" Sensoren wenn sie, wie Induktionsspulen, zum Betrieb keine zusätzliche Energieversorgung benötigen.

Um in solchen Sensoranordnungen größere Luftspaltlängen realisieren zu können ist es bereits vorgeschlagen worden die inkre- mentelle Winkelauflösung des Encoders zu halbieren und diese danach durch Verdopplungsmechanismen unter Verwendung zueinander ortsverschobener Sensoren wieder zu kompensieren. So wird in der DE 199 06 937 die Verwendung von zwei GMR-Sensoren angeregt, deren örtliche Anordnung zueinander eine Phasenverschiebung von etwa 90° bewirkt. Die Signale (Sl, S2) der beiden Sensoren werden verstärkt, über Schwellenschalter geführt und exklusiv-oder- verknüpft. Mit Hilfe von Flip-Flop-Schaltungen soll zudem die Drehrichtung ermittelt werden. Es wird weiterhin vorgeschlagen, die Sensoren gemeinsam auf einem Chip anzuordnen, um den Abstand zwischen beiden Sensoren möglichst präzise einhalten zu können.

Die Anwendung dieses Standes der Technik unterliegt in der Praxis mehreren hinderlichen Einschränkungen. So ist es für den Anwendungsfall der Raddrehzahlerfassung im Automobil erforderlich, gleiche Sensoren mit Encodern unterschiedlicher Module kombinieren zu können (Modul = Lesedurchmesser / Encoderperiodenzahl) . Erfahrungsgemäß bewegt sich der Modulbereich zwischen 1,2 mm bis 2,5 mm, d.h. es muss ein Verhältnis der möglichen Module von 2,5 / 1,2 = ca. 2 abgedeckt werden. Um stets etwa eine Phasenverschiebung von 90° einhalten zu können müssten unter dieser Maßgabe eine größere Anzahl unterschiedlicher, an verschiedene Mo-

dule angepasste Sensoren bereitgehalten werden. Diese Notwendigkeit steht dem Bestreben nach wirtschaftlicher Fertigung und hoher Qualität großer Stückzahlen eines gleichen Produktes entgegen. Wird auf die Modulanpassung verzichtet, entsteht andererseits der Nachteil, dass mit zunehmender Phasenabweichungen vom Sollwert 90° jeder der exklusiv-oder-verknüpften sensorischen Kanäle ein individuell schwankendes Tastverhältnis zum Gesamtsignal beisteuert, was in Folge den Jitter, für den Betrieb moderner Bremsregler, unzulässig erhöht.

Werden zur weiter oben beschriebenen Verdopplung des Ausgangssignals die zwei phasenverschobene Signale Sl und S2 der Sensorelemente geeignet verarbeitet und dann vereinigt, so erhält man die Sollfrequenz f2.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren weisen das Problem auf, dass in den Ausgangssignalen der Sensorelemente Fehler auftreten. Diese Fehler verändern das Ausgangssignal eines Sensorelements derart, dass es von seinem, der Anwendung entsprechenden, typischen Verlauf abweicht bzw. dass der Signalverlauf Störungen aufweist. Diese zu beseitigenden Fehler können auf einer Vielzahl unterschiedlicher Effekte beruhen. In diesem Zusammenhang ist beispielhaft der Effekt zu nennen, dass durch einen ungenauen Abstand bzw. eine ungenaue Positionierung zwischen Encoder und Sensor oder durch Abstandsschwankungen, das Sensorsignal gestört bzw. verfälscht wird. Dabei haben diese Störungen unter anderem häufig eine Ausprägung als Oberwellenanteile im Sensorsignal oder anders artige Frequenzschwankungen des Signals. Diese Fehler können sich auch im Verlauf der weiteren Signalverarbeitung bemerkbar machen. Dabei ergeben sich so-

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gar in einigen Fällen Verstärkungen dieser Fehler, insbesondere wenn die jeweilige Signalamplitude über bestimmte Schwellwerte bewertet wird, bzw. der weitere Signalverlauf sich an solchen Schwellwerten orientiert. Diesbezüglich können neben verstärkten Amplitudenfehlern auch besonders verstärkte Frequenzfehler auftreten, da sich Störungen, welche sich als fehlerhafte Oberwellenanteile ausprägen und vom Amplitudenwert her im Bereich eines Schwellwertes liegen, als schnelle sprunghafte Amplitudenwechsel darstellen.

Die vorliegende Erfindung geht daher von einem Sensor bzw. einem Verfahren aus, welches sich aus dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 9 ergibt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die weiter oben genannten Fehler zu korrigieren oder zu unterdrücken, bzw. diese zu beseitigen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Sensor gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 9.

Die Erfindung besteht also hinsichtlich des erfindungsgemäßen Sensors im Kern darin, die Ausgangsignale der Sensorelemente bzw. die von diesen abgeleiteten Signale auf Fehler zu überprüfen und in Anhängigkeit von festgestellten Fehlern das Sensorausgangssignal abzuschalten oder zu korrigieren.

Im einfachsten Fall wird die Korrektur bzw. Abschaltung des Sensorausgangssignals direkt von der Feststellung eines Fehlers der Elementausgangssignale abhängig gemacht. In vielen Fällen er-

folgt aber die Formung des Sensorausgangssignals über die Bildung von Zwischensignalen, wie dies z.B. in der DE 199 06 937 Al oder in der noch unveröffentlichten Schrift DE 102 17 435 Al wie folgt erläutert ist:

Unter einer magnetoresistiven Brücke wird eine magnetisierte Encoderspur vorbei bewegt. Die vier Brückenwiderstände sind bis auf deren Wirkrichtung gegenüber dem Magnetvektor des Encoders weitestgehend identisch. Die jeweils vorliegende Wirkrichtung ist durch die Symbole (+) und (-) gekennzeichnet und bedeuten Zunahme oder Abnahme des Brückenwiderstandes unter gleicher Feldrichtung, so dass die Entstehung von zwei Teilspannungen klar wird. Zwischen den Brückenzweigen besteht ein örtlicher Abstand φ . Bei positiver Ortsphase mit dem Nulldurchgang der Signalfunktion DIF korrespondiert ein Extremwert der Signalfunktion SUM, so dass die Signalverläufe zueinander orthogonal bleiben, also stets 90° Phasenverschiebung zueinander aufweisen. Das gleiche gilt für eine negative Ortsphase. Der Zusammenhang ist von der Größe der Ortsphase im angestrebten Modulverhältnis 2:1 unabhängig und erfüllt damit das gewünschte Ziel. Es wird vorzugsweise vorgeschlagen, bei dem kleinsten gewünschten Modul im Sensor ca. 40° Ortsphase zu realisieren.

Es empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Verwendung der Merkmale nach Anspruch 2 bzw. 3 (bei Anwendung von zwei oder mehr Zwischensignalen Sl*, S2*) ) . Derartige Zwischensignale können z.B. mittels einer Schwellwertschaltung gebildet werden, die jeweils dem Ausgang eines Sensorelementes zugeordnet ist oder mittels einer Summen- und einer Differenzschaltung (Summenbilder beziehungsweise Differenzbilder), denen jeweils beide Ausgänge

der Sensorelemente zugeführt werden.

Bevorzugt wird bei oben genannten Sensorelementen, welche insbesondere einem sich bewegenden Encoder gegenüber eine verdoppelnde Signalfrequenz ausgeben und dazu die Auswertung von zwei Signalpfaden benutzen, die zu beseitigenden Fehler im Ausgangssignal korrigiert oder unterdrückt werden, indem eine falsche Frequenzausgabe korrigiert oder unterdrückt wird.

Es ist zweckmäßig, dass in der Verrechnungsstufe mindestens ein Zwischensignal gebildet wird, dessen Frequenz jeweils von den Frequenzen der beiden Elementausgangssignale abhängt und dass die Prüfungsschaltung das Zwischensignal auf Abweichungen prüft, welche aus Fehlern der Elementausgangssignale resultieren. Durch die Prüfung auf Abweichungen können Fehler bzw. Störungen erkannt werden.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der PrüfSchaltung ergibt sich in Weiterbildung der Erfindung durch die Verwendung der Merkmale nach Anspruch 4, 6 oder 7, je nach festgestelltem Fehler.

Bevorzugt schaltet die PrüfSchaltung das Sensorausgangssignal ab, wenn zwei oder mehr nacheinander auftretende Flanken der Zwischensignale zu dem gleichen Zwischensignal gehören. Hierdurch wir im Fehlerfall eine inkorrekte Ansteuerung eines Kraftfahrzeugregelungssystems vermieden .

Es wird bevorzugt dass beim Ausfall einer Flanke des einen Zwischensignals die Flanken des anderen Zwischensignals solange un-

wirksam geschaltet sind, bis wieder eine Flanke des einen Zwischensignals erscheint, so dass in diesem Zeitraum keine Flanke zur Bildung des Sensorausgangssignals wirksam ist. Nach dem Auftreten eines Fehlers und der sich daraus ergebenden Abschaltung des Ausgangssignals, bleibt die Verarbeitungsschaltung aktiv und registriert, wann wieder korrekte Signale auftreten, damit das Ausgangssignal wieder ausgegeben werden kann.

Es ist zweckmäßig, dass die PrüfSchaltung mit einer Einrichtung zur Frequenzerkennung versehen ist, welche die Frequenzen der Zwischensignale und/oder der Elementausgangssignale überprüft und bei Unregelmäßigkeiten der jeweiligen Frequenzen das Sensorausgangssignal und/oder zumindest ein Zwischensignal unwirksam macht. Dadurch können Fehler bzw. Störungen wirksam erkannt werden und der fehlerhafte Signalpfad kann direkt unterdrückt werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.

Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors,

Fig. 2 den Verlauf ungestörter Ausgangssignale der Sensorelemente,

Fig. 3 den Verlauf von Zwischensignalen in Abhängigkeit von Elementausgangssignalen gemäß Fig. 2,

Fig. 4 den Verlauf des Sensorausgangssignals in Abhängigkeit von den Zwischensignalen gemäß Fig. 3,

Fig. 5 den Verlauf gestörter Elementausgangssignale der Sensorelemente,

Fig. 6 den Verlauf von Zwischensignalen in Abhängigkeit von Elementausgangssignalen gemäß Fig. 5 und

Fig. 7 den Verlauf des korrigierten Sensorausgangssignals in Abhängigkeit von den Zwischensignalen gemäß Fig. 5.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist in der erfindungsgemäßen Anordnung ein Encoder 1 enthalten, der magnetisch gekoppelt mit einem aktiven Sensor 3 zusammenwirkt, welcher seinerseits mittels des Sensorsausgangssignals 5 Raddrehzahlsignale an eine nicht dargestellte elektronische Kontrolleinrichtung sendet. Als Encoder werden hier allgemein Maschinenelemente bezeichnet, die als in- krementelle Maßstabsverkörperung ausgebildet sind. Zur Erläuterung der Erfindung werden vorrangig Winkelmaßstäbe verwendet, jedoch gelten alle Ausführungen gleichermaßen für lineare Wegmaßstäbe. Der Winkelmaßstab besteht aus einer ganzzahligen Folge gleichartiger Areale einander abwechselnder magnetischer Nord- und Südpole, die eine zu einem Kreis geschlossenen Encoderspur bilden.

Zur Raddrehzahlerfassung ist Encoder 1 mit dem drehenden Ring des Radlagers mechanisch verbunden und der magnetische Feldstärkeverlauf der Encoderspur wird durch den ortsfesten aktiven Sen-

sor 3 magnetisch berührungslos über einen Luftspalt erfasst. Der Encoder rotiert mit einer Winkelgeschwindigkeit ^ω .

In Sensor 3 befindet sich ein magnetoelektrischer Wandler 5, der zwei Sensorlemente 6, 7 aufweist, die um den Abstand Φ gegeneinander versetzt sind, und die so wirken, dass bei einem rotierenden Encoder, zwei Signale Si = A * sin ( ^ω t) und S2 = -A * sin

( ^ω t + ^) erzeugt werden. Die Elementausgangssignale Si und S2 der Sensorelemente werden einer Verrechnungsstufe 15 zugeführt. Verrechnungsstufe 15 enthält zwei Kanäle. Im ersten Kanal 8 wird die Teilsignalsumme SUM = Si + S2 und im zweiten Kanal 9 die Teilsignaldifferenz DIF = Si - S2 gebildet. Die Zwischensignale Sl* und S2* an den Ausgängen der Kanäle 8, 9 werden mittelbar zu einer als exklusiv-oder-Schaltung ausgestalteten Vereinigungsschaltung 10 geführt. Das aus SUM und DIF sich mittelbar ergebende Sensorausgangssignal S5 hat die vorteilhafte Eigenschaft, dass im störungsfreien Betrieb weitgehend modul-unabhängig stets ein Gesamtsignal mit symmetrischem Tastverhältnis erzeugt wird, mit dem zugleich die gewünschte Frequenzverdopplung erreicht wird.

Zwischen die als exklusiv-oder-Schaltung ausgestalteten Vereinigungsschaltung 10 und die Ausgänge der Verrechnungsstufe 15 ist erfindungsgemäß eine PrüfSchaltung 14 geschaltet, die in Abhängigkeit von Sl und S2 oder in Abhängigkeit von Sl* und S2* die Ausgabe ihrer Prüfausgangsignale S3, S4 steuert. Die Prüfschal- tung 14 kann z.B. die Frequenzen der beiden Signale Sl* und S2* vergleichen, wobei dies vorzugsweise durch eine Bewertung der Flankenfolge geschieht, und auf Basis dieses Frequenzabgleichs

entscheiden, ob ein Fehler bzw. eine Störung vorliegt.

Sind die Signale Sl* und S2* bzw. die Signale Sl und S2 korrekt, so können diese in Form von S3, S4 die PrüfSchaltung 14 passieren und werden durch die Vereinigungsschaltung 10 zu dem Sensorausgangssignal S5 zusammengesetzt. Dabei springt das Sensorsausgangsignal S5 mit jeder neu eintreffenden Flanke von S3 und S4 zwischen zwei Potentialen auf und ab, sodass als Folge der ex- klusiv-oder-Verknüpfung der beiden Signale S3 und S4 das Sensorausgangsignal S5 nur dann ein positives Potential hat, wenn entweder nur S3 oder nur S4 ein positives Potential besitzt.

Diese Zusammenhänge sind in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt. Die beiden um einen Winkel, welcher 90° betragen kann, versetzten sinusförmigen Elementausgangsignale Sl und S2, werden in der Verrechnungsstufe 15 zu den Signalen Sl* und S2* umgeformt, die um 90° versetzt sind, wie in den schon weiter oben angegebenen Literaturstellen erläutert wurde. Das Sensorsausgangsignal S5 der Vereinigungsschaltung 10 besitzt infolgedessen die in Fig.4 dargestellte Form.

Hinsichtlich Fig. 5 wird angenommen, dass Sl und S2 mit Fehlern in Form von Oberwellen behaftet sind, die beispielsweise zu einer zeitweiligen Frequenzänderung des Signals S2* in Fig. 6 führen, welches durch den Summenbildner erzeugt wurde. Das Auftreten von Frequenzschwankungen, Oberwellen oder anderen Signalfehlern auf mindestens einem der beiden Signale Sl und S2 kann auch zu einer Störung von sowohl Sl*, als auch S2*, führen. Die Oberwellen können beispielsweise dadurch entstehen, dass die Sensorelemente des Wandlers 5 einen zu geringen Abstand oder Abstands-

Schwankungen zu dem Encoder 1 aufweisen.

Die PrüfSchaltung 14 arbeitet nun derart, dass sie eine Bewertung vornimmt, ob die Flanken von Sl* und S2* in Bezug auf ihren zeitlichen Verlauf in korrekter Weise abwechselnd auftreten. In diesem Falle entsprechen die Signalverläufe von S3 und S4 den Signalverläufen von Sl* und S2*.

Tritt allerdings auf Grund einer Störung z. B. die Flanke von S2* fehlerhafterweise mehrfach unmittelbar hintereinander auf, wie in Fig. 6 dargestellt, so wird nur die erste Flanke wirksam, die weiteren Flanken von S2* werden solange unterdrückt bzw. herausgefiltert bis eine Flanke von Sl erscheint. Es ergibt sich somit das korrigierte Sensorsausgangsignal S5 gemäß Fig. 7.

Fehlt eines der Zwischensignale Sl* oder S2*, (z.B. S2*) und wird seine Flanke durch die PrüfSchaltung 14 nicht festgestellt, so wird das dem anderen Zwischensignal (z. B. Sl*) zugeordnete Ausgangssignal (z.B. S3) durch die PrüfSchaltung 14 so lange nicht ausgegeben, bis die Flanke des betreffenden Zwischensignals nicht mehr fehlt. Da somit weder S4 (wegen des fehlenden S2*) noch S3 ausgegeben werden, kann durch die Vereinigungsschaltung kein Signal S5 gebildet werden, sodass während dieses Fehlerfalles die nachgeschaltete Regelung auf Grund eines fehlenden Sensorsausgangsignals S5 abgeschaltet wird.