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Dokumentenidentifikation DE3213800C2 13.06.1990
Titel Verfahren zur Ausgabe von der Impulsfrequenz jeweils zweier aufeinanderfolgender Impulse einer Impulsfolge entsprechenden Werten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Anmelder Alfred Teves GmbH, 6000 Frankfurt, DE
Erfinder Fennel, Helmut, Dipl.-Ing., 6000 Frankfurt, DE
Vertreter Keil, R., Dipl.-Phys. Dr.phil.nat.; Schaafhausen, L., Dipl.-Phys., Pat.-Anwälte, 6000 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 15.04.1982
DE-Aktenzeichen 3213800
Offenlegungstag 27.10.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.06.1990
IPC-Hauptklasse G01R 23/10
IPC-Nebenklasse H03K 5/26   B60K 35/00   G01P 3/481   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausgabe von Werten, die der Impulsfrequenz von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Impulsen einer Impulsfolge mit ggf. unterschiedlichen Perioden entsprechen, wobei zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen Taktimpulse einer Taktimpulsfolge mit gleichbleibender Frequenz durch Summierung in Zählwerte umgewandelt werden, die der Periode entsprechen und mit vorgegebenen Werten verglichen werden, die aus einem Speicher ausgelesen werden, dessen Speicheradressen proportional zu Frequenzwerten sind, und wobei nach jeder Periode der Impulsfolge die Adresse der zuletzt adressierten Speicherzelle als Wert der Impulsfrequenz ausgegeben wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist bereits bekannt (JP 55-122 166 A2, erläutert in Patents Abstracts of Jap., P-40, Dec. 12, Vol. 4/No. 180). Bei diesem Verfahren werden die Taktimpulse in einer Hälfte der jeweiligen Periode der Impulsfolge aufsummiert. Der Vergleich beschränkt sich auf die Feststellung, ob alle Stellen des jeweils aus dem Speicher ausgelesenen Werts von den Stellen des Zählwerts verschieden sind oder nicht. Nur bei Verschiedenheit wird die Speicheradressierung fortgesetzt. Die Inhalte der Speicherzellen müssen somit an die Art des Vergleiches angepaßt sein. Nach Beendigung der jeweiligen Impulsperiode wird der Frequenzwert durch einen eigenen Impuls für die Weiterverarbeitung ausgegeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß nicht nur die der Impulsfrequenz, sondern auch die der Impulsperiode zweier aufeinanderfolgender Impulse entsprechenden Werte in kurzer Zeit nach dem letzten der beiden aufeinanderfolgenden Impulse verfügbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Werte zu einer Tabelle von gespeicherten Periodenwerten gehören, die jeweils umgekehrt proportional zu der zugehörigen Speicheradresse sind, daß die aus dem Speicher ausgelesenen Periodenwerte, beginnend mit einem durch eine voreinstellbare Adresse auswählbaren kleinsten Periodenwert aus einer Reihe von Periodenwerten, mit den Zählwerten verglichen werden und daß bei Übereinstimmung des jeweiligen Periodenwerts mit einem Zählwert die Adresse zum Auslesen des nächst höheren Periodenwerts vergrößert wird, bis durch den Empfang eines weiteren Impulses der Impulsfolge die jeweils am Speicher anliegende Adresse als Frequenzwert und der vom Speicher ausgelesene Wert als Periodenwert ausgegeben und der Zählwert an den Bezugswert null und die Adresse auf die voreingestellte Adresse zurückgestellt werden.

Bei diesem Verfahren sind sowohl die Frequenz-, als auch die Periodenwerte sofort verfügbar. Dies ist vorteilhaft, wenn Drehgeschwindigkeiten mit Impulsgebern gemessen werden, die Impulsfolgen erzeugen, deren Frequenzen zu den Drehgeschwindigkeiten proportional sind. Eine genaue Erfassung der Drehgeschwindigkeit läßt sich durch Messen des Zeitintervalls zwischen zwei benachbarten Impulsen erreichen. Dabei werden in dem Zeitintervall Taktimpulse eines Oszillators gezählt, der eine Impulsfolge mit gleichbleibender Frequenz ausgibt. Mit dem oben beschriebenen Verfahren ist für die Erzeugung des Reziprokwertes eines Zählwerts kein Rechenaufwand notwendig. Es stehen während der Periodendauer damit sowohl die Reziprokwerte, d. h. die Periodenwerte, als auch die Frequenzwerte zur Verfügung. Das Verfahren kann vorteilhafterweise zur Bestimmung der Frequenz von schnell drehenden Maschinenteilen, z. B. der Räder von Fahrzeugen, die große Geschwindigkeiten haben können, oder der Läufer von Turbinen verwendet werden. Die Adresse muß dabei nicht unbedingt repräsentativ sein für den Frequenzwert, der wie bereits oben erwähnt proportional zur Drehgeschwindigkeit ist, sondern der Adresseneingangswert kann auch die Dimension Geschwindigkeit haben.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens mit einem Vergleicher, der eingangsseitig jeweils mit Ausgängen des Speichers und Ausgängen eines nach Ablauf einer Impulsperiode auf den Inhalt null zurückstellbaren ersten Zählers für das Aufsummieren von Taktimpulsen und ausgangsseitig mit einem weiteren Zähler verbunden ist, dessen Ausgänge an die Adresseneingänge des Speichers angeschlossen sind, ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß der Zähleingang des ersten Zählers unmittelbar mit einem die Taktimpulse erzeugenden Oszillator verbunden ist, daß in dem Speicher Periodenwerte gespeichert sind, die jeweils umgekehrt proportional zu der zugehörigen Speicheradresse sind, daß der weitere Zähler voreinstellbar ausgebildet und mit einer Einrichtung verbunden ist, in der ein voreingestellter Wert enthalten ist, und daß der Übernahmeeingang des ersten Zählers für das Rücksetzen auf den Inhalt null und der Übernahmeeingang des weiteren Zählers für die Eingabe des voreingestellten Werts aus der Einrichtung von den Impulsen der Impulsfolge beaufschlagt werden.

Der schaltungstechnische Aufwand ist bei dieser Anordnung gering. Die Anordnung ergibt auch bei sehr kurzen Impulsintervallen Werte mit großem Auflösungsvermögen, wenn Taktgeber mit hoher Folgefrequenz und Zähler mit hoher Zählgeschwindigkeit verwendet werden. Dabei sind Speicher mit entsprechend kurzen Zugriffszeiten einsetzbar.

Vorzugsweise zählt der erste Zähler in Vorwärtsrichtung und der weitere, auf die dem höchsten Frequenzwert entsprechende Adresse eingestellte Zähler in Rückwärtsrichtung. Die Anordnung kann an Tabellen von unterschiedlicher Größe einfach und schnell angepaßt werden, indem lediglich der Voreinstellwert des weiteren Zählers auf die Anfangsadresse eingestellt wird.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß dem Speicher und dem weiteren Zähler jeweils Zwischenspeicher nachgeschaltet sind, deren Einlesen von dem jeweiligen Impuls der Impulsfolge gesteuert wird, und daß die Übernahmeeingänge der Zähler durch zeitverzögerte Taktimpulse gesteuert werden.

In den Zwischenspeichern stehen die Werte für die Impulsfrequenz und die Periode nach jedem Impulsintervall für die weitere Verarbeitung zur Verfügung. Beispielsweise können diese Werte einem Rechner zugeführt werden oder Teile eines Rechners sein, der hieraus die Fahrzeuggeschwindigkeit und aus weiteren Vorgabegrößen den Schlupf der Fahrzeugräder bestimmt. Die Zwischenspeicher werden nach jedem Impuls durch die jeweils aktuellen Impulsfrequenz- und Periodenwerte überschrieben. Die Zeitverzögerung ist lediglich an die Signalverzögerungen beim Einlesen der Werte in die Zwischenspeicher anzupassen. Bei schnellen Schaltkreisen ergeben sich nur kurze Verzögerungszeiten, so daß die Speicherinhalte während nahezu des gesamten, an die Messung sich anschließenden Impulsintervalles anstehen.

Vorzugsweise sind die Impulse der Impulsfolge von einem Sensor abgeleitet, der bei der Drehung eines Kraftfahrzeugrades betätigbar ist. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus läßt sich die oben erläuterte Anordnung wirtschaftlich fertigen. Wegen der kostengünstigen Herstellung, der hohen erreichbaren Genauigkeit und dem großen verarbeitbaren Geschwindigkeitsbereich kann die Anordnung vorteilhafterweise zur Geschwindigkeitsbestimmung bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Speicher ein Festwertspeicher. Diese Anordnung ist besonders betriebssicher.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Ausgabe von jeweils der Impulsfrequenz und der Periode zweier aufeinanderfolgender Impulse einer Impulsfolge entsprechenden Werten,

Fig. 2 eine Tabelle des Inhalts des Speichers der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Eine Anordnung 1 zur Ausgabe von jeweils der Impulsfrequenz und der Periode zweier aufeinanderfolgender Impulse einer Impulsfolge entsprechender Werte enthält einen in Vorwärtszählrichtung betriebenen Zähler 2, dessen Zähleingang an einen Oszillator 3 angeschlossen ist. Bei dem Oszillator 3 kann es sich um einen in der Anordnung 1 angeordneten oder um einen externen Oszillator handeln.

In Fig. 1 ist ein externer Oszillator 3 dargestellt, der eine Taktimpulsfolge von konstanter Folgefrequenz erzeugt. Der Zähler 2 ist mit seinen parallelen Ausgängen über Leitungen 4 an Eingänge eines Vergleichers 5 angeschlossen, der auf einer Leitung 6 eine Meldung ausgibt, wenn die an seinen zu vergleichenden Eingängen anstehenden Signale übereinstimmen. Die Leitung 6 ist an den Zähleingang eines weiteren, in Rückwärtszählrichtung betriebenen Zählers 7 gelegt, der mit seinen parallelen Ausgängen über Leitungen 8 einerseits an die Adressenschaltung 9 eines Speichers 10 und andererseits an Eingänge von Speicherstufen 11 angeschlossen ist. Bei dem Speicher 10 handelt es sich um einen Festwertspeicher, der programmierbar ausgebildet sein kann. Die Ausgänge des Speichers 10 sind über Leitungen 12 einerseits mit den zweiten Eingängen des Vergleichers 5 und andererseits je mit einem Eingang von Speicherstufen 13 verbunden. Die Anzahl der Stufen der Speicher 11, 13 richtet sich nach der Anzahl der Leitungen 11 bzw. 12. Die nicht dargestellten Stufen der Speicher 11 und 13 sind vorzugsweise D-Flipflops, deren D-Eingänge an jeweils eine der Leitungen 8, 12 gelegt sind, die in Fig. 1 je als paralleles Leitungssystem dargestellt sind.

Ein Sensor 14, bei dem es sich vorzugsweise um einen Impulsgeber handelt, mit dem die Geschwindigkeit von Kraftfahrzeugrädern überwacht wird, steht mit Impulsformern 15 in Verbindung, mit denen die Impulse der Impulsfolge so umgewandelt werden, daß jeweils bei einer ansteigenden Impulsflanke ein Nadelimpuls erzeugt wird. Ebenso ist es möglich, die Nadelimpulse durch die abfallenden Flanken der Impulse auszulösen. Als Impulsformer wird z. B. ein Schmitt-Trigger mit einem nachgeschalteten Monoflop verwendet. Der Ausgang der Impulsformer 15 ist jeweils an die Takteingänge der Speicher 11, 13 und an ein Verzögerungszeitglied 16 angeschlossen. Der Ausgang des Verzögerungszeitgliedes 16 speist die Übernahmeeingänge der Zähler 2 und 7. Der Zähler 2 wird mit dem vom Verzögerungszeitglied 16 abgegebenen Signal auf den Bezugswert Null zurückgesetzt. Deshalb wird als Übernahmeeingang der Rücksetzeingang verwendet. Die Voreinstelleingänge des Zählers 7 sind mit einer Einrichtung 17 verbunden, mit der ein Bezugswert vorgegeben wird, der bei Beaufschlagung des Übernahmeeinganges in den Zähler 7 gelangt.

Im Speicher 10 ist eine Tabelle gespeichert, die in Fig. 2 für einen einfacheren Anwendungsfall dargestellt ist. Es besteht eine feste Zuordnung zwischen den Adressen und den Inhalten der adressierten Speicherzellen. Die Zuordnung ist so getroffen, daß die Adressen Frequenzwerten entsprechen, während die zugehörigen Speicherzellen als Inhalte die Kehrwerte dieser Frequenzwerte, d. h. Periodenwerte, enthalten.

Den Adressen 100, 101, 102, 103, 105, 106, 107, 108 und 109 sind z. B. die gleichen Frequenzwerte in Hz usw. zugeordnet. In den Speicherzellen mit den Adressen 100 bis 109 stehen dann die Periodenwerte 10; 9,90; 9,8; 9,7; 9,5; 9,4; 9,3; 9,2; 9,1 msec. Die Stufung zwischen den Frequenzwerten kann kleiner als in Fig. 2 dargestellt sein. Beispielsweise kann die Stufung ein Hertz sein. Es ist nicht erforderlich, daß die Stufung der Frequenzwerte gleich eine Stufung der Adressen ist.

Die Frequenzwerte, Periodenwerte und Adressen sind in Fig. 2 in dezimaler Form dargestellt. Vorzugsweise sind diese Werte im Speicher 10 in binärer oder hexadezimaler Form enthalten. In dieser Form lassen sich die Inhalte der Speicher 11, 13, die auf parallelen Ausgangsleitungen 18, 19 anstehen, leichter durch nachgeschaltete Rechner, z. B. Mikroprozessoren, verarbeiten. Die Anzahl der Stellen pro Speicherzelle richtet sich nach dem gewünschten Auflösungsvermögen der Periodenwerte. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ergeben sich bei Frequenzen zwischen 100 und 109 Hz nur geringe Unterschiede, so daß eine Stelle nach dem Komma bei einer Frequenzstufung von 1 Hz ausreichend ist.

Wenn der Sensor 14 einen Impuls abgibt, bilden die Impulsformer 15 einen Nadelimpuls, mit dem die am Ausgang des Zählers 7 anstehende Adresse in die Speicher 11 und der am Ausgang des Speichers 10 anstehende Periodenwert in die Speicher 13 übernommen wird. Die Speicher 11, 13 dienen somit zur Zwischenspeicherung der Frequenz- und Periodenwerte. Nach einer vom Verzögerungszeitglied 16 hervorgerufenen kurzen Zeitverzögerung wird der Zähler 2 auf den Inhalt Null und der Zähler 7 auf den Voreinstellwert gebracht. Die vom Oszillator 3 erzeugten Taktimpulse werden anschließend im Zähler 2 aufsummiert, dessen Zählerstand fortlaufend mit den Werten am Ausgang des Speichers 10 verglichen wird. Der in der Einrichtung 17 eingestellte Wert entspricht dem höchsten Adressenwert, oder z. B. dem Wert 109 gemäß Fig. 2. Am Ausgang des Speichers 10 steht zu Beginn der Zählung deshalb der Periodenwert 9,1 msec an. Wenn der Inhalt des Zählers 2 diesen Wert erreicht hat, gibt der Vergleicher 5 an die Leitung 6 eine Meldung über die Gleichheit der Eingangswerte ab. Durch diese Meldung wird der Inhalt des Zählers 7, der als Rückwärtszähler arbeitet, um eine Einheit vermindert. Damit ändert sich auch die Adresse am Speicher 10 um eine Einheit, z. B. auf 108. Jetzt tritt der Periodenwert 9,2 am Ausgang des Speichers 10 auf, so daß der Vergleicher 5 Ungleichheit der an seinen Eingängen vorhandenen Werte feststellt. Die Taktimpulse des Oszillators 3 erhöhen weiterhin den Inhalt des Zählers 2. Bei Übereinstimmung zwischen dem Zählerinhalt und dem Wert am Ausgang des Speichers 10 wird vom Vergleicher 5 ein weiteres Zählsignal zur Verminderung des Inhalts des Zählers 7 erzeugt, der daraufhin die am Speicher 10anliegende Adresse entsprechend vermindert. Diese Arbeitsweise wiederholt sich so lange, bis der nächstfolgende Impuls vom Sensor 14 erzeugt wird. Dieser Impuls veranlaßt nach entsprechender Impulsformung zunächst die Übernahme der Inhalte des Zählers 7 in die Speicher 11 und des Ausgangswerts des Speichers 10 in die Speicher 13. Danach werden der Zähler 2 bzw. 7 zurückgestellt bzw. voreingestellt. Sodann beginnt das Aufsummieren der Taktimpulse im Zähler 2 und der Vergleich des Zählerinhalts mit den Ausgangswerten des Speichers 10 von neuem.

Die vorstehend erläuterte Anordnung liefert nach jedem Meßimpuls des Sensors in sehr kurzer Zeit die Werte der Frequenz und der Periode des vorausgegangenen Impulsintervalls. Falls die Kodierung so gewählt ist, daß die Speicheradressen den Frequenzwerten entsprechen, ist keine weitere Rechnung für die Gewinnung der Frequenz notwendig. Eine Umrechnung ist allerdings nötig, wenn die Adressen nach Art der Zeile der Fig. 2 kodiert sind. Die Kodierung der Adressen kann aber in allen Fällen so erfolgen, daß keine Division bei der Frequenzberechnung stattfinden muß. Damit entfallen zeitraubende Rechenoperationen bei der Bestimmung der Frequenz.

Mit der Frequenz des jeweiligen Impulsintervalls kann die Umfangsgeschwindigkeit eines zu überwachenden Rades durch Multiplikation mit einem konstanten Faktor, der die Zahl π, die Zahl zwei und den Radius des Rades enthält, bestimmt werden. Bei binär kodierter Frequenz sind für diese Multiplikationen nur Verschiebeoperationen um entsprechende Binärstellen notwendig. Diese Verschiebeoperationen beanspruchen deshalb nur wenig Zeit.

Die vorstehend erläuterte konstruktiv einfache Anordnung eignet sich für die Ausgabe von Frequenz- und Periodenwerten sowohl bei längeren als auch bei kürzeren Impulsintervallen. Eine große Genauigkeit kann auch bei kürzeren Impulsintervallen durch eine hohe Frequenz der Taktimpulse und einen Zähler 2 für hohe Zählgeschwindigkeiten erreicht werden. Es ist dann beispielsweise bei Fahrzeugen für hohe Geschwindigkeiten nicht mehr erforderlich, einzelne Impulse des Sensors 14 bei der Bestimmung der Frequenz außer acht zu lassen.

Bezugszeichenliste:

1 Anordnung

2 Zähler

3 Oszillator

4 Leitung

5 Vergleicher

6 Leitung

7 Zähler

8 Leitung

9 Adressenschaltung

10 Speicher

11 Speicherstufe

12 Leitung

13 Speicherstufe

14 Sensor

15 Impulsformer

16 Verzögerungsglied

17 Einrichtung

18 Leitung

19 Leitung


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Ausgabe von Werten, die der Impulsfrequenz von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Impulsen einer Impulsfolge mit ggf. unterschiedlichen Perioden entsprechen, wobei zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen Taktimpulse einer Taktimpulsfolge mit gleichbleibender Frequenz durch Summierung in Zählwerte umgewandelt werden, die der Periode entsprechen und mit vorgegebenen Werten verglichen werden, die aus einem Speicher ausgelesen werden, dessen Speicheradressen proportional zu Frequenzwerten sind, und wobei nach jeder Periode der Impulsfolge die Adresse der zuletzt adressierten Speicherzelle als Wert der Impulsfrequenz ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte zu einer Tabelle von gespeicherten Periodenwerten gehören, die jeweils umgekehrt proportional zu der zugehörigen Speicheradresse sind, daß die aus dem Speicher ausgelesenen Periodenwerte, beginnend mit einem durch eine voreinstellbare Adresse auswählbaren, kleinsten Periodenwert aus einer Reihe von Periodenwerten, mit den Zählwerten verglichen werden und daß bei Übereinstimmung des jeweiligen Periodenwerts mit einem Zählwert die Adresse zum Auslesen des nächsthöheren Periodenwerts vergrößert wird, bis durch den Empfang eines weiteren Impulses der Impulsfolge die jeweils am Speicher anliegende Adresse als Frequenzwert und der vom Speicher ausgelesene Wert als Periodenwert ausgegeben und der Zählwert auf den Bezugswert null und die Adresse auf die voreingestellte Adresse zurückgestellt werden.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Vergleicher, der eingangsseitig jeweils mit Ausgängen des Speichers und Ausgängen eines nach Ablauf einer Impulsperiode auf den Inhalt null zurückstellbaren ersten Zählers für das Aufsummieren von Taktimpulsen und ausgangsseitig mit einem weiteren Zähler verbunden ist, dessen Ausgänge an die Adresseneingänge des Speichers angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähleingang des ersten Zählers unmittelbar mit einem die Taktimpulse erzeugenden Oszillator (3) verbunden ist, daß in dem Speicher Periodenwerte gespeichert sind, die jeweils umgekehrt proportional zu der zugehörigen Speicheradresse sind, daß der weitere Zähler (7) voreinstellbar ausgebildet und mit einer Einrichtung (17) verbunden ist, in der ein voreingestellter Wert enthalten ist, und daß der Übernahmeeingang des ersten Zählers (2) für das Rücksetzen auf den Inhalt null und der Übernahmeeingang des weiteren Zählers (7) für die Eingabe des voreingestellten Werts aus der Einrichtung (17) von den Impulsen der Impulsfolge beaufschlagt werden.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zähler (2) in Vorwärtsrichtung und der weitere Zähler (7), der auf die dem höchsten Frequenzwert entsprechende Adresse eingestellt wird, in Rückwärtsrichtung zählt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicher (10) und dem weiteren Zähler (7) jeweils Zwischenspeicher (13, 11) nachgeschaltet sind, deren Einlesen von dem jeweiligen Impuls der Impulsfolge gesteuert wird, und daß die Übernahmeeingänge der Zähler (2, 7) durch zeitverzögerte Taktimpulse gesteuert werden.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der Impulsfolge von einem Sensor (14) abgeleitet sind, der bei der Drehung eines Kraftfahrzeugrades betätigt wird.






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