Aktive Rad-Drehzahlsensoren von BOSCH Einführung Der Rad-Drehzahlsensor (DS) wurde ursprünglich für den Einsatz in das Antiblockiersystem (ABS) entwickelt. Im Laufe der Entwicklung von Sicherheitssystemen hat der Rad-Drehzahlsensor immer mehr an Bedeutung gewonnen. Die zukünfige aktive Generation DF 11 liefert zusätzliche Informationen, welche mit den herkömmlichen, induktiven (passiven) Meßprinzipien nicht zur Verfügung gestellt werden können. Die Rad-Drehzahlinformation kann nun auch von Getriebe-, Motor-, Navigationsund Fahrwerksregelsystemen genutzt werden. Bild 1: Drehratensensor DSR MM1.1 Imprimé en République Fédérale d'allemagne par Robert Bosch GmbH 1
Funktionsweise und Meßprinzip Ein Sensor wird als aktiv bezeichnet, wenn für seine Funktion eine Versorgungsspannung notwendig ist. Der DF11 ist ein aktiver Drehzahlsensor, d.h. er muß zum Betrieb an eine Spannungsquelle angeschlossen werden. Er liefert ein Signal mit drehzahlunabhängiger konstanter Amplitude und nutzt bei der Detektierung des Drehzahlsignals den Hall-Effekt aus; siehe Bild 2: Beispiel für Sensor ohne Zusatzsignale. Der Drehzahlsensor kann das Drehzahlsignal von ferromagnetischen Zahnrädern, Stanzblechen oder von Rädern mit aufgebrachten Multipolen detektieren. Bei der Verwendung von Zahnrädern oder Stanzblechen ist ein Arbeitsmagnet hinter dem Messelement eingesetzt. Die Anwendung dieses Messprinzips ermöglicht eine Geschwindigkeitsmessung (Wegstreckenmessung) bis nahe v = 0 km/h. Damit sind auch die teilweise schärferen vmin-bedingungen von z.b. Navigationssystemen, Rückrollsperren, Einparksystemen, usw. abdeckbar. Magnet Anschluss MR-Sensor Messbrücke Verstärker R1 R3 7mA 7mA R2 R4 Silicium Träger für MR-Widerstände Bipolar I0 Imprimé en République Fédérale d'allemagne par Robert Bosch GmbH 2
Signalverarbeitung Für die Signalübertragung wird eine Zweidraht-Stromschnittstelle verwendet. Versorgt wird der Sensor durch die Bordnetzspannung. (Verpolschutzdiode und Stützkondensator sind im Steuergerät vorgesehen). Vom Sensor wird ein Stromsignal geliefert. Der kleine Strom, (ILow = Eigenstromaufnahme des aktiven Elementes) wird als Low-Signal interpretiert. Der große Strom (IHigh = ILow + Delta I; Delta I = zusätzlicher Strom durch einen zum aktiven Element parallelen Pfad) wird als High-Signal interpretiert. Im Steuergerät wird der vom Sensor kommende Strom an einem Messwiderstand RM in ein Spannungssignal gewandelt. Die Auswerteschaltung erkennt an der Größe der Spannung, ob ein High- oder Low-Signal vorliegt, siehe Bild 3. Signalpegel Signalstrom: Low = 7 ma +/-20 % High = 14 ma +/-20 % Tastverhältnis TV = t High / T Periode 0,3 < TV < 0,7 Imprimé en République Fédérale d'allemagne par Robert Bosch GmbH 3
DF 11-Varianten Neben den mechanischen Unterschieden wie Bauform und Kabelabgang (axial, radial oder integrierter Stecker) werden 2 Hauptvarianten mit jeweils 2 Untervarianten unterschieden. DF11s/DF11sM Datenprotokoll: Rechtecksignal als Drehzahlsignal Funktionsumfang: Drehzahlsignal (DZ) - ein der Radgeschwindigkeit proportionales Frequenzsignal. Impulsrad: Für DF11s - magnetisches Multipolrad. Für DF11sM - Zahnräder oder Stanzbleche. DF11i/DF11iM Datenprotokoll: Rechtecksignal mit Zusatzinformationen, die im Pulsweitenmodulations-Verfahren (PWM) übertragen werden. Die Breite des Rechteckimpulses beinhaltet die Zusatzinformation, während der Abstand zwischen einem Puls und des übernächsten Pulses die Drehzahlinformation darstellt. Funktionsumfang: Drehzahlsignal (DZ) - ein der Radgeschwindigkeit proportionales Frequenzsignal. Stillstandserkennung (STOP) - steht das Fahrzeug länger als etwa 1 Sekunde bzw. wird die Stromversorgung eingeschaltet, so sendet der Drehzahlsensor etwa jede Sekunde einen Stillstandsimpuls aus. Über diesen Impuls läßt sich der ord- nungsgemäße Zustand des Drehzahlsensors bei Stillstand überwachen. Drehrichtungserkennung (DR) - gibt die Drehrichtung (rechts/ links) des Rades in Bezug auf die Sensoreinbaulage an. Luftspaltreserve (LR) - gibt an, ob die magnetische Feldstärkeänderung unter einem für die fehlerfreie Funktion notwendigen Wert liegt. Imprimé en République Fédérale d'allemagne par Robert Bosch GmbH 4
Einbaulagenerkennung (EL) - gibt an, ob die magnetische Feldstärkeänderung ausreichend ist, um die Funktion mit großer Sicherheit zu gewährleisten. Das Einbaulage-Signalbit wird nur bis etwa 20km/h ausgegeben. Impulsrad: Für DF11i - magnetisches Multipolrad. Für DF11iM - Zahnräder oder Stanzbleche. Hinweis: Die Abkürzung M steht für eingebauter Magnet und i bedeutet intelligent. Der DF11i besteht aus 2 DF11s plus zusätzlicher Auswerteelektronik. Ausgangssignalbeschreibung DF11s / DF11sM Drehzahlsensor-Ausgangssignal bei rotierendem Impulsrad. Das Signal ist ein Rechtecksignal mit konstanter Amplitude, und die Frequenz ist proportional der Radgeschwindigkeit, siehe Bild. Sensor Drehzahlsignal Imprimé en République Fédérale d'allemagne par Robert Bosch GmbH 5
DF 11i /DF11iM Drehzahlsensor-Ausgangssignal bei rotierenden Impulsrad. Das Signal ist mit unterschiedlichen Zusatzinformationen kodiert im PWM-Verfahren. Sensororientiertes Drehzahlsignal Signal Luftspaltreserve zu gering Signal Linkslauf Vorbit-LOW Signal Rechtslauf Signal Linkslauf und Einbaulage unzureichend Signal Rechtslauf und Einbaulage unzureichend Imprimé en République Fédérale d'allemagne par Robert Bosch GmbH 6
Unterschiede zwischen aktiven und passiven Drehzahlsensoren Signalleistung und Störsicherheit Passiver (induktiver) Sensor Der induktive Sensor ist im Steuergerät hochohmig abgeschlossen. Das Sensorsignal ist erst bei höheren Frequenzen ausreichend groß, so dass es durch einen Tiefpaß bedämpft werden kann. Daraus ergibt sich, dass schon Störsignale mit wenigen 100µW als Nutzsignal erkannt werden können und so die Steuergeräte - Auswerteschaltung durch Einkopplungen stören kann. Aktiver Sensor Der aktive Sensor ist im Steuergerät mit z.b. 115Ohm abgeschlossen. Das Sensorsignal ist über der Frequenz konstant und hat eine Signalleistung von 5mW. Störungen, die Auswirkungen im System haben, müssen Leistungen einkoppeln, die über diesem Wert liegen. Der Sensor kann durch die Einkopplungen gestört werden. Die Auswerteschaltung ist aber durch den Messwiderstand besser geschützt, als beim induktiven Sensor. Ausgangssignal in Abhängigkeit der Raddrehzahl und des Luftspaltes Passiver (induktiver) Sensor Bei induktiven Sensoren kann erst ab einer bestimmten Raddrehzahl eine Auswertung erfolgen. Die Signalamplitude ist abhängig von der Raddrehzahl (Frequenz) und des Luftspaltes. Aktiver Sensor Bei aktiven Sensoren können bis zu 0 km/h Signale ausgewertet werden. Prüfverfahren im Kundendienst Beim aktiven Drehzahlsensor kann der Innenwiderstand nicht mit einem Multimeter geprüft werden, sondern es kann nur eine Spannungsprüfung bei angeschlossenem Steuergerät erfolgen. Dabei liegt die Ausgangsspannung des Steuergerätes im Ruhezustand bei ca. 8V und die Signalamplitude muss sich bei drehenden Rad ändern. Imprimé en République Fédérale d'allemagne par Robert Bosch GmbH 7
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