Information für Lehrkräfte der Berufsschulen
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<strong>Information</strong> <strong>für</strong> <strong>Lehrkräfte</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Berufsschulen</strong><br />
2001/7<br />
Aktive Rad-Drehzahlsensoren von BOSCH<br />
Einführung<br />
Der Rad-Drehzahlsensor (DS) wurde<br />
ursprünglich <strong>für</strong> den Einsatz in das<br />
Antiblockiersystem (ABS) entwickelt.<br />
Im Laufe <strong>der</strong> Entwicklung von Sicherheitssystemen<br />
hat <strong>der</strong> Rad-Drehzahlsensor<br />
immer mehr an Bedeutung gewonnen.<br />
Die zukünfige aktive Generation DF 11 liefert<br />
zusätzliche <strong>Information</strong>en,<br />
Bild 1: Drehratensensor DSR MM1.1<br />
welche mit den herkömmlichen, induktiven<br />
(passiven) Meßprinzipien nicht zur<br />
Verfügung gestellt werden können.<br />
Die Rad-Drehzahlinformation kann nun<br />
auch von Getriebe-, Motor-, Navigationsund<br />
Fahrwerksregelsystemen genutzt<br />
werden.<br />
Robert Bosch GmbH, Geschäftsbereich Kraftfahrzeugausrüstung,<br />
Postfach 1309, 73243 Wernau<br />
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<strong>Information</strong> <strong>für</strong> <strong>Lehrkräfte</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Berufsschulen</strong><br />
2001/7<br />
Funktionsweise und Meßprinzip<br />
Ein Sensor wird als aktiv bezeichnet,<br />
wenn <strong>für</strong> seine Funktion eine Versorgungsspannung<br />
notwendig ist. Der DF11<br />
ist ein aktiver Drehzahlsensor, d.h. er muß<br />
zum Betrieb an eine Spannungsquelle<br />
angeschlossen werden. Er liefert ein<br />
Signal mit drehzahlunabhängiger konstanter<br />
Amplitude und nutzt bei <strong>der</strong><br />
Detektierung des Drehzahlsignals den<br />
Hall-Effekt aus; siehe Bild 2: Beispiel <strong>für</strong><br />
Sensor ohne Zusatzsignale.<br />
Der Drehzahlsensor kann das Drehzahlsignal<br />
von ferromagnetischen Zahnrä<strong>der</strong>n,<br />
Stanzblechen o<strong>der</strong> von Rä<strong>der</strong>n mit<br />
aufgebrachten Multipolen detektieren.<br />
MR-Sensor<br />
Messbrücke<br />
R1<br />
R2<br />
R3<br />
R4<br />
Silicium Träger <strong>für</strong><br />
MR-Wi<strong>der</strong>stände<br />
Bei <strong>der</strong> Verwendung von Zahnrä<strong>der</strong>n o<strong>der</strong><br />
Stanzblechen ist ein Arbeitsmagnet hinter<br />
dem Messelement eingesetzt.<br />
Die Anwendung dieses Messprinzips<br />
ermöglicht eine Geschwindigkeitsmessung<br />
(Wegstreckenmessung) bis nahe<br />
v = 0 km/h. Damit sind auch die teilweise<br />
schärferen vmin-Bedingungen von z.B.<br />
Navigationssystemen, Rückrollsperren,<br />
Einparksystemen, usw. abdeckbar.<br />
Magnet Anschluss<br />
Verstärker<br />
7mA<br />
Bipolar I0<br />
7mA<br />
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2001/7<br />
Signalverarbeitung<br />
Für die Signalübertragung wird eine<br />
Zweidraht-Stromschnittstelle verwendet.<br />
Versorgt wird <strong>der</strong> Sensor durch die<br />
Bordnetzspannung. (Verpolschutzdiode<br />
und Stützkondensator sind im Steuergerät<br />
vorgesehen). Vom Sensor wird ein<br />
Stromsignal geliefert. Der kleine Strom,<br />
(ILow = Eigenstromaufnahme des aktiven<br />
Elementes) wird als Low-Signal interpretiert.<br />
Der große Strom (IHigh = ILow +<br />
Delta I; Delta I = zusätzlicher Strom durch<br />
einen zum aktiven Element parallelen<br />
Pfad) wird als High-Signal interpretiert. Im<br />
Steuergerät wird <strong>der</strong> vom Sensor kommende<br />
Strom an einem Messwi<strong>der</strong>stand<br />
RM in ein Spannungssignal gewandelt.<br />
Die Auswerteschaltung erkennt an <strong>der</strong><br />
Größe <strong>der</strong> Spannung, ob ein High- o<strong>der</strong><br />
Low-Signal vorliegt, siehe Bild 3.<br />
Signalpegel<br />
Signalstrom: Low = 7 mA +/-20 %<br />
High = 14 mA +/-20 %<br />
Tastverhältnis<br />
TV = t High / T Periode<br />
0,3 < TV < 0,7<br />
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DF 11-Varianten<br />
Neben den mechanischen Unterschieden<br />
wie Bauform und Kabelabgang (axial,<br />
radial o<strong>der</strong> integrierter Stecker) werden 2<br />
Hauptvarianten mit jeweils 2 Untervarianten<br />
unterschieden.<br />
DF11s/DF11sM<br />
Datenprotokoll:<br />
Rechtecksignal als Drehzahlsignal<br />
Funktionsumfang:<br />
Drehzahlsignal (DZ) - ein <strong>der</strong> Radgeschwindigkeit<br />
proportionales Frequenzsignal.<br />
DF11i/DF11iM<br />
Datenprotokoll:<br />
Rechtecksignal mit Zusatzinformationen,<br />
die im Pulsweitenmodulations-Verfahren<br />
(PWM) übertragen werden. Die Breite des<br />
Rechteckimpulses beinhaltet die Zusatzinformation,<br />
während <strong>der</strong> Abstand zwischen<br />
einem Puls und des übernächsten<br />
Pulses die Drehzahlinformation darstellt.<br />
Funktionsumfang:<br />
Drehzahlsignal (DZ) - ein <strong>der</strong> Radgeschwindigkeit<br />
proportionales Frequenzsignal.<br />
Stillstandserkennung (STOP) - steht das<br />
Fahrzeug länger als etwa 1 Sekunde bzw.<br />
wird die Stromversorgung eingeschaltet,<br />
so sendet <strong>der</strong> Drehzahlsensor etwa jede<br />
Sekunde einen Stillstandsimpuls aus.<br />
Über diesen Impuls läßt sich <strong>der</strong> ord-<br />
Impulsrad:<br />
Für DF11s - magnetisches Multipolrad.<br />
Für DF11sM - Zahnrä<strong>der</strong> o<strong>der</strong> Stanzbleche.<br />
nungsgemäße Zustand des Drehzahlsensors<br />
bei Stillstand überwachen.<br />
Drehrichtungserkennung (DR) - gibt die<br />
Drehrichtung (rechts/ links) des Rades in<br />
Bezug auf die Sensoreinbaulage an.<br />
Luftspaltreserve (LR) - gibt an, ob die<br />
magnetische Feldstärkeän<strong>der</strong>ung unter<br />
einem <strong>für</strong> die fehlerfreie Funktion notwendigen<br />
Wert liegt.<br />
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2001/7<br />
Einbaulagenerkennung (EL) - gibt an, ob<br />
die magnetische Feldstärkeän<strong>der</strong>ung<br />
ausreichend ist, um die Funktion mit<br />
großer Sicherheit zu gewährleisten. Das<br />
Einbaulage-Signalbit wird nur bis etwa<br />
20km/h ausgegeben.<br />
Impulsrad:<br />
Für DF11i - magnetisches Multipolrad.<br />
Für DF11iM - Zahnrä<strong>der</strong> o<strong>der</strong> Stanzbleche.<br />
Hinweis: Die Abkürzung M steht <strong>für</strong> eingebauter<br />
Magnet und i bedeutet intelligent.<br />
Der DF11i besteht aus 2 DF11s plus<br />
zusätzlicher Auswerteelektronik.<br />
Ausgangssignalbeschreibung<br />
DF11s / DF11sM<br />
Drehzahlsensor-Ausgangssignal bei rotierendem<br />
Impulsrad. Das Signal ist ein<br />
Rechtecksignal mit konstanter Amplitude,<br />
und die Frequenz ist proportional <strong>der</strong><br />
Radgeschwindigkeit, siehe Bild.<br />
Sensor Drehzahlsignal<br />
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DF 11i /DF11iM<br />
Drehzahlsensor-Ausgangssignal bei rotierenden<br />
Impulsrad. Das Signal ist mit<br />
unterschiedlichen Zusatzinformationen<br />
kodiert im PWM-Verfahren.<br />
Sensororientiertes Drehzahlsignal<br />
Signal Luftspaltreserve zu gering<br />
Signal Linkslauf<br />
Signal Rechtslauf<br />
Vorbit-LOW<br />
Signal Linkslauf und Einbaulage unzureichend<br />
Signal Rechtslauf und Einbaulage unzureichend<br />
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Unterschiede zwischen aktiven und passiven Drehzahlsensoren<br />
Signalleistung und Störsicherheit<br />
Passiver (induktiver) Sensor<br />
Der induktive Sensor ist im Steuergerät<br />
hochohmig abgeschlossen.<br />
Das Sensorsignal ist erst bei höheren<br />
Frequenzen ausreichend groß, so dass es<br />
durch einen Tiefpaß bedämpft werden<br />
kann.<br />
Daraus ergibt sich, dass schon<br />
Störsignale mit wenigen 100µW als<br />
Nutzsignal erkannt werden können und<br />
so die Steuergeräte - Auswerteschaltung<br />
durch Einkopplungen stören kann.<br />
Ausgangssignal in Abhängigkeit <strong>der</strong><br />
Raddrehzahl und des Luftspaltes<br />
Passiver (induktiver) Sensor<br />
Bei induktiven Sensoren kann erst ab<br />
einer bestimmten Raddrehzahl eine<br />
Auswertung erfolgen. Die Signalamplitude<br />
ist abhängig von <strong>der</strong> Raddrehzahl<br />
(Frequenz) und des Luftspaltes.<br />
Aktiver Sensor<br />
Bei aktiven Sensoren können bis zu<br />
0 km/h Signale ausgewertet werden.<br />
Aktiver Sensor<br />
Der aktive Sensor ist im Steuergerät mit<br />
z.B. 115Ohm abgeschlossen. Das Sensorsignal<br />
ist über <strong>der</strong> Frequenz konstant<br />
und hat eine Signalleistung von 5mW.<br />
Störungen, die Auswirkungen im System<br />
haben, müssen Leistungen einkoppeln,<br />
die über diesem Wert liegen. Der Sensor<br />
kann durch die Einkopplungen gestört<br />
werden. Die Auswerteschaltung ist aber<br />
durch den Messwi<strong>der</strong>stand besser geschützt,<br />
als beim induktiven Sensor.<br />
Prüfverfahren im Kundendienst<br />
Beim aktiven Drehzahlsensor kann <strong>der</strong><br />
Innenwi<strong>der</strong>stand nicht mit einem<br />
Multimeter geprüft werden, son<strong>der</strong>n es<br />
kann nur eine Spannungsprüfung bei<br />
angeschlossenem Steuergerät erfolgen.<br />
Dabei liegt die Ausgangsspannung des<br />
Steuergerätes im Ruhezustand bei ca. 8V<br />
und die Signalamplitude muss sich bei<br />
drehenden Rad än<strong>der</strong>n.<br />
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Wir möchten Sie an dieser Stelle auf weitere<br />
<strong>Information</strong>smittel aus dem Hause<br />
Bosch aufmerksam machen.<br />
Die Hefte <strong>der</strong> Schriftenreihe "Bosch<br />
Technische Unterrichtung" sind insbeson<strong>der</strong>e<br />
<strong>für</strong> <strong>Lehrkräfte</strong> zur Aktualisierung<br />
des Wissensstandes sicher eine hilfreiche<br />
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ROBERT BOSCH GMBH<br />
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Diese <strong>Information</strong> finden Sie als<br />
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Unterrichtsgestaltung wirkungsvoll eingesetzt<br />
werden.<br />
Wenden Sie sich bitte an Ihren Bosch-<br />
Vertrags-Großhändler und informieren Sie<br />
sich über verfügbare <strong>Information</strong>smittel.<br />
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