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Die
Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Verringerung
der Verschmutzung eines Sensors, insbesondere eines Heißfilm-Luftmassenmessers
in einem Kraftfahrzeug, nach der Merkmalskombination des Hauptanspruchs.
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Die
Funktions- und Lebensdauereigenschaften von Sensoren können durch
bestimmte Betriebszustände
und Umwelteinflüsse
negativ beeinflusst werden. Beispielsweise kann das Ausgangssignal
eines Heißfilm-Luftmassenmessers
bei unzulässig
hoher Verschmutzung durch den Eintrag schädlicher Medien wie beispielsweise Öl, Wasser,
Partikel oder Salzkristalle im Fahrbetrieb eines Fahrzeugs kurzfristig
oder dauerhaft verfälscht
werden. Die Ablagerung von schädlichen
Medien wird bei einigen Sensortypen durch den Betrieb der Sensoren
noch begünstigt.
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Bei
einigen Betriebszuständen,
beispielsweise im Motornachlauf also nach beendetem Fahrbetrieb
eines Fahrzeugs während
einer bestimmten Zeitspanne, in der einige Systeme noch mit Spannung
versorgt werden, werden heute schon bestimmte Sensoren abgeschaltet.
Dies geschieht ohne zusätzliche
Schalter, beispielsweise durch Abschalten der Spannung über die
sogenannte Klemme Kl.15 des Fahrzeugs durch den Fahrer. Auch Heißfilm-Luftmassenmesser
werden so durch Abschalten der Spannung über Klemme Kl.15 durch den
Fahrer abgeschaltet.
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Die
Problematik einer möglichen
Fehlmessung bei Verschmutzung eines Heißfilm-Luftmassenmessers ist bekannt und führt dazu,
dass Gegenmaßnahmen
getroffen werden.
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So
wird beispielsweise in der
DE
101 63 751 A1 vorgeschlagen, das Ausgangssignal eines Heißfilm-Luftmassenmessers
bei einer auftretenden Verschmutzung zu verändern oder auf ein anderes
Signal zurückzugreifen,
um Fehlmessungen zu verhindern. Es wird dabei ein kurzzeitiger Medieneintrag auf
einen Sensor im Fahrbetrieb erkannt, beispielsweise anhand einer
Softwarefunktion, die bestimmte Sensorsignale oder Ersatzsignale
auswertet. Eine solche Plausibilitätskontrolle oder auch die Substitution
des Luftmassensensorsignals bei einer Signalstörung gewährleistet, dass die Brennkraftmaschine auch
bei verschmutztem Sensor zuverlässig
weiterbetrieben werden kann. Die Softwarefunktion, mit deren Hilfe
der Medieneintrag erkannt wird, umfasst beispielsweise eine Differenzbildung
zweier Signalgradienten. In der
DE 101 63 751 A1 wird also nach erkanntem
Medieneintrag auf ein Ersatzsignal zurückgegriffen, das Abschalten
des Sensors bei möglicherweise
auftretender Verschmutzung wird aber nicht erwähnt.
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Aus
der
DE 32 31 142 A1 ist
bekannt, bei einer Wasseranzeigevorrichtung für Kraftstoffwasserabscheider
einen Sensor einzusetzen, der den Wasserstand misst. Dieser Sensor
wird abgeschaltet, sobald das Wasser die Sensorspitze erreicht.
Dadurch wird eine Korrosion der Sensorspitze verhindert, so dass
die Lebensdauer des Sensors verlängert
und seine Funktionsfähigkeit
verbessert wird.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie das zugehörige erfindungsgemäße Verfahren
haben den Vorteil, dass eine Schutzfunktion für einen Sensor erhalten wird,
die zuverlässig
gewährleistet,
dass der Sensor bei für
ihn ungünstigen
Verhältnissen
nicht verschmutzt oder zerstört
wird. Erzielt wird dieser Vorteil, indem der Sensor bei erkannten
ungünstigen
Betriebsverhältnissen
abgeschaltet wird.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen
Maßnahmen
erzielt.
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Dabei
ist es besonders vorteilhaft, dass ein intelligentes und kurzzeitiges
Abschalten eines Sensors, insbesondere eines Heißfilm-Luftmassenmessers, bei
Gefahr einer Kontamination im Fahrbetrieb möglich ist. Dadurch wird die
Ablagerung von schädlichen
Medien, beispielsweise die Verschmutzung des Sensors, verhindert
oder zumindest reduziert. Die Erkennung eines kurzzeitigen Medieneintrags auf
den Sensor im Fahrbetrieb kann in vorteilhafter Weise anhand einer
Softwarefunktion erfolgen, die bestimmte Sensorsignale oder Ersatzsignale
auswertet. Zur Erkennung eines kurzzeitigen Medieneintrags wird
beispielsweise eine Differenzbildung zweier Signalgradienten ausgewertet
und bei bestimmten vorgebbaren Abweichungen wird auf einen möglichen
Medieneintrag erkannt und der Sensor abgeschaltet, wobei diese Abschaltung
in vorteilhafter Weise nur für
eine bestimmte Zeit erfolgt und insbesondere nach erkanntem Ende
einer Phase mit Medieneintragsgefahr wieder beendet wird, der Sensor also
wieder eingeschaltet wird.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Schutzfunktion darstellbar
ist, die in der Lage ist, mittels Soft- und/oder Hardware einen
Sensor nach Erkennung von Medieneintrag gezielt und für eine optimale
Zeitdauer abzuschalten, insbesondere um die Lebensdauer des Sensors
zu erhöhen
und Fehlmessungen zu verhindern. Durch den Einsatz eines zusätzlichen
High-Side- oder eines Low-Side-Schalters wird eine vorteilhafte
Hardwarefunktion bereitgestellt, die bei Verwendung einer geeigneten
Softwarefunktion ein gezieltes und zeitlich begrenztes Abschalten
des Sensors ermöglicht.
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Bei
einem Heißfilm-Luftmassenmesser
ergibt die vorteilhafte Abschaltung bei Gefahr einer Kontamination
eine messbare Verbesserung der Lebensdauer und der Funktionsfähigkeit,
da Heißfilm-Luftmassenmesser
im ausgeschalteten Zustand weniger Ablagerungen aufnehmen, als im
Betrieb. Insbesondere durch die Verwendung eines Low-Side-Schalters kann die
Hardware-Abschaltfunktion sehr kostengünstig realisiert werden. Da
ein modernes Motorsteuergerät
häufig
ohnehin über
eine Vielzahl von integrierten Low-Side-Schaltern verfügt, die innerhalb eines Bausteins
liegen können,
können speziell
solche, die zu Reservezwecken vorhanden sind, aktiviert werden,
und stehen somit kostenfrei zur Verfügung. Alternativ ist auch die
Verwendung eines zusätzlichen
High-Side-Schalters
möglich.
Eine geeignete Softwarefunktion steuert den für die Abschaltung des Sensors
vorgesehenen Schalter so an, dass er nur dann aktiv abgeschaltet
wird, wenn schädlicher
Medieneintrag während
des Betriebs durch den Sensor selbst oder andere Hilfsgrößen erkannt
wird und bei Bedarf zusätzlich
im Nachlauf des Steuergerätes.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die ein besonders
schnelles Abschalten des Sensorelements ermöglicht wird erhalten, indem die
Realisierung der Abschaltfunktion im Sensor selbst erfolgt. Die
Abschaltregelstrecke liegt dabei im Sensor, wodurch ein Einfluss
des Steuergerätes
und seiner Software auf das Abschalten ausge schlossen werden kann.
Es wird dabei in vorteilhafter Weise ein Schaltelement im Sensor
oder im Sensorelement integriert, über das der Sensor abgeschaltet
werden kann. Diese Ausgestaltung der Erfindung hat weiterhin den
Vorteil, dass ein schnelles gepulstes Mehrfachabschalten möglich ist
um die optimale Abschaltdauer zu ermitteln und um dem Steuergerät sofort nach
Medieneintragsende wieder einen gültigen Messwert zur Verfügung zu
stellen.
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Darüber hinaus
wird durch die Verwendung von sensorinternen Signalen eine genauere
Erkennung von Medieneintrag möglich
als durch die alleinige Auswertung des Sensorausgangssignals. Dies liegt
daran, dass sensorintern eine größere Anzahl von
Signalen oder Merkmalen verfügbar
ist, die aber aufgrund der Kosten optimierten Signalübertragungsbreite
von Sensor zu Steuergerät
nicht alle übertragen
werden. Insbesondere durch die Verwendung von sensorinterner Hard-
und Software und der Auswertung von sensorinternen Steuersignalen,
beispielsweise Spannungen oder Ströme von Regelkreisen, die nur
sensorintern verfügbar
sind, kann die Hardwareabschaltfunktion sehr kostengünstig realisiert
werden.
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In
vorteilhafter Weise wird die Darstellung einer intelligenten sensorinternen
Schutzfunktion bestehend aus geeigneter Soft- und/oder Hardware
in mehrere Teilfunktionen unterteilt. Dabei ist die Teilfunktion 1 in
der Lage, beispielsweise durch Differenzbildung zweier Signalgradienten
und Verwendung zusätzlicher
sensorinterner Signale einen Medieneintrag zu erkennen und daraufhin
das in einem Sensor enthaltene Sensorelement abzuschalten. Die Teilfunktion 2 stellt
ein Ersatzsignal bzw. einen Ersatzwert bereit, welches bzw. welcher
bei erkanntem Medieneintrag anstelle des ungültigen Messwerts vom Sensor
ausgegeben werden kann und Teilfunktion 3 erweitert das
Sensorausgangssignal um die zusätzliche
Information, dass ein Medieneintrag erkannt ist, wobei diese Medieneintragsinformation
in vorteilhafter Weise für
die Dauer des Medieneintrags bestehen bleibt.
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Die
Medieneintragsinformation kann bei einem Frequenzsignal, also bei
einem Signal, dessen Frequenz die eigentliche Messgröße darstellt,
durch die Modulation oder das Einstellen eines definierten Pulsweitenverhältnisses
geschehen, so dass der Messwert oder ein Ersatzwert zusammen mit
der Medieneintragsinformation ausgegeben und übertragen werden kann. Bei
einem Analogsignal kann anstelle des Ersatzwertes ein Wert außerhalb des
Nutzsignalbereichs übertragen
werden und so dem Steuergerät ein
Hinweis gegeben werden, dass ein Medieneintrag vorliegt.
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Durch
die vorstehend genannte vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
wird sichergestellt, dass Sensorelemente bei eintretendem und zeitlich
begrenztem Medieneintrag gezielt abgeschaltet werden können. Es
wird weiterhin sichergestellt, dass Sensoren bei erkanntem Medieneintrag
diese Information an den Empfänger
weitergeben können
und es wird sichergestellt, dass ein Sensor bei Medieneintrag nicht
einen Messwert erfasst und überträgt, der
sehr stark vom realen Wert abweicht. Durch die Bereitstellung eines
Ersatzwerts für
das Messsignal kann die Fehlertoleranz für diesen Fall verringert werden.
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Zeichnung
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
nach dem Stand der Technik. 2 und 3 zeigen
zwei erfindungsgemäße Alternativlösungen für Ausführungsbeispiele
für das
Abschalten eines Sensors im Fahrbetrieb, wobei die Abschaltmittel
in einem Steuergerät
eingebaut sind. In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt, bei dem ein sensorinternes Abschalten
des Sensorelements über
ein sensorinternes Schaltmittel möglich ist. In den 5 und 6 sind
Signalverläufe
für den
Normalbetrieb und den Betrieb bei Medieneintrag dargestellt, wobei 5 für die Ausführungsbeispiele
nach 2 oder 3 und 6 für das Ausführungsbeispiel
nach 4 gilt. Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert.
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Beschreibung
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1 zeigt
ein Beispiel für
die Verbindung zwischen einem Sensor 10 und einem Motorsteuergerät 11 gemäß dem derzeitigen
Stand der Technik. Der Sensor 10 ist beispielsweise ein
Heißfilm-Luftmassenmesser,
der ein Mess-Signal M1 über
eine Leitung L1 an das Motorsteuergerät 11 abgibt. Je nach
Ausgestaltung des Sensors 10 ist dieses Mess-Signal M1 mehr oder
weniger aufbereitet und kann als analoge Spannung oder bereits als
digitales Signal vorliegen. Zwischen dem Sensor 10 und
dem Motorsteuergerät 11 liegt
eine spannungsführende Verbindung
L2, mit einer Spannung U1, die als Versorgungsspannung dient. Eine
weitere Verbindung zwischen dem Sensor 10 und dem Motorsteuergerät 11 ist
die Masseverbindung GND.
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In 2 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung für
einen Sensor 12, beispielsweise einen Heissfilmluftmassenmesser,
dessen Ausgangssignal von einem Motorsteuergerät 13 ausgewertet wird,
dargestellt, bei dem gegenüber
der Anordnung nach 1 ein zusätzlicher Schalter HS1 vorhanden ist.
Dieser Schalter HS1 ist ein sogenannter High-Side-Schalter, der
auf die spannungsführende
Leitung L2 eingreift und diese gegebenenfalls unterbricht. Der Schalter
HS1 ist dabei Bestandteil des Motorsteuergerätes 13. Bei der Ausführungsvariante
nach 2 dient der High-Side-Schalter HS1 dem Abschalten
des Sensors 12 im Fahrbetrieb, wobei die Versorgungsspannung
U1 (12 Volt oder 5 Volt) des Sensors 12 abgeschaltet wird.
Eine im Motorsteuergerät 13 enthaltene
Softwarefunktion 14 erkennt dabei den Medieneintrag durch
eine Intelligente Auswertung des erfassten Sensormess-Signales M1
und schaltet den Sensor 12 über das Steuersignal S1 für den High-Side-Schalter
HS1 für
eine definierte Zeit ab. Diese Zeit kann entweder eine ausgewählte, vorgebbare
Zeitdauer sein, es ist aber auch möglich, den Sensor so lange
ausgeschaltet zu lassen, bis die Softwarefunktion im Motorsteuergerät erkennt,
dass kein Medieneintrag mehr zu befürchten ist.
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Der
Sensor 12 kann beispielsweise die in 2 dargestellten
Komponenten Sensorelement 15 und eine Signalauswerteschaltung 16 mit
sensorinternen Hard- und Softwarefunktionen umfassen. Das Sensorelement 15 liefert
dabei das Messsignal M2 an die Sensorauswerteschaltung 16.
Die Spannungsversorgung ist mit U2 bezeichnet, die Masseverbindung
mit GND2. Diese Ausgestaltung des Sensors ist aber nur beispielhaft
und nicht zwingend erforderlich.
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Die
genaue Funktionsweise der Softwarefunktion soll hier nicht näher beschrieben
werden. Wesentlich für
die Erfindung ist, dass die Softwarefunktion in einem Prozessor
des Steuergerätes 13 läuft, die
Erkennung des Medieneintrags ermöglicht und
Ansteuersignale zur Betätigung
des Schalters erzeugen kann, wobei diese Ansteuersignale jeweils ein Öffnen oder
Schließen
des Schalters HS1 zu mittels der Softwarefunktion ermittelten Zeiten
bewirken.
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Verschiedene
Möglichkeiten,
mit denen ein Medieneintrag durch intelligente Auswertung des erfassten
Sensormess-Signales festgestellt wird, werden in der Druckschrift
DE 101 63 75 A1 beschrieben.
Diese Möglichkeiten
können
in die Softwarefunktion des Motorsteuergerätes
13 eingebunden werden.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsvariante
für das
Abschalten des Sensors im Fahrbetrieb über einen kostengünstigen
Low-Side-Schalter LS1, der Bestandteil des Motorsteuergerätes 13 ist
und die Masse- bzw. Ground-GND-Anbindung des Sensors 12 abschaltet.
Damit wird der Sensor 12, beispielsweise ein Heißfilm-Luftmassenmesser,
nicht mehr weiter beheizt und der Medieneintrag kann den Sensor
nicht mehr verunreinigen. Eine Softwarefunktion 14 im Motorsteuergerät 13,
die prinzipiell so wie die Softwarefunktion nach 2 funktioniert,
erkennt auch bei diesem Ausführungsbeispiel
den Medieneintrag durch eine intelligente Auswertung des erfassten
Sensormesssignales M1 und schaltet den Sensor 12 durch
Betätigung
des Low-Side-Schalters LS1, beispielsweise mittels eines Ansteuersignals
S2 für
eine bestimmte Zeit ab. Für
die Zeit gelten dabei die selben Zusammenhänge, wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben
wurde.
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Durch
die Verwendung eines Low-Side-Schalters kann die Hardware-Abschaltfunktion sehr
kostengünstig
realisiert werden, da sie bei vielen Steuergeräten keinen zusätzlichen
Aufwand, da solche Low-Side-Schalter bei modernen Steuergerät redundant,
d.h. beispielsweise für
Reservezwecke ohnehin vorhanden sind.
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Eine
mögliche
Alternative wäre
die Abschaltung des Sensors ausgehend von einer sehr vereinfachten
Softwarefunktion, die im Fahrzeugbetrieb den Sensor zu einem bestimmten
Zeitpunkt über
einen zusätzlichen
Schalter abschaltet. Ein solches Abschalten kann beispielsweise
ein Abschalten im Steuergerätenachlauf
sein, wobei der Schalter an geeigneter Stelle im Steuergerät oder außerhalb
angeordnet sein kann.
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In
einer weiteren Alternative mit geänderter Beschaltung wird ein
Schalter eingesetzt, der dazu dient, die Spannungsversorgung U1
mit Masse GND kurzzuschließen
und vorher die oben angesprochene Schaltfunktion realisiert. Dadurch
wird sensorseitig die Sensorversorgung kurzgeschlossen und gegebenenfalls
die elektromagnetische Verträglichkeit
EMV verbessert.
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Mit
den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen
können
Verfahren zur gezielten Abschaltung eines Sensors bei drohender
Verschmutzung durchgeführt
werden, wobei keine sensorinterne Medieneintragerkennung durchgeführt wird
und Schaltvorgänge
für die
steuergeräteinternen Schalter
vom Steuergerät
geliefert werden. Für
die Durchführung
des Verfahrens ist der Einsatz von High-Side- oder Low-Side- Schaltern an der
Sensorversorgungsleitung U1 oder an der Masseleitung GND im Steuergerät 13 erforderlich.
Weiterhin ist der Einsatz einer intelligenten Softwarefunktion im
Motorsteuergerät
nötig,
wobei diese intelligente Softwarefunktion die eingesetzten Schalter
nur für
bestimmte Zeiträume
so ansteuert, dass der Schalter die Versorgung des Sensors unterbricht.
Die Wahl der Zeiträume
bzw. der Beginn des Abschaltens hängt davon ab, ob eine Medienkontamination
möglich
ist. Falls eine solche Medienkontamination bzw. ein Medieneintrag
möglich
ist bzw. zu befürchten
ist, wird der Sensor abgeschaltet.
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Erfindungsgemäß wird auch
eine Vorrichtung zur Verringerung der Verschmutzung eines Sensors
umfasst, bei der der Sensor mit einer Steuereinrichtung, beispielsweise
einem Steuergerät,
in Verbindung steht, wobei diese Verbindung eine Spannungsversorgung,
eine Masseverbindung und eine Signalverbindung umfasst. Im Sensor
sind ein Sensorelement, eine Sensorauswerteschaltung und Schaltmittel
vorhanden, die die Spannungsversorgung unterbrechen, wobei die Sensorauswerteschaltung
das Ansteuersignal für
die Schaltmittel zur Unterbrechung der Spannungsversorgung liefert.
Damit wird ein sensorinternes Abschalten des Sensorelements bei
drohender Kontamination möglich.
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In 4 ist
ein solches erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
dargestellt, das ein sensorinternes Abschalten des Sensors 12 oder
des Sensorelements 15 über
einen High-Side-Schalter
HS2 ermöglicht.
Alternativ könnte
auch ein Low-Side-Schalter zum Einsatz kommen, der eine Unterbrechung
der Masseverbindung von GND2 bewirken kann. Bei dieser in den Sensor 12 bzw.
in die Sensorauswerteschaltung 17 verlagerten Abschaltfunktion
können auch
andere Schalter eingesetzt werden, die jeweils im Sensor 12,
in der Sensorauswerteschaltung 17 bzw. im Sensorelement 15 selbst
angebracht sind und den Sensor oder das Sensorelement bei Bedarf, beispielsweise
durch Zuführung
eines Abschaltsignales S3 abschalten. Der Schalter kann je nach
Beschaffenheit des Sensorelements in verschiedenen Ausführungsformen
ausgebildet werden.
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Der
Aufbau des Sensors und die Verbindungen zwischen dem Sensorelement 15 und
der Sensorauswerteschaltung sind entsprechend 2 ausgestaltet.
Die die Spannung U2 führende
Verbindung L3 zwischen dem Sensorelement 15 und der Sensorauswerteschaltung 17 kann
jedoch im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
nach 2 jedoch mittels des High-Side-Schalters HS2 unterbrochen
werden.
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Die
Sensorauswerteschaltung 17, die die sensorinterne Hard-
und/oder Softwarefunktionen umfasst, erfasst den Medieneintrag durch
Auswertung des Sensorelement-Messsignals
M2 sowie gegebenenfalls der Zusatzsignale, die in der Sensorauswerteschaltung
zur Verfügung
stehen. Bei erkanntem Medieneintrag erfolgt die Abschaltung. Das Steuergerät 13 benötigt gegebenenfalls
nur noch eine vereinfachte Softwarefunktion 14a.
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Die
Darstellung einer intelligenten sensorinternen Schutzfunktion, die
aus einer geeigneten Hard- und/oder Softwarefunktion bestehen kann, lässt sich
in einzelne Teilfunktionen unterteilen, wobei beispielsweise drei
Teilfunktionen zweckmäßig sind.
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Teilfunktion 1 ist
in der Lage, das in einem Sensor 12 enthaltene Sensorelement 15,
das das Messsignal erfasst und direkt mit dem Medium in Kontakt
kommt, nach Erkennung eines Medieneintrags gezielt und für eine optimale
Zeitdauer abzuschalten. Das Messsignal und weitere sensorinterne Signale
werden dazu sensorintern, beispielsweise in einer Sensorauswerteschaltung 17 mittels
Filterfunktionen und Plausibilisierungen mit Schwellwerten ausgewertet.
Bei erkanntem Medieneintrag wird ein Abschaltsignal S3 generiert,
das das Sensorelement 15 durch Betätigung eines Schalters, beispielsweise des
High-Side-Schalters HS2 abschaltet bzw. die Spannungsversorgung
für das
Sensorelement unterbricht. Bei einem Heissfilmluftmassenmesser ist
es damit möglich,
das eigentliche Sensorelement auszuschalten, sofern ein Medieneintrag,
beispielsweise Wasser im Sensor erkannt wird. Damit kann für den Heissfilmluftmassenmesser
dessen Verschmutzung vermieden bzw. sehr stark verringert werden.
Dies gilt insbesondere für
solche Heissfilmluftmassenmesser, die im ausgeschalteten Zustand
weniger Ablagerungen aufnehmen als in eingeschaltetem Zustand, in
dem der Heissfilm auf hoher Betriebstemperatur ist.
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Die
Teilfunktion 2 stellt einen Ersatzwert bereit, welcher
bei erkanntem Medieneintrag anstelle des dann ungültigen Messwerts
vom Sensor 12 ausgegeben wird. Beim Medieneintrag kann
der Messwert durch den Medieneintrag stark verfälscht werden und so zu Fehlmessungen
führen.
Durch Bereitstellung eines Ersatzwertes kann der Meßfehler
des Sensors bei Medieneintrag verringert werden. Der Ersatzwert
kann beispielsweise der letzte gültige Wert
ohne Medieneintrag sein.
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Die
Teilfunktion 3 erweitert das Sensorausgangssignal dahingehend,
dass es neben dem vom Sensorelement erfassten Messsignal die zusätzliche Information „Medieneintrag
erkannt" ausgibt.
Diese auch als „Medieneintragsinformation" bezeichnete Information
wird für
die Dauer des Medieneintrags ausgegeben. Dies kann bei einem Frequenzsignal, also
bei einem Signal, bei dem die Messgröße als Frequenz eines Rechtecksignals
ausgegeben wird, wie es bei Heissfilmluftmassenmessern üblich ist, beispielsweise
durch die Modulation bzw. das Einstellen eines definierten Pulsweitenverhältnisses
des Rechtecksignals geschehen, so dass Messwert oder Ersatzwert
zusammen mit der Medieneintragsinformation ausgegeben und übertragen
werden können.
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Bei
einem Analogsignal kann anstelle des Ersatzwertes ein Wert außerhalb
des Nutzsignalbereichs übertragen
werden. Dies hat den Vorteil, dass dann ein Motorsteuergerät durch
sehr einfache Auswertung des Sensorsignals auf einen anderen im
Motorsteuergerät
berechneten Ersatzwert umschalten kann, sofern der Ersatzwert des
Sensors nicht verwendbar oder nicht verfügbar ist. Durch alle drei Teilfunktionen
wird der Softwareumfang im Motorsteuergerät stark reduziert, da die dafür sonst
erforderlichen Funktionen vom Steuergerät in den Sensor verlagert werden.
Die Teilfunktionen können
beispielsweise über
eine Programmierung des Sensors parametrisiert und abgeschaltet
werden.
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In 5 sind
zur Verdeutlichung der Vorgehensweise bei der Abschaltung die zeitlichen
Signalverläufe
von U1, M1 und U2 im Normalbetrieb und bei Medieneintrag für die Ausführungsbeispiele
nach 2 oder 3 unter Verwendung eines Frequenzausgangs
dargestellt. Der Medieneintrag soll zum Zeitpunkt T0 auftreten und
zum Zeitpunkt T3 beendet sein. Über
das Spannungssignal U1 schaltet das Motorsteuergerät 13 den
Sensor 12 bei Medieneintrag ab. Es verstreicht dabei die
Reaktionszeit T1 zwischen Medieneintrag und Erkennung des Eintrags durch
die Motorsteuergerätesoftware.
Das Sensorausgangssignal M1 ist nicht verfügbar. Die Frequenz F1, die
ein Maß für die Messgröße ist,
steht während des
Medieneintrags nicht zur Verfügung,
da der Sensor abgeschaltet ist und kein Messsignal M1 liefern kann.
Ab dem Zeitpunkt T4 gibt der Sensor wieder ein Signal ab, dessen
Freguenz F1 zum Zeitpunkt T5 wieder zur Verfügung steht und vom Steuergerät zur Ermittlung
von Motorsteuergrößen verwendet
werden kann.
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In 6 sind
die Signalverläufe
von U1, M1 und U2 im Normalbetrieb und beim Medieneintrag bei Einsatz
der sensorinternen Teilfunktionen nach 4, also
bei der Möglichkeit,
den Sensor 12 über einen
sensorinternen Schalter abzuschalten, dargestellt.
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Der
Medieneintrag soll wieder bei der Zeit T0 beginnen und zum Zeitpunkt
T3 enden. Der Sensor 12 bleibt bei Medieneintrag über die
Spannung U1 eingeschaltet, deaktiviert aber intern über den High-Side-Schalter
HS2 das Sensorelement 15, da die Zuführung der Versorgungsspannung
U2 zum Sensorelement 15 unterbrochen wird. Die Ansteuerung
des High-Side-Schalters HS2 erfolgt mit Hilfe eines Ansteuersignals
S3, das in der Sensorauswerteschaltung 17 erzeugt wird.
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Die
Reaktionszeit T2 bis zum Erkennen des Medieneintrags ist in diesem
Fall deutlich kürzer
als die Reaktionszeit T1 nach 5, die mit
den Lösungen
nach den 2 oder 3 erhalten
wird. Da die Sensorauswerteschaltung 17 weiterhin eingeschaltet bleibt
und mit der Spannung U1 versorgt bleibt, kann die Sensorauswerteschaltung
bei erkanntem Medieneintrag und Abschaltung des Sensorelements 15 einen
Ersatzwert für
das Messsignal bilden. Der Ersatzwert hat dann beispielsweise die
Frequenz F2, die geringfügig
von der Frequenz F1 (ohne Medieneintrag) abweicht und vom Motorsteuergerät ausgewertet
werden kann. Die Fehlertoleranz wird geringer sein als die Übertragung
des durch Medieneintrag verfälschten
Werts. Durch das im Vergleich zur Frequenz F1 geänderte Pulsweitenverhältnis von
M1 wird die Medieneintragsinformation übertragen. Der Begriff Freguenz
steht allgemein für
Tastverhältnis oder
Pulsweitenverhältnis,
sodass F1 einem ersten Tastverhältnis
TV1 oder einem ersten Pulsweitenverhältnis und F2 entsprechend einem
zweiten Tastverhältnis
TV2 oder einem zweiten Pulsweitenverhältnis entspricht und wesentlich
ist, dass sich F1 und F2 in vorgebbarer Weise voneinander unterscheiden.
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Bei
länger
andauerndem Medieneintrag kann das Sensorelement 15 mehrfach
ein- und ausgeschaltet werden. Dies ermöglicht dem Sensor 12 ein
periodisches Erfassen des Medieneintrags bis der Medieneintrag nicht
mehr vorhanden ist. Somit ist das Sensorelement nur für die tatsächliche
Dauer des Medieneintrags abgeschaltet.
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Bei
einem Einsatz der Erfindung im Automotive-Bereich, insbesondere
bei einem Luftmassenmesser, dessen Ausgangssignale von einem Steuergerät ausgewertet
werden, lässt
sich eine mögliche Alternative
angeben. Eine mögliche
Alternative zum Motorsteuergerät
ist beispielsweise die Verwendung beliebiger Kommunikationspartner
für den
Sensor bzw. für
die Auswertung der vom Sensor gelieferten Signale.
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Grundsätzlich ist
die Erfindung nicht auf die Kombination Sensor, Motorsteuergerät, Kraftfahrzeug
eingeschränkt,
sondern ist beliebig für
Sensoren mit zugeordneter Steuereinrichtung oder zugeordnetem Prozessor
mit Softwarefunktion zur Erkennung eines drohenden Medieneintrags
und ansteuerbaren Schaltern einsetzbar. Generell kann die Erfindung
für alle
Einsatzbereiche alternativ zum Einsatz im Automotive-Bereich vorgesehen
sein, bei denen elektronische, elektrisch betriebene biochemische, biotechnologische
oder sonstige Sensoren oder Sensorelemente zum Einsatz kommen und
in irgendeiner Form mit einem Kommunikationspartner kommunizieren
und auch Medieneintrag mitteilen, wobei die Sensoren oder Sensorelemente
vor Kontamination durch gezielte Deaktivierung von Sensorelementen oder
Teilen davon aktiv geschützt
werden.