DE102012207291A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Offsets eines Ausgangssignales einer, in einem Sensor integrierten Auswerteschaltung, vorzugsweise eines in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine verbauten Drucksensors und ein Sensor - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung eines Offsets eines Ausgangssignales einer, in einem Sensor integrierten Auswerteschaltung, vorzugsweise eines in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine verbauten Drucksensors und ein Sensor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Offsets eines Ausgangssignales einer in einem Sensor integrierten Auswerteschaltung, vorzugsweise eines in einem Brennraum (3) einer Brennkraftmaschine (4) verbauten Brennraumdrucksensors (8), bei welchem das Ausgangssignal (A) einem Steuergerät (7) zugeführt wird, welches das Ausgangssignal (A) auswertet, wobei vor jedem Messvorgang des Sensors (8) ein Reset (R) der Auswerteschaltung (9) zum Abgleich des Ausgangssignales (A) auf ein Basisniveau durchgeführt wird.
Bei einem Verfahren, bei welchem der Offset des Ausgangssignals besonders genau und einfach bestimmt werden kann, bestimmt das Steuergerät (7) infolge eines von der Auswerteschaltung (9) abgegebenen Startsignals den Offset des Ausgangssignals (A) der Auswerteschaltung (9).

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Offsets eines Ausgangssignales einer in einem Sensor integrierten Auswerteschaltung, vorzugsweise eines in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine verbauten Brennraumdrucksensors, bei welchem das Ausgangssignal einem Steuergerät zugeführt wird, welches das Ausgangssignal auswertet, wobei vor jedem Messvorgang des Sensors ein Reset der Auswerteschaltung zum Abgleich des Ausgangssignales auf ein Basisniveau durchgeführt wird sowie ein Sensor.
  • Heute werden Glühstiftkerzen verwendet, die einen Drucksensor umfassen, welcher den Zylinderdruck während der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einer Brennkraftmaschine messen. Solche, den Drucksensor umfassende Glühstiftkerzen besitzen eine Auswerteschaltung, die dem Drucksensor in der Glühstiftkerze nachgeschaltet ist. Der Drucksensor arbeitet auf der Basis eines piezoelektrischen Messverfahrens, wobei der detektierte Druck in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt wird, welches ausgegeben und von einem Motorsteuergerät erfasst wird. Bedingt durch das piezoelektrische Messverfahren muss die dem Drucksensor nachgeschaltete Auswerteschaltung vor jedem Verbrennungsvorgang anhand eines internen Algorithmus auf Nullniveau zurückgesetzt werden, um einen Drift des Ausgangssignals zu vermeiden.
  • Aufgrund der eingangsseitigen elektrischen Beschaltung der Auswerteschaltung des Drucksensors kann es passieren, dass das Ausgangssignal nach einem internen Reset einen Sprung nach höheren oder nach niedrigeren Spannungswerten aufweist. Hervorgerufen werden diese Sprünge durch Störsignale am Eingang einer Integratorstufe der Auswerteschaltung zum Zeitpunkt direkt nach dem Rücksetzen des Integrators.
  • Aufgrund der Signalsprünge nach dem Reset kommt es zu einer Offsetverschiebung des gesamten Drucksignals und somit auch des als Spannung gelieferten Ausgangssignals des Drucksensors im darauf folgenden Zyklus.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung eines Offsets eines Ausgangssignales der in einem Sensor integrierten Auswerteschaltung anzugeben, bei welchem die auf einen Reset erfolgende Offsetverschiebung des Ausgangssignals zuverlässig bestimmt wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Steuergerät infolge eines von der Auswerteschaltung abgegebenen Startsignals den Offset des Ausgangssignals der Auswerteschaltung bestimmt. Aufgrund der Bestimmung des Offsets in dem Steuergerät kann auf zusätzliche Recheneinheiten in der Auswerteschaltung des Sensors verzichtet werden, was sich kostenreduzierend auswirkt. Die Bestimmung des Offsets im Motorsteuergerät erfolgt dabei ohne zusätzlichen hardwaremäßigen Aufwand, da die im Motorsteuergerät vorhandenen Mittel zur softwaremäßigen Auswertung des Offsets genutzt werden. Somit kann durch das Motorsteuergerät der Offset des Ausgangssignals der Auswerteschaltung einfach bestimmt werden.
  • Vorteilhafterweise besteht das Startsignal in einem, vorzugsweise kurzzeitigen, Anlegen eines vorgegebenen Pegels an das Ausgangssignal der Auswerteschaltung. Das Startsignal wird für die Bestimmung des Offsets des Ausgangssignals im Steuergerät und somit auf einfache Art und Weise in der Auswerteschaltung erzeugt.
  • In einer Ausgestaltung entspricht der vorgegebene Pegel des Ausgangssignals dem Pegel des Masseanschlusses der Auswerteschaltung. Durch das kurzzeitige einfache Herabziehen des aktuellen Pegels des Ausgangssignals auf das Niveau des Masseanschlusses wird dem Steuergerät signalisiert, dass ein Reset vorgenommen wurde. Somit erkennt das Steuergerät den Reset zum richtigen Zeitpunkt und kann die Offsetbestimmung durchführen.
  • In einer Variante führt das Steuergerät nach Empfang des Startsignals in einem definierten Zeitraum die Berechnung des Offsets durch, wobei der Zeitraum insbesondere unmittelbar nach Empfang des Startsignals gestartet wird. Somit wird in dem Zeitraum, in welchem der Pegel des Ausgangssignals auf Masseanschluss liegt, im Steuergerät der Offset des Ausgangssignals berechnet. Die Offsetbestimmung innerhalb des zum Sensor extern angeordneten Steuergerätes wird dabei allein aktiv durch den Sensor ausgelöst.
  • In einer Variante wird das Startsignal durch einen internen Reset der Auswerteschaltung ausgelöst. Da dieser Reset bereits in der Auswerteschaltung vorgesehen ist, entfällt ein zusätzliches Schaltungselement.
  • In einer Weiterbildung wird der definierte Zeitraum so gewählt, dass eine im Steuergerät ablaufende Diagnose des Ausgangssignals der Auswerteschaltung nicht erkannt wird. Somit bleiben im Steuergerät vorhandene Diagnosen durch die Offsetbestimmung des Steuergerätes unbeeinträchtigt.
  • Ferner wird mit dem berechneten Offset ein aktuell bestimmtes Ausgangssignal der Auswerteschaltung korrigiert. Mittels dieses korrigierten Ausgangssignals kann somit jederzeit der tatsächlich während eines Verbrennungsprozesses im Brennraum der Brennkraftmaschine auftretende Druck ermittelt und weiterverarbeitet werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft einen Sensor, vorzugsweise einen in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine verbauten Brennraumdrucksensor, umfassend eine Auswerteschaltung, welche ein Ausgangssignal zur Auswertung an ein Steuergerät sendet, wobei vor jedem Messvorgang des Sensors ein Reset der Auswerteschaltung zum Abgleich des Ausgangssignales auf ein Basisniveau durchgeführt wird. Bei einem Sensor, welcher eine zuverlässige Bestimmung des Offsets des Ausgangssignals der Auswerteschaltung ermöglicht, sind Mittel vorhanden, welche an das Steuergerät ein von der Auswerteschaltung abgegebenes Startsignal zur Bestimmung des Offsets des Ausgangssignals der Auswerteschaltung ausgeben. Diese Mittel umfassen dabei einfache Schaltungen, die keine höhere Intelligenz vergleichbar mit einem Bussystem erfordern.
  • Vorteilhafterweise umfassen die Mittel eine Schaltlogik, welche das Startsignal an einen Ausgang der Auswerteschaltung anlegt. Diese einfache Schaltlogik kann im Zuge einer Musterüberarbeitung einfach in einer als ASIC ausgebildeten Auswerteschaltung eingefügt werden.
  • In einer Variante ist die Schaltlogik als Transistor ausgebildet. Die Verwendung eines Transistors erlaubt eine kostengünstige Ausgestaltung der Schaltung, die auch konstruktiv sehr einfach in die Auswerteschaltung einpflegbar ist.
  • In einer Ausgestaltung ist der Schaltlogik eine Kippschaltung zur Einstellung eines definierten Zeitraumes zur Offsetbestimmung vorgeschaltet. Die Verwendung der Kippschaltung zur Ansteuerung der Schaltlogik in der Auswerteschaltung des Sensors führt zu einer aktiven Signalgebung gegenüber dem Steuergerät, welches nach Empfang dieser Signale den Offset bestimmt.
  • Eine weitere Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Bestimmung eines Offsets eines Ausgangssignales einer in einem Sensor integrierten Auswerteschaltung, vorzugsweise eines in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine verbauten Brennraumdrucksensors, welches ein Ausgangssignal der Auswerteschaltung auswertet. Bei einem Steuergerät, was einfach einen Offset des Ausgangssignals der Auswerteschaltung bestimmen kann, sind Mittel vorhanden, welche nach Detektion eines von der Auswerteschaltung des Sensors ausgegebenen Startsignals einen Offset des Ausgangssignals der Auswerteschaltung bestimmen. Dies hat den Vorteil, dass die Funktion der Offsetbestimmung in die Software des Steuergerätes integriert werden kann, ohne dass eine Notwendigkeit von zusätzlichen Hardwareelementen besteht.
  • In einer weiteren Ausführungsform bestimmen die Mittel den Offset in einem Zeitraum, der durch eine Dauer des Auftretens des Startsignals vorgegeben ist. Die Arbeitsweise des Steuergerätes wird dabei durch die aktive Ausgabe des Resets durch die Auswerteschaltung gesteuert. Das Steuergerät benötigt bei diesem Vorgehen keine zusätzliche Intelligenz.
  • Insbesondere korrigieren die Mittel, vorzugsweise ein Mikroprozessor, ein aktuell gemessenes Ausgangssignal der Auswerteschaltung mit dem Offset und führen das korrigierte Ausgangssignal der weiteren Auswertung zu. Infolge dieser Korrektur liegt immer der tatsächliche Wert des vom Sensor gemessenen Druckes im Brennraum der Brennkraftmaschine zur weiteren Auswertung vor.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
  • 1: Prinzipdarstellung der Anordnung einer Glühstiftkerze in einem Verbrennungsmotor
  • 2: ein Ausgangssignal der Auswerteschaltung über einem Kurbelwellenwinkelbereich nach einem internen Sensorreset
  • 3: schematische Darstellung der Auswerteschaltung des Sensors
  • 4: schematischer Ablauf der Signalaufbereitung in einem Steuergerät
  • Kalte Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, benötigen bei Umgebungstemperaturen von < 40°C eine Starthilfe zur Zündung des in dem Dieselmotor eingeleiteten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Als Starthilfe werden Glühsysteme eingesetzt, welche aus Glühstiftkerzen, einem Glühzeitsteuergerät und einer Glühsoftware, die in einem Motorsteuergerät abgelegt ist, bestehen.
  • 1 zeigt ein solches Glühsystem 1 schematisch. Die Glühstiftkerze 2 ragt dabei in den Brennraum 3 des Dieselmotors 4. Die Glühstiftkerze 2 ist einerseits mit dem Glühzeitsteuergerät 5 verbunden und führt andererseits an eine Bordnetzspannung 6, die die Glühstiftkerze 2 mit einer Nennspannung von beispielsweise 4,4 oder 7 Volt ansteuert. Das Glühzeitsteuergerät 5 ist mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden, welches wiederum an den Dieselmotor 4 führt. Darüber hinaus ist in die Glühstiftkerze 2 ein Brennraumdrucksensor 8 integriert, der somit ebenfalls in den Brennraum 3 des Dieselmotors 4 ragt und welcher mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden ist. Der Brennraumdrucksensor 8 arbeitet dabei nach einem piezoelektrischen Messverfahren, wobei der von dem Brennraumdrucksensor 8 erfasste Druck in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt wird, welches durch das Motorsteuergerät 7 erfasst wird.
  • 2 zeigt eine Darstellung des Verlaufes des Brennraumdruckes p, welcher von dem Brennraumdrucksensor 8 gemessen wird, über einem Kurbelwellenwinkelbereich. Der Brennraumdruck p nimmt dabei bei einer in dem Brennraum 3 des Dieselmotors 4 ablaufenden Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ein Maximum ein und flacht dann wiederum ab. Vor jeder neuen Messung wird in dem Brennraumdrucksensor 8 durch eine Auswerteschaltung 9 ein interner Reset R ausgeführt, welcher einen Sprung des Ausgangssignals A der in den Brennraumdrucksensors 8 integrierten Auswerteschaltung 9 verursacht, welcher in 2 mit Δp verdeutlicht ist und der das Ausgangssignal A um diesen Offset verfälscht.
  • Die im Brennraumdrucksensor 8 angeordnete Auswerteschaltung 9 ist in 3 dargestellt. Diese schließt sich an den Brennraumdrucksensor 8 mit einem Ladungsverstärker 10 an, welcher wiederum mit einem Monoflop 11 verbunden ist. Zwischen dem Ladungsverstärker 10 und dem Monoflop 11 ist in einem Eingang des Monoflops 11 eine Referenzspannung 12 von 0,7 Volt angeordnet, welche gegen Masse verschaltet ist. Der Monoflop 11 führt an den Ausgang 14 der Auswerteschaltung 9, an welchem das Ausgangssignal A von dem Motorsteuergerät 7 abgenommen wird. Zwischen dem Ausgang des Monoflops 11 und dem Ausgang 14 ist ein Transistor 13 vorgesehen, welcher von dem Ladungsverstärker 10 getriggert wird. Die Ladungsverstärker 10 beinhaltet eine Resetlogik und setzt das Ausgangssignal der Auswerteschaltung 9 vor jeder neuen Verbrennung, welche durch die Glühstiftkerze 2 und den Brennraumdrucksensor 8 im Brennraum 3 des Dieselmotors 4 detektiert werden soll, auf Masse. Damit sinkt der Pegel des Ausgangssignals A der Auswerteschaltung 9 für die Zeitdauer, während welcher der Monoflop 11 aktiv ist. Dieses kurzzeitige Herunterziehen des Pegels des Ausgangssignals A wird am Ausgang 14 durch das Motorsteuergerät 7 detektiert und als Startsignal zur Bestimmung des Offsets des Ausgangssignals A der Auswerteschaltung gewertet. In dem Zeitraum Δt, in welchem das Ausgangssignal A durch den Transistor 13 auf Masse gesetzt wird, startet das Motorsteuergerät 7 die Offseterkennung und gleichzeitig die Offsetkompensation. Das Schalten nach Masse erzeugt keinerlei EMV-Störungen, da zum Zeitpunkt des Schaltens der Pegel des Ausgangssignales A bereits sehr niedrig ist (700 mV oder kleiner).
  • Durch das Einbringen des Schalttransistors 13 in die Auswerteschaltung 9, die als ein ASIC ausgebildet ist, wird das Ausgangssignal A der Auswerteschaltung 9 in einfacher Art und Weise auf Masse bezogen. Dieser Schaltzeitpunkt erfolgt unmittelbar mit dem Reset R der Integratorstufe, welche im Ladungsverstärker 10 enthalten ist. An den Reset R schließt sich der definierte Zeitraum Δt, beispielsweise im Bereich von einigen 10 µs, an. Dieser Zeitraum Δt wird durch den Monoflop 11 bestimmt, der durch den internen Reset R ebenfalls ausgelöst wird.
  • Der Sprung des Ausgangssignales A auf Masse generiert eine Flanke des Ausgangssignals A am Ausgang 14 der Auswerteschaltung 9, welche in dem Motorsteuergerät 7 einen Zähler 16 startet (4). Der Zähler 16 zählt eine vorgegebene Anzahl von Signalwerten der Ausgangsspannung A der Auswerteschaltung 9, welche in ein Array 17 geschrieben werden. Ist die benötigte Anzahl von Signalwerten in dem Array 17 erreicht, wird in einer Offsetberechnung 18 aus den, im Array 17 abgelegten Signalwerten ein Mittelwert gebildet, welcher mit einem Nominaloffset von beispielsweise 0,7 Volt verglichen wird. Die Differenz zwischen dem berechneten Mittelwert und dem Nominaloffset bildet den Offset 19 des Ausgangssignals A der Auswerteschaltung 9, welcher durch den Sprung des Ausgangssignals A verursacht wird. Dieser Offset 19 wird von dem aktuell am Ausgang 14 der Auswerteschaltung 9 anliegenden Ausgangssignal A im Punkt 20 subtrahiert. Durch diese Subtraktion wird ein korrigiertes Ausgangssignal Ak in dem Motorsteuergerät 7 berechnet, welches dem tatsächlich von dem Brennraumdrucksensor 8 gemessenen Druck im Brennraum 3 des Dieselmotors 4 entspricht. Das korrigierte Ausgangssignal Ak wird anschließend der weiteren Auswertung zugeführt.
  • Durch die Wahl des geeigneten Zeitraumes Δt des Monoflops, welche gleichzeitig dem Offsetauswertezeitraum des Motorsteuergerätes 7 entspricht, ist es möglich, dass eine Signaldiagnose „Signal-unter-Minimum“ in dem Motorsteuergerät 7 nicht erfolgen muss. Somit ist die vorgeschlagene Lösung applikationsneutral. Durch dieses Verfahren bleiben an sich im Motorsteuergerät 7 vorhandene Diagnosen unbeeinträchtigt.
  • Das Motorsteuergerät 7 erkennt durch den, von der Auswerteschaltung 9 ausgeführten Reset R den richtigen Zeitpunkt zur Bestimmung des Offsets. Während des Zeitraumes Δt wird ein neuer Offset ermittelt und für den darauffolgenden Restzyklus wird dieser neue Offset von dem aktuellen Ausgangssignal A abgezogen.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Bestimmung eines Offsets eines Ausgangssignales einer in einem Sensor integrierten Auswerteschaltung, vorzugsweise eines in einem Brennraum (3) einer Brennkraftmaschine (4) verbauten Brennraumdrucksensors (8), bei welchem das Ausgangssignal (A) einem Steuergerät (7) zugeführt wird, welches das Ausgangssignal (A) auswertet, wobei vor jedem Messvorgang des Sensors (8) ein Reset (R) der Auswerteschaltung (9) zum Abgleich des Ausgangssignales (A) auf ein Basisniveau durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) infolge eines von der Auswerteschaltung (9) abgegebenen Startsignals den Offset des Ausgangssignals (A) der Auswerteschaltung (9) bestimmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Startsignal in einem, vorzugsweise kurzzeitigen, Anlegen eines vorgegebenen Pegels des Ausgangssignals (A) der Auswerteschaltung (9) besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Pegel des Ausgangssignals (A) dem Pegel des Masseanschlusses der Auswerteschaltung (9) entspricht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) nach Empfang des Startsignals in einem definierten Zeitraum (Δt) die Berechnung des Offsets durchführt, wobei der Zeitraum (Δt) insbesondere unmittelbar nach Empfang des Startsignals gestartet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Zeitraum (Δt) so gewählt ist, dass eine im Steuergerät (7) ablaufende Diagnose des Ausgangssignals (A) der Auswerteschaltung (9) nicht erkannt wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Startsignal durch einen internen Reset (R) der Auswerteschaltung ausgelöst wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem berechneten Offset ein aktuell bestimmtes Ausgangssignal (A) der Auswerteschaltung (8) korrigiert wird.
  8. Sensor, vorzugsweise ein in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine verbaute Brennraumdrucksensor, umfassend eine Auswerteschaltung (9) welche ein Ausgangssignal (A) an ein Steuergerät (7) sendet, welches das Ausgangssignal (A) auswertet, wobei vor jedem Messvorgang des Sensors (8) ein Reset (R) der Auswerteschaltung (9) zum Abgleich des Ausgangssignales (A) auf ein Basisniveau durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (10, 11, 13) vorhanden sind, welche an das Steuergerät (7) ein von der Auswerteschaltung (9) abgegebenes Startsignal zur Bestimmung des Offsets des Ausgangssignals (A) der Auswerteschaltung (9) ausgeben.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10, 11, 13) eine Schaltlogik (13) umfassen, welche das Startsignal an einen Ausgang (14) der Auswerteschaltung (9) anlegt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltlogik als Transistor (13) ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltlogik (13) eine Kippschaltung (11) zur Einstellung eines definierten Zeitraumes (Δt) zur Offsetbestimmung vorgeschaltet ist.
  12. Steuergerät zur Bestimmung eines Offsets eines Ausgangssignales einer in einem Sensor integrierten Auswerteschaltung, vorzugsweise eines in einem Brennraum (3) einer Brennkraftmaschine (4) verbauten Brennraumdrucksensors (8), welches ein Ausgangssignal (A) der Auswerteschaltung (9) auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (5a) vorhanden sind, welche nach Detektion eines von der Auswerteschaltung (9) ausgegebenen Startsignals einen Offset des Ausgangssignals (A) der Auswerteschaltung (9) bestimmen.
  13. Steuergerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5a) den Offset in einem Zeitraum (Δt) bestimmen, der durch eine Dauer des Auftretens des Startsignals vorgegeben ist.
  14. Steuergerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5a), vorzugsweise ein Mikroprozessor, ein aktuell gemessenes Ausgangssignal (A) mit dem Offset korrigieren und das korrigierte Ausgangssignal (Ak) der weiteren Auswertung zuführen.
DE102012207291A 2012-05-02 2012-05-02 Verfahren zur Bestimmung eines Offsets eines Ausgangssignales einer, in einem Sensor integrierten Auswerteschaltung, vorzugsweise eines in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine verbauten Drucksensors und ein Sensor Withdrawn DE102012207291A1 (de)

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