DE19833413C2 - Verfahren zum Auslesen mindestens eines potentiometrischen Gebers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslesen mindestens eines potentiometrischen Gebers, der als Spannungsteiler be­ schaltet ist.

In Steuerungs- und Regelanlagen werden viele verschiedenarti­ ge Geber verwendet, welche physikalische Größen in elektri­ sche Signale, vorzugsweise Spannungen umwandeln, die dann als Soll- oder Istwert in die Steuerungs- und Regelanlage einge­ geben werden. Bei der Erfüllung sicherheitsrelevanter Funk­ tionen wird von derartigen Gebern eine hohe Zuverlässigkeit gefordert bzw. muß die Möglichkeit einer Funktionsüberprüfung gegeben sein. Dies gilt beispielsweise für den Pedalwertgeber einer elektronischen Gaspedalanlage einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Ein solcher Pedalwertgeber enthält üblicherweise ein Potentiometer, dessen Schleifer mit dem Gaspedal mechanisch gekoppelt ist. Das Potentiometer ist üb­ licherweise als Spannungsteiler beschaltet.

Eine mögliche Fehlerquelle eines derartigen Gebers ist der Übergangswiderstand zwischen der Widerstandsbahn und dem Schleifer. Er kann altersbedingt oder statistisch stark er­ höht sein, insbesondere an oft angefahrenen Schleiferpositio­ nen. Speziell an Bahnwendepunkten haben solche kontaktbehaf­ teten Potentiometer häufig Kontaktprobleme. Dabei sind die Endstellungen besonders von dieser Problematik betroffen. Im Falle einer elektronischen Gaspedalanlage ist dies beispiels­ weise die Leerlaufstellung des Gaspedals.

Der erhöhte Übergangswiderstand äußert sich darin, daß von einem fehlerhaften Geber, der in Spannungsteileranordnung be­ schaltet ist, aufgrund des hochohmigen Übergangswiderstandes eine verfälschte Spannung ausgegeben wird.

Die DE 38 26 937 A1, die den nächstkommenden Stand der Tech­ nik darstellt, zeigt eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Innenwiderstandes eines potentiometrisch geschalteten Ge­ bers, bei der ein Mikrocontroller über einen Transistor den Schleiferanschluß mit einem an das Bezugspotential ange­ schlossenen Widerstand verbinden und so die Spannung am Schleifer belasten kann. Dazu wird über einen Regelkreis gleichzeitig die Versorgungsspannung des potentiometrisch ge­ schalteten Gebers konstant gehalten. Bei dem beschriebenen Verfahren wird aus den bei Belastung und ohne Belastung an­ liegenden Spannungen ein Wert für einen Übergangswiderstand berechnet und dieser mit einem Schwellwert verglichen.

Aus der DE 36 43 945 A1 ist eine weitere Schaltungsanordnung bekannt, mit der sich der Innenwiderstand eines solchen Ge­ bers überwachen läßt. Dabei wird der Geber mit einem Oszilla­ tor so verbunden, daß der Innenwiderstand des Gebers die Schwingfähigkeit des Oszillators beeinflußt. Um einen erhöh­ ten Innenwiderstand feststellen zu können, wird die Ausgangs­ spannung des Oszillators einem Demodulator zugeführt. Eine derartige Schaltung arbeitet zufriedenstellend, erfordert je­ doch beträchtlichen Schaltungsaufwand, insbesondere ist ein Schwingkreis und eine Demodulatorschaltung mit mind. einem Operationsverstärker erforderlich.

Darüber hinaus ist es mit einer solchen Schaltung nicht oder nur schwer möglich, zwischen einem Schaden in der Beschal­ tung, wie z. B. einem Leitungsbruch in der Verbindung zum Schleiferanschluß und einem hochohmigen Übergangswiderstand am Schleifer des Gebers selbst zu unterscheiden. Diese Unter­ scheidung ist deshalb wünschenswert, da die Kontaktprobleme wie erwähnt üblicherweise nur vorübergehend an Bahnwendepunk­ ten auftreten, d. h. in anderen Stellungen bzw. nach einigen Betätigungsspielen der Geber weiterhin einwandfrei funktio­ niert; wohingegen z. B. ein Leitungsbruch in der Verbindung zum Schleiferanschluß einen Totalausfall des Gebers zur Folge hat.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Auslesen eines als Spannungsteiler beschalteten potentiome­ trischen Gebers anzugeben, mit dem ein erhöhter Übergangswi­ derstand am Schleifer des Gebers erkannt werden kann, ohne dabei die Versorgungsspannungsquelle des Gebers zu belasten.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 definiert.

Unterschreitet die vom Mikrocontroller über einen Analogport ausgelesene Spannung am Schleiferanschluß des potentiometri­ schen Gebers einen Schwellwert, wechselt der Mikrocontroller in einen Prüfbetrieb und legt über einen Widerstand und ein Schaltelement eine Prüfspannung an die Verbindungsleitung zwischen Analogport und Schleiferanschluß an. Stellt sich dann am Analogport die Spannung U . R1/(R1 + R2) ein, so liegt eine Unterbrechung der Verbindungsleitung zum Schleiferan­ schluß vor, wobei in dieser Formel U die Prüfspannung, R1 der Wert eines von der Verbindung Analogport Schleiferanschluß auf Masse gelegten Widerstandes und R2 der Widerstand am Prüfport ist.

Da bei einem Übergangswiderstand üblicherweise Werte bis ma­ ximal 100 kΩ auftreten, stellt sich am Analogport bei R1 ≈ R2 ≈ 100 kΩ eine Spannung von ca. U/3 ein, wenn ein erhöhter Übergangswiderstand vorliegt.

Ist die Spannung am Analogport dagegen weiter unter dem Schwellwert, liegt ein Schaden in der Beschaltung, z. B. ein Masseschluß in der Verbindungsleitung zwischen Analogport und Schleiferanschluß bzw. ein Leitungsbruch in der Spannungsver­ sorgung des Gebers vor. In einem solchen Fall muß der Geber ausgetauscht werden; im Fall eines erhöhten Übergangswider­ standes kann in anderen Geberstellungen jedoch noch ein gültiges Signal vorliegen, insbesondere wird der Geber normaler­ weise diesen erhöhten Überganswiderstand nur für einige Betä­ tigungsspiele zeigen und danach wieder einwandfrei funktio­ nieren.

Diese Diagnose ist besonders dann von Bedeutung, wenn mehrere Geber parallel betrieben werden, da dann bei Verlassen der Geberstellung, in der ein erhöhter Übergangswiderstand am Schleifer des Gebers auftrat, die Werte dieses Gebers weiter zur Plausibilisierung des oder der anderen Gebersignale ver­ wendet werden können. Bei einer Anlage mit einem Geber ist es dagegen denkbar, die Geberstellung, in der der hochohmige Übergangswiderstand auftritt, durch einen Ersatzwert zu er­ setzen und dadurch einen Austausch des Gebers zu vermeiden.

Vorteilhaft ist insbesondere auch, daß der Geber nur im Fall ungewöhnlicher Werte auf einen Fehler untersucht wird und ei­ ne Überprüfung bei normalem Betrieb nicht nötig ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schaltung zum Auslesen eines als Spannungstei­ ler beschalteten, potentiometrischen Gebers, wobei ein passi­ ves Schaltelement Verwendung findet,

Fig. 2 eine ähnliche Schaltung, bei der ein aktives Schal­ telement eingesetzt wird und

Fig. 3 ein Beispiel für eine Schaltung zum Auslesen von zwei parallel betriebenen Gebern.

In Fig. 1 ist eine Schaltung zum Auslesen eines kontaktbehaf­ teten Potentiometers zu sehen, das als Spannungsteiler beschaltet ist. Dieser Geber 1 wird zur Bestimmung der Fahrpe­ dalstellung einer Brennkraftmaschine verwendet. Dazu ist An­ schluß 9 des Gebers mit einer Versorgungsspannung V und An­ schluß 8 mit Masse verbunden. Am Schleiferanschluß 7 liegt somit eine Spannung zwischen einem oberen und einem unteren Extremwert an. Die Spannung ist abhängig von der Lage des Schleifers 3 auf der Kontaktbahn des Gebers 1, wobei im unte­ ren Bahnwendepunkt die minimale Spannung und im oberen Bahn­ wendepunkt die maximale Spannung am Schleiferanschluß 7 an­ liegt. Der Schleiferanschluß 7 ist mit einem Analogport 5 ei­ nes Mikrocontrollers 4 verbunden. An diese Verbindung ist ein Widerstand R1 angeschlossen, der mit seinem anderen Anschluß auf Masse liegt.

Durch Vergleich der am Analogport 5 anliegenden Spannung mit einem definierten Minimal- und Maximalwert lassen sich Schä­ den in der Beschaltung, wie ein Kurzschluß gegen die Versor­ gungsspannung oder ein Kurzschluß gegen Masse erkennen.

Liegt die Spannung unter dem definierten Minimalwert oder un­ teren Schwellwert, muß jedoch noch unterschieden werden, ob eine niederohmige Verbindung zwischen Schleiferanschluß 7 und Masse vorliegt, oder ob der Übergangswiderstand 2 am Schlei­ fer 3 des Gebers 1 hochohmig geworden ist, d. h. ein erhöhter Übergangswiderstand am Schleifer 3 zur Potentiometerbahn vor­ liegt. Kann diese Unterscheidung nicht getroffen werden, wird ein zeitweise gestörter, in anderen Geberstellungen aber funktionsfähiger Geber 1 fälschlicherweise als defekt er­ kannt.

Um diese Unterscheidung treffen zu können, legt ein Prüfport 6 des Mikrocontrollers 4 über einen Widerstand R2 und eine als Schaltelement dienende Diode D eine Prüfspannung an die Verbindung zwischen Analogport 5 und Schleiferanschluß 7. Normalerweise, d. h. im störungsfreien Betrieb legt der Mikro­ controller 4 eine niedrige Spannung über R2 an die Diode D, die dann hochohmig ist und damit die Ausleseschaltung nicht weiter beeinflußt. Fällt die Spannung am Analogport 5 unter den unteren Schwellwert, gibt der Mikrocontroller 4 eine Prüfspannung U, üblicherweise einen High-Pegel, über den Wi­ derstand R2 an die Diode D ab. Stellt sich dann am Analogport 5 eine Spannung ein, die U . R1/(R1 + R2) entspricht, so liegt eine Unterbrechung der Verbindung zwischen Analogports 5 und Schleiferanschluß 7 vor. In diesem Fall ist der Geber voll­ ständig funktionsunfähig geworden.

Da für den Übergangswiderstand 2 üblicherweise Werte bis ma­ ximal einige 100 kΩ auftreten, stellt sich bei R1 ≈ R2 ≈ 100 kΩ im Fall eines hochohmigen Übergangswiderstandes 2 am Ana­ logport 5 eine Spannung von weniger als U/3, jedoch größer als die der unteren Geberstellung entsprechende Spannung ein. Dadurch kann zwischen einem Schaden in der Beschaltung, z. B. einem Leitungsbruch und einem hochohmigen Übergangswiderstand 2 des Gebers 1 unterschieden werden.

Ergibt sich im Prüfbetrieb am Analogport 5 eine Spannung un­ ter dem unteren Schwellwert, liegt beispielsweise eine niede­ rohmige Verbindung zwischen Analogport 5 und Masse oder ein Leitungsbruch zwischen Anschluß 9 des Gebers 1 und V vor.

Anstelle der in Fig. 1 dargestellten Schaltung, die als Schaltelement zum Anlegen der Prüfspannung eine Diode D ver­ wendet, kann auch ein Transistor T mit einem weiteren Wider­ stand R3 als aktives Schaltelement verwendet werden, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Dies hat den Vorteil, daß die ange­ legte Prüfspannung U gleich der Spannung V und damit sehr viel stabiler ist. Darüberhinaus ist die Stabilität einer von einem Mikrocontroller 4 abgegebenen Prüfspannung U bei Strom­ fluß stark eingeschränkt.

Die Schaltungsanordnung ist leicht auf mehrere Geber 1 erwei­ terbar, dabei werden ein einziger Prüfport 6 und pro Geber 1 ein Analogport des Mikrocontrollers 4 benötigt. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 3. In der dort dargestellten Schaltung werden zwei Geber 1a, 1b parallel verwendet, um die Stellung ei­ nes Fahrpedals zu bestimmen. Die an ihren Schleiferanschlüs­ sen 7a, 7b anliegenden Spannungen werden an zwei Analogports 5a, 5b vom Mikrocontroller 4 eingelesen. Elemente der in Fig. 3 dargestellten Schaltung, die denen in Fig. 1 entsprechen, sind mit den gleichen Zahlen als Bezugszeichen und nachge­ stellten Buchstaben a bzw. b bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert. Von Bedeutung ist jedoch, daß die Prüfspan­ nung U von einem einzigen Prüfport 6 für beide Geber 1a, 1b an die jeweilige Verbindung zwischen Schleiferanschluß 7a, 7b und Analogport 5a, 5b über entsprechende Schaltelemente Da und Db und entsprechende Widerstände R2a und R2b geschaltet wird. Natürlich können auch im Fall mehrerer Geber 1a, 1b an­ stelle der Dioden Da, Db aktive Schaltelemente, d. h. Transi­ storen verwendet werden.

Wird bei einer mehrere, insbesondere zwei Geber 1a, 1b ver­ wendenden Schaltungsanordnung in einer Stellung eines Gebers, z. B. 1a, ein hochohmiger Übergangswiderstand 2 diagnosti­ ziert, so kann dieser Geber 1a in anderen Stellungen dennoch verwendet werden. Erst wenn der Übergangswiderstand 2 auch in anderen Stellungen dieses Gebers als hochohmig diagnostiziert wird, muß dieser Geber 1a als vollständig defekt diagnosti­ ziert werden.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die in Fig. 2 dargestell­ te Schaltung des Transistors T selbstverständlich gleicherma­ ßen mit NPN wie PNP oder FET Transistoren bzw. Relais oder anderen, aktiven Schaltelementen ausgeführt werden kann.

Claims (3)

1. Verfahren zum Auslesen mindestens eines als Spannungstei­ ler beschalteten potentiometrischen Gebers (1), bei dem ein Mikrocontroller (4) über einen mit dem Schleiferanschluß (7) des Gebers (1) verbundenen Analogport (5) die am Schleiferan­ schluß (7) anliegende Spannung ausliest, wobei, wenn die Spannung am Schleiferanschluß (7) einen Schwellwert unter­ schreitet, zum Überprüfen des Gebers (1) über einen Prüfport (6) des Mikrocontrollers (4), der über ein Schaltelement an die Verbindung zwischen Schleiferanschluß (7) und Analogport (5) angeschlossen ist, eine Prüfspannung angelegt wird und mittels der am Analogport (5) anliegenden Spannung zwischen einem hochohmigen Übergangswiderstand (2) am Schleifer (3) des Gebers (1) und einem Schaden in der Beschaltung des Ge­ bers (1) unterschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ei­ ne Unterbrechung der Verbindung zwischen Schleiferanschluß (7) und Analogport (5) daran erkannt wird, daß sich bei Über­ prüfung des Gebers (1) am Analogport (5) die Spannung (U . R1/(R1 + R2) einstellt, wobei U die Prüfspannung, R1 der Wert eines an die Verbindung des Analogports (5) mit dem Schleiferanschluß (7) angeschlossenen und mit Masse verbunde­ nen Widerstandes und R2 der Wert des an den Prüfport (6) an­ geschlossenen Widerstandes ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Auslesen zweier, par­ allel betriebener Geber (1a, 1b), dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen eines hochohmigen Übergangswiderstandes eines ersten Gebers in einer Stellung der Geber (1a, 1b) vorüberge­ hend nur das am Schleiferanschluß (7b) des zweiten Gebers an­ liegende Signal im Mikrocontroller (4) verwendet wird und erst bei bleibend hochohmigen Übergangswiderstand des ersten Gebers in mindestens einer weiteren Stellung der erste Geber als defekt diagnostiziert wird.