DE19860764A1 - Verfahren und Anordnung zum Abgleich der Ausgangsspannung eines Sensors - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Abgleich der Ausgangsspannung eines Sensors (1), insbesondere eines Luftmassensensors, der gemäß einer Ist-Kennlinie in Abhängigkeit von einer erfaßten physikalischen Größe (X) eine Ausgangsspannung (E) ausgibt, wobei die Ausgangsspannung (E) über eine Signalleitung (2) einem Steuergerät (3) zugeführt wird, wobei eine in dem Sensor (1) abgelegte Ist-Kennlinien-Information über eine Übertragungsleitung (2, 11) auf das Steuergerät (3) übertragen wird und das Steuergerät (3) unter Berücksichtigung der Ist-Kennlinien-Information eine Steuerung einer Aktuatorik (4) ausführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Abgleich der Ausgangsspannung eines Sensors, insbesondere eines Luftmassensensors, der gemäß einer Ist- Kennlinie in Abhängigkeit von einer erfaßten physikalischen Größe eine Ausgangsspannung ausgibt, wobei die Ausgangsspannung über eine Signalleitung einem Steuergerät zugeführt wird.

Beispielsweise bei Steuersystemen für Brennkraftmaschinen treten sehr häufig Sensor-Steuergerät-Schnittstellen auf, wobei es sich in der Regel um Analogschnittstellen handelt, d. h. analoge Ausgangssignale des Sensors werden dem Steuergerät zugeführt und dort beispielsweise mittels eines A/D-Wandlers digitalisiert. Die erreichbaren Systemgenauigkeiten sind fertigungsbedingt nur in Bereichen von etwa 1-3% wirtschaftlich realisierbar, wobei in der Regel der Sensor das genauigkeitslimitierende Bauteil ist. Die Bereitstellung von Sensoren mit geringeren Toleranzen ist, insbesondere für die Großserie, nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand realisierbar.

Zur Erfassung der von Brennkraftmaschinen angesaugten Luftmasse werden Luftmassenmesser, die beispielsweise nach dem Heißfilmprinzip arbeiten, eingesetzt. Solche Luftmassenmesser, auch HFM-Sensoren genannt, weisen üblicherweise nichtlineare Kennlinien auf, wobei unter Kennlinie der Zusammenhang zwischen Ausgangsspannung und strömender Luftmasse zu verstehen ist. Damit eine genaue Auswertung des Ausgangssignals möglich ist, wird üblicherweise durch Beeinflussung der Verstärkung des Ausgangssignals sowie eines stets vorhandenen Offsets ein Kennlinienabgleich durchgeführt. Ein solcher Kennlinienabgleich wird in der Regel nur an zwei Punkten durchgeführt, wodurch sich im Bereich zwischen diesen Punkten Ungenauigkeiten bzw. Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Kennlinie ergeben.

Aus der DE 44 26 308 ist eine Schaltungsanordnung zum Abgleich der Ausgangsspannung eines Sensors, insbesondere eines Luftmassensensors, der eine Ausgangsspannung liefert, die von einer vorbeiströmenden Luftmasse abhängig ist, wobei die Ausgangsspannung des Sensors zur Bildung einer Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung als Eingangsspannung zugeführt wird, bekannt, bei der wenigstens drei Spannungsbereiche für die Eingangsspannung definiert werden, in denen voneinander unabhängige Abgleiche durch Zu- oder Abschaltungen von Schaltungselementen durchführbar sind. Obwohl diese Schaltungsanordnung eine genauere Auswertung von Sensorsignalen ermöglicht, wird der hiermit verbundene Schaltungs- bzw. Signalverarbeitungsaufwand als hoch angesehen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Sensorabgleichs, der bei geringem Implementierungs- bzw. Betriebsaufwand eine genaue Auswertung von Sensorsignalen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.

Erfindungsgemäß sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Verfügung gestellt, mit denen bei geringem Aufwand die Genauigkeit des im Steuergerät zur Verarbeitung anstehenden Signals deutlich erhöht ist, da das Steuergerät mit einer individuellen Kennlinien-Information des Sensors arbeitet. Auf eine kostenintensive Entwicklung zur Erhöhung der Sensorgenauigkeit kann verzichtet werden. Eine ohnehin in einem über digitale Programmierung abgleichbaren Sensor vorhandene Speicherkapazität muß zur Speicherung einer Kennlinien-Information nur minimal erhöht werden (beispielsweise um ein bis zwei Datenworte). Die im Stand der Technik nach einem Abgleich nicht weiterverwertbare Programmierlogik kann erfindungsgemäß weiter ausgenutzt werden. Die von dem Sensor in das Steuergerät herunterladbare Kennlinien-Information kann unter Verwendung geeigneter Software steuergeräteseitig ausgewertet werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die vollständige Ist- Kennlinie des Sensors als Ist-Kennlinien-Information in dem Sensor abgelegt, wobei das Steuergerät die Steuerung der Aktuatorik unter Berücksichtigung der Ist-Kennlinie ausführt. Dadurch, daß das Steuergerät unmittelbar auf eine abgelegte Ist-Kennlinie des Sensors zurückgreifen kann, ist der steuergeräteseitige Abgleich- bzw. Rechenaufwand deutlich verringert. Durch Berücksichtigung der tatsächlichen Kennlinie des Sensors sind aufgrund von Sensortoleranzen entstehende Ungenauigkeiten vollständig eliminierbar. Es ist beispielsweise auch denkbar, sowohl die Ist- als auch die Sollkennlinie des Sensors sensorseitig abzulegen.

Es ist ferner gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß wenigstens ein Punkt der Ist-Kennlinie des Sensors in dem Sensor abgelegt ist und das Steuergerät auf der Grundlage des wenigstens einen Punktes und einer Sollkennlinie, auf welche das Steuergerät zugreifen kann, und welche insbesondere in dem Steuergerät abgelegt ist, eine korrigierte Ist-Kennlinie berechnet, wobei das Steuergerät die Steuerung der Aktuatorik unter Berücksichtigung der korrigierten Ist-Kennlinie ausführt. Durch Verwendung von beispielsweise drei Punkten, nämlich eines unteren Abgleichpunktes (Signal und Meßgröße minimal, insbesondere gleich Null), eines oberen Abgleichpunktes (Signal und Meßgröße maximal) und eines weiteren auf der Ist-Kennlinie liegendes Punktes sind sehr genaue korrigierte Ist-Kennlinien ableitbar (Korrektur zweiter Ordnung). Hierbei wird ausgenutzt, daß unterer und oberer Abgleichpunkt auf der Soll- und der Ist-Kennlinie übereinstimmen. Sensorseitig muß also nur ein zusätzlicher Punkt der Ist-Kennlinie abgelegt sein. Insbesondere unter Verwendung parabolischer Korrekturalgorithmen lassen sich äußerst genaue Kennlinienabgleiche erzielen.

Es ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, als Übertragungsleitung, über welche die Ist-Kennlinien- Information an das Steuergerät übertragen wird, die Signalausgangsleitung des Sensors zu verwenden. Hierdurch ist eine besonders einfache Verschaltung von Sensor und Steuergerät zur Verfügung gestellt. Durch eine entsprechende Ansteuerung kann beispielsweise gewährleistet werden, daß bei einem Einschalten des System vor einer (analogen) Signalübertragung eine (digitale) Übertragung der Ist-Kennlinien-Information durchgeführt wird.

Es erweist sich als vorteilhaft, als Übertragungsleitung eine zwischen dem Steuergerät und dem Sensor ausgebildete Versorgungsleitung, insbesondere eine Referenzspannungs- Steuerleitung, zu verwenden. Über derartige Leitungen wird üblicherweise der Sensor mit Leistung versorgt. Die Doppelverwendung der Steuerleitung kann beispielsweise durch unterschiedliche Signalpegelbereiche für die (analoge) Versorgungsspannung und die (digitale) Ist- Kennlinien-Information realisiert werden. Die Versorgungsspannung kann beispielsweise in einem Pegelbereich von 4 V bis 6 V bei einem Nominalwert von 5 V, und das Signal der Ist-Kennlinien-Information bei einem Pegelbereich von unter 3,5 V liegen. Liegt beispielsweise der digitale Übertragungsmodus vor, wird der analoge Signalpfad hochohmig geschaltet und eine parallel angeordnete Logik übernimmt das Treiben der Ausgangssignalleitung. Die Steuerleitung wird beispielsweise mit einem Taktsignal oder einem Adresssignal angesteuert, um die im Sensor abgelegte Information auszulesen.

Zweckmäßigerweise wird die in dem Sensor abgelegte Ist- Kennlinien-Information vor und/oder während der Inbetriebnahme bzw. des Betriebes des Sensors auf das Steuergerät übertragen.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 ein Schaubild zur Darstellung der erfindungsgemäß erzielbaren Genauigkeit beim Abgleich von Sensorkennlinien, und

Fig. 3 ein weiteres Schaubild zur Darstellung der erfindungsgemäß erzielbaren Genauigkeit beim Abgleich von Sensorkennlinien.

In Fig. 1 ist ein typischer Sensorsteuerkreis für ein Kraftfahrzeug 10 schematisch dargestellt. Eine physikalische Größe X wird von einem Sensor 1 detektiert und in ein elektrisches Ausgangssignal E umgewandelt. Als Sensor sei beispielsweise ein ratiometrischer Sensor, beispielsweise ein Drucksensor oder ein Luftmassensensor, genannt. Das Signal E wird über eine Signalleitung 2 auf ein Steuergerät 3 gegeben. Entsprechend dem empfangenen Signal E ist das Steuergerät 3 in der Lage, eine Aktuatorik 4 zur Beeinflussung aktueller fahrzeugspezifischer Bedingungen des Fahrzeugs 10 zu steuern (Signal S₁). Die Aktuatorik 4 erzeugt ihrerseits Signale S₂ zur Beaufschlagung von Funktionselementen des Kraftfahrzeugs. Entsprechend den (eventuell geänderten) Bedingungen detektiert der Sensor 1 eine modifizierte physikalische Größe X.

Mit 11 ist eine Versorgungsleitung des Sensors 1 bezeichnet. Über diese Versorgungsleitung 11 wird der Sensor 1 insbesondere mit einer Versorgungsspannung Ubat, insbesondere einer Referenzspannung Uref, beaufschlagt. Das Sensorsignal E ist sowohl von dem detektierten physikalischen Wert X, als auch von der Versorgungsspannung Ubat bzw. Uref abhängig. Es erweist sich bei ratiometrischen Sensoren als vorteilhaft, ratiometrieunterstützende Steuergeräte zu verwenden, mit denen Versorgungsspannungsschwankungen korrigierbar sind. Dadurch, daß dem Steuergerät der aktuelle Wert der Versorgungsspannung bekannt ist, können in dem Steuergerät entsprechende Korrekturen des Sensorsignals E durchgeführt werden.

Über die Versorgungsleitung 11 kann ferner eine in dem Sensor 1, insbesondere einem Speicherbereich des Sensors 1, abgelegte, digital vorliegende Ist-Kennlinien-Information des Sensors 1 auf das Steuergerät 3 übertragen werden. Hierbei wird die Versorgungsleitung 11 (zusammen mit einer entsprechenden Programmierlogik in dem Steuergerät 3) als serielle Schnittstelle verwendet. Hier ist insbesondere die Verwendung serieller Bussysteme (z. B. CAN: Controller Area Network) möglich. Die beispielsweise bei einer Schlußprüfung des Sensors 1 ermittelte Ist-Kennlinien- Information kann dann beispielsweise bei einem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs 10 (oder auch später, beispielsweise in zyklischen bzw. periodischen Intervallen) digital über die so zur Verfügung gestellte Schnittstelle in das Steuergerät 3 eingelesen werden. Das Steuergerät berechnet dann aus dieser Information unter Berücksichtigung einer Soll-Kennlinie eine individuell korrigierte Sensorkennlinie.

Die in dem Sensor 1 abgelegte Ist-Kennlinien-Information kann aus der gesamten Ist-Kennlinie des Sensors 3 bestehen. Im folgenden wird jedoch beispielhaft unter Bezug auf die Fig. 2 und 3 ein Sensorabgleich auf der Grundlage lediglich eines in dem Sensor 3 abgelegten Punktes der Ist- Kennlinie beschrieben.

Eine typische Ist-Kennlinie eines ratiometrischen Sensors, beispielsweise eines Drucksensors oder eines Luftmassensensors, ist in Fig. 2 mit c1 bezeichnet. Die Soll-Kennlinie, auf die das Steuergerät 3 zugreift, ist mit c2 bezeichnet. Mit einem Punkt P der Ist-Kennlinie, unteren und oberen Abgleichpunkten U, O und einer in dem Steuergerät 3 gespeicherten Soll-Kennlinie des Sensors sind gegenüber herkömmlichen Abgleichverfahren, bei denen lediglich die Abgleichpunkte U, O und die Sollkennlinie berücksichtigt wurden, wesentlich genauere Abgleichergebnisse erzielbar. Unter der rechnerischen Randbedingung, daß Soll- und Ist- Kennlinien c1, c2 an den Punkten O, U, P übereinstimmen sollen, läßt sich im Rahmen einer parabolischen Korrektur (Bestimmung der Korrekturkoeffizienten einer Parabelfunktion) der Ist-Kennlinie c1 die mit c3 bezeichnete korrigierte Ist-Kennlinie berechnen. Als vorteilhaft erweist sich, daß der Korrekturalgorithmus softwaremäßig und damit flexibel und kostengünstig ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Hardware in dem Steuergerät abbildbar ist.

Die erfindungsgemäß erzielbare Korrekturgenauigkeit wird anhand der Fig. 3 besonders deutlich. Hier ist mit d1 eine Kurve zur Darstellung der unkorrigierten Differenz zwischen Soll- und Ist-Kennlinie, und mit d2 eine Kurve zur Darstellung der korrigierten Differenz zwischen Soll- und Ist-Kennlinie des Sensors 1 bezeichnet. Es ist zu erkennen, daß, wie gefordert, in der korrigierten Differenzkurve d2 die Differenz für die den Punkten U, O, P zugeordneten Abszissenwerte gleich Null ist.

Claims (9)

1. Verfahren zum Abgleich der Ausgangsspannung eines Sensors (1), insbesondere eines Luftmassensensors, der gemäß einer Ist-Kennlinie in Abhängigkeit von einer erfaßten physikalischen Größe (X) eine Ausgangsspannung (E) ausgibt, wobei die Ausgangsspannung (E) über eine Signalleitung (2) einem Steuergerät (3) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine in dem Sensor (1) abgelegte Ist-Kennlinien-Information über eine Übertragungsleitung (2, 11) auf das Steuergerät (3) übertragen wird und das Steuergerät (3) unter Berücksichtigung der Ist-Kennlinien-Information eine Steuerung einer Aktuatorik (4) ausführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ist-Kennlinien-Information die vollständige Ist- Kennlinie des Sensors (1) abgelegt ist, wobei das Steuergerät (3) die Steuerung der Aktuatorik (4) unter Berücksichtigung der Ist-Kennlinie ausführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ist-Kennlinien-Information wenigstens ein Punkt der Ist-Kennlinie abgelegt ist, und das Steuergerät (3) auf der Grundlage des wenigstens einen Wertes und einer Soll- Kennlinie, auf welche das Steuergerät (3) zugreifen kann und welche insbesondere in dem Steuergerät abgelegt ist, eine korrigierte Ist-Kennlinie berechnet, wobei das Steuergerät (3) die Steuerung der Aktuatorik (4) unter Berücksichtigung der korrigierten Ist-Kennlinie ausführt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsleitung, über welche die Ist-Kennlinien-Information übertragen wird, die Ausgangssignalleitung (2) des Sensors (1) verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsleitung, über welche die Ist-Kennlinien-Information übertragen wird, eine zwischen dem Steuergerät (3) und dem Sensor (1) ausgebildete Versorgungsleitung (11), insbesondere eine Referenzspannungs-Steuerleitung, dient.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Sensor (1) abgelegte Ist- Kennlinien-Information vor und/oder während der Inbetriebnahme bzw. des Betriebes des Sensors (1) auf das Steuergerät (3) übertragen wird.

7. Anordnung zum Abgleich der Ausgangsspannung eines Sensors (1), insbesondere eines Luftmassensensors, der gemäß einer Ist-Kennlinie in Abhängigkeit von einer erfaßten physikalischen Größe (X) eine Ausgangsspannung (E) ausgibt, wobei die Ausgangsspannung (E) über eine Signalleitung (2) einem Steuergerät (3) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Übertragungsleitung (2, 11) eine in dem Sensor (1) abgelegte Ist-Kennlinien- Information des Sensors (1) auf das Steuergerät (3) übertragbar ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Kennlinien-Information über die Signalleitung (2) übertragbar ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Kennlinien-Information über eine zwischen dem Steuergerät (3) und dem Sensor (1) ausgebildete Versorgungsleitung (11), insbesondere über eine Referenzspannungs-Steuerleitung, übertragbar ist.