DE19933664A1

DE19933664A1 - Device for analog or digital signal processing

Info

Publication number: DE19933664A1
Application number: DE1999133664
Authority: DE
Inventors: Josef Kleinhans; Ernst Wild; Wolfgang Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-07-17
Filing date: 1999-07-17
Publication date: 2001-01-18
Also published as: JP2003504992A; WO2001006215A1; EP1114298A1

Abstract

The invention relates to a device for evaluating the output signals of a sensor, for example of an air flow sensor in a motor vehicle, which device is optionally suitable for the analog or digital processing of signals. The change between analog and digital signal processing is carried out by means or trigger signals that are supplied from outside. The device is especially useful for detecting the amount of air taken in by an internal combustion engine. A hot-film air flowmeter is used as the sensor element and the trigger signal for the change is supplied by the control element of the internal combustion engine.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur analogen oder digitalen Signalverarbeitung nach der Gattung des Hauptanspruchs und betrifft insbesonders die Auswertung von Signalen von Luftmassenmesser bei Brennkraftmaschinen.The invention is based on a device for analog or digital signal processing according to the genus of Main claim and particularly concerns the evaluation of Air mass meter signals in internal combustion engines.

Sensoren, deren Ausgangssignale für verschiedenartige Aus wertesysteme zur Verfügung gestellt werden, müssen üblicher weise an die nachfolgende Auswerteeinheit angepaßt werden. Derzeit erhältliche Luftmassenmesser, beispielsweise Heiß filmluftmassenmesser werden zukünftig möglicherweise sowohl mit analoger (optional) als auch mit digitaler Auswerteelek tronik ausgestattet. Dadurch lassen sich Vereinfachungen bei der Kennlinie und dem Temperaturgang erreichen. Damit ein Luftmassenmesser mit digitaler Auswerteelektronik kompatibel zu bisherigen Luftmassenmessern mit analogem Konzepten bleibt, muß eine zumindest teilweise analoge Signalverarbei tung erhalten bleiben.Sensors, their output signals for various types of value systems must be made available, must be more common be adapted to the subsequent evaluation unit. Air mass meters currently available, for example hot film air mass meters may be both in the future with analog (optional) as well as with digital evaluation electronics tronics equipped. This allows simplifications the characteristic curve and the temperature response. So that one Air mass meter compatible with digital evaluation electronics to previous air mass meters with analog concepts remains, an at least partially analog signal processing must tion are retained.

Bei bekannten Auswerteschaltungen bzw. Auswerteelektroniken für Luftmassenmesser wird die Problematik der Ana log/Digitalen-Meßwertverarbeitung bereits angesprochen. So wird beispielsweise in der DE-OS 44 08 243 eine Meßwertver arbeitung bei einem Luftmassenmesser beschrieben, bei der eine analoge Signalverarbeitung in einer dem Sensor zugeord neten Auswerteschaltung durchgeführt wird. Das Ausgangs signal dieser analogen Signalverarbeitung wird dann dem Steuergerät der Brennkraftmaschine zugeführt und von diesem nach einer Analog/Digital-Wandlung digital weiterverarbei tet. Bei der bekannten Meßwertverarbeitung arbeitet die zum Sensor gehörende Signalauswerteschaltung noch rein analog und die Digitalisierung der Meßwerte sowie die digitale Wei terverarbeitung erfolgt erst im Steuergerät.In known evaluation circuits or evaluation electronics for air mass meters the problem of Ana log / digital measurement processing already addressed. So is, for example in DE-OS 44 08 243 a Meßwertver working with an air mass meter described in the an analog signal processing in a assigned to the sensor neten evaluation circuit is performed. The exit signal of this analog signal processing is then the Control unit of the internal combustion engine supplied and by this digitally processed after an analog / digital conversion tet. In the known processing of measured values, the works for Signal evaluation circuit belonging to the sensor is still purely analog and the digitization of the measured values and the digital Wei The processing takes place in the control unit.

Object of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Digitalbe trieb, also bei einer digitalen Signalauswertung im Sensor selbst die die zu messende Größe, beispielsweise die Luft masse aus dem Sensorsignal zu ermitteln. Dazu wird eine Zeitbasis benötigt, mit der das vom Sensorelement gelieferte analoge Signal abgetastet wird. Eine Möglichkeit, eine sol che Signalabtastung zu realisieren und eine Möglichkeit, wie die Umschaltung von Digital- auf Analog-Betrieb erfolgen kann, soll mit der vorliegenden Erfindung aufgezeigt werden.The invention has for its object at Digitalbe driven, i.e. with a digital signal evaluation in the sensor even the size to be measured, for example the air to determine mass from the sensor signal. This will be a Time base needed with that delivered by the sensor element analog signal is sampled. One way to sol Realize signal sampling and a way how the switchover from digital to analogue operation takes place can, should be demonstrated with the present invention.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des An spruchs 1 hat den Vorteil, daß eine besonders hohe Genauig keit bei der Meßwertverarbeitung erhalten wird, wobei diese in vorteilhafter Weise analog oder digital erfolgen kann. Weiterhin wird eine Entlastung der nachfolgenden Steuerein richtung, beispielsweise des Steuergeräts der Brennkraftma schine ermöglicht, da die Signalverarbeitung und Aufberei tung bereits weitgehend im Sensor realisiert wird. The device according to the invention with the features of the Say 1 has the advantage that a particularly high accuracy speed is obtained in the processing of measured values, this can advantageously take place analog or digital. Furthermore, there will be a relief for the subsequent tax direction, for example the control unit of the internal combustion engine machine enables because the signal processing and preparation device is already largely implemented in the sensor.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Un teransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist von Vorteil, daß ein Triggersignal gebildet wird, daß als Zeit basis für die Signalabtastung dient und gleichzeitig zur Um schaltung zwischen Digital- und Analog-Betrieb des Sensor verwendet werden kann. Weiterhin kann das Triggersignal in vorteilhafter Weise so über die Spannungsversorgung zuge führt werden, daß eine Kabelverbindung zwischen dem Steuer gerät und dem Sensor eingespart werden kann.Further advantages of the invention are shown in the Un Measures specified claims achieved. It is from Advantage that a trigger signal is formed that as a time serves as the basis for signal sampling and at the same time for switching between digital and analog operation of the sensor can be used. Furthermore, the trigger signal in advantageously so supplied via the voltage supply leads that a cable connection between the tax device and the sensor can be saved.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit verschiedenen Triggersignalen undAn embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description. In particular, FIG. 1 shows a circuit arrangement of the invention with various trigger signals and

Fig. 2 zeigt den Signalfluß am Beispiel eines Heißfilmluft massenmessers mit einer Triggerung der Luftmasseninformation durch ein vom Steuergerät geliefertes Signal. Fig. 2 shows the signal flow using the example of a hot film air mass meter with a triggering of the air mass information by a signal supplied by the control unit.

description

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung für die Übertragung eines Triggersignals vom Steuergerät 10 zum Sensor 11, beispielsweise einem Heißfilmluftmassenmesser dargestellt. Vom Steuergerät 10 ist lediglich der Verstärker 12, an dessen Ausgang das Referenzsignal Uref entsteht, dar gestellt. Zu diesem Verstärker gehört ein Rückkoppelwider stand 13. Dem invertierenden Eingang des Verstärkers 12 wird über den Transistor 14 das Signal tseg zugeführt, das im Steuergerät ohnehin vorliegt. Das Signal tseg, das üblicher weise auch als tn-Signal bezeichnet wird, weist einen Impuls pro Segment auf. Als Segment wird bei einer Brennkraftma schine ein Winkelbereich bezeichnet, der sich über zwei Kur belwellenumdrehungen geteilt durch die Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine erstreckt.In Fig. 1 is an embodiment of a circuit for transmitting a trigger signal from the control unit 10 to the sensor 11, for example shown a hot-film air mass meter. From the control unit 10 , only the amplifier 12 , at the output of which the reference signal Uref is produced, is provided. This amplifier has a feedback resistor was 13 . The signal tseg, which is present in the control unit anyway, is fed to the inverting input of the amplifier 12 via the transistor 14 . The signal tseg, which is usually also referred to as a tn signal, has one pulse per segment. As a segment in an internal combustion engine, an angular range is referred to, which extends over two cure revolutions of the shaft divided by the number of cylinders of the internal combustion engine.

Am nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 12 liegt die Referenzspannung Uref. Durch diese Beschaltung im Steuerge rät entsteht am Ausgang des Verstärkers 12 das Signal UrefS, das in der Fig. 1 links unten dargestellt ist. Dieses Si gnal UrefS wird über die Schnittstelle 16 und den Widerstand 17 dem Sensor 11 zugeführt.The reference voltage Uref is at the non-inverting input of the amplifier 12 . This circuit in the Steuerge advises the signal UrefS at the output of the amplifier 12 , which is shown at the bottom left in FIG. 1. This signal UrefS is fed via the interface 16 and the resistor 17 to the sensor 11 .

Der Sensor 11 umfaßt ein Sample and Hold-Glied, das die zu geführte Referenzspannung UrefS filtert. Das Sample and Hold-Glied umfaßt einen Verstärker 18, dessem nichtinvertie rendem Eingang die Spannung UrefS zugeführt wird. Der Aus gang des Verstärkers 18 führt auf die Schaltstrecke eines Transistors 19, die in Serie mit einem Widerstand 20 zum nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 21 führt. Zwi schen dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 21 und Masse liegt ein Kondensator 22. Der Ausgang des Verstärkers 21 ist mit dem nicht invertierenden Eingang der Verstärker 18 und 21 verbunden.The sensor 11 comprises a sample and hold element which filters the reference voltage UrefS to be fed. The sample and hold element comprises an amplifier 18 , the non-inverting input of which the voltage UrefS is supplied. From the output of the amplifier 18 leads to the switching path of a transistor 19 , which leads in series with a resistor 20 to the non-inverting input of an amplifier 21 . Between the non-inverting input of amplifier 21 and ground is a capacitor 22nd The output of amplifier 21 is connected to the non-inverting input of amplifiers 18 and 21 .

Ein weiterer Verstärker 23 erhält am nichtinvertierenden Eingang das Referenzsignal UrefS. Der invertierende Eingang des Verstärkers 23 ist über die Diode 24 dem nicht invertie renden Eingang der Verstärker 18 und 21 verbunden, über den Widerstand 25 wird die Batteriespannung Ubat zugeführt.Another amplifier 23 receives the reference signal UrefS at the non-inverting input. The inverting input of the amplifier 23 is connected via the diode 24 to the non-inverting input of the amplifiers 18 and 21 , the battery voltage Ubat is supplied via the resistor 25 .

Am Ausgang des Verstärkers 23 entsteht das Segmentsignal Seg, das in Fig. 1 Mitte dargestellt ist. Dieses Segmentsi gnal wirkt über den Widerstand 26 auf die Basis des Transi stors 19, wodurch der Transistor 19 in der gewünschten Weise angesteuert wird. Die gefilterte Referenzspannung Urefg ent steht am Ausgang des Verstärkers 21, sie ist in der Fig. 1 unten rechts dargestellt. The segment signal Seg, which is shown in the middle of FIG. 1, is produced at the output of the amplifier 23 . This Segmentsi gnal acts via the resistor 26 to the base of the Transistor stors 19 is driven whereby the transistor 19 in the desired manner. The filtered reference voltage Urefg is at the output of the amplifier 21 , it is shown at the bottom right in FIG. 1.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild für den Signalfluß bei einem Heißfilmluftmassenmesser dargestellt, mit einer Trig gerung der Luftmasseninformation durch das Steuergerätesi gnal UrefS. Der Sensor selbst ist wie in Fig. 1 mit 11 be zeichnet, er umfaßt ein Sensorelement 27, das der im Saug rohr der Brennkraftmaschine strömenden Luft ausgesetzt wird. Neben dem Sensorelement 27 wird noch ein Temperaturfühler 28 der Luft ausgesetzt und mißt ihre Temperatur.In Fig. 2 is a block diagram for the signal flow in a hot film air mass meter is shown, with a triggering of the air mass information by the control unit signal UrefS. The sensor itself is as shown in Fig. 1 with 11 be, it comprises a sensor element 27 which is exposed to the air flowing in the suction pipe of the internal combustion engine. In addition to the sensor element 27 , a temperature sensor 28 is also exposed to the air and measures its temperature.

Das Ausgangssignal des Sensorelements UA wird dem Umschal tung 29 zugeführt, mit der die Umschaltung zwischen einer analogen und einer digitalen Signalauswertung erfolgt. Bei einer digitalen Signalauswertung leitet die Umschaltung 29 das Ausgangssignal des Sensorelements 27 auf einen Ana log/Digital-Wandler 30. Wird dagegen eine analoge Signalver arbeitung gewünscht, leitet der Umschalter 29 die Ausgangs spannung des Sensorelements 27 auf einen analogen Signalaus wertungsblock 31, der hier nicht näher beschrieben werden soll. Der analoge Signalauswertungsblock 30 liefert ein ana loges Ausgangssignal Ua, das dem Steuergerät 31 zur Verfü gung gestellt wird. Erfindungsgemäß kann die analoge Signal auswertung auch entfallen, die im folgenden beschriebene di gitale Auswertung soll dann das selbe analoge Ausgangssignal Ua an das Steuergerät 31 liefern.The output signal of the sensor element UA is fed to the switching device 29 , with which the switching between an analog and a digital signal evaluation takes place. In the case of a digital signal evaluation, the switchover 29 conducts the output signal of the sensor element 27 to an analog / digital converter 30 . If, on the other hand, an analog signal processing is desired, the changeover switch 29 conducts the output voltage of the sensor element 27 to an analog Signalaus evaluation block 31 , which will not be described in more detail here. The analog signal evaluation block 30 supplies an ana log output signal Ua, which is made available to the control unit 31 . According to the invention, the analog signal evaluation can also be omitted; the digital evaluation described below is then intended to deliver the same analog output signal Ua to the control unit 31 .

Erfindungsgemäß soll bei der digitalen Signalauswertung ein Ausgangssignal, z. B. eine analoge Ausgangsspannung Ua ent stehen, die dem Steuergerät 31 für die weitere Auswertung zur Verfügung gestellt wird. Zur Erzeugung dieser z. B. ana logen Ausgangsspannung wird das im A/D-Wandler 30 gewandelte Digitalsignal dem Block 32 zugeführt, in welchem eine Summa tion der Luftmasse pro Segment erfolgt. Die Berechnung der Luftmasse pro Segment erfolgt durch Division der aufsummier ten Luftmasse durch die Zahl der Meßwerte pro Segment. Die Division erfolgt im Block 33, der Zähler 34 zählt die Anzahl der Meßwerte. Die pro Segment berechnete Luftmasse wird im Digital/Analog-Wandler 35 in die gewünschte Analog-Spannung Ua gewandelt. Die Umschaltung 29 sowie die Triggerung des A/D-gewandelten Signales und die Ansteuerung des Zählers 34 erfolgt mit Hilfe eines Impulsdetektors 36, dem die Segment information tn bzw. die daraus erzeugte Referenzspannung Uref zugeführt wird. Die Segmentinformation tn wird vom Steuergerät 31 geliefert.According to the invention, an output signal, for. B. are an analog output voltage Ua ent, which is made available to the control unit 31 for further evaluation. To generate this z. B. ana lied output voltage, the digital signal converted in the A / D converter 30 is supplied to the block 32 , in which a sum of the air mass per segment takes place. The air mass per segment is calculated by dividing the total air mass by the number of measured values per segment. The division takes place in block 33 , the counter 34 counts the number of measured values. The air mass calculated per segment is converted into the desired analog voltage Ua in the digital / analog converter 35 . The switchover 29 as well as the triggering of the A / D-converted signal and the activation of the counter 34 takes place with the aid of a pulse detector 36 , to which the segment information tn or the reference voltage Uref generated therefrom is supplied. The segment information tn is supplied by the control unit 31 .

Neben den bereits erwähnten Verbindungen zwischen dem Steu ergerät 31 und dem Sensor 11 sind in Fig. 2 noch eine Mas severbindung M und ein Anschluß TF dargestellt, über den das Steuergerät 31 die Temperatur Tf des Temperaturfühlers 28 einstellt. Die Pfeilrichtungen geben jeweils die Richtung der Signalflüsse an.Besides the already mentioned connections between the STEU ergerät 31 and the sensor 11 are shown in FIG. 2 or a bond Mas sever M and a terminal TF shown, via which the control device 31, the temperature Tf of the temperature sensor 28 is established. The arrow directions indicate the direction of the signal flows.

Mit der Steuergerät abgegebenen Segmentinformation tn bzw. Uref läßt sich ein Signalfluß beim HFM-Sensor mit einer Triggerung der Luftmasseninformation durch das Steuergerät erzielen, bei dem eine einheitliche analoge Ausgangsspannung Ua erhalten wird, unabhängig davon, ob die Auswertung analog oder digital erfolgt. Damit bei Digitalbetrieb die Luftmasse aus dem Sensorsignal ermittelt werden kann, wird eine Zeit basis benötigt, mit der das Sensorsignal abgetastet wird. Üblich ist beispielsweise eine Abtastung pro ms. Die so ab getasteten Luftmassen werden solange aufsummiert, bis ein Segment beendet ist. Ein Segment entspricht bei einem Vier zylindermotor 180 Grad Kurbelwellenwinkel (kw). Die Luftma sse ergibt sich dann aus der Summe aller abgetasteten Werte geteilt durch die Anzahl der Abtastpunkte. Der so ermittelte Wert für die Luftmasse wird analog als Spannung Ua abgege ben. Für die Triggerung und die Umschaltung von Digital-auf Analog-Betrieb ergibt sich die nachstehend beschriebene Vor gehensweise. Segment information tn or Uref can be a signal flow with the HFM sensor with a Triggering of air mass information by the control unit achieve a uniform analog output voltage Among other things, regardless of whether the evaluation is analog or done digitally. So the air mass in digital operation a time can be determined from the sensor signal base with which the sensor signal is scanned. For example, one sample per ms is customary. The so off sampled air masses are summed up until a Segment has ended. A segment corresponds to a four cylinder engine 180 degrees crankshaft angle (kw). The Air Ma sse then results from the sum of all sampled values divided by the number of sample points. The so determined The value for the air mass is given analogously as voltage Ua ben. For triggering and switching from digital to Analog operation results in the before described below way.

Der Zeitpunkt, zu dem die Summation der Luftmassen beginnen soll, wird dem Luftmassenmesser extern vom Steuergerät 31 mitgeteilt. Dazu wird das Signal tn, das als Triggersignal im Steuergerät ohnehin zur Verfügung steht, dem Luftmassen messer zugeführt. Das Signal tn liefert pro Segment einen Impuls. Dieses Signal wird üblicherweise auch zur Drehzahl bestimmung verwendet. Die Einspeisung des Signales tn vom Steuergerät zum Luftmassenmesser erfolgt über die Spannungs versorgung des Luftmassenmessers und wird von diesem als Start-Segment (Trigger) detektiert. Diese Möglichkeit der Triggersignalzuführung ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Al ternative wäre, das Triggersignal über die Ausgangsspannung des Luftmassenmessers einzuspeisen.The time at which the summation of the air masses is to be started is communicated to the air mass meter externally by the control unit 31 . For this purpose, the signal tn, which is already available as a trigger signal in the control unit, is fed to the air mass meter. The signal tn provides one pulse per segment. This signal is usually also used to determine the speed. The signal tn is fed from the control unit to the air mass meter via the voltage supply to the air mass meter and is detected by the air mass meter as a start segment (trigger). This possibility of trigger signal supply is shown in Fig. 1. An alternative would be to feed the trigger signal via the output voltage of the air mass meter.

Ausgelöst durch die Triggerung wird die Luftmasse des letz ten Segments berechnet und der Abtastzähler 34 wieder auf . Null gesetzt. Die Information "Summe Luftmassen" wird eben falls auf Null gesetzt. Über den Digital/Analog-Wandler 35 wird die Luftmasse in die entsprechende Ausgangsspannung Ua umgesetzt. Nach dem Motorstart ist mit Empfang der ersten Impulse bekannt, daß der Luftmassenmesser digital arbeiten soll. Bleiben die Impulse aus, wird die Luftmasse als Ana log Signal ausgegeben. Die Zuführung der tn-Impulse ent scheidet also darüber, ob digital oder analog ausgewertet wird.Triggered by the triggering, the air mass of the last segment is calculated and the scan counter 34 is opened again. Set to zero. The information "total air masses" is also set to zero. The air mass is converted into the corresponding output voltage Ua via the digital / analog converter 35 . After starting the engine, upon receipt of the first impulses, it is known that the air mass meter should work digitally. If there are no pulses, the air mass is output as an analog signal. The supply of the tn pulses therefore decides whether the evaluation is digital or analog.

Claims

1. Device for evaluating the output signals of a sensor with an analog circuit to which the output signals are supplied and which outputs an analog output voltage (Ua) at its output, characterized in that a digital signal processing branch is present which outputs an output signal at its output , which speaks in principle of the voltage output by the analog circuit, with switching means which supplies the output signal of the sensor element to either the analog circuit or the digital signal processing branch, the switching being carried out by externally deliverable pulses.

2. Device for signal evaluation according to claim 1, characterized characterized in that the output signal of the digital Si signal processing branch an analog signal or a fre sequence dependent or a PWM signal or a digital si gnal is.

3. Device for signal evaluation according to claim 2, characterized characterized in that the sensor is a hot film air mass meter ser is, with a sensor element that the egg in the intake manifold ner internal combustion engine is exposed to flowing air and the analog and / or digital circuit component of the sensor.

4. Device for signal evaluation according to claim 3, characterized characterized in that the output signal of the sensor Control unit of an internal combustion engine is supplied and the trigger signals that switch the analog-digital cause to be delivered by the control unit.

5. Device for signal evaluation according to claim 4 thereby characterized in that the trigger signals sent to the sensor are supplied which are segment information signals tn.

6. Device for signal evaluation according to one of the previous existing claims, characterized in that the means for digital signal processing at least one A / D converter, means for summation and a digital / analog Include transducers.