DE3211644A1 - Vorrichtung zur ausfallerkennung eines sensors - Google Patents

Vorrichtung zur ausfallerkennung eines sensors

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Description

"Vorrichtung zur Ausfallerkennung eines Sensors" 10
Daimler-Benz Aktiengesellschaft Palm
Stuttgart-üntertürkheim 16. Febr. I982
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ausfallerkennung eines an mit rotierenden Teilen ausgestatteten Maschinenelementen angeordneten Sensors, insbesondere eines an einer Brennkraftmaschine angeordneten Klopfsensors.
Bei vielen Maschinen, bei denen Sensoren zur Regelung oder Steuerung bestimmter Funktionen eingesetzt sind, ist die ordnungsgemäße Funktion dieser Sensoren von
2c besonderer Bedeutung, da ein Ausfall des Sensors zu erheblichen Betriebsstörungen oder Zerstörungen dieser Maschinen führen können. So kann beispielsweise der Ausfall eines an einer Brennkraftmaschine angeordneten Klopfsensors, über dessen Ausgangssignal die Zündkennlinie dem Verlauf der Klopfgrenze nachgeführt wird, zu einer schnellen Zerstörung der Brennkraftmaschine führen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche in der Lage ist, die Funktion eines oe solchen Sensors laufend zu überwachen und im Fehlerfall
möglichst schnell ein Alarmsignal abzugeben bzw«, die zu überwachende Maschine so einzustellen daß ein Folgeschaden υ- nicht auftreten kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst,,
Danach wird aus dem Sensorausgangssignals, welches eine von der Last und der Drehzahl der rotierenden Maschinenteile abhängige Kurvenform aufweist, bei Brennkraftmaschinen bei= spielsweise der Verlauf des Kompressionsdruckes eines Zylinders, des Körperschalls, oder der Zündspannungs ein gleichgerichtetes und geglättetes Referenzsignal gebildet und soweit abgeschwächt, daß es in jeder Periode - mit "Periode" sei hier und im folgenden der mittlere zeitliche Abstand der Spitzenwerte des Sensorausgangssignals bei der jeweiligen Drehzahl m verstanden - wenigstens vom Spitzenwert des Sensorausgangssignals einmal überschritten wird. Diese Überschreitungen werden in einem Komperator festgestellt, dessen Ausgangssignal zum Triggern einer retriggerbaren monostabilen Kippstufe verwendet wirds so daß bei ordnungsgemäß funktionierendem Sensor die Kipp-5 stufe immer getriggert ist und ein Dauersignal abgibto Fällt der Sensor aus, bleiben auch die Triggerimpulse aus und die Kippstufe fällt nach Ablauf der Kippzeit ab» Das Null-Signal am Ausgang der Kippstufe wird als Ausfall= signal betrachtet und für die Abgabe eines Alarmes bzw. ein« Verstellung der zu überwachenden Maschine herangezogen»
Eine erhöhte Störsicherheit kann erreicht werden, wenn gum Referenzsignal ein drehzahlabhängiges Signal addiert wirds da damit nicht nur ein Totalausfall, sondern auch eine deutliche Verminderung der Sensorempfindlichkeit erkannt werden kann, die dem Totalausfall meistens vorangeht«
ft A 41 ·* ·4
» S - Daim 14 125/4
Ebenfalls eine größere Störsicherheit und eine schnellere Ausfallerkennung kann erreicht werden, "wenn die Standzeit der monostabilen Kippstufe, die, wenn sie konstant ist, länger als die Periodenzeit bei der langsamsten Drehzahl dauern muß, ebenfalls von der Drehzahl des rotierenden Maschinenteils abhängig variierbar ist, so daß sie jeweils nur etwas länger als die Periodenzeit bei der augenblic liehen Drehzahl bzw. der aus ihr abgeleiteten Funktion ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels einer Ausfallerkennung eines Klopfsensors erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 : ein schematisches Schaltbild der Vorrichtung und
Fig. 2 : den zeitlichen Verlauf der einzelnen Signale.
In Fig. 1 ist der zu überwachende Klopfsensor 1 einer sogenannten Antiklopfregelung AKR für eine Brennkraftmaschine schematisch als Kreis dargestellt. Er kann beispielsweise ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor sein, wie er bei solchen Regelungen eingesetzt wird. Sein Ausgangssignal, welches infolge der rotierenden Maschinenteile oder der von ihnen abgeleiteten Funktionen (Zündspannungs- oder Verbrennungsdruckverlauf bei Brennkraftmaschinen) einen periodisch zwischen Impulsen mit großen und kleinen Amplituden wechselnden Verlauf aufweist, gelangt nach einer eventuellen Verstärkung und Filterung in
- /«r (J. Daira 14 125Λ
einer schematisch als Kasten 2 angedeuteten Schaltung als Sensorausgangssignal U zu der nicht dargestellten, durch einen Pfeil angedeuteten Antiklopfregelung AKR,,
Dieses Sensorausgangssignal U wird einer Referenzschaltung 3 zugeführt, in welcher aus ihm ein gleichgeriehtetes und geglättetes Referenzsignal U10 gewonnen und soweit abgeschwächt oder verstärkt wird, daß es laufend von den periodisch erscheinenden Spitzenwerten des normalen, also nicht gestörten Sensorausgangssignals U überschritten wird. Zu dem am Ausgang der Referenz-
'5 schaltung 3 erscheinenden Referenzsignal Un wird in einer analogen Addierschaltung 8 ein von der Drehzahl des rotierenden Maschinenteils abhängiges Drehzahlsignal U in Form einer Gleichspannung addiert. Das Summensignal Ux, + U wird dem einen Eingang eines Komparators h zu-
geführt, an dessen anderen Eingang das Sensorausgangssignal U angelegt wird. Der Komparator gibt einen Ausgangsimpuls I ab, wenn das Sensorausgangssignal U das
Summensignal Un + U überschreitet« Von diesen Ausgangs-Xv η
impulsen Ix. wird eine retriggerbare monostabile Kipp-Jv
stufe 5 angestoßen, deren Ausgangsimpulsdauer ebenfalls abhängig von der Drehzahl des rotierenden Maschinenteils variierbar ist und beispielsweise das 1,5fache der Periodendauer des Sensorausgangssignals U beträgt» Damit
ist gewährleistet, daß jeder der wenigstens einmal pro Periode auftretenden Impulse die monostabile Kippstufe
triggert, solange deren vom vorherigen Triggerimpuls ausgelöster Ausgangsimpuls noch vorhanden ist. Somit ergibt sich bei intaktem Sensor ein konstantes digitales Ausgangssignal welches zur Auslösung einer Alarmeinrichtung 7 und
- *2 _ Daim 14 125/4
einer Stelleinrichtung 6 - beispielsweise für den Zünd Zeitpunkt - dient. Alarm wird dann ausgelöst, wenn das Aus gangs si gnal U.^ verschwindet.
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der einzelnen Signale über der Zeit. Das Sensοrausgangssignal U ist als Wechsel-Spannungssignal mit wechselnden Amplituden dargestellt, aus welchen unschwer der"periodische Verlauf"des Signals zu ersehen ist. Der jeweilige Beginn der aufeinanderfolgenden Perioden ist durch die eingekreisten Ziffern 1 bis 7 festgelegt. Die Perioden ^^ und(2} sind einer bestimmten Drehzahl n.. zugeordnet, die folgenden kürzeren Perioden einer etwa um das 1,5fache höheren Drehzahl n_. In den Perioden
^^ bis ^) sei das Sensorsignal "normal", in den Perioden © und ^p infolge geringerer Empfindlichkeit des Sensors als Zeichen eines beginnenden Ausfalls vermindert und ab Periode 6 infolge Ausfalls des Sensors nicht mehr vorhanden.
Das aus dem Sensorausgangssignal U beispielsweise durch Spitzenwertgleichrichtung gebildete Referenzsignal U13 ist
durch eine strichpunktierte Linie dargestellt und so abgeschwächt, daß es von wenigstens ein oder zwei Spitzen des Sensorausgangssignals überschritten wird. Ist dies der Fall, gibt der Komparator 4 Ausgangsimpulse Xv ab, welche in
Jv
einem zweiten, zeitlich übereinstimmenden Diagramm dargestellt sind. Bei allen (durchgezogenen und strichlierten) Ausgangsimpulsen I1 bis Ig, die Indexziffern sind der entsprechend bezifferten Periode zugeordnet, ist das Sensorausgangssignal u größer als das Referenzsignal U0. Dies trifft auch auf die Perioden (4) und C^) zu, bei denen mit dem
» φ « ο & φ ο
ft« 9* tt# UrQt)U
Daim
Sensorausgangssignal auch das Referenzsignal vermindert ist» Wenn also das Referenzsignal als Schwellwert herangezogen wird, wird eine verminderte Sensorempfindlichkeit nicht als Fehler erkannt. Aus diesem Grund wird zu dem Referenzsignal TXn eine von der Drehzahl abhängige Gleichspannung als Drehzahl signal U addiert. Das Ergebnis IL ■¥ U ist iffl oberen Diagramm der Fig. 2 als durchgezogene Linie dar-= gestellt, wobei die Größe U 1 der Drehzahl n.. und die Größe U der Drehzahl η zugeordnet ist« Dadurch fallen einerseits die Doppelimpulse I1 und I0 weg, da sie den
ι a dB.
neuen Schwellwert U_ + U nicht übersteigen» Es fallen
Rn
auch die Impulse I^ und !„ aus dem gleichen Grund weg, I^ fällt weg, da nun auch sehr kleine Sensorausgangssignalspitzen, welche das gegen Null gehende Referenzsignal noch übersteigen, den Wert U xnicht mehr erreichen»
Der Unterschied ist am Ausgangssignal XL^ der monostabilen Kippstufe deutlich zu sehen, welches im dritten Diagramm über der Zeit aufgetragen ist. Die von der Drehzahl abhängige Standzeit u der monostabilen Kippstufe, als Beispiel war die 1,5fache Periodendauer bei der jeweiligen Dreh zahl genannt, ist für die Drehzahl n1 mit ^1 und für die Drehzahl n? mit Q^ bezeichnet und jeweils als Pfeil in Richtung der Zeitachse aufgetragen, ausgelöst von den Impulsen I1 bzw. I„.
Im Falle, daß das Referenzsignal Un als Schwellwert dient, endet das Ausgangssignal U.„ erst nach Ablauf der durch den Impuls Ig angestoßenen Standzeit der monostabilen Kipp= stufe in der siebenten Periode, wobei die fehlerhafte ver~ minderte Empfindlichkeit des Sensors nicht erkannt wurde, sondern erst der totale Ausfall. Dieses Signal ist strich«= liert dargestellt.
- 10 -
3211 64A
-- 9 - Daim 1^ 125/4
Im anderen Fall, daß zum Referenzsignal das Drehzahlsignal U addiert -wurde, ist der Impuls I„ am Ausgang des Komparators 4 der letzte, bevor sich die Empfindlichkeit des Sensors so verringert, daß der Schwellwert U_ + U
}\ η
nicht mehr überschritten werden kann. Das Ausgangssignal U,_, in ausgezogener Linie dargestellt, endet bereits nach Ablauf der von I_ angestoßenen Standzeit 0^2 in der vierten Periode, so daß hier der Alarm bzw. die Verstellung bereits drei Perioden früher erfolgen können.
Die beschriebene Vorrichtung zur Ausfallerkennung kann bei allen Sensoren angewendet werden, die ein»periodisches Signal»abgeben, sie ist also nicht auf Klopfsensoren für Brennkraftmaschinen beschränkt.
Le

Claims (2)

  1. Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim i4 125/4
    Stuttgart-Untertürkheim 16. Febr. 1°82
    Ansprüche
    ( 1.)Vorrichtung zur Ausfallerkennung eines an mit rotierenden Teilen ausgestatteten Maschinenelementen angeordneten Sensors, insbesondere eines an einer Brennkraftmaschine angeordneten Klopfsensors, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzschaltung (3) vorgesehen ist, in welcher das Sensorausgangssignal (υ ) zu einem gleichgerichteten und geglätteten Referenzsignal (U0), umgewandelt und
    ix
    soweit abgeschwächt oder verstärkt wird, daß es laufend von den periodisch erscheinenden Spitzenwerten des normalen Sensorausgangssignals überschritten wird, daß ein Komparator (k) vorgesehen ist, dessen einem Eingang das Sensorausgangssignal und dessen anderem Eingang das Referenzsignal (Un) zugeführt werden und
    XV
    an dessen Ausgang ein Impuls (i^·) erscheint, wenn das Sensorausgangssignal das Referenzsignal übersteigt und
    daß eine von den Aus gangs impuls en (I17) des Komparators (4) retriggerbare monostabile Kippstufe (5) vorgesehen ist, von deren Aus gangs si gnal (U,™) eine Stell- und/oder Alarmeinrichtung (6, 7) ansteuerbar ist. 35
    - 2Γ- η Daim ΐ4
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Addierschaltung (8) vorgesehen ist, in welcher zum Referenzsignal (V-T3) ein von der Drehzahl des rotierenden Maschine
    XV
    teils abhängiges Drehzahlsignal (u ) addiert wird.
    3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 s dadurch gekennzeichnet , daß die Dauer (^) des Ausgangsimpulses der monostabilen Kippstufe (5) abhängig von der Drehzahl (n) des rotierenden Maschinenteils variierbar ist.
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