DE4036941A1 - Einrichtung zur quasi potentialfreien erfassung von signalen in kraftfahrzeugen - Google Patents

Einrichtung zur quasi potentialfreien erfassung von signalen in kraftfahrzeugen

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    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • G—PHYSICS
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur quasi potentialfreien Erfassung von Signalen in Kraftfahrzeugen, insbesondere zur Erfas­ sung des Schleifersignales eines fremdversorgten Potentiometers, un­ abhängig von dem in Kraftfahrzeugen stets auftretenden Masseversatz.
Es ist allgemein üblich, in Kraftfahrzeugen Potentiometer einzu­ setzen, um verschiedene Betriebsparameter zu bestimmen. Beispiels­ weise wird die Stellung der Drosselklappe, die ein Maß für die Bela­ stung der Brennkraftmaschine ist, mit Hilfe eines Drosselklappen­ potentiometers ermittelt. Dabei stellt das Drosselklappenpotentio­ meter einen mechanisch veränderbaren Widerstand dar, an dessen Schleifer die von der Stellung der Drosselklappe abhängige Signal­ spannung abgegriffen wird.
Üblicherweise wird das Drosselklappenpotentiometer mit einem Anschluß über einen Einstellwiderstand an Bordnetzspannung gelegt, der andere Anschluß des Potentiometers liegt auf Masse. Zwischen dem Schleiferausgang und Masse entsteht die auszuwertende Schleifer­ spannung. Eine Einrichtung zur Messung der Drosselklappenstellung, die eine derartige Anordnung beschreibt, ist beispielsweise aus der DE-OS 37 14 697 bekannt.
Bei den bekannten Potentiometeranordnungen bzw. den zugehörigen Aus­ werteschaltungsanordnungen wird nicht berücksichtigt, daß beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges ein beträchtlicher Masseversatz auftreten kann, der dazu führt, daß bei der Auswertung der Schleiferspannung unerwünschte Fehler auftreten können.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß durch die Erzeugung einer Vorgabespannung ein gemeinsames Potential erzeugt wird, das eine Auswertung der Schleiferspannung unabhängig vom Masseversatz ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist, daß mit der Auswerteschaltung diese Vorgabespannung und der Masseversatz wieder beseitigt werden, wodurch am Ausgang der Schaltungsanordnung die Versorgungsspannung für das Potentiometer und die Schleiferspannung jeweils bezogen auf die Steuergerätemasse erhalten werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsge­ mäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zeichnung
Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur quasi potentialfreien Erfassung von Signalen, beispielsweise dem Schleifersignal eines Drosselklappenpotentiometers.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung weist einen Span­ nungsteiler mit den Widerständen R1 und R2 auf, der zwischen Plus 5 Volt und Masse geschaltet ist. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 ist mit dem nicht invertierenden Ein­ gang eines Operationsverstärkers OP1 verbunden, wobei der Opera­ tionsverstärker OP1 als Spannungsfolger geschaltet ist, sein Ausgang also direkt mit dem invertierenden Eingang verbunden ist.
Die Spannungsversorgung des Operationsverstärkers OP1 erfolgt über einen Widerstand R3, an dessen anderer Seite die Fahrzeugbatterie­ spannung UB anliegt. Zwischen dem Anschluß des Widerstands R3 und dem Operationsverstärker OP1 und Masse liegt eine in Sperrichtung geschaltete Zenerdiode D1 sowie parallel zur Zenerdiode D1 ein Kon­ densator C1.
Der Ausgang des Operationsverstärkers OP1 ist mit den nicht inver­ tierenden Eingängen dreier weiterer Operationsverstärker OP2, OP3 und OP4 verbunden, der invertierende Eingang des Operationsver­ stärkers OP2 liegt über einen Widerstand R5 am Schleifer S des Potentiometers P1, wobei zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 und Masse noch eine in Sperrichtung ge­ schaltete Zenerdiode D3 liegt.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP3 ist über einen Widerstand R6 mit der einen Seite des Potentiometers P1 ver­ bunden, der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP4 ist über einen weiteren Widerstand R8 mit der anderen Seite des Poten­ tiometers P1 verbunden und über eine in Sperrichtung betriebene Zenerdiode D2 auf Masse gelegt.
Zwischen den Ausgängen der Operationsverstärker OP2, OP3, OP4 und den entsprechenden invertierenden Eingängen liegen die Widerstände R5, R7 und R9. Zwischen den invertierenden und den nicht invertie­ renden Eingängen der genannten Operationsverstärker liegen Konden­ satoren C2, C3 und C4.
An den Operationsverstärker OP2 sowie den Operationsverstärker OP4 schließen sich zwei weitere Operationsverstärker derart an, daß der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 über einen Widerstand R10 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP5 und der Ausgang des Operationsverstärkers OP4 mit seinem Widerstand R14 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP6 verbunden ist. Die beiden nicht invertierenden Eingänge der Operationsver­ stärker OP5 und OP6 sind einerseits miteinander verbunden und ande­ rerseits über einen Widerstand R12 mit dem Ausgang des Operations­ verstärkers OP3 verbunden, wobei zwischen dem gemeinsamen Verbin­ dungspunkt der Operationsverstärker OP5 und OP6 und Masse ein Wider­ stand R13 liegt.
Zur Rückkopplung liegt zwischen den Ausgängen des Operationsver­ stärkers OP5 und OP6 und den entsprechenden invertierenden Eingängen je ein Widerstand R11 und R15. Die Ausgänge der Operationsverstärker OP5 und OP6 sind über Widerstände R17 bzw. R16 an einen bzw. mehrere Analog-Digital-Wandler ADW und damit an das Steuergerät ST ange­ schlossen.
Der Operationsverstärker OP6 ist weiterhin über den Widerstand R3 an die Batteriespannung UB angeschlossen und außerdem mit Masse verbun­ den.
Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung läßt sich wie folgt erläutern: Mit der in der Figur dargestellten Schaltung kann die Versorgungs­ spannung UR und die Schleiferspannung US eines nicht vom eigenen Steuergerät mit Spannung versorgten Potentiometers P1 unabhängig vom Masseversatz UM zwischen Steuergerätemasse und Potentiometermasse erfaßt werden. Da beim Einsatz der Schaltungsanordnung im Kraftfahr­ zeug die Spannungsversorgung der Operationsverstärker OP1 bis OP6 mittels der Kraftfahrzeug Batteriespannung oder Bordnetzspanung UB erfolgen soll, ist vorgesehen, eine Vorgabespannung UV als Quasi-Po­ tential zu erzeugen.
Die Spannungsversorgung der Operationsverstärker mit Batterie bzw. Bordnetzspannung UB ist erforderlich, um eine Begrenzung der Meß­ werte durch die Operationsverstärker OP1 bis OP6 zu verhindern. Dies wäre nicht gewährleistet, wenn die genannten Operationsverstärker an eine +5 Volt-Spannung angeschlossen wären.
Die am Ausgang des Operationsverstärkers OP1 anstehende Vorgabespan­ nung UV wird durch geeignete Wahl der Widerstände R1 und R2 so ein­ gestellt, daß die zweifache Vorgabespannung UV größer oder gleich ist einer Summe aus zu erfassenden Spannung und Masseversatz UM, wobei die zu erfassenden Spannungen die Versorgungsspannung für das Potentiometer UR oder die Schleiferspannung US ist.
Mit dem Spannungsteiler R1, R2 sowie dem nachfolgenden, als Span­ nungsfolger geschalteten Operationsverstärker OP1 wird am Ausgang des Operationsverstärkers OP1 die Vorgabespannung UV erzeugt. Die Höhe dieser Vorgabespannung ist durch die Werte der Widerstände R1 und R2 festlegbar. Die Vorgabespannung UV liegt auch an den nicht invertierenden Eingängen der Operationsverstärker OP2 bis OP4, die ebenso wie die Operationsverstärker OP5 und OP6 als Subtrahierer ge­ schaltet sind.
Die Meßsignale, also die Versorgungsspannung UR für das Potentio­ meter P1, der Masseversatz UM und die Schleiferspannung US werden auf die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker OP4, OP3 und OP2 geführt und dort von der am jeweils nicht invertierenden Eingang anliegenden zweifachen Vorgabespannung 2 UV subtrahiert.
Aus der zweifachen Vorgabespannung 2 UV und dem maximal auftretenden negativen Spannungsversatz läßt sich die minimal zulässige Betriebs­ spannung, bei der die Schaltung noch funktionsfähig ist, ermitteln. Solange die Bordnetz- bzw. Batteriespannung nicht unter diese mini­ mal zulässige Betriebsspannung fällt ist demnach ein ordnungsgemäßes Funktionieren der Schaltungsanordnung sichergestellt.
Mit den Operationsverstärkern OP5 und OP6 wird die Vorgabespannung UV und der Masseversatz UM eliminiert, so daß am Ausgang des Opera­ tionsverstärkers OP5 die Schleiferspannung und am Ausgang des Opera­ tionsverstärkers OP6 die Versorgungsspannung für das Potentiometer auf Steuergerätemasse bezogen und somit quasi potentialfrei vorlie­ gen.
Da die Schaltungsanordnung eine hochohmige Beschaltung der Opera­ tionsverstärker zuläßt, ist eine Erfassung von Spannungswerten, bei­ spielsweise der Schleiferspannung US bis zu minimal 5 Millivolt mög­ lich, ohne daß eine zusätzliche negative Spannungsversorgung erfor­ derlich ist. Die Schaltung ist daher besonders für den Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet.
Durch den Widerstand R3, die Zenerdiode D1 und den Kondensator C1 wird eine Glättung der Operationsverstärker-Versorgungsspannung er­ reicht, sie dienen außerdem als Schutzbeschaltung.
Die Zenerdioden D2 und D3 sowie die Kondensatoren C2, C3, C4, die jeweils zwischen dem invertierenden und dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2, OP3 und OP4 liegen, sind als Schutzbeschaltung gegen Überspannungen und hochfrequente Störungen vorgesehen.
Wird die bis hierher beschriebene Schaltungsanordnung über einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler ADW an das Steuergerät ST eines Kraftfahrzeugs angeschlossen, kann mit Hilfe der Widerstände R16 und R17 eine Bedämpfung der Schwingungsneigung erhalten werden.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Erfassung von Signalen in Kraftfahrzeugen, vor­ zugsweise der Versorgungsspannung und/oder der Schleiferspannung eines nicht vom Steuergerät versorgten Potentiometers, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zusätzlich zu den Signalen (UR, US) der Massever­ satz (UM) erfaßt wird und daß eine Vorgabespannung (UV) erzeugt wird, die mit den zu erfassenden Signalen (UR, US) und dem Masse­ versatz (UM) in bezug gesetzt wird und eine weitere Inbezugsetzung mit den so erhaltenen Spannungen erfolgt, so daß die Versorgungs­ spannung (UR) und die Schleiferspannung (US) quasi potentialfrei auf Steuergerätemasse bezogen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ gabespannung (UV) wenigstens doppelt so hoch ist wie die Summe der Spannungen aus einem der zu erfassenden Signale (UR, US) und dem maximal zu erwartenden Masseversatz (UM).
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (P1) ein Drosselklappenpotentiometer zur Bestim­ mung der Drosselklappenstellung oder ein Potentiometer eines Luft­ mengenmessers ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ gabespannung (UV) mit einem von der Bordnetzspannung (UB) versorg­ ten Operationsverstärkers (OP1) erzeugt wird, daß die Vorgabespan­ nung (UV) drei Operationsverstärker (OP2, OP3, OP4) zugeführt wird, wobei jeweils einem dieser Operationsverstärker zusätzlich die Schleiferspannung (US), der Masseversatz (UM) oder die Versorgungs­ spannung (UR) zugeführt wird und die Ausgangssignale der Operations­ verstärker (OP2, OP3, OP4) zwei weiteren Operationsverstärkern (OP5, OP6) so zugeführt werden, daß jeweils die nicht invertierenden Ein­ gänge der Operationsverstärker (OP5, OP6) mit dem Ausgang des Opera­ tionsverstärkers (OP3) verbunden sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationsverstärker (OP2 bis OP6) als Subtrahierer geschaltet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Operationsverstärker (OP5, OP6) über Widerstände (R16, R17) und einen Analog-Digital-Wandler (ADW) mit einem Steuer­ gerät (ST) verbunden sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem invertierenden Eingang der Operations­ verstärker (OP2 oder OP4) und Masse in Sperrichtung liegende Zener­ dioden (D2, D3) geschaltet sind.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingängen der Operations­ verstärker (OP2, OP3, OP4) Schutzkondensatoren (C2, C3, C4) geschal­ tet sind.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bordnetzspannung (UB) über einen Widerstand (R3) dem Operationsverstärker (OP1) zugeführt wird und eine Zenerdiode (D1) und ein Kondensator (C1) zwischen den dem Opera­ tionsverstärker (OP1) zugewandten Anschluß des Widerstandes (A3) und Masse geschaltet sind.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein zwischen eine positive Gleichspannung von vorzugs­ weise 5 Volt und Masse geschalteter Spannungsteiler (R1, R2) mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OP1) in Ver­ bindung steht und zur Einstellung der Vorgabespannung (UV) vorge­ sehen ist.
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