DE4204623A1 - Einrichtung zur erfassung einer veraenderlichen groesse in fahrzeugen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung einer verän­ derlichen Größe in Fahrzeugen, insbesondere zur Erfassung einer ver­ änderlichen Stellung eines beweglichen Elements mittels einer poten­ tiometrischen Schaltungsanordnung.

Moderne Motorsteuerungssysteme beeinflussen auf der Basis der von Meßeinrichtungen erfaßten veränderlichen Größen des Motor und/oder des Fahrzeugs die Leistung des Motors. Fehlerzustände der Meßein­ richtungen können daher zu Einschränkungen der Betriebssicherheit und der Verfügbarkeit des Fahrzeugs führen.

Dies gilt besonders für Stellungsgeber, welche die Stellung eines beweglichen Elements in Fahrzeugen, wie ein Leistungsstellglied oder ein Bedienelement (Fahrpedal), erfassen. Dies deshalb, weil aufgrund einer Fehlmessung der jeweiligen veränderlichen Größe eine ungewoll­ te Beschleunigung des Fahrzeugs oder ein Absterben des Fahrzeugmo­ tors die Folge sein könnte. Es ist daher notwendig, die Funktions­ weise derartiger Stellungsgeber zu überwachen und im Fehlerfall des Gebers ein sicherheitsunkritisches Verhalten des Fahrzeugs sicherzu­ stellen.

Aus dem Stand der Technik sind daher vielfache Ansätze bekannt, wel­ che diese grundsätzliche Aufgabenstellung zu lösen versuchen. Als Beispiel sei die DE-OS 35 10 173 (US-PS 46 03 675) genannt. Dort wird neben einem die Stellung eines Fahrpedals erfassenden Stel­ lungsgeber ein Schaltelement oder ein zweiter Stellungsgeber vorge­ sehen, wobei zur Fehlerüberwachung die Ausgangssignale dieser Ele­ mente auf Plausibilität miteinander verglichen werden. Dadurch wer­ den die Stellungsgeber überwacht. Im Fehlerfall wird die Endstufe zur Ansteuerung des Leistungsstellelements abgeschaltet. Ferner sind weitere Überwachungsmaßnahmen vorgeschlagen, wie z. B. die Überwa­ chung eines Lageregelkreises mittels der Soll-/Ist-Abweichung.

Diese Einrichtung berücksichtigt nicht, daß bei Potentiometern als Stellungsgeber infolge von Abrieb auf der Potentiometerbahn eine Er­ höhung des Übergangswiderstandes von der Bahn auf den Schleifer ent­ stehen kann und so das Meßsignal verfälscht werden kann. Dadurch wird möglicherweise ein Fehlerzustand erkannt, der lediglich auf ei­ nen erhöhten Übergangswiderstand zurückzuführen ist, welcher jedoch keinen vollständigen Ausfall des Geberelements darstellt. In diesem Falle ist die Abschaltung des Systems von Nachteil.

Aus der DE-OS 40 20 106 ist bekannt, in Verbindung mit einer poten­ tiometrischen Schaltungsanordnung zur Erfassung der Stellung eines Leistungsstellgliedes einen sogenannten "Pull-Up-Widerstand" vorzu­ sehen, welcher von der Schleiferleitung des Potentiometers zur Ver­ sorgungsspannung der Anordnung geschaltet ist. Dadurch wird bei un­ terbrochener Schleiferleitung ein Signalpegel auf der Eingangslei­ tung der Auswerteschaltung simuliert, aufgrund dessen eine Unterbre­ chung der Schleiferleitung erkannt wird. Im Falle einer elektroni­ schen Motorleistungssteuerung führt dies beim Stellungsgeber der Drosselklappe zu einem Schließen der Drosselklappe aufgrund der Funktion des Lagereglers. Auch hier können durch Übergangswiderstän­ de zwischen Potentiometerbahn und Schleiferleitung ungewollt Fehler­ zustände erkannt werden, wenn die Werte des "Pull-Up-Widerstands" und des Übergangswiderstandes derart bemessen sind, daß durch den entstehenden Spannungsteiler ein "fehlerhafter" Signalpegel auf der Eingangsleitung der Auswerteschaltung entsteht.

Eine vergleichbare Wirkung weist ein "Pull-down-Widerstand" nach Masse auf, der in anderen Ausführungsbeispielen im Stand der Technik verwendet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erfassung einer veränderlichen Größe in einem Fahrzeug derart auszu­ gestalten, daß die Fehlererkennung dieser Einrichtung in vollem Um­ fang gewährleistet ist, ohne daß die obengenannten ungewollten Fehlerzustände auftreten.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Meßeinrichtung wenigstens zwei Sensoren bzw. Geber (Meßelemente) umfaßt, die die veränderliche Größe repräsentierende Signale erzeugen, welche zumindest teilweise re­ dundant sind. Dabei wird auf signalpegelbestimmende Schaltungsele­ mente im Bereich der Meßelemente und ihrer Zuleitungen verzichtet und die Meßelemente unmittelbar, gegebenenfalls über Filtermittel, mit einem Rechenelement verbunden sind, wobei ein vom Rechenelement betätigbares Schaltelement vorgesehen ist, über welches der Be­ triebsstrom wenigstens eines Sensors bzw. Gebers zugeführt wird.

Aus der DE-OS 40 04 086 ist ein Überwachungsverfahren für derartige Stellungsgeber bekannt. Dabei werden die redundanten bzw. teilweise redundanten Meßsignalwerte miteinander auf Plausibilität verglichen.

Aus der DE-OS 36 21 937 ist die Überwachung eines Potentiometers mittels eines in die Masseleitung des Potentiometers eingefügten Schaltelements bekannt. Zu vorgegebenen Testzeiten wird dieses Schaltelement geöffnet und die Schleiferspannung im Hinblick auf die Versorgungsspannung auf Plausibilität überprüft.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise erlaubt eine uneingeschränkte Überwachung der Meßeinrichtung bzw. ihrer Meßelemente. Vorteile er­ geben sich besonders bei der Anwendung auf potentiometrische Meßan­ ordnungen, da ungewollte Fehlererkennungen, z. B. durch erhöhte Über­ gangswiderstände zwischen Potentiometerbahn und Schleifer, nicht auftreten.

Die Einfügung des steuerbaren elektrischen Schalters in wenigstens eine Versorgungsleitung ermöglicht dennoch die Erkennung verdeckter Fehlerzustande bei unterbrochener Schleiferleitung.

Besonders vorteilhaft ist es, bei der Verwendung von Doppelpotentio­ metern oder Potentiometer/Schalter-Kombinationen in Potentiometer­ technologie, wenn in eine Versorgungsleitung eines der Potentiometer ein derartiger Schalter eingebaut ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen verdeutlicht. Die einzige Figur zeigt vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung am Beispiel einer elektronischen Motorleistungssteuerung. Dabei ist mit 10 ein Steuersystem bezeichnet, welches im wesentlichen aus einer Rechen­ einheit 12 besteht. Ein erster Ausgang 14 der Recheneinheit 12 ist mit der Ausgangsleitung 16 des Steuersystems 10 beaufschlagt und verbindet die Recheneinheit 12 mit einem Stellelement 18, insbeson­ dere einem Leistungsstellelement des Motors, wie eine Drosselklappe oder eine Regelstange. Die Eingänge 20 bis 22 der Recheneinheit 12 sind mit den Eingangsleitungen 24 bis 26 beaufschlagt, welche die Recheneinheit 12 mit den Meßeinrichtungen 28 bis 30 verbinden.

Ferner ist in der Figur ein bewegliches Element 32 dargestellt, bei dem es sich z. B. um ein vom Fahrer betätigbares Bedienelement oder aber um das Leistungsstellelement 18 handelt. Dieses Element 32 ist über die mechanische Verbindung 34 mit zwei Meßelementen bzw. Ge­ bern/Sensoren 36 und 38 verbunden. Der Stellungsgeber 36 ist über eine Versorgungsleitung 40 mit dem Masseanschluß 42 verbunden. Über die Versorgungsleitung 44, den Verknüpfungspunkt 45 sowie die Ver­ sorgungsleitung 46 ist er ferner mit dem positiven Pol 48 der Ver­ sorgungsspannung verknüpft. In vergleichbarer Weise führt die Ver­ sorgungsleitung 50 vom Geber 38 über einen elektronisch steuerbaren Schalter 52 zu ihrem Masseanschluß 54. Ferner ist der Geber 38 über die Versorgungsleitung 56, den Verknüpfungspunkt 45 und die Leitung 46 mit dem positiven Pol 48 der Versorgungsspannung verknüpft. Die Signalleitung 58 führt vom Geber 36 über einen Leitungswiderstand 60 und ein signalformendes bzw. filterndes Element 62 zum Eingang 64 der Recheneinheit 12. Ebenso führt die Ausgangsleitung 66 des Gebers 38 über einen Leitungswiderstand 68 und ein signalformendes bzw. filterndes Element 70 zum Eingang 72 der Recheneinheit 12. Die signalformenden bzw. filternden Elemente 62 und 70 stellen dabei in einem Ausführungsbeispiel tiefpaßartige Schaltungen dar und beste­ hen dabei vorzugsweise aus einem ersten gegen Masse geschalteten Kondensator 74 bzw. 76, einem zweiten gegen Masse geschalteten Kon­ densator 78 bzw. 80 sowie einem zwischen den beiden Kondensatoren geschalteten Widerstand 82 bzw. 84.

Von einem Verknüpfungspunkt 86 auf der Leitung 46 führt eine Leitung 88 zum Eingang 90 der Recheneinheit 12. Von einem weiteren Ausgang 92 der Recheneinheit 12 führt eine Ausgangsleitung 94 zum elektro­ nisch betätigbaren Schalter 52.

Die Meßelemente bzw. Geber 36 und 38 sind vorzugsweise Potentiome­ ter. Die starre Verbindung 34 ist dabei auf den Schleifer 96 des Ge­ bers 36 bzw. den Schleifer 98 des Gebers 38 geführt. Die Ausgangs­ leitungen 58 bzw. 66 sind mit dem Schleifer 96 bzw. 98 verbunden. Die Schleifer bewegen sich, geführt von der starren Verbindung 34, entsprechend der Stellung des beweglichen Elements 32 über die Wi­ derstandsbahnen 100 des Gebers 36 bzw. 102 des Gebers 38. Über die Verbindungsleitungen 44 und 40 bzw. 56 und 50 werden die Potentio­ meterbahnen 100 bzw. 102 mit Strom versorgt.

Im Normalbetrieb des Steuersystems wird der vom Geber 36 erzeugte Stellungsmeßwert in Verbindung mit anderen Betriebsgrößen des Fahr­ zeugs bzw. des Motors, welche von den Gebern 28 bis 30 erfaßt werden zu Regelungs- bzw. Steuerungszwecken in der Recheneinheit 12 ausge­ wertet. Entsprechend der dargestellten Funktion wird dann über die Ausgangsleitung 36 das Stellelement 18 eingestellt. Ein derartiges Steuersystem stellt beispielsweise die elektronische Motorleistungs­ steuerung (E-Gas) dar. Weitere Steuersysteme dieser Art steuern die Kraftstoffzumessung, den Zündzeitpunkt, oder stellen eine Antriebs­ schlupfregelung, eine Leerlaufregelung, etc. dar. Der Geber 38 er­ zeugt ein zum Ausgangssignal des Gebers 36 zumindest teilweise re­ dundantes Stellungsmeßsignal. Dabei kann es sich bei dem Geber 38 nicht nur um einen zum Geber 36 redundanten Stellungsgeber, wie z. B. ein weiteres Potentiometer, handeln, sondern auch um ein Schaltele­ ment, welches an bestimmten Positionen des Elements 32 seinen Schaltzustand wechselt. Dabei ist insbesondere an einen in Potentio­ metertechnologie dargestellten Schalter zu denken.

Die Signale der Geber 36 und 38 werden im Rechenelement Plausibili­ tätsüberprüfungen unterzogen, die die korrekte Funktion der Geber 36 belegen sollen. Derartige Überprüfungen sind aus dem eingangs ge­ nannten Stand der Technik bekannt.

Bezüglich der Realisierung des oben dargestellten Meßanordnung mit wenigstens zwei Meßelementen sind je nach Ausführungsbeispiel ver­ schiedene Konfigurationen denkbar. In einem ersten Ausführungsbei­ spiel sind die Kennlinien der beiden Geber im wesentlichen parallel zueinander, d. h. eine Veränderung des Elements 32 führt zu gleichge­ richteten Änderungen der Ausgangssignale der Geber. Dabei kann in einem Ausführungsbeispiel einer Endstellung ein hoher, der anderen ein niedriger Signalpegel zuordnet sein, in einem anderen Ausfüh­ rungsbeispiel können umgekehrte Verhältnisse vorliegen. Ferner kann es vorteilhaft sein, die Kennlinien der beiden Geber zueinander ge­ genläufig sind. Hier ist einer Endstellung ein hoher Signalpegel des einen, ein niedriger Signalpegel des anderen Geber zugeordnet.

Ebenso können von Ausführung zu Ausführung Unterschiede in der Aus­ wertung der Signale bestehen. In einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel wird das Signal eines Gebers für Steuerungszwecke ausgewertet, während das Signal des anderen Gebers ausschließlich zur Überwachung des ersten Gebers verwertet wird. In anderen Ausführungen kann zu Steuerzwecken auch von einem Mittelwert aus beiden Signalen, einer Minimal- oder Maximalwertauswahl ausgegangen werden.

Wie oben erwähnt, kann das Meßsignal der Geber 36 bzw. 38 durch er­ höhte Übergangswiderstände zwischen den Potentiometerbahnen und den Schleifern fehlerhaft sein. Dies tritt insbesondere in häufig sehr genau angefahrenen Punkten, wie z. B. den Wendepunkten des Bewegungs­ bereichs des Elements 32, auf.

Beim Doppelpotentiometer kann durch die fehlenden signalpegelbestim­ menden Beschaltung der Eingangsleitungen 58 und 66 aufgrund der Überprüfung der Differenz der Spannungswerte auf einen vorgegebenen Toleranzbereich (bekannte Plausibilitätsüberprüfung) Übergangswider­ stände im Bereich bis zu 100 kOhm toleriert werden, ohne daß ein Fehlerzustand erkannt wird.

Wie im eingangs erwähnten Stand der Technik dargestellt, lassen sich durch die dort beschriebene Vorgehensweise die folgenden Fehlerzu­ stände erkennen:
Kurzschluß bzw. Nebenschluß der Leitung 46 zu Bordnetzspannung hin,
Kurzschluß bzw. Nebenschluß der Leitung 46 nach Masse hin, abgeris­ sene Leitung 46, abgerissene Masseleitungen, Kurzschluß bzw.
Nebenschluß der Ausgangsleitungen (Schleiferleitungen) nach plus,
Kurzschluß bzw. Nebenschluß der Schleiferleitungen nach Masse.

Die Erkennung der oben dargestellten Fehlerzustände wird durch die Maßnahme, die Ausgangsleitung lediglich mit signalformenden bzw. filternden Schaltungselementen und nicht mit signalpegelbestimmenden Schaltungselementen zu beschalten, nicht gestört, so daß durch Weg­ lassen dieser signalpegelbestimmenden Beschaltung ein wesentlicher Vorteil im Hinblick auf den eingangs genannten Nachteil der unge­ wollten Fehlererkennungen aufgrund von erhöhten Übergangswiderstän­ den erreicht wird.

Wie im Stand der Technik dargestellt, wird die signalpegelbestimmen­ de Beschaltung aus Gründen des Nachweises einer abgerissenen bzw. unterbrochenen Schleiferleitungen eingefügt. Durch das erfindungsge­ mäße Weglassen dieser signalpegelbestimmenden Schaltung ist die Er­ kennung dieses Fehlerzustandes unter einigen wenigen Umständen nicht mehr möglich.

Im Falle des Gebers 36, dessen Ausgangssignal in einem Ausführungs­ beispiel zur Weiterverarbeitung in der Steuerfunktion vorgesehen ist, ergibt sich das folgende Verhalten.

Die unterbrochene Leitung wird in der Regel als ein Signalwert nahe dem Nullpunkt erfaßt und führt dazu, daß die Recheneinheit 12 ver­ sucht, das Stellelement 18 auf den von der nun unterbrochenen Schleiferleitung vorgegebenen Wert einzustellen. Dadurch ergibt sich in der Regel eine Unplausibilität zwischen der Stellung des Elements 32 (Sollwert) und der Stellung des Stellgliedes 18 (Istwert). Ande­ rerseits folgt daraus auch in der Regel eine Unplausibilität zwi­ schen den Signalwerten der Geber 36 und 38 oder des Signalwerts des Gebers 36 im Sinne der aus dem Stand der Technik bekannten Überwa­ chung.

Es kann jedoch der Fall auftreten, daß das Stellelement 18 in Bezug auf die Vorgabe durch das Element 32 in der richtigen Position steht, wodurch die obigen Überwachung keine Unstimmigkeit in den zur Verfügung stehenden Signalwerten erkennen. Dies ist dann der Fall, wenn bei unterbrochener Schleiferleitung die Drosselklappe bei los­ gelassenem Fahrpedal in der Leerlaufposition sich befindet. Diese Position ist jedoch sicherheitsunkritisch, so daß die unterbrochene Schleiferleitung am Geber 36 keine Auswirkungen hat. Dies gilt so­ wohl dann, wenn es sich beim Element 32 um ein Bedienelement han­ delt, als auch dann, wenn das Element 32 ein Stellelement darstellt.

Anders gelagert ist der Fall in Bezug auf den Geber 38, der zu Über­ wachungszwecken dient. Dort ist zwar in der Regel eine unterbrochene Schleiferleitung ebenfalls anhand der im Stand der Technik beschrie­ benen Plausibilitätsüberwachungen erkennbar. Zufällig kann jedoch der von der Recheneinheit 12 eingelesene Meßwert zu dem vom Geber 36 erzeugten Meßwert plausibel sein. Dies dann, wenn das Stellelement 18 in der von Element 32 vorgegebenen Stellung steht bzw. wenn das Element 32 oder das Stellelement 18 in einer Stellung steht, in der der Meßwert des Gebers 36 dem eingelesenen Wert vom Geber 38 bei un­ terbrochener Schleiferleitung entspricht. Derartige Situationen kön­ nen z. B. bei gegenläufigen Gebern auch im Bereich einer Vollaststel­ lung entstehen. Da ein derartiger Fehler nicht erkennbar und somit versteckt ist, kann es zu ungewollten Fahrsituationen kommen.

Vorteilhaft ist daher die Verwendung des elektrisch steuerbaren Schaltelements 52, welches in einer Versorgungsleitung des Gebers 38 eingebaut ist und über das der Betriebsstrom des Gebers 38 geführt ist.

Zu vorgegebenen Testzyklen öffnet die Recheneinheit 12 über ihren Ausgang 92 und die Leitung 94 das Schaltelement 52. Dadurch wird auf die Schleiferleitung 66 die Versorgungsspannung des positiven Pols 48 aufgeprägt. Ist die Leitung unterbrochen und am Eingang 72 kein Versorgungsspannungspotential, so erkennt die Recheneinheit den Feh­ lerzustand anhand eines Vergleichs mit der über die Leitung 88 und den Eingang 90 eingelesenen Versorgungsspannung. Durch diese vor­ teilhafte Maßnahme ist auch der oben dargestellte verdeckte Fehler­ zustand erkennbar.

Durch die geschilderte Vorgehensweise werden somit ohne Einbuße der Sicherheit ungewollte Fehlererkennungen bei erhöhtem Übergangswider­ stand zwischen Potentiometerbahn und Schleifer vermieden.

In anderen Ausführungsbeispielen kann zusätzlich zur Erkennung einer unterbrochenen Schleiferleitung der Meßeinrichtung 36 ein elektrisch steuerbarer Schalter auch in der Massezuleitung der Meßeinrichtung 36 vorgesehen sein.

Vorstehend wird unter dem Fehlerzustand der unterbrochenen Leitung auch solche elektrische Fehler verstanden, die einer Unterbrechung nahekommen, ohne daß ein physikalischer Leistungsbruch vorliegt.

Die vorstehend beschriebenen Vergleiche von Meßwerten erfolgen selbstverständlich nach Maßgabe der üblichen Toleranzen.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist vorteilhaft für alle Stel­ lungsgeber nach dem potentiometrischen Prinzip in Fahrzeugen anwend­ bar.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Erfassung einer veränderlichen Größe in Fahrzeu­ gen,

• - mit wenigstens zwei Meßelementen (36, 38), die jeweils wenigstens ein, die gleiche veränderliche Größe repräsentierendes Signal abge­ ben,
• - mit einem Rechenelement (12), dem die Ausgangssignale der Meßele­ mente über Verbindungsleitungen (58, 66) zugeführt werden, zur Ver­ wertung zu Steuerungszwecken, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Meßelemente (36, 38) unmittelbar, gegebenenfalls über Filter­ mittel, mit dem Rechenelement verbunden sind,
• - und daß ein vom Rechenelement steuerbares elektronisches Schalt­ element (52) in wenigstens eine Versorgungsleitung eines Gebers oder Sensors (38) eingefügt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei­ den Meßelemente, Geber bzw. Sensoren (36, 38) Potentiometeranordnun­ gen darstellen.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßelemente ein Doppelpotentiometer bilden.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßelemente zur Erfassung der Stellung eines Bedienelements oder eines Stellelements bei einer elektronischen Mo­ torleistungsteuerung dienen.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der elektronische Schalter in der Masseleitung ei­ nes der Geber oder Sensoren eingefügt wird.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in vorgegebenen Testzyklen durch die Recheneinheit die Masseleitung unterbrochen wird.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die signalformenden Mittel tiefpaßartige Schal­ tungen sind.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Fehlerüberwachung Plausibilitätsvergleiche der Meßsignale vorgenommen werden.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein erster Geber (36) zu Steuerungszwecken, ein zweiter (38) zu Überwachungszwecken dient, wobei der zweite Geber ein in Potentiometertechnologie realisierter Schalter sein kann.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter dem zu Über­ wachungzwecken vorgesehenen Geber zugeordnet ist.