DE4235880C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung einer veränderlichen Größe bei Fahrzeugen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfas­ sung einer veränderlichen Größe bei Fahrzeugen gemäß den Oberbegrif­ fen der unabhängigen Patentansprüche.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 40 04 085 bekannt. Dort wird die Erfassung einer veränderli­ chen Größe eines Fahrzeuges mit einer Meßeinrichtung vorgeschlagen, welche wenigstens zwei zueinander redundante Sensoren bzw. Geber um­ faßt. Zur Fehlererkennung im Bereich der Signalerfassung werden die Meßsignale der Sensoren bzw. Geber miteinander auf Plausibilität verglichen. Dabei erscheint es jedoch schwierig zu sein, einen Kurz­ schluß zwischen den beiden Meßleitungen zu erkennen. Die Erkennung eines solchen Kurzschlußfehlers ist jedoch wichtig, da ein Kurz­ schluß zur Folge hat, daß beide Sensoren bzw. Geber über den gesam­ ten Wertebereich der zu erfassenden Größe einen identischen Meßwert liefern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit welchen Kurzschlüsse zwischen den Messsignalleitungen einer mit wenigstens zwei Sensoren bzw. Gebern aus­ gerüsteten Messeinrichtung erkennen lassen.

Dies wird dadurch erreicht, dass die Steigungen der Sensor- bzw. Gebercharakteristika betragsmäßig unterschiedlich sind und durch Vergleich der Messsignalwerte wenigstens in einem vorgegebenen Betriebsbereich der Messeinrichtung miteinander mögliche Feh­ lerzustände erkannt werden, wenn beide Messsignalwerte gegebenenfalls unter Berück­ sichtigung eines Toleranzbereiches voneinander abweichen.

Aus der DE-OS 40 15 415 ist ein wenigstens doppelt ausgelegtes Potentiometer bekannt, dessen Charakteristika im wesentlichen linear sind und betragsmäßig unterschiedliche Steigungen aufweisen. Maßnahmen zur Kurzschlusserkennung zwischen den Messsig­ nalleitungen sind nicht beschrieben.

Die Charakteristika der in der DE-OS 40 04 085 verwendeten Sensoren sind gegenläufig, die Steigungen der im wesentlichen linearen Kennlinien sind betragsmäßig gleich.

Aus der DE-OS 36 21 937 (US-PS 5 107 427) ist zur Erkennung von Fehlerzuständen zwischen Messsignalleitungen zweier, Sensoren, die dieselbe Größe erfassen, bekannt, zu Testzwecken die Masseverbindung der Sensoren aufzutrennen.

Aus der DE 40 04 083 A1 ist ein System zur Steuerung und/oder Regelung einer Brenn­ kraftmaschine wenigstens abhängig von Signalwerten, die einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs repräsentieren und von einer Einrich­ tung zur Erfassung dieses Betriebsparameters ermittelt werden, bekannt, wobei Fehl­ funktionen dieser Einrichtung ausgehend von den von ihr abgegebenen Signalwerten ab­ geleitet werden. Die Fehlfunktion zur Überprüfung dieser Einrichtung innerhalb vorgege­ bener Teilbereiche ihres Signalbereichs erfolgt mit geringerer Empfindlichkeit als außer­ halb. Dabei werden als mögliche Fehlfunktionen Kurzschlüsse eines Sensors gegen Plus erkannt. Dabei weist ein erster Sensor eine Stellungs-Signalgrößen-Kennlinie auf, die im wesentlichen linear von rechts nach links fällt, während die Kennlinie eines zweiten Sen­ sors entgegengesetzt verläuft. Die Steigungen der beiden Kennlinien sind dabei betrags­ mäßig gleich.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise erlaubt die Erkennung von Kurzschlüssen zwi­ schen den Messsignalleitungen einer Messeinrichtung, welche aus wenigstens zwei, die­ selbe Betriebsgröße erfassenden Gebern bzw. Sensoren besteht.

Besondere Vorteile ergeben sich in der Verbindung mit Doppel-Poten­ tiometern, wobei durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise die Ver­ wendung von Potentiometern mit linearer Charakteristik ermöglicht wird.

Besonders vorteilhaft ist, daß sich die Überwachung auf Kurzschlüsse lediglich aus einem Plausibilitätsvergleich zweier Signalwerte ohne zusätzlichen Aufwand wie Masseabschaltung oder komplizierte Umrech­ nungen der Signalwerte ergibt.

Ferner ist vorteilhaft, daß sich durch einen Kurzschluß zwischen den Meßsignalleitungen bei der erfindungsgemäßen Anordnung keine unge­ wollte Betriebssituation ergibt und selbst die fehlerhafte Meßinfor­ mation für einen Notfahrbetrieb weiter verwendbar ist.

Dieser Vorteil steht besonders bei der vorteilhaften Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei Stellungsgebern für Bedienele­ mente bei Fahrzeugen im Vordergrund.

Ferner ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise in vorteilhafter Wei­ se in Verbindung mit Potentiometern oder berührungslosen Stellungs­ gebern möglich.

Bei der vorteilhaften Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise in Verbindung mit einem Fahrpedal bei elektronischen Motorleistungs­ steuerungen ergeben sich Verbesserungen bezüglich Betriebssicherheit und Verfügbarkeit.

Weitere Vorteile ergeben sie auch der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.

Zeichung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Übersichtsschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform am Bei­ spiel einer elektronischen Motorleistungssteuerung (elektronisches Gaspedalsystem), während Fig. 2 die Charakteristika der Meßeinrich­ tung im fehlerfreien Betrieb und bei Kurzschluß zwischen den Meß­ signalleitungen darstellt. Fig. 3 schließlich beschreibt ein Fluß­ diagramm zur Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechnerprogramm.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel, welches als Blockschaltbild in Fig. 1 gezeigt ist, betrifft eine elektronische Motorleistungs­ steuerung bzw. ein sogenanntes elektronisches Gaspedalsystem. Dort werden in der Regel Doppelsensoren bzw. -geber zur Erfassung der Stellung des vom Fahrer betätigbaren Bedienelements und/oder des die Motorleistung bestimmenden Stellelements verwendet.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein vom Fahrer betätigbares Bedienelement 10 vorgesehen, welches über eine mechanische Verbin­ dung 12 mit einer Meßeinrichtung 14 zur Erfassung seiner Stellung verbunden ist. Die Meßeinrichtung 14 besteht dabei aus zwei Sensoren bzw. Gebern 16 und 18, welche jeweils mit der mechanischen Verbin­ dung 12 verknüpft sind und deren Meßsignal-Leitungen 20 bzw. 22 zu einer Steuereinheit 24 führen. Deren Ausgangssignalleitung 26 führt auf ein leistungsbestimmendes Stellelement 28 des Motors.

Beim Stellelement 28 handelt es sich im beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiel um die Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, in anderen vorteilhaften Anwendungsfällen kann es sich auch um eine Einspritzpumpe eines Dieselmotors handeln. Insbesondere zeigt die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch in Verbindung mit alternativen Antriebskonzepten für Fahrzeuge, z. B. Elektromotoren, eine vorteil­ hafte Wirkung.

Ferner ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise in bezug auf die Meß­ einrichtung nicht auf den beschriebenen Anwendungsfall einer Stel­ lungserfassung eingeschränkt, sondern kann überall dort verwendet werden, wo eine veränderliche Betriebsgröße mit wenigstens zwei Ge­ bern bzw. Sensoren erfaßt wird.

Die Meßeinrichtung 14 besteht, wie oben dargestellt, aus zwei Senso­ ren bzw. Gebern 16 und 18, welche im bevorzugten Ausführungsbeispiel Potentiometer darstellen, deren Schleiferabgriffe jeweils mit der mechanischen Verbindung 12 und damit mit dem Bedienelement 10 ver­ bunden sind.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ergibt sich wie folgt. Die Meßeinrichtung 14 liefert über die Meßsignallei­ tungen 20 und 22 an die Steuereinheit 24 zwei Meßwerte, welche die Stellung des Bedienelements 10 und damit den Fahrerwunsch repräsen­ tieren. Auf der Basis des vom Sensor bzw. Geber 16 erfaßten Meßwerts bildet die Steuereinheit 24 ein Ansteuersignal für das Stellelement 28, welches über die Leitung 26 an das Stellelement 28 zur dessen Betätigung mittels eines elektrischen Motors übermittelt wird. Dabei ist die Steuereinheit 24 derart ausgestaltet, daß die Einstellung des Stellelements 28 entsprechend dem Fahrerwunsch, d. h entsprechend dem von Sensor bzw. Geber 16 erfaßten Größe erfolgt. Der vom Sensor bzw. Geber 18 erfaßte, ebenfalls die Stellung des Bedienelements 10 repräsentierende Meßsignalwert, welcher über die Leitung 22 der Steuereinheit 24 übermittelt wird, dient zur Überwachung der Signal­ erfassung durch den Sensor bzw. Geber 16. Derartige Überwachungen sind aus dem Stand der Technik vielfach bekannt und basieren auf Plausibilitätsvergleich der Meßsignalwerte miteinander oder des Meß­ signalwerts des einen mit einem vom Meßsignal des zweiten Sensors abgeleiteten Schaltsignal. Ferner kann die Gesamtfunktion des Systems durch Vergleich der Meßwerte für die Stellung des Bedienele­ ments mit denen für das Stellelement erfolgen.

Neben den aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und Genauigkeit verwen­ deten Potentiometer sind auch lineare, berührungslose Stellungssen­ soren bzw. -geber in vorteilhafter Weise verwendbar, bei denen die nachfolgend beschriebene, erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Erken­ nung von Kurzschlüssen zwischen ihren Meßsignalleitungen in vorteil­ hafter Weise Anwendung finden kann.

Durch die aus dem Stand der Techik der DE-OS 40 15 415 bekannten Methoden ist die Meßeinrichtung 14 derart ausgestaltet, daß sich der Zusammenhang zwischen Meßsignalwert auf die Meßsignalleitungen 20 und 22 zur Stellung des Bedienelements 10 im wesentlichen linear ist und über betragsmäßig unterschiedliche Steigungen gemäß Fig. 2 ver­ fügt, wobei die Meßsignalwerte über den gesamten Wertebereich der zu erfassenden veränderlichen Größe diese repräsentierende Signalwerte abgeben.

Fig. 2 zeigt beispielhaft die Kennlinien der Meßeinrichtung 14. Da­ bei sind in Fig. 2 zwei gleichsinnige Kennlinien dargestellt, deren betragsmäßig unterschiedliche Steigung durch die im Stand der Tech­ nik der DE-OS 40 15 415 beschriebenen Maßnahmen (unterschiedliche Potentiometerbahnlänge oder verschiedene Versorgungsspannungen) realisiert werden. Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Vor­ gehensweise auch bei gegenläufigen Kennlinien gemäß der DE-OS 40 04 085 mit betragsmäßig unterschiedlichen Steigungen anwendbar, wobei die unterschiedlichen Steigungen ebenfalls durch die in der DE-OS 40 15 415 beschriebenen Maßnahmen realisiert werden können.

In Fig. 2 ist senkrecht der jeweilige Meßsignalwert U1/U2 darge­ stellt, während waagrecht die Stellung Beta des Bedienelements 10 aufgetragen ist. Das Bedienelement 10 ist dabei zwischen seinen zwei Anschlägen (Leerlauf (LL) und Vollast (VL)) vom Fahrer auslenkbar. Im wesentlichen linear dazu (mit einer kleinen Toleranz bezüglich der exakten Linearität) ändern sich die Ausgangssignalspannungen der Sensoren bzw. Geber 16 bzw. 18 von den Minimal- zu den Maximalwerten (U1/2_min, U1/2_max).

Dabei ist gemäß der bekannten Vorgehensweise die Versorgungsspannung der beiden Sensoren bzw. Geber derart beeinflußt, daß für den Sensor bzw. Geber 16 die Kennlinie 100 für den Sensor bzw. Geber 18 die Kennlinie 102 sich ergibt. Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbei­ spiel ist dabei der Meßsignalwert des Gebers 18 von 0-50% des Maximalwertes U1_max des Sensors 16 veränderlich.

Im Kurzschlußfall zwischen den beiden Meßsignalleitungen 20 und 22 weisen die Meßsignalwerte beider Sensoren bzw. Geber für eine Stel­ lung des Bedienelements den gleichen Meßwert auf, der in diesem Feh­ lerfall dem Mittelwert aus den beiden Meßsignalwerten entspricht. Im Kurzschlußfall resultiert demnach für beide Sensoren bzw. Gebern die strichliert dargestellte Kennlinie 104.

Da wie oben dargestellt die Funktion der bevorzugten Anordnung auf der Basis der Kennlinie 100 erfolgt, kann im Kurzschlußfall der Meß­ signalwert des Sensor 16, der sich dann gemäß Kennlinie 104 verhält, weiterhin zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet werden, da er auf jeden Fall betragsmäßig kleiner als der ursprüngliche Wert ist, demnach einen unter dem tatsächlichen Fahrerwunsch liegenden Fahrer­ wunsch repräsentiert. Somit können ungewollte Betriebszustände ver­ mieden werden. Selbst im Kurzschlußfall kann daher durch die erfin­ dungsgemäße Vorgehensweise ein komfortabler Notlauf mit ca. 75% der Leistung erreicht werden. Verfügbarkeit und Betriebssicherheit einer elektronischen Motorleistungssteuerung werden daher erheblich ver­ bessert.

Gleiches gilt für die vorteilhafte Verwendung einer Meßeinrichtung 14 mit gegensinnig verlaufenden Kennlinien, wobei in diesem Fall die Funktion der Anordnung nach Fig. 1 auf der Basis der zur der Stel­ lungsänderung des Bedienelementes 10 gegensinnig verlaufenden Sen­ sorkennlinie zu erfolgen hat. Die betragsmäßige Steigung der gleich­ sinnig mit der Stellung verlaufenden Kennlinie muß dann kleiner als die der gegenläufigen Kennlinie sein.

Ein bevorzugtes Beispiel einer Fehlerauswertung wird anhand Fig. 3 beschrieben.

Nach Start des in Fig. 3 skizzierten Programmteils werden im ersten Schritt 200 die Meßsignalwerte U1 und U2 der Sensoren bzw. Geber 16 und 18 eingelesen. Im darauffolgenden Abfrageschritt 202 wird über­ prüft, ob sich das System im Teillastbereich befindet, d. h. der Fahrer das Bedienelement 10 derart betätigt hat, daß auswertbare Signalwertunterschiede zwischen den beiden Sensorsignalen entstehen. Beispielsweise kann eine solche Schwelle im Bereich von 30% der Ge­ samtauslenkung des Fahrpedals liegen und durch Vergleich des ersten und/oder des zweiten Signalwerts mit einem entsprechenden Schwell­ wert abgefragt werden. Befindet sich das System nicht im Teillastbe­ reich, d. h. ist die Stellung des Bedienelements unterhalb des vor­ gegebenen Schwellwerts, so wird gemäß Schritt 204 die Fehlerüberprü­ fung nicht durchgeführt und das System abhängig vom Sensorsignalwert U1 gesteuert. Ein möglicher Fehlerzustand wirkt sich in diesem Fall aufgrund der geringen Signaldifferenz kaum auf die Funktion der Steuerung aus.

Wurde im Abfrageschritt 202 erkannt, daß das System sich im Teil­ lastbereich befindet, so werden im darauffolgenden Abfrageschritt 206 die Signalwerte U1 und U2 miteinander verglichen. Überschreitet der Signalwert U1 den Signalwert U2 ggfs. unter Berücksichtigung ei­ nes Toleranzbereiches delta, so wird gemäß Schritt 208 die Funk­ tionsweise der Meßeinrichtung als korrekt angenommen und das System in Abhängigkeit der Signalspannung U1 gesteuert. Ist im anderen Fall die Abfrage gemäß Schritt 206 negativ, d. h. überschreitet der Signalwert U1 den Signalwert U2 nicht, so wird von einem Fehler im Bereich der Meßeinrichtung, insbesondere von einem Kurzschluß zwi­ schen den Meßleitungen 20 und 22, ausgegangen und gemäß Schritt 210 der Fehler zur Anzeige gebracht. Durch die erfindungsgemäße Wahl der Kennlinien der Sensoren bzw. Geber 16 und 18 wird ein Notlauf da­ durch realisiert, daß weiterhin die Systemfunktion abhängig vom Wert U1 gesteuert wird. Wie oben dargestellt, existiert dadurch eine ver­ wertbare Signalinformation, die einen Notlaufbetrieb auch bei Kurz­ schluß der Signalleitungen rechtfertigt. Nach den Schritten 204, 208 oder 210 wird der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wieder­ holt.

Bei gegenläufigen Kennlinien sind in den Schritten 202 und 206 je­ weils die normierten Signalwerte zu berücksichtigen.

Ferner sei nochmals darauf hingewiesen, daß die anderen bekannten Überwachungsmaßnahmen in Zusammenhang mit Stellungsgebern bei elek­ tronischen Motorleistungssteuersystemen, wie z. B. Wertbereichsüber­ prüfungen, Überprüfungen mit Hilfe der Stellung der Drosselklappe sowie Plausibilitätsüberprüfungen der Signalwerte der beiden Senso­ ren ergänzend zu der vorgestellten Überwachungsmaßnahme angewendet werden können.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise findet in vorteilhafter Weise auch in Verbindung mit mehr als zwei Sensoren bzw. Gebern Anwendung.

Ferner kann die beschriebene Maßnahme auch in Verbindung mit nicht linearen Kennlinien Anwendung finden, wobei in jedem Betriebspunkt die Kennlinientangenten betragsmäßig unterschiedliche Steigungen aufweist. Vorzugsweise ist die Stellungsabhängigkeit der Meßsignalwerte in diesem Anwendungsbeispiel durch die gleiche mathematische Funktionenklasse (z. B. e-Fkt, etc.) bestimmt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erfassung einer veränderlichen Größe eines Fahrzeugs,

• - mit einer Messeinrichtung, welche über wenigstens zwei Sensoren oder Geber zur Er­ fassung der veränderlichen Signalgröße verfügt,
• - wobei die Kennlinien dieser Sensoren oder Geber betragsmäßig unterschiedliche Steigungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass
• - auf der Basis der Signalwerte dieser beiden Sensoren oder Geber Kurzschlüsse zwi­ schen den beiden Signalleitungen der Sensoren oder Geber überprüft werden, wobei ein fehlerfreier Betrieb erkannt wird, wenn beide Signalwerte voneinander abwei­ chen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren oder Geber Potentiometeranordnungen sind.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren oder Geber mit einem vom Fahrer betätigbaren Bedienelement verbun­ den sind und dessen Stellung erfassen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler dann erkannt wird, wenn die beiden Signalwerte der beiden Sensoren oder Geber nicht wesentlich voneinander abweichen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßeinrichtung Teil einer elektronischen Mo­ torleistungssteuerung ist und auf der Basis eines Meßsignalwerts ein leistungsbestimmendes Element des Motors des Fahrzeugs eingestellt wird, wobei dieser Signalwert vom Sensor mit der betragsmäßig größe­ ren Steigung stammt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei erkanntem Fehlerzustand ein Notlauf auf der Basis des die normale Systemfunktion steuernden Signalwerts durchge­ führt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Überprüfung im Teillastbereich erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kennlinien gleichsinnig oder gegensinnig zu­ einander ausgeführt sind.

9. Vorrichtung zur Erfassung einer veränderlichen Größe bei einem Fahrzeug,
mit einer Messeinrichtung, welche aus wenigstens zwei Sensoren oder Gebern zur Erfassung der veränderlichen Größe besteht, wobei die Charakteristik dieser Senso­ ren oder Geber betragsmäßig unterschiedliche Steigungen aufweist,
mit einem vom Fahrer betätigbaren Bedienelement, mit dem die Messeinrichtung verbunden ist und dessen Stellung diese erfasst,
mit einer Steuereinheit zur Einstellung eines Stellelements auf der Basis der erfassten Stellung des Bedienelements, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit Mittel umfasst, welche auf der Basis des Signalwerts des Sensors o­ der Gebers mit betragsmäßig größeren Kennliniensteigung das Stellelement einstel­ len.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ferner Mittel vorgesehen sind, welche zur Erfassung eines Kurzschlusses zwischen den Signalleitungen der Senso­ ren oder Geber die Signalwerte der Sensoren oder Geber miteinander vergleichen und ei­ nen Fehlerzustand erkennen, wenn die Signalwerte nicht voneinander abweichen, wobei die Einstellung des Stellelements weiterhin auf der Basis des Signalwerts des Sensors o­ der Gebers mit betragsmäßig größeren Kennliniensteigung das Stellelement erfolgt.