DE4308280A1 - Verfahren zur Überwachung der elektrischen Verbindung zwischen einem Potentiometer und einer Auswerteelektronik und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der elektrischen Verbindung zwischen einem Potentiometer und einer Auswerteelektronik, wobei auf die Schleiferleitung des Potentiometers eine rechteckförmige Wechselspannung eingekoppelt wird sowie eine Schaltungsanordnung zur Durch­ führung des Verfahrens.

Bei sicherheitsrelevanten Soll- oder Istwertgebern, wie beispielsweise in einer Anlage zur elektrischen Steuerung der Motorleistung(E-Gas-Anlage) in einem Kraftfahrzeug können durch mangelnden Kontakt zwischen einem Schleifer und der Widerstandsbahn eines Potentiometers schwerwiegende Folgen eintreten.

Die Größe der Spannung am Schleifer eines Potentiometers ist dabei ein Maß für die Position des Schleifers auf der Widerstandsbahn. Die Auswertung der gemessenen Größe er­ folgt insbesondere bei Kraftfahrzeugen, in der Regel nicht am Meßort, sondern in einer räumlich entfernt angeordneten Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist mit dem Potentio­ meter über elektrische Leitungen verbunden. Wegen der er­ höhten mechanischen Beanspruchung der Leitungen in Kraft­ fahrzeugen besteht die Gefahr, daß die Leitungen unterbro­ chen werden bzw. bei Korrosionserscheinungen sich der Über­ gangswiderstand erhöht. Diese Störungen sollen von der Aus­ werteeinrichtung erkannt werden.

Zur Überwachung des Kontaktes zwischen einer Widerstands­ bahn und dem Schleifer eines Potentiometers ist es bekannt, der am Schleifer des Potentiometers einstellbaren Gleich­ spannung über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator eine Wechselspannung zuzuführen. Die so angeregte Gleichspannung wird gleichgerichtet und einer Auswerteeinheit zugeführt.

Im Normalfall stellt das Potentiometer im Vergleich zum Wi­ derstand der Reihenschaltung einen niederohmigen Widerstand dar, so daß die Gleichspannung wenig verfälscht wird. Bei Erhöhung des Übergangswiderstandes am Schleifer des Po­ tentiometers durch Korrosion bzw. bei Abriß der Leitung wird die Wechselspannung, welche an der Auswerteelektronik anliegt, größer, so daß die Auswerteelektronik einen Fehler erkennt.

Nachteilig ist, daß ein hoher schaltungsmäßiger Aufwand zur Realisierung notwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung der elektrischen Verbindung zwischen einem Po­ tentiometer und einer Auswerteelektronik anzugeben, das einfach und zuverlässig arbeitet und ohne großen zusätzli­ chen schaltungstechnischen Aufwand durchführbar ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zunächst die Eingangs­ spannung der Auswerteelektronik gemessen wird. Danach wird die High-Phase der anregenden rechteckförmigen Wechselspan­ nung geschaltet, anschließend die Eingangsspannung der Aus­ werteelektronik wiederum gemessen und die Differenz zum vorhergehenden Meßwert gebildet. Anschließend wird die Low- Phase der anregenden rechteckförmigen Wechselspannung geschaltet, woran sich eine erneute Messung der Eingangs­ spannung der Auswerteelektronik anschließt und wonach die Differenz zum vorhergehenden Meßwert gebildet wird. Die aufgrund der Low-Phase ermittelte Differenz wird von der aufgrund der High-Phase ermittelten Differenz subtrahiert und das Ergebnis der Subtraktion mit einer Fehlerschwelle verglichen. Wird die Fehlerschwelle überschritten, erkennt die Auswerteelektronik sicher einen Fehler.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verbin­ dung zwischen Potentiometerbahn und Auswerteschaltung zu­ verlässig überwacht. Stetige Änderungen des Potentiometer­ ausgangssignals führen durch diese Art der Auswertung nicht zur Detektion von Fehlern.

Vorteilhafterweise erfolgt die Messung der Eingangsspannung der Auswerteelektronik jeweils am Ende der High-Zeit bzw. am Ende der Low-Zeit der anregenden rechteckförmigen Wech­ selspannung.

In einer Ausgestaltung inkrementiert ein Fehlerzähler bei Fehlererkennung, während er bei ausbleibender Fehlererken­ nung dekrementiert.

Erst wenn der Fehlerzähler den festgesetzten Schwellwert überschreitet, erkennt die Auswerteeinheit einen unzulässig hohen Übergangswiderstand bzw. einen Abriß.

Ist das Nutzsignal wie im Falle einer E-Gas-Anlage in einem Kraftfahrzeug in der Steilheit begrenzt und seine Dynamik bekannt, wird dadurch sichergestellt, daß durch die Dynamik des Nutzsignals bedingte Fehlererkennungen zwar den Fehler­ zähler vereinzelt inkrementiert, aber keine Fehlerreaktio­ nen auslösen.

Vorteilhafterweise werden rechteckförmige Wechselspannungen unterschiedlicher Frequenzen abwechselnd eingekoppelt. Bei entsprechender synchronisierter Auswertung führt eine ab­ wechselnde Einkopplung mehrerer Frequenzen dazu, daß der Einfluß von externen Störquellen auf die Fehlerauswertung reduziert wird.

Das beschriebene Verfahren ist durch eine Schaltungsanord­ nung realisierbar, bei welcher der Schleifer des Potentio­ meters einerseits über eine Reihenschaltung aus einem Wi­ derstand und einem Kondensator mit einer eine Wechselspan­ nung bereitstellenden Vorrichtung und andererseits mit ei­ ner Auswerteelektronik verbunden ist.

Dadurch ist das Verfahren mit sehr geringem schaltungsmäßi­ gen Aufwand durchführbar.

Der schaltungstechnische Aufwand wird dadurch reduziert, daß die die Wechselspannung bereitstellende Vorrichtung wie auch die Auswerteelektronik ein und derselbe Mikrocontrol­ ler ist. Lediglich die Auswirkung der über der RC-Reihen­ schaltung auf die Schleiferleitung in der Auswerteelektro­ nik eingekoppelten Wechselspannung dient als Maß für einen vorliegenden Fehler.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist in der Zeichnung anhand der Figuren dargestellt und nachstehend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Schaltungsanordnung zur Überwachung der elektri­ schen Verbindung eines Potentiometers mit einer Auswerteelektronik,

Fig. 2 Darstellung des Auswerteverfahrens.

Gemäß Fig. 1 ist die Widerstandsbahn des Potentiometers 1 an eine Gleichspannungsquelle 2 zur Erzeugung einer Refe­ renzspannung U_REF angeschlossen. Die vom Schleifer des Po­ tentiometers 1 abnehmbare Gleichspannung gibt die Potentio­ meterstellung wieder. Bei der Anwendung des Sollwertgebers in einer E-Gas-Anlage ist dies die Stellung des Fahrpedals. Diese Gleichspannung wird über einen Tiefpaß 6, 7 und einen Operationsverstärker 8 an den A/D-Wandler 9 eines Mikrocon­ trollers 3 geführt.

Der Mikrocontroller 3 erzeugt an seinem Digitalausgang 10 eine rechteckförmige Wechselspannung, die über die Kapazi­ tät C₁ auf einen Spannungsteiler wirkt, welcher aus dem Wi­ derstand R₁ und dem Potentiometer 1 besteht.

Der Wechselstromwiderstand R_P∼, die Parallelschaltung aus den beiden Widerstandsbahnteilen Schleifer nach Masse und Schleifer nach U_REF, ist im Vergleich zum Widerstand R₁ niederohmig, vorzugsweise R₁<1000×R_p∼.

Diese Dimensionierung hat zur Folge, daß sich am Punkt 4 und somit auch am Punkt 5 des Mikrocontrollers 3, das vom Mikrocontroller 3 an seinem digitalen Ausgang 10 erzeugte Wechselspannungssignal mit maximal

abbildet.

Im Normalfall bleibt die Auswirkung der durch den Mikrocon­ troller 3 an seinem Digitalausgang 10 erzeugten rechteck­ förmigen Wechselspannung auf das Nutzsignal unterhalb der Auflösungsgrenze des A/D-Umsetzers 9.

Im Fehlerfall erhöht sich der Widerstand der Verbindung bis hin zur Unterbrechung. Dadurch ist sowohl am Punkt 4 als auch am Punkt 5 die Auswirkung der eingekoppelten rechteck­ förmigen Wechselspannung zu erkennen.

Die Fehlerauswertung erfolgt somit über den normalen A/D- Umsetzer-Eingang des Mikrocontrollers 3, der ohnehin für das Einlesen des Nutzsignals vorhanden ist.

In Fig. 2 ist ein Beispiel für die Fehlererkennung darge­ stellt.

Der Nutzsignalverlauf wird entsprechend der gestrichelten Kurve A angenommen. Kurve B zeigt einen möglichen Span­ nungsverlauf bei Kabelunterbrechung. Durch das Integrier­ glied, bestehend aus dem Widerstand 6 und dem Kondensator 7, wird die eingekoppelte rechteckförmige Wechselspannung aufintegriert und steht am Punkt 5, dem Eingang des A/D-Um­ setzers 9 im Mikrocontroller 3 zur Auswertung an.

Zum Zeitpunkt t₀ wird zunächst die Eingangsspannung der Auswerteelektronik gemessen, danach die High-Phase der an­ regenden rechteckförmigen Wechselspannung geschaltet und zum Zeitpunkt t₁ die Eingangsspannung der Auswerteelektro­ nik erneut gemessen. Anschließend wird die Low-Phase der anregenden rechteckförmigen Wechselspannung geschaltet. Aus den beiden Messungen wird die Differenz ΔU_t1=U_t1-U_t0 ge­ bildet. Zum Zeitpunkt t₂ wird die Eingangsspannung der Aus­ werteelektronik wiederum gemessen. Aus den beiden Messungen zum Zeitpunkt t₂ und t₁ wird die Differenz ΔU_t2=Ut_t2-U_t1 gebildet. Die Differenz ΔU_t2 wird von der Differenz ΔU_t1 subtrahiert und das Ergebnis mit einer Fehlerschwelle verg­ lichen. Wird die Fehlerschwelle überschritten, erkennt die Auswerteelektronik einen Fehler.

Der beschriebene Meßvorgang wiederholt sich kontinuierlich. Dabei entspricht Zeitpunkt t₂ der vorhergehenden Meßperiode dem Zeitpunkt t₀ des folgenden Meßabschnitts. Die Ergeb­ nisse der einzelnen Meßperioden werden einem Fehlerzähler zugeführt.

Dieser Fehlerzähler inkrementiert bei einer Fehlererkennung und dekrementiert bei einer ausbleibenden Fehlererkennung. Erst wenn der Fehlerzähler den festgesetzten Schwellwert überschreitet, erkennt der Mikrocontroller 3 einen unzuläs­ sig hohen Übergangswiderstand bzw. einen Abriß.

Durch eine abwechselnde Einkopplung von zwei oder mehreren Wechselspannungen unterschiedlicher Frequenz und entspre­ chend synchronisierter Auswertung wird der Einfluß von ex­ ternen Störquellen auf die Auswertung reduziert.

Mit Hilfe der beiden Bauelemente R₁ und C₁ sowie eines Di­ gitalausganges 10 des Mikrocontrollers 3 ist eine Überwa­ chung der Verbindung zwischen der Widerstandsbahn des Potentiometers über den Potentiometerschleifer, die Leitung und die Steckerkontakte zuverlässig möglich.

Claims (6)

1. Verfahren zur Überwachung der elektrischen Verbindung zwischen einem Potentiometer und einer Auswerteelektronik, wobei auf die Schleiferleitung des Potentiometers eine rechteckförmige Wechselspannung eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Eingangsspannung der Auswerteelektronik ge­ messen wird,
• - die High-Phase der anregenden rechteckförmigen Wechselspannung geschaltet wird, anschließend die Eingangsspannung der Auswerteelektronik wiederum gemessen und die Differenz zum vorhergehenden Meßwert gebildet wird,
• - danach die Low-Phase der anregenden rechteckför­ migen Wechselspannung geschaltet wird, woran sich eine erneute Messung der Eingangsspannung der Auswerteschaltung anschließt, wonach die Diffe­ renz zum vorhergehenden Meßwert gebildet wird und
• - die aufgrund der Low-Phase ermittelte Differenz von der aufgrund der High-Phase ermittelten Dif­ ferenz subtrahiert und das Ergebnis der Subtrak­ tion mit einer Fehlerschwelle verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Eingangsspannung der Auswerteelektronik je­ weils am Ende der High-Zeit bzw. am Ende der Low-Zeit er­ folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Fehlerzähler bei Fehlererkennung inkrementiert und bei ausbleibender Fehlererkennung dekrementiert.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß rechteckförmige Wechselspannungen unterschiedlicher Frequenzen abwechselnd eingekoppelt wer­ den.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifer des Potentiometers (1) einerseits über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (R1) und einem Kondensator (C1) mit einer eine Wechselspannung bereitstellenden Vorrichtung (3) und andererseits mit einer Auswerteelektronik (3) verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Wechselspannung bereitstellende Vor­ richtung ein Mikrocontroller (3) ist und daß der Schleifer (1) mit einem A/D-Wandler (9) des Mikrocontrollers (3) ver­ bunden ist.