DE4447734C2

DE4447734C2 - Verfahren zur Dimensionierung eines Sensorwiderstandes

Info

Publication number: DE4447734C2
Application number: DE4447734A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Briese
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1994-12-06
Filing date: 1994-12-06
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2014-12-07
Also published as: DE4443311C2; DE4443311A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dimensionierung eines Sensorwiderstandes, des sen wirksamer Widerstandswert von einem eine Flüssigkeitsmenge eines Flüssigkeitsbe hälters über eine Füllstandshöhe erfassenden Meßwertaufnehmer einstellbar ist.

In der Deutschen Offenlegungsschrift 38 22 846 A1 ist ein Gerät zur Messung des Füll standes eines Kraftstofftankes beschrieben. Das Gerät weist einen Geber auf, der ein vom Füllstand abhängiges Gebersignal erzeugt und an eine elektronische Bearbeitungs einrichtung gibt. Nach der Fertigung wird das Gerät für einen bestimmten Kraftstofftyp programmiert. So wird neben anderen Kenndaten im Verarbeitungsgerät eine Tabelle abgelegt, in welcher der anzuzeigende Füllstand als Funktion der Ausgangsspannung des Gebers in Form von genügend vielen Stützwerten abgelegt ist. Dabei ist einerseits das Verhalten des jeweiligen Gebertyps und die Form des Kraftstofftanks berücksichtigt und andererseits die zur Form des Kraftstofftankes und zum Gebertyp nicht proportionale Kennlinie des Anzeigeinstrumentes erfaßt. Bei der ersten Inbetriebnahme des Gerätes wird weiterhin für jeden individuellen Geber ein Korrekturwert für auftretende Ferti gungstoleranzen zusätzlich abgespeichert und beim Ablauf des normalen Meßprogram mes berücksichtigt. Wird ein solcher Füllstandssensor für einen Kraftstofftank mit mehre ren Flüssigkeitskammern verwendet, ist es erforderlich die Teilmeßergebnisse der einzel nen Flüssigkeitskammern zusammenzufassen. Aufgrund der zur Form des Kraftstofftan kes und zum Gebertyp nicht proportionalen anzeigbaren Ausgangsgröße ist dies jedoch sehr aufwendig.

Weiterhin ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 20 44 103 ein Tauchrohrgeber zur elektrischen Tankinhaltsmessung für Kraftfahrzeuge bekannt. Der Tauchrohrgeber weist einen in Längsrichtung des Tauchrohres geführten Meßschwimmer auf, der über einen Schleifkontakt mit einem auf einer Leiterplatte oder dgl. angeordneten Meßwider stand zusammenwirkt. Um eine von der Tankform unabhängige, lineare Tankinhaltsan zeige zu erreichen, weist die Schleifbahn des Meßwiderstandes auf gleichen Teilstrecken ungleiche Widerstandswerte auf.

In der europäischen Patentschrift EP 245 159 B1 ist eine Meßeinrichtung zum Messen der Gesamtflüssigkeitsmenge zweier Behälter beschrieben, wobei jedem Behälter ein mit einem Schwimmer verbundener Meßwertgeber zugeordnet ist. Der Meßwertgeber ist zur Einstellung der Größe eines für die weitere Verarbeitung wirksamen Widerstandswertes mit dem Schieber eines Potentiometers verbunden. Die Größe des wirksamen Widerstan des ist dabei ein Maß für die momentane Flüssigkeitsmenge im Behälter. Für die Ermitt lung der Gesamtflüssigkeitsmenge beider Behälter werden die Potentiometer derart in Reihe ge schaltet, daß der durch die Veränderung der Summe der wirksamen Widerstandswerte auftretende Spannungsunterschied charakteristisch für die gemessene Gesamtflüssigkeits menge ist. Für den Erhalt eines auswertbaren Meßergebnisses werden die Potentiometer so dimensioniert, daß die Größe des wirksamen Widerstandswertes proportional der im Behälter vorhandenen Flüssigkeitsmenge ist. Es wird jedoch keinerlei Lösungsansatz für die Dimensionierung des Widerstandes aufgezeigt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zur Dimensionierung eines Sensorwiderstandes, dessen wirksamer Widerstandswert von einem die Flüssigkeitsmenge eines Flüssigkeitsbehälters über seine Füllstandshöhe erfassenden Meßwertaufnehmer einstellbar ist, zu schaffen, wobei in der Kennlinie des Sensorwiderstandes Einflüsse, die zu einer Nichtproportionalität zwischen der Größe des wirksamen Widerstandes und der zu erfassenden Flüssigkeitsmenge führen können kompensiert sind.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil dungen sind in den Unteransprüchen gezeigt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Dimensionierung eines Sensorwiderstandes, dessen wirksamer Widerstandswert von einem die Flüssigkeitsmenge eines Flüssigkeits behälters über die Füllstandshöhe erfassenden Meßwertaufnehmer einstellbar ist, wird in einem ersten Schritt für einen bestimmten Flüssigkeitsbehältertyp der Flüssigkeitsmenge- Füllstandsverlauf ermittelt, aus dem in einem zweiten Schritt der linearisierte Flüssigkeits menge-Füllstandsverlauf für diesen Flüssigkeitsbehälter gebildet wird. Dies geschieht beispielsweise durch eine graphische oder mathematische Verbindung zweier beabstandeter Füllstandshöhen, vorzugsweise bei einem definierten Leerniveau im Flüssigkeitsbehälter und bei dem größten erfaßbaren Flüssigkeitsvolumen. Für definierte Füllstandshöhen wird nun die Abweichung der Volumenwerte zwischen dem ermittelten und dem linearisierten Flüssigkeitsmengen-Füllstandsverlauf ermittelt, die zur Berechnung additiver Widerstandsglieder für entsprechende Füllstandshöhen verwendet werden. Diese additiven Widerstandsglieder werden bei der Dimensionierung des Sensorwiderstandes berücksichtigt. Die Ermittlung der Abweichung der Volumenwerte zwischen dem gemessenen und dem linearisierten Flüssigkeitsmenge-Füllstandsverlauf kann meßtechnisch aber auch mathematisch gemäß der folgenden Formel:

erfolgen, wobei V der momentane Volumenwert, f die zugehörige Füllstandshöhe, V_v das größte erfaßbare Flüssigkeitsvolumen, V_l ein definiertes Leervolumen, f_v die Füllstandshöhe bei V_v und f_l die Füllstandshöhe bei V_l ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die additiven Widerstandsglieder nach der Formel:

ermittelt, wobei R_l der Widerstandswert des Sensorwiderstandes bei dem definierten Leervolumen V_l und R_v der Widerstandswert des Sensorwiderstandes bei dem größten erfaßbaren Flüssigkeitsvolumen V_v ist.

Der Sensorwiderstand wird zur Kompensation der Nichtlinearität zwischen der Flüssigkeitsmenge und der Füllstandshöhe nach folgender Formel berechnet:

Bei einem Meßwertaufnehmer mit einem Geberarm, dessen Ausschlagwinkel zu einer vor gegebenen Geberposition als Ausgangsgröße des Meßwertaufnehmers verwendet wird, wird der Verlauf des Ausschlagwinkels in Abhängigkeit der Füllstandshöhe nach der Formel:

ermittelt, wobei γ_l der Differenzwinkel der vorgegebenen Geberarmposition zu der waage rechten Geberarmposition, A die Füllstandshöhe bei waagerechter Geberposition, f die momentane Füllstandshöhe und r die Länge des Geberarms ist.

Zur Kompensation der Nichtlinearitäten sowohl zwischen der Füllstandsmenge und der Füllstandshöhe als auch zwischen der Füllstandshöhe und dem Ausschlagwinkel des Geberarms wird der Sensorwiderstand nach der Formel:

berechnet, wobei B die Differenz der Füllstandshöhen bei dem definierten Leervolumen V_l und der waagerechten Geberarmposition und F einer den Gesamtausschlagwinkel des Geberarms beinhaltende Konstante ist.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren kann der Sensorwiderstand derart dimensioniert werden, daß die Nichtlinearität in der Beziehung zwischen der Flüssigkeitshöhe und der Flüssigkeitsmenge und nach einer Weiterbildung der Ausgangsgröße des Meßwertaufnehmers im Verlauf der wirksamen Widerstandswerte des Sensorwiderstandes nicht wiedergegeben werden.

Bei einer Ausbildung des Flüssigkeitsbehälters mit mehreren Kammern hat die erfindungs gemäße Vorrichtung mit einem derart dimensionierten Sensorwiderstand den Vorteil, daß zur Ermittlung der Gesamtflüssigkeitsmenge die Sensorwiderstände der einzelnen Meß wertaufnehmer auf einfache Weise in Reihe geschaltet werden können. Ein nachgeschal tetes Anzeigeinstrument zur Darstellung der Summe der wirksamen Widerstände oder einer durch eine Widerstandsänderung bewirkten Spannungsänderung ist ohne zusätzlichen Aufwand für eine Justierung der Anzeigeskala ausbildbar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstofftanks mit zwei Kammern und jeweils zugeordneten Füllstandssensoren,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Ermittlung einer linearen Sensorwiderstands- Kennlinie

Fig. 3 ein empirisch ermittelter und ein entsprechend linearisierter Flüssigkeits mengen-Füllstandshöhenverlauf und

Fig. 4 eine Sensorwiderstandskennlinie, bei der die Nichtlinearität zwischen Füllstandshöhe und Ausschlagwinkel des Geberarms und eine Wider standskennlinie bei der sowohl die Nichtlinearität zwischen Füllstandshöhe und Ausschlagwinkel als auch die Nichtlinearität zwischen Füllstands menge und Füllstandshöhe berücksichtigt sind.

In Fig. 1 ist ein Kraftstofftank 5 mit zwei Kammern 1 und 2 dargestellt, bei dem die Kam mern in einem oberen Bereich miteinander verbunden sind. Dies hat zur Folge, daß bei einem nicht vollständig gefüllten Kraftstofftank 5 zwei getrennte Kraftstoffmengen V₁ und V₂ entstehen. Jeder Kammer 1, 2 ist ein Meßwertaufnehmer 3, 4 zugeordnet, wobei der Meßwertaufnehmer 1 einen mit einem Schwimmer 7 zusammenarbeitenden Geberarm 6 auf weist, der in Abhängigkeit der aktuellen Füllstandshöhe f₁ einen Sensorwiderstand R1 ein stellt, so daß dessen wirksamer Widerstandswert ein Maß für die sich in der Kammer 1 befindliche Kraftstoffmenge V₁ ist.

Der Meßwertaufnehmer 4 ist als ein an sich bekannter Tauchrohrgeber ausgebildet, der prinzipiell eine lineare Abhängigkeit des wirksamen Widerstandswertes des Sensorwider standes R2 von der Füllstandshöhe f₂ realisieren kann. Aufgrund der Ausbildung der Kammern 1 und 2 liegt jeweils eine Nichtlinearität im Verlauf der Füllstandshöhe f₁, f₂ in Abhängigkeit der in der Kammer befindlichen Kraftstoffmenge V₁, V₂ vor. Außerdem tritt bei dem Meßwertaufnehmer 3 durch seinen Aufbau eine Nichtlinearität im Verlauf des Ausschlagswinkels ϕ in Abhängigkeit der Füllstandshöhe f₁ auf. Diese Nichtlinearitäten verursachen, daß der Verlauf der wirksamen Widerstandswerte nicht proportional zu der zu erfassenden Kraftstoffmenge V₁ und V₂ ist und somit die Ermittlung und Anzeige der Gesamtkraftstoffmenge des Kraftstofftanks 5 nur mit erheblichem elektronischen Aufwand realisierbar ist. Dieser Aufwand kann durch eine Widerstandskennlinie der einzelnen Sensorwiderstände R1, R2, die alle auftretenden Nichtlinearitäten berücksichtigt, vermieden werden.

In Fig. 2 ist der Ablauf für die Ermittlung der Widerstandskennlinie des Sensorwiderstandes R1 schematisch dargestellt. In einem ersten Schritt S1 wird für die Kammer 1 der Verlauf der Füllstandshöhe f₁ in Abhängigkeit der in der Kammer befindlichen Kraftstoffmenge V₁ empirisch oder mathematisch ermittelt und aus diesem ermittelten Verlauf f₁ (V₁) der linearisierte Verlauf f_1lin (V₁) gebildet, indem durch die Füllstandshöhe f_l1 bei einem definierten Leerniveau V_l, das bei einem Kraftstofftank vorteilhaft auf eine minimal notwen dige Kraftstoffmenge gelegt wird, und die Füllstandshöhe f_v1 bei maximaler Kraftstoffmenge V_v1 eine Gerade mathematisch oder graphisch beschrieben wird (Fig. 3). Darauffolgend wird für definierte Füllstandshöhen f₁ die Abweichung der Volumenwerte ΔV_lin1 zwischen dem ermittelten und dem linearisierten Kraftstoffmenge-Füllstandshöhenverlauf ermittelt, dies kann meßtechnisch oder mathematisch nach folgender Formel:

erfolgen, V₁ ist dabei die Kraftstoffmenge bei einer zugehörigen Füllstandshöhe f₁.

Aus der Abweichung ΔV_lin1 werden in einem Schritt S2 additive Widerstandsglieder ΔR_lin1 mit Hilfe der Formeln

berechnet. Dabei ist R_l1 der Widerstandswert des Sensorwiderstandes bei dem definierten Leervolumen V_l1 und R_v1 der Widerstandswert bei dem größten erfaßbaren Flüssigkeits volumen V_v1.

Der nichtlineare Verlauf des Ausschlagwinkels ϕ des Geberarms 6 in Abhängigkeit der Füllstandshöhe f₁ in der Kammer 1 wird im Schritt S3 folgendermaßen berechnet:

wobei γ_l1 der Differenzwinkel der vorhergehenden Geberarmposition zu der waagerechten Geberarmposition, A die Füllstandshöhe bei waagerechter Geberarmposition, f₁ die momentane Füllstandshöhe und r die Länge des Geberarms ist.

Das additive Widerstandsglied ΔR_lin1 und der Verlauf des Ausschlagwinkels ϕ (f₁) fließen in die Dimensionierung des Sensorwiderstands R1 (ϕ, f) im Schritt S4 gemäß der Formel:

ein, wobei B die Differenz der Füllstandshöhen bei dem definierten Leervolumen V_l1 und der waagerechten Geberposition und F eine den Gesamtausschlagwinkel des Geberarms be inhaltende Konstante ist.

Die Kennlinie des Sensorwiderstandes R1, in der sowohl die Nichtlinearität zwischen Füll standsmenge V₁ und Füllstandshöhe f₁ als auch zwischen Ausschlagwinkel ϕ und der Füll standshöhe f₁ berücksichtigt ist, ist in Fig. 4 dargestellt.

Für die Kompensation des nichtlinearen Verlaufs der Füllstandshöhe f₂ in der Kammer 2 in Abhängigkeit der Kraftstoffmenge V₂ erfolgt die Berechnung der additiven Widerstands glieder ΔR_lin2 auf ähnliche Weise über die Abweichung der Volumenwerte ΔV_lin2 wie bei dem Meßwertaufnehmer 3. Da wie schon ausgeführt der Meßwertaufnehmer 4 prinzipiell eine lineare Abhängigkeit des wirksamen Widerstandswertes des Sensorwiderstandes R2 von der Füllstandshöhe f₂ realisiert, läßt sich die Kennlinie des Sensorwiderstandes R2 entsprechend einfacher ermitteln:

Aufgrund der dimensionierten Kennlinien der Sensorwiderstände R₁ (ϕ, f₁) und R₂ (f₂) wird für jede Kammer 1, 2 ein wirksamer Widerstandswert erhalten, welcher proportional der in der Kammer befindlichen Kraftstoffmenge V₁, V₂ ist. Die aktuellen Widerstandswerte der Sensorwiderstände werden zur Ermittlung der Gesamtkraftstoffmenge im Kraftstofftank 5 durch eine Reihenschaltung der Sensorwiderstände addiert und an ein Anzeigeinstrument weitergegeben.

Bezugszeichenliste

1

Kammer

2

Kammer

3

Meßwertaufnehmer

4

Meßwertaufnehmer

5

Kraftstofftank

6

Geberarm

7

Schwimmer
R1Sensorwiderstand
R2Sensorwiderstand
f₁

Füllstandshöhe
f₂

Füllstandshöhe
f_l

Füllstandshöhe bei einem definierten Leervolumen
f_v

Füllstandshöhe bei einem größten erfaßbaren Flüssigkeitsvolumen
V₁

Kraftstoffmenge
V₂

Kraftstoffmenge
S1-S4Verfahrensschritte
V_v

maximale Kraftstoffmenge
V_l

definiertes Leervolumen
ΔV_lin

Abweichung der Volumenwerte
ΔR_lin

additives Widerstandsglied
A, B, FKonstanten
ϕAnschlagwinkel

Claims

1. Verfahren zur Dimensionierung eines Sensorwiderstandes, dessen wirksamer Wider standswert von einem die Flüssigkeitsmenge eines Flüssigkeitsbehälters über die Füllstandshöhe erfassenden Meßwertaufnehmer einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für den Flüssigkeitsbehälter (1, 2) der Flüssigkeitsmenge-Füllstandshöhenverlauf f₁ (V₁) ermittelt, aus dem ermittelten Verlauf f₁ (V₁) der linearisierte Flüssigkeitsmenge- Füllstandsverlauf f_lin (V) für den Flüssigkeitsbehälter (1, 2) gebildet und für definierte Füllstandshöhen (f) die Abweichung der Volumenwerte (ΔV_lin) zwischen dem ermittelten und dem linearisierten Flüssigkeitsmenge-Füllstandshöhenverlauf ermittelt wird, und daraus additive Widerstandsglieder (ΔR_lin) für die definierten Füllstandshöhen (f) berechnet werden, welche bei der Dimensionierung des Sensorwiderstandes (R) berücksichtigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Volu menwerte (ΔV_lin) zwischen dem ermittelten und dem linearisierten Flüssigkeitsmenge- Füllstandsverlauf meßtechnisch erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Volu menwerte (ΔV_lin) zwischen dem ermittelten und dem linearisierten Flüssigkeitsmenge- Füllstandsverlauf nach der Formel:
berechnet wird, wobei V der momentane Volumenwert, f die zugehörige Füllstandshöhe, V_v das größte erfaßbare Flüssigkeitsvolumen, V_l ein definiertes Leervolumen, f_v die Füllstandshöhe bei V_v und f_l die Füllstandshöhe bei V_l ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die additiven Widerstandsglieder (ΔR_lin) nach der Formel:
ermittelt werden, wobei R_l der Sensorwiderstand bei dem definierten Leervolumen V_l und R_v der Sensorwiderstand bei dem größten erfaßbaren Flüssigkeitsvolumen V_v ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionierung des Sensorwiderstandes (R) nach der Formel:
erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Geberarm aufweisende Meßwertaufnehmer einen Ausschlagwinkel (ϕ) zu seiner vor hergehenden Geberarmposition als Ausgangsgröße abgibt und der Verlauf des Ausschlag winkels in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe (f) nach der Formel:
ermittelt wird, wobei γ_l der Differenzwinkel der vorhergehenden Geberarmposition zu der waagerechten Geberarmposition, A die Füllstandshöhe bei waagerechter Geber armposition, f die momentane Füllstandshöhe und r die Länge des Geberarms ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionierung des Sensorwiderstandes nach der Formel:
erfolgt, wobei B die Differenz der Füllstandshöhen bei dem definierten Leervolumen und der waagerechten Geberposition und F eine den Gesamtausschlagwinkel des Geberarms beinhaltende Konstante ist.