DE60016984T2

DE60016984T2 - Ausfallsicheres Überwachungssystem für ein Potentiometer

Info

Publication number: DE60016984T2
Application number: DE60016984T
Authority: DE
Inventors: Robert D. Juntunen; James I. Bartels
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: CA2296939A1; AU1353100A; EP1022570A2; EP1022570B1; EP1022570A3; DE60016984D1; US6181141B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum ausfallsicheren Überwachen von Potentiometern, die in kritischen Steuerungsbetriebsabläufen verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das ausfallsichere Überwachen der Merkmale von Potentiometern wo der ermittelte Steuerwert von einem Steuerpotentiometer ein kritischer Sicherheitsfaktor in einem Steuerungssystem ist.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Das Bestimmen der absoluten Position von Ventilen und/oder Klappen in Verbrennungssystemen ist eine kritische Sicherheitsfrage. Ein System wie ein nicht den Fluss kompensierendes Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Steuerungssystem das einen großen Boiler steuert und Potentiometereinstellungen verwendet, um die Position von Ventilen und Klappen zu steuern, ist ein System, in dem das Überwachen der Steuerpotentiometer ein kritischer Faktor für die Sicherheit des menschlichen Lebens ist. Die Steuerung von Stellgliedern für ein Ventil und/oder eine Klappe in einem solchen Verbrennungssystem wurde in der Vergangenheit mit einem motorgetriebenen mechanischen Nocken ausgeführt. Eine solche Vorrichtung hat mechanische Grenzen bei der Bereitstellung von einer ausfallsicheren Steuerung der Ventile und Klappen. Aufgrund der mechanischen Verbindungen und der Grenzen der mechanischen Verbindungen, wurde es den Kraftstoff-Luft-Verhältnissen nie erlaubt, in einen gefährlichen Wirkungsbereich einzutreten.
In einem heutigen Umfeld mit Mikroprozessor-Steuerungen und elektronischem Abtasten der gewünschten Position und elektronischem Feedback zum Steuern von Ventilen, kann eine elektronische Betriebsstörung eines Steuerpotentiometers in einem Verbrennungssystem ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis erzeugen, das gefährlich ist. Des Weiteren, kann der Widerstand eines Steuerpotentiometers aufgrund der rauen Betriebsumgebung und durch Alterung variieren. Ebenso kann der Widerstand an den Verbindungsanschlüssen des Potentiometers variieren und der Schleiferwiderstand des Potentiometers kann sich ändern. Jede dieser Änderungen oder alle diese Änderungen zusammen können zu einer Situation führen, in der ein falsches Steuersignal durch die Überwachungsschaltung des Potentiometers an einen steuernden Mikroprozessor, der kritische Elemente wie Kraftstoff-Luft-Ventile steuert, bereitgestellt wird. DE 43 22 472 A offenbart eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Stellungsgebers mit einem Potentiometer und EP 0 308 840 A offenbart ein ausfallsicheres Potentiometer-Feedback-System. Was benötigt wird, ist ein ausfallsicheres Überwachungssystem für Potentiometer.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, wie in Anspruch 1 definiert.
Die Vorrichtung kann die Merkmale von einem oder mehreren der abhängigen Ansprüche 2 bis 7 aufweisen.
Diese Erfindung weist ebenfalls ein Verfahren auf, wie in Anspruch 8 definiert.
Das Verfahren kann die Merkmale von einem oder mehreren der abhängigen Ansprüche 9 bis 11 aufweisen.
Gemäß dieser Erfindung wurden die vorhergehenden Probleme mit dem Überwachen von Steuerpotentiometern gelöst durch die Verwendung eines Computerprozessors und einer Überwachungsschnittstellenschaltung, die zwischen dem Potentiometer und dem Prozessor gekoppelt ist, und dann Überwachen durch die Überwachungsschnittstellenschaltung des Potentiometers, seiner Anschlüsse und seines Schleifers auf Fehler. Zusätzlich wird die Überwachungsschnittstellenschaltung selbst getestet, derart, dass ein Fehler im Potentiometer oder ein Fehler in der Überwachungsschnittstellenschaltung ermittelt wird, um zu verhindern, dass das Steuerpotentiometer und die Überwachungsschnittstellenschaltung ein falsches Steuersignal herstellen.
In einem Merkmal der Erfindung wird das Überwachen durchgeführt durch Messen von Änderungen im gesamten Potentiometerwiderstand von einem vorbestimmten Wert. Die Änderungen werden mit Grenzwerten verglichen, um zu ermitteln, ob eine Änderung innerhalb oder außerhalb der Grenzwerte ist. Ein Fehler im Steuerpotentiometer wird angezeigt, wenn eine Änderung außerhalb der Grenzwerte ist.
In einem anderen Merkmal der Erfindung überwacht die Überwachung ebenfalls den Schleiferwiderstand des Potentiometers. Der Schleiferwiderstand des Steuerpotentiometers wird gemessen und der Schleiferwiderstand wird mit einer Fehlerschwelle verglichen, um zu ermitteln, ob der Schleiferwiderstand die Fehlerschwelle überschritten hat. Ein Fehler im Schleifer des Steuerpotentiometers wird angezeigt, wenn der Schleiferwiderstand die Schwelle überschritten hat.
In einem anderen Merkmal der Erfindung wird das Testen der Überwachungsschnittstellenschaltung ausgeführt durch Messen von auf das gesamte Potentiometer und den Schleifer angewendeten Leerlaufsignalen, wenn die Überwachungsschnittstellenschaltung in einem Leerlaufzustand ist. Die Leerlaufsignale werden mit einem erwarteten Signal verglichen, um zu ermitteln, ob die Leerlaufsignale innerhalb von einem vorbestimmten Toleranzbereich des erwarteten Signals liegen. Ein Fehler in der Überwachungsschnittstellenschaltung wird angezeigt, wenn die Leerlaufsignale außerhalb des vorbestimmten Toleranzbereichs sind.
Andere Merkmale, Einrichtungen und Vorteile der Erfindung werden von Durchschnittsfachleuten verstanden werden, nachdem auf die gesamte schriftliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungen Bezug genommen wurde.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zur Überwachung eines Steuerpotentiometers.
2 zeigt die logischen Betriebsabläufe, die durch die Vorrichtung in 1 während der ausfallsicheren Überwachung des Potentiometers durchgeführt werden.
3 zeigt die logischen Betriebsabläufe zur Ausführung des Gesamtwiderstand-Testmoduls in 2.
4 zeigt die logischen Betriebsabläufe zur Ausführung des Schleiferwiderstand-Testmoduls in 2.
5 zeigt die logischen Betriebsabläufe zur Ausführung des Schnittstellenschaltungs-Testmoduls von 2.
6 ist eine Kurve einer Messspannung V_AD2 während einem Schleiferwiderstandstest.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der bevorzugten Ausführungsform der in 1 gezeigten Erfindung, ist das Steuerpotentiometer 10 angeordnet mit dem Stellglied 12 verbunden mit dem Potentiometer. Die Anpassungen des Schleifers 14 stellen eine Spannung durch die Leitung AD2 zu den Analog-Digitalwandlern 16 her. Der digitale Wert dieser Spannung wird zum Mikroprozessor 18 durch den E-/A-Controller 20 eingegeben. Der Mikroprozessor 18 enthält das Steuerprogramm für die steuernden Stellglieder, einschließlich Stellglied 12, durch Bereitstellen eines Steuersignals out durch den E-/A-Controller 20 über eine Steuerleitung 22. Während der Inbetriebnahme des Steuerungssystems, werden die Stellglieder installiert, das Potentiometer wird installiert und das Steuerungssystem mit Anfangswerten für das Potentiometer 10 initialisiert.
Nach der Inbetriebnahme und während dem normalen Wirken des steuernden Stellglieds 12, steuert der Mikroprozessor 18 die Schaltertreiber 24, um den Feldeffekttransistor 26 „EIN" zu schalten und den Feldeffekttransistor 28 „AUS" zu schalten. Ist der Transistor 26 „EIN" geschaltet, führt die Stromquelle 30 einen Strom „i" durch das Potentiometer 10. Abhängig von der Position des Schleifers 14, wird eine Spannung auf der Leitung AD2 als eine Steuerspannung für den Mikroprozessor 18 zurückgeführt. Dies stellt die normale Wirkung des Potentiometers 10 dar, wo die Position des Schleifers 14 auf dem Potentiometer zum Ergebnis eines Steuersignals führt, das durch den Mikroprozessor 18 verwendet wird, um das Stellglied 12 zu steuern.
Ein Problem entsteht insofern, als dass der Widerstand des Potentiometers 10 und der Widerstand des Schleifers 14 sich über die Zeit verändern können. Des Weiteren können die Schaltungsanschlüsse in den Sätzen c1 a1, c2 a2 und c3 a3, die das Potentiometer und seinen Schleifer mit der Überwachungsschnittstellenschaltung 15 verbinden, korrodieren und den sich daraus ergebenden Widerstand des Potentiometers vergrößern. Ferner kann der Schleiferkontakt mit dem Potentiometer korrodieren oder sich abnutzen und den Widerstand am Schleifer vergrößern. Alle diese Änderungen und/oder eine Verschlechterung in den Wirkungsmerkmalen des Potentiometers können ein falsches Potentiometer (pot) Signal auf der Leitung AD2 zurück zum Mikroprozessor 18 herstellen. Zusätzlich können Bauelemente in der Überwachungsschnittstellenschaltung 15 ausfallen und ein falsches Potentiometersignal erzeugen. Bei einem falschen Potentiometersignalfeedback an den Mikroprozessor 18, sendet der Mikroprozessor ein falsches Stellgliedsteuersignal über die Steuerleitung 22 an das Stellglied 12. Ein schlechtes Stellgliedsteuersignal könnte eine gefährliche Anpassung des Stellglieds 12 verursachen. Dementsprechend, führt der Mikroprozessor 18 ebenfalls ausfallsichere Überwachungsbetriebsabläufe durch, um einen Überwachungsausfall des Potentiometers 10 oder der Überwachungsschnittstellenschaltung 15 zu überwachen, und diese logischen Betriebsabläufe werden in 2 veranschaulicht.
Die Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung weisen bei der Überwachung des Steuerpotentiometers logische Betriebsabläufe auf. Die logischen Betriebsabläufe dieser Erfindung können ausgeführt werden (1) als eine Abfolge von computerausgeführten Schritten, die auf einem Mikroprozessor in einem Controller ablaufen, und (2) als untereinander verbundene Logikmodule innerhalb des Controllers. Die Ausführung ist eine Sache der Auswahl, abhängig von den Leistungserfordernissen des Controllers. Dementsprechend werden auf die logischen Betriebsabläufe, die die Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung ausmachen, verschiedenartig als Betriebsabläufe, Schritte oder Module Bezug genommen. Die logischen Betriebsabläufe, die in den 2–5 gezeigt werden, werden unter Bezugnahme auf diese Figuren sowie auf 1 beschrieben.
In 2 bestehen die Überwachungsbetriebsabläufe aus drei Modulen – ein Gesamtwiderstand-Testmodul 32, ein Schleiferwiderstand-Testmodul 34 und ein Schnittstellenschaltungs-Testmodul 36. Diese Testmodule führen die Überwachungsbetriebsabläufe durch, wodurch eine fehlerhafte Schnittstellenschaltung oder ein fehlerhaftes Potentiometer ermittelt wird, bevor eine gefährliche Steuerungsanpassung auf einem Stellglied vorgenommen wird. Das Gesamtwiderstands-Testmodul 32 ist darauf ausgerichtet, den Gesamtwiderstand durch das Potentiometer 10 zu überwachen. Ein Gesamtpotentiometer-Widerstandswert wird anfangs für das Potentiometer 10 während der Inbetriebnahme bestimmt. Durch das Überwachen von Änderungen in diesem Gesamtpotentiometerwiderstand gegen die Grenzwerte für ein betriebsbereites Potentiometer, kann ein fehlerhaftes Potentiometer oder eine Vergrößerung des Widerstands der Schaltungsanschlüsse c1 a1 oder c3 a3 ermittelt werden.
Die Überwachungsbetriebsabläufe von 2 führen ebenfalls einen Schleiferwiderstandstest im Testmodul 34 durch. Das Schleiferwiderstands-Testmodul 34 testet auf Änderungen im Schleiferwiderstand, welches der Widerstand durch den Schleifer 14 zur Masse ist. Während der Schleifer gewählte Potentiometerwiderstand Rp sich mit dem Alter oder der Umgebung ändern kann, ist es wahrscheinlicher, dass Änderungen im Schleiferwiderstand durch Änderungen im Schleiferkontaktwiderstand oder Änderungen im Widerstand durch die Anschlüsse c2 a2 und c3 a3 verursacht werden. Der Schleiferwiderstand wird in dieser Ausführungsform gegen eine Ausfallschwelle getestet, wodurch gewährleistet wird, dass der Schleiferwiderstand kein Zurückführen eines falschen Steuerwerts an den Mikroprozessor verursacht. Wenn der Schleiferwiderstand die Fehlerschwelle überschreitet, wird für das Potentiometer ein falscher Schleiferwiderstand angezeigt und der Controller schaltet das gesteuerte System aus.
Die Überwachungsbetriebsabläufe weisen ebenfalls das Schnittstellenschaltungs-Testmodul 36 auf. Das Schnittstellenschaltungs-Testmodul 36 wirkt, um die Bauteile in der Überwachungsschnittstellenschaltung 15 zu testen. Die korrekte Funktionsweise der Schalter 26 und 28 sowie die Überspannungs-Schutzdioden 38 und 42. Eine Ausfallschwelle für die Überwachungsschnittstellenschaltung wird im Speicher 19 gespeichert oder als Steuerdatensatz an den Mikroprozessor 18 geliefert. Wenn die Überwachungsschnittstellenschaltung Signale ermittelt, die während dem Leerlaufmodus, wenn das Potentiometer nicht durch die Schaltung betrieben wird, außerhalb einer Toleranzschwelle liegen, wird die Überwachungsschnittstellenschaltung als fehlerhaft angezeigt.
Durch Testen des Potentiometers, seiner Anschlüsse und seines Schleifers mit einer Überwachungsschnittstellenschaltung und ferner Testen der Überwachungsschnittstellenschaltung selbst, verhindern die logischen Betriebsabläufe in 2, dass ein Fehler im Potentiometer 10 oder ein Fehler in den Schnittstellenschaltungen zum Potentiometer 10 ein Steuersignal erzeugt, das zum Herstellen eines gefährlichen Zustands durch das Stellglied 12 führen würde.
3 veranschaulicht die logischen Betriebsabläufe, die durch das Gesamtwiderstand-Testmodul 32 in 2 durchgeführt werden. Das Testen des Gesamtwiderstands beginnt im logischen Betriebsablauf 50, der einen Stromantrieb durch das Potentiometer 10 bereitstellt. Dies wird durchgeführt durch den Mikroprozessor 18, der durch die Schaltertreiber 24 wirkt, um den Transistor 26 EIN zu schalten und den Transistor 28 AUS zu schalten. Ist der Transistor 26 EIN geschaltet, stellt die Stromquelle 30 einen Strom „i" durch das Potentiometer 10 bereit. Ist der Transistor 28 (Schalter 2) AUS geschaltet, wird die durch den Widerstand 46 angewendete Referenzspannung blockiert. Dementsprechend wird die einzige Spannung auf der Leitung AD1 durch den Strom „i" erzeugt, was einen Spannungsabfall durch den Widerstand 48, Anschluss c1 a1, Potentiometergesamtwiderstand R_tot und den Widerstand durch c3 a3 erzeugt. Der Betriebsablauf 52 in 3 misst die Spannung bei der Leitung AD1. Der Analog-Digitalwandler 16 konvertiert diese Spannung in einen Digitalwert, der durch die Eingangs-/Ausgangs-Steuerung 20 an den Mikroprozessor 18 geliefert wird. Der Digitalwert bei AD1 kann dann direkt als ein Testwert verwendet werden oder der Mikroprozessor 18 kann den Digitalwert durch einen bekannten Wert für den Strom „i" von der Stromquelle 30 teilen, um den Widerstand vom Knoten 47 zur Masse zu bestimmen. Wenn der Widerstand vom Knoten 47 zur Masse bekannt ist, kann der Widerstandswert R2 des Widerstands 48 subtrahiert werden, um den Gesamtwiderstand Rtot des Potentiometers 10 sowie den Widerstand der Anschlüsse c1 a1 und c3 a3 zu bestimmen. Während der Inbetriebnahme des Steuerungssystems, wird die Spannung auf AD1 (V_AD1) abgetastet während SW1 EIN geschaltet ist und SW2 AUS geschaltet ist. V_AD1 wird durch den Analog-Digitalwandler 16 in einen Digitalwert konvertiert. Vom Wert für V_AD1 und einem bekannten vorbestimmten Wert für den Strom „i" von der Stromquelle 30, teilt der Mikroprozessor 18V V_AD1 durch „i", um einen Widerstand AD1 zwischen dem Knoten 47 und der Masse zu bestimmen. Während der Inbetriebnahme sollte dieser Widerstand AD1 Rtot plus R2 sein, da der Widerstand der Anschlüsse c1 a1 und c3 a3 im Vergleich zu Rtot unbedeutend klein sein sollte. R_tot wird durch Subtrahieren von R2 vom Widerstand AD1 bestimmt. Der Wert von R_tot wird im Speicher gespeichert wie der Anfangswert für V_AD1 bei der Inbetriebnahme.
Nachdem die Spannung bei V_AD1 gemessen wurde, ermittelt der Entscheidungsbetriebsablauf 54, ob V_AD1 innerhalb der Grenzen liegt. Die Grenzen werden eingestellt basierend auf (1) einem Anfangswert für den Gesamtpotentiometerwiderstand R_tot, (2) erwarteten Temperaturabweichungen, die Änderungen des Widerstands im Potentiometer 10 erzeugen und (3) der Toleranz der Bauteile, Widerstand 48 und Potentiometer 10. Der Anfangswert für R_tot wird bei der Inbetriebnahme bestimmt wie vorhergehend beschrieben. Wenn V_AD1 innerhalb der Grenzen liegt, wird der Test abgeschlossen und der logische Betriebsablauf kehrt zurück zum Überwachungs-Hauptbetriebsablauffluss in 2. Wenn V_AD1 außerhalb der Grenzen liegt, wird der Betriebsablauffluss fortgesetzt bei der Abzweigung NEIN vom Entscheidungsbetriebsablauf 54. Der Betriebsablauf 56 zeigt einen Potentiometerfehler an und der Betriebsablauffluss kehrt zurück zum Überwachungsbetriebsablauffluss in 2.
4 zeigt die logischen Betriebsabläufe, die durch das Schleiferwiderstands-Testmodul 34 von 2 durchgeführt werden. Der Schleiferwiderstandstest beginnt beim logischen Betriebsablauf 60. Der logische Betriebsablauf 60 stellt einen Spannungsantrieb lediglich durch den Schleifer 14 und den Widerstand R_P des Teils des Potentiometers 10 zwischen dem Schleifer 14 und der Masse bereit. Dies wird durchgeführt durch den Mikroprozessor 18, der über den Schaltertreiber 24 wirkt, um den Transistor 26 (Schalter 1) AUS zu schalten und den Transistor 28 (Schalter 2) EIN zu schalten. Die Referenzspannung V_ref wird somit durch den Widerstand 46, den Widerstand 49 und den Widerstand RP zur Masse angewendet. Zusätzlich besteht ein gewisser Anteil an kleinem Widerstand durch die Anschlüsse c2 a2 und c3 a3. Die Leitung AD2 verbindet den Knoten 45 zurück zum Analog-Digitalwandler 16. Dementsprechend ist die Spannung V_AD2 am Knoten 45 ein Maß des Widerstands zwischen dem Knoten 45 und der Masse. Die Widerstandswerte für die Widerstände 46 und 49 sind bekannt. Dementsprechend bestimmen die Spannungsteilungstätigkeiten zwischen dem Widerstand R1 und dem Widerstand durch R3, Anschluss c2 a2, Schleiferkontaktwiderstand, Widerstand Rp und Anschluss c3 a3 die Spannung von V_AD2 Diese Spannung wird durch den Analog-Digitalwandler 16 in einen zur Analyse auf dem Mikroprozessor 18 ange wendeten Digitalwert konvertiert.
Der Widerstand R_P kann vom Widerstand R_tot basierend auf der Position des Schleifers berechnet werden. Wenn R_tot zum Beispiel 5k Ohm beträgt und der Schleifer 2/5 vom unteren Potentiometer 10 angeordnet ist, beträgt R_P 2k Ohm. Änderungen bei R_P können überwacht werden durch Berechnen eines Werts für R_P basierend auf dem Spannungsabfall durch den Widerstand 46 und den Widerstand 49 plus R_P, da die Werte R1 und R3 bekannt sind und angenommen wird, dass der Schleiferkontaktwiderstand und der Widerstand durch die Anschlüsse c2 a2 und c3 a3 zu vernachlässigen sind. Wenn der Schleiferkontaktwiderstand und der Widerstand durch die Anschlüsse nicht zu vernachlässigen sind, kann der Mikroprozessor den gemeinsamen Widerstand durch die Anschlüsse c2 a2 plus den Schleiferkontaktwiderstand plus den Widerstand R_p plus den Widerstand durch den Anschluss c3 a3 berechnen. In einer Ausführungsform, wird eine Fehlerschwelle für den gemeinsamen Widerstand durch den Computer verwendet, um zu bestimmen, wann diese gemeinsame Schwelle zu hoch ist. In einer anderen Ausführungsform wird angenommen, dass Änderungen bei RP und Änderungen im Widerstand durch die Anschlüsse klein sind im Vergleich zu Änderungen im Schleiferkontaktwiderstand. Der Schleiferkontaktwiderstand kann berechnet werden durch Verwenden des folgenden Ausdrucks: RCR = (Vref·(R3 + RP) – VAD2·(R1 + RON + R3 + RP))/(VAD2 – Vref )wo:
R_CR der Schleiferkontaktwiderstand ist;
V_AD2 der Wert der Spannung auf der Leitung AD2 mit SW1 AUS und SW2 EIN ist;
Vref der Wert der Referenzspannung Vref ist;
R_ON der Widerstand des „EIN" Kanals von SW2 ist;
R1 der Widerstand des Widerstands 46 ist;
R3 der Widerstand des Widerstands 47 ist;
R_p der Widerstand des Potentiometers ist, wie durch den Schleifer gewählt.
Wenn R_CR berechnet und überwacht wird, kann der Wert von R_CR mit einer Schwelle verglichen werden, um einen überhöhten Schleiferkontaktwiderstand zu ermitteln.
In Betriebsablauf 62 von 4 misst indes der Mikroprozessor einfach die Spannung V_AD2 (Spannung auf Leitung AD2). Diese Spannung wird in einen Digitalwert konvertiert und im Entscheidungsbetriebsablauf 64 vergleicht der Mikroprozessor den V_AD2 Wert mit einem vorbestimmten Spannungsschwellenwert. Der Entscheidungsbetriebsablauf 64 testet die Spannung V_AD2 gegen eine vorbestimmte Fehlerschwelle. Die Fehlerschwelle basiert auf beobachteten Änderungen bei V_AD2 aufgrund von Änderungen des Schleiferkontaktwiderstands und basierend auf unterschiedlichen Werten von R_P. 6 ist eine Kurve von Digitalwerten für V_AD2 als eine Funktion des Schleiferkontaktwiderstands für drei unterschiedliche Werte von R_P. Diese Kurve zeigt, dass eine Steigerung des Schleiferkontaktwiderstands Änderungen von V_AD2 aufgrund von Änderungen bei R_p schnell verwässert. Daher ist ein Fehlerschwellenwert von 2500 im Beispiel von 6 eine gute Wahl. Wenn der Schleiferkontaktwiderstand so ist, dass V_AD2 die Fehlerschwelle überschreitet, wird der Betriebsablauffluss fortgesetzt bei der Abzweigung NEIN vom Entscheidungsbetriebsablauf 64 zum Betriebsablauf 66. Der Betriebsablauf 66 zeigt einen Schleiferfehler an und der logische Betriebsablauf kehrt zurück zum Hauptüberwachungsprogramm in 2. Wenn die Spannung V_AD2 weniger ist als die Fehlerschwelle, ist der Schleiferkontaktwiderstand innerhalb einer akzeptablen Grenze und der Betriebsablauffluss wird fortgesetzt bei der Abzweigung JA vom Entscheidungsbetriebsablauf 64, um zum Hauptüberwachungs-Betriebsablauffluss in 2 zurückzukehren.
5 veranschaulicht die logischen Betriebsabläufe des Schnittstellenschaltungs-Testmoduls 36 in 2. Der Schnittstellenschaltungstest beginnt beim logischen Betriebsablauf 70 in 5, welcher sämtlichen Strom- oder Spannungsantrieb zum Potentiometer 10 von der Überwachungsschaltungsschnittstelle 15 sperrt, d.h., beim Leerlaufzustand. Dies wird durchgeführt durch den Mikroprozessor 18, der durch die Schaltertreiber 24 wirkt, um sowohl den Transistor 26 (Schalter 1) als auch den Transistor 28 (Schalter 2) AUS zu schalten. Dies isoliert die Stromquelle 30 vom Potentiometer und isoliert ebenfalls die Spannung Vref vom Potentiometer 10. Im Leerlaufzustand, wird dann erwartet, dass die Spannung bei Knoten 47 und Knoten 45 null Volt plus oder minus eine sehr geringe Toleranz betragen sollte. Bei einem Fehler des Transistors 26, der dazu führt, dass ein wenig Strom von der Stromquelle 30 durchgeleitet wird, oder bei einem Fehler der Diode 38, der dazu führt, dass ein wenig Spannung anders als null auf den Knoten 47 angewendet wird, ist die durch den Mikroprozessor 18 durch den Analog-Digitalwandler 16 abgetastete V_AD1 außerhalb der Toleranz. Der Betriebsablauf 72 in 5 misst die Spannung auf der Leitung AD1. Der Betriebsablauf 72 misst ebenfalls die Spannung V_AD2 auf der Leitung AD2, die der Spannung am Knoten 45 entspricht. Diese Spannung sollte nahe null sein, außer wenn der Transistor 28 wegen einem Fehler Vref nicht vom Schleifer isoliert wurde oder ein Fehler der Diode 42 vorliegt. Der Wert für V_AD2 sollte bei null plus oder minus einen sehr geringen Toleranzwert für einen Leckstrom durch die rückwärts gerichteten Anschlüsse von Transistor 28 und Diode 42 sein. Nachdem der Betriebsablauf 72 in 5 die Spannung bei AD1 und die Spannung bei AD2 gemessen hat, testet der Entscheidungsbetriebsablauf 74 jeden dieser Spannungswerte auf null Volt plus oder minus einer Fehlertoleranz. Die Fehlertoleranz basiert auf der Genauigkeit des Wandlers 16 und der Qualität des Transistors 26 und des Transistors 28 bei einer maximalen Betriebstemperatur der Schaltung 15 in 1. Wenn der Entscheidungsbetriebsablauf 74 ermittelt, dass die Spannung von sowohl V_AD1 als auch V_AD2 innerhalb des Toleranzbereichs von null Volt liegen, wird der logische Betriebsablauf bei der Abzweigung JA fortgesetzt und kehrt zurück zum Überwachungsbetriebsablauffluss in 2. Wenn der Entscheidungsbetriebsablauf 74 ermittelt, dass entweder die Spannung bei AD1 oder AD2 um mehr als die Toleranz von null Volt abweichen, wird der logische Betriebsablauf bei der Abzweigung NEIN vom Entscheidungsbetriebsablauf 74 zum Betriebsablauf 76 fortgesetzt. Der Betriebsablauf 76 gibt dann einen Überwachungsschnittstellenschaltungsfehler an. Die Überwachungsschnittstellenschaltung 15 kann dann ersetzt werden oder der gesamte Controller einschließlich Mikroprozessor kann ersetzt werden.
Der Schnittstellenschaltungstest ermittelt keinen Fehler der Diode 40 oder 44, da diese Dioden mit der Masse verbunden sind. Die Dioden in der Überwachungsschnittstellenschaltung werden zum Überspannungssignalschutz bereitgestellt. Die Dioden verhindern, dass die Spannung bei den Knoten 45 und 47 V_CC überschreitet oder die Masse unterschreitet. Die Dioden 40 und 44 könnten entfernt werden mit einem gewissen Risiko, dass die Schaltung durch eine negative Überspannung beschädigt werden könnte. Als Alternative kann ein Leckstrom durch die Dioden 40 und 44 durch den vorhergehend beschriebenen Test für den Schleiferkontaktwiderstand R_CR ermittelt werden. Wenn R_CR getestet wird und für vielfache Positionen des Schleifers, und insbesondere wo R_P nahe null ist, wird eine Änderung des für R_CR berechneten Werts einen Fehler in der Diode 40 oder der Diode 44 anzeigen, wenn R_P Richtung null geht.
Während die in 2 bis 5 gezeigte Ausführungsform diese Tests in Reihe durchführt, werden die Tests in einer anderen Ausführungsform der Erfindung parallel durchgeführt. In dieser alternativen Ausführungsform lassen die Schaltertreiber 24 schnell sämtliche Schalterpositionen durchlaufen, die Spannungen auf den Abtastleitungen AD1 und AD2 werden in Digitalwerte konvertiert und gespeichert und der Mikroprozessor führt das Multitasking der Analyse der Digitalwerte in parallelen Verarbeitungsbetriebsabläufen durch.
In einer anderen Ausführungsform, werden die Testmodule 32, 34 und 36 neu angeordnet, derart, dass ein Schleiferwiderstandstest als ein erster Testbetriebsablauf durchgeführt wird oder derart, dass der Schnittstellenschaltungs-Testbetriebsablauf als ein erster Betriebsablauf durchgeführt wird. Die Abfolge der Tests ist eine Sache der Auswahl. Des Weiteren beendet das Überwachungsprogramm in einer anderen Ausführungsform, wenn ein Fehler bei einem Test ermittelt wird, die Testbetriebsabläufe beim Ermitteln des ersten Fehlers und der Programmfluss kehrt zurück zum Hauptprogramm, das das Verbrennungssystem steuert.
Um zu gewährleisten, dass das Verbrennungssystem vom Potentiometer korrekt gesteuert wird, würde die ausfallsichere Überwachung häufig durchgeführt werden. Abhängig von den Sicherheitserfordernissen, könnten die Überwachungsbetriebsabläufe stündlich oder jede Minute durchgeführt werden. In einem Multitaskingprogramm-Betriebsablauf könnten die Betriebsabläufe parallel mit normalen Steuerbetriebsabläufen durchgeführt werden.

Claims

Vorrichtung zur Fehlerüberwachung eines Potentiometers (10), das einen ersten Anschluss (a1, c1) und einen zweiten Anschluss (a3, c3) hat, wobei dieser zweite Anschluss an ein gemeinsames Potential gekoppelt ist, diese Vorrichtung eine Überwachungsschnittstellenschaltung (15) aufweist, die Folgendes aufweist: einen ersten Schalter (26), gesteuert durch eine erste Schaltertreiberleitung, zum Koppeln einer Stromquelle (30) an diesen ersten Anschluss von diesem Potentiometer; einen zweiten Schalter (28), gesteuert durch eine zweite Schaltertreiberleitung, zum Koppeln einer Referenzspannung (Vref) an einen Schleiferanschluss (a2, c2) von diesem Potentiometer (10); einen Widerstand (46), gekoppelt zwischen der Referenzspannung und dem zweiten Schalter; eine erste Messleitung (AD1), gekoppelt an einen ersten Knoten (47) zwischen diesem ersten Schalter und diesem ersten Anschluss zum Messen einer ersten Spannung zwischen diesem ersten Knoten und diesem gemeinsamen Potential; eine zweite Messleitung (AD2), gekoppelt an einen zweiten Knoten (45) zwischen diesem zweiten Schalter und diesem Schleiferanschluss zum Messen einer zweiten Spannung zwischen diesem zweiten Knoten und diesem gemeinsamen Potential; ein Gesamtwiderstand-Testmodul (32) zum Überwachen eines Gesamtwiderstands (Rtot) von diesem Potentiometer und zum Anzeigen eines Potentiometerfehlers wenn, wenn der erste Schalter eingeschaltet ist und der zweite Schalter ausgeschaltet ist, die erste gemessene Spannung nicht innerhalb erster vorbestimmter Grenzen ist; und ein Schleiferwiderstands-Testmodul (34) zum Überwachen eines Schleifer gewählten Potentio meterwiderstands (Rp) von diesem Potentiometer und zum Anzeigen eines Schleiferfehlers wenn, wenn der erste Schalter ausgeschaltet ist und der zweite Schalter eingeschaltet ist, die zweite gemessene Spannung eine zweite vorbestimmte Grenze überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren aufweisend: einen Analog-Digitalwandler (16), gekoppelt an diese erste Messleitung (AD1) und an diese zweite Messleitung (AD2) zum Umwandeln dieser ersten und dieser zweiten gemessenen Spannungen in entsprechende Digitalwerte; und einen Mikrocontroller (18), gekoppelt an diesen Analog-Digitalwandler zum Anzeigen eines Fehlers, wenn ein Digitalwert eine entsprechende vorbestimmte Grenze übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren aufweisend: einen Schaltertreiber (24), gekoppelt mit diesen ersten und diesen zweiten Schaltertreiberleitungen zum Antreiben einer Schaltspannung zu diesem ersten Schalter oder beziehungsweise diesem zweiten Schalter (26); und einen Mikrocontroller (18), gekoppelt an diesen Schaltertreiber zum Steuern dieser Schaltspannung, angewendet auf diesen ersten oder zweiten Schalter.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren aufweisend: einen Speicher (19) zum Speichern dieser ersten vorbestimmten Grenze verbunden mit einem Anfangsgesamtwiderstand von diesem Potentiometer (10) und diese zweite vorbestimmte Grenze verbunden mit einem Schleifer gewählten Potentiometerwiderstand; und ein Fehlersignal anzeigendes Mittel (18) zum Anzeigen eines Potentiometerfehlers, wenn diese erste gemessene Spannung nicht innerhalb dieser ersten vorbestimmten Grenzen ist oder eines Schleiferfehlers, wenn diese zweite gemessene Spannung eine zweite vorbestimmte Grenze übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei dieser erste Schalter eingeschaltet wird, um ein Fließen von Strom durch diesen ersten Knoten zu diesem Potentiometer zu ermöglichen und dieser zweite Schalter ausgeschaltet wird, um zu verhindern, dass Strom durch diesen zweiten Knoten zu diesem Potentiometer fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei dieser erste Schalter ausgeschaltet wird, um zu verhindern, dass Strom durch diesen ersten Knoten zu diesem Potentiometer fließt und dieser zweite Schalter eingeschaltet wird, um ein Fließen von Strom durch diesen zweiten Knoten zu diesem Potentiometer zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren aufweisend ein Überwachungsschnittstellenschaltungs-Testmodul (36) zum Anzeigen eines Überwachungsschnittstellenschaltungsfehlers wenn, wenn diese ersten und zweiten Schalter ausgeschaltet sind, um zu verhindern, dass Strom durch diese ersten und zweiten Knoten zu diesem Potentiometer fließt, diese erste oder zweite gemessene Spannung nicht innerhalb einer Toleranz von null Volt ist.
Verfahren zur Fehlerüberwachung eines Potentiometers (10), das einen ersten Anschluss (a1, c1) und einen zweiten Anschluss (a3, c3) hat, und einen Schleiferanschluss (a2, c2), wobei dieses Verfahren Folgendes aufweist: Koppeln eines ersten Schalters (26) und eines ersten Messknotens (47) zwischen einer Stromquelle (30) und diesem ersten Anschluss; Koppeln eines zweiten Schalters (28) und eines zweiten Messknotens (45) zwischen einer Spannungsreferenz (Vref) und diesem Schleiferanschluss; Koppeln dieses zweiten Anschlusses an ein gemeinsames Potential; Koppeln eines Widerstands zwischen der Referenzspannung und dem zweiten Schalter; Einschalten des ersten Schalters und Ausschalten des zweiten Schalters; Messen einer ersten Spannung zwischen diesem ersten Messknoten und diesem gemeinsamen Potential; Überwachen eines Gesamtwiderstands (Rtot) von diesem Potentiometer, einen Potentiometerfehler anzeigend, wenn die erste gemessene Spannung nicht innerhalb der vorbestimmten Grenzen ist; Ausschalten des ersten Schalters und Einschalten des zweiten Schalters; Messen einer zweiten Spannung zwischen diesem zweiten Messknoten und diesem gemeinsamen Potential; und Überwachen eines Schleifer gewählten Potentiometerwiderstands (Rp) von diesem Potentiometer, einen Schleiferfehler anzeigend, wenn die zweite gemessene Spannung eine zweite vorbestimmte Grenze überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei: dieser erste Schalter eingeschaltet wird, um ein Fließen von Strom durch diesen ersten Knoten zu diesem Potentiometer zu ermöglichen und dieser zweite Schalter ausgeschaltet wird, um zu verhindern, dass Strom durch diesen zweiten Knoten zu diesem Potentiometer fließt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei: dieser erste Schalter ausgeschaltet wird, um zu verhindern, dass Strom durch diesen ersten Knoten zu diesem Potentiometer fließt und dieser zweite Schalter eingeschaltet wird, um ein Fließen von Strom durch diesen zweiten Knoten zu diesem Potentiometer zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 8, des Weiteren aufweisend: Überwachen einer Überwachungsschnittstellenschaltung von diesem Potentiometer wenn diese ersten und zweiten Schalter ausgeschaltet sind, um zu verhindern, dass Strom durch diese ersten und zweiten Knoten zu diesem Potentiometer fließt, Anzeige eines Überwachungsschnittstellenschaltungsfehlers, wenn diese erste oder zweite Spannung nicht innerhalb einer Toleranz von null Volt ist.