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Title:
DEVICE FOR RELIABLY DETECTING FAULTS AND SUPPRESSING NOISE PEAKS IN POTENTIOMETER ASSESSMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1992/000504
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for reliably detecting faults and suppressing noise peaks in potentiometer assessment in which the signal output of the potentiometer is connected to a voltage higher than the reference voltage via a pull-up resistor (19) so that when the signal line is interrupted there is, at the next analog-digital converter (13), a higher potential compared with that of smooth operation which is used to detect faults. If the circuit is suitably designed, the wiper current of the potentiometer is kept to a minimum and the effects of noise peaks or micro-interruptions are reduced.

Inventors:
Denz, Helmut (Friedrich-Ebert-Straße 59, Stuttgart 1, D-7000, DE)
Application Number:
PCT/DE1991/000473
Publication Date:
January 09, 1992
Filing Date:
June 05, 1991
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, D-70442, DE)
Denz, Helmut (Friedrich-Ebert-Straße 59, Stuttgart 1, D-7000, DE)
International Classes:
F02D11/10; G01D5/165; G01R27/16; G01R31/02; (IPC1-7): F02D11/10; G01D5/16; G01R31/02
Foreign References:
FR2441852A11980-06-13
FR2197179A11974-03-22
EP0274767A11988-07-20
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 12, no. 274 (M-725)(3121) 29. Juli 1988 & JP-A-63 57 851 (JAPAN ELECTRONIC CONTROL SYST CO LTD ) 12. März 1988 siehe das ganze Dokument
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Claims:
Ansprüche
1. Einrichtung zur sicheren Ausfallerkennung und Rauschspitzenunter¬ drückung bei einer Potentiometerauswertung, bei der das Potentio¬ meter zwischen eine Referenzspannung und Masse geschaltet wird und das am Schleiferanschluß des Potentiometers abgegriffene Signal über einen Signalpfad einem AnalogDigitalWandler zugeführt wird, da¬ durch gekennzeichnet, daß eine gegenüber der Referenzspannung (U ) erhöhte Spannung (U ) über einen pul1uρWiderstand (19) dem Schleiferanschluß S des Potentiometers (10) zugeführt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schleiferanschluß S des Potentiometers (10) und dem AnalogDigi¬ talWandler (13) ein Filter (12, 14) liegt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, 'dadurch gekennzeichnet, daß das Fil¬ ter (12, 14) ein RCFilter ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionierung des Filters (12, 14) so vorgenommen wird, daß bei der schnellstmöglichen Änderung des am Schleifer S abgegriffenen Signals durch das Filter (12, 14) keine weitere Zeitverzögerung auf¬ tritt.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Potentiometer 10 ein Drosselklappenpotentio¬ meter oder ein Potentiometer eines Luftmengenmessers ist.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der pullupWiderstand (19) hochohmig ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß bei einer Unterbrechnung des Signalpfades zwischen Potentiometer (10) und AnalogDigitalWandler (13), insbesondere am Ausgang A des Potentiometers (10), das Potential am Eingang des Ana¬ logDigitalWandlers (13) über einen Wert, der im ungestörten Be¬ trieb möglich ist, ansteigt und eine Erkennung der Unterbrechung er¬ möglicht.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Dimensionierung des Filters (12, 14) und des pullupWiderstandes (19) so erfolgt, daß die zulässige Dauer für Rauschspitzen möglichst groß wird.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß ein zusätzlicher Filterkondensator (30) vom Ein¬ gang nach Masse geschaltet wird.
Description:
Einrichtung zur sicheren Ausfallerkennung und Rauschspitzenunter- drückuncr bei einer Potentiometerauswertunq

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur sicheren Ausf llerken¬ nung und Rauschspitzenunterdrückung bei einer Potentiometerauswer¬ tung, insbesondere bei einem Drosselklappenpotentiometer bei einer Brennkraftmaschine.

Es ist allgemein bekannter Stand der Technik, die Drosselklappen¬ stellung, von der die Menge der vom Motor angesaugten Luft abhängig ist, mit Hilfe eines Drosselklappenpotentiometers zu bestimmen. Da¬ bei stellt das Drosselklappenpotentiometer einen mechanisch verän¬ derbaren Widerstand dar, an dessen Schleifer die SignalSpannung ab¬ gegriffen wird.

Die abgegriffene SignalSpannung soll innerhalb enger Toleranzen lie¬ gen und die Schleiferströme sollen zwecks bester Rauschunterdrückung möglichst klein (< 20 .uA) sein. Ferner ist eine Fehlererkennung für Kurzschlüsse und Kabelabfall an den Potentiometeranschlüssen er¬ forderlich.

Eine Uberwachungseinrichtung für das Drosselklappenpotentiometer ist aus der DE-OS 37 14 697 bekannt. Dabei wird das Drosselklappenpoten¬ tiometer, dessen Schleiferstellung in einer vorgegebenen Beziehung zur Stellung des Fahrpedals steht, einerseits über einen Meßwider- stand mit der Betriebsspannung und andererseits an Masse angeschlos¬ sen. Zur Erkennung von unerwünschten Nebenschlußwiderständen, die besonders im gealterten Zustand des Potentiometers auftreten können und zu einem erhöhten Strom durch das Potentiometer und den Meßwert¬ widerstand führen, wird der am Meßwiderstand auftretende Spannungs¬ abfall gemessen. Bei Abweichung von einem vorgegebenen Wert wird ein Nebenschlußwiderstand erkannt.

Mit dieser Uberwachungseinrichtung für ein Drosselklappenpotentio¬ meter ist es jedoch nicht möglich, einen Ausfall des Potentiometers selbst oder einen Kabelbruch am Schleiferanschluß des Potentiometers zu erkennen. Außerdem können Rauschspitzen, die bei kurzfristigen WiderStandserhöhungen oder gar Unterbrechungen am Schleifer auftre¬ ten können, zu Störungen führen. Diese kurzzeitigen Widerstandser- höhungen treten insbesondere bei einem gealterten Potentiometer auf, bei dem durch Abrieb Kohlepartikel unter den Schleifer geraten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaf¬ fen, mit der bei der Auswertung von Ausgangssignalen einer Potentio- meteranordnung einerseits ein Ausfall des Potentiometers oder ein Kabelbruch am Schleiferanschluß des Potentiometers erkannt wird und andererseits die Auswirkung von Rauschspitzen am Ausgangssignal der Potentiometeranordnung die zu Fehlern führen kann, bestmöglichst unterdrückt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß ein fehlendes AusgangsSignals des Potentiometers, bwz. ein Kabelbruch am Schlei¬ feranschluß des Potentiometers trotz geringem Potentiometerstrom im Normalbetrieb sicher erkannt wird.

Rauschspitzen, die bei Abrieb der Potentiometerbahn auftreten kön¬ nen, können besser unterdrückt-werden, bzw. durch geeignete Wahl eines Filters an einer Auswirkung am Analog-Digital-Wandler gehin¬ dert werden.

Durch eine eindeutige hardwaremäßige Fehlererkennung sind aufwendige und fragwürdige Plausibilitätsabfragen der Software überflüssig.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemä¬ ßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zeichnung

Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer herkömmlichen Auswerte¬ schaltung für ein ratiometrisch ausgewertetes Drosselklappenpoten¬ tiometer, in Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zur si¬ cheren Ausfallerkennung und Rauschspitzenunterdrückung für ein Dros- selklappenpotentiometer angegeben

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In der Schaltungsanordnung nach Figur 1 ist im Drosselklappengeber DKG ein Drosselklappenpotentiometer 10 zwischen die gebufferte po¬ sitive VersorgungsSpannung U , die 5 Volt beträgt, und Masse

geschaltet. Im Schleifer S des Drosselklappenpotentiometers 10 sei ein eventuell kurzzeitig auftretender Rauschwiderstand vorhanden, der als Widerstand 11 dargestellt ist. Weiterhin ist im Drosselklap¬ pengeber DKG ein Schutzwiderstand 18, dessen Wert ca. 800 Ohm be¬ trägt, dem Schleifer S nachgeschaltet, wobei der anderer Anschluß des Schutzwiderstandes 18 auf den Ausgang A des Drosselklappengebers DKG führt und mit einem entsprechenden Anschluß des Steuergeräts SG verbunden ist.

_Der betreffende Anschluß des Steuergeräts SG ist über einen Filter¬ widerstand 12 an einen, ebenfalls zwischen Versorgungsspannung und Masse liegenden Analog-Digital-Wandler 13 angeschlossen. Zwischen dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers 13 und Masse liegt ein Fil¬ terkondensator 14, am Eingang des Steuergeräts SG liegt ein pull-down-Widerstand 15, der mit Masse verbunden ist und zur Poten¬ tialdefinition bei einem Kabelabfall dient.

Weiterhin ist eine Schutzbeschaltung, die aus den Zenerdioden 23 und 24 besteht, am Eingang des Analog-Digital-Wandlers 13 so angeordnet, daß sie diesen vor zu hohen positiven oder negativen Spannungsspit¬ zen schützt.

Der Analog-Digital-Wandler 13 ist in Figur 1 durch eine Ersatzschal¬ tung, die aus einem Widerstand 16 und eine an Klemme 17 liegende Spannung von 2,5 Volt gebildet wird, dargestellt.

Zwischen dem Schleifer S des Drosselklappenpotentiometers 10 und Masse liegt die Drosselklappenpotentiometerspannung U , über den Schleiferkontakt S fließt als Ausgangssignal des Drosselklappen¬ potentiometers der Strom I .. Am pull-down-Widerstand 15 liegt die Spannung U und am Filterkondensator 14 die Spannung U .

Je nach Spannung U fließt in den Analog-Digital-Wandler 13 ein

Strom I, ^ „ von ca. +1 ,uA bis -1 ,uA und in die Schutzbeschal- ADW / / tung mit den Zenerdioden 23 und 24 ein Strom von ca. +2 uA bis

- 2 uA. Die Summe beider Ströme ist mit I bezeichnet. / SU

Das Drosselklappenpotentiometer 10 liegt im normalen Betrieb zwi¬ schen der gebufferten Versorgungsspannung U und Masse. Die Poten¬ tiometerspannung U verändert sich je nach Stellung der Drossel¬ klappe. Die Kennlinie wird üblicherweise so ausgeführt, daß U maximal 4,8 Volt und minimal 0,2 Volt erreicht, so daß ein nicht plausibler Bereich für verschiedene Fehlerarten von Leitungskurz¬ schlüssen oder -Unterbrechungen vorhanden ist.

Bei Alterung des Potentiometers treten im Schleifer Widerstände durch Abrieb der Widerstandsbahn auf, die sich insbesondere bei Be¬ wegung des Schleifers sprunghaft vergrößern. Insbesondere bei großem Strom I tritt durch den Spannungsabfall über den kurzzeitig ver¬ größerten Rauschwiderstand 18 ein hoher Spannungseinbruch am Eingang des RC-Glieds 12, 14 auf. Die Zeitkonstante dieses RC-Gliedes 12, 14 kann nur so groß gewählt werden, daß keine nennenswerte Verzögerung des Nutzsignales bei schnellster Änderung des Potentiometerschlei¬ fers im Normalbetrieb resultiert. Beispielsweise wird eine Filter- zeitkonstanteTT= 5 ms mit einem Widerstand 12 _ 12 KOh und einem Kondensator 14 mit 440 Nannofarad realisiert.

Damit eine möglichst geringe Fehlerauswirkung am Analog-Digi- tal-Wandler 13 entsteht, muß der Strom I möglichst klein gewählt werden, damit der Spannungseinbruch so gering wie möglich gehalten wwiirrdd.. DDiiee ffoollggeennddee BBeettrraacchhttuunngg zzeeiiggtt jjeeddeoch, daß I mit einer Schaltung nach Figur 1 relativ groß wird.

Zur Erkennung des Kabelabfalls am Ausgang A des Drosselklappengebers muß der Widerstand 15 das Potential soweit absenken, daß sich am Eingang des Analog-Digital-Wandlers 13 ein unplausibel niedriges Potential von beispielsweise 0,1 Volt einstellt. Durch den Strom der Zenerdiode 23 der Schutzbeschaltung und es Analog-Digital-Wandlers 13, der zusammen I = - 3 mA betragen soll, tritt ein Spannungs¬ abfall über den Widerständen 12 und 15 auf. Damit dieser kleiner als 0,1 Volt bleibt, muß der Gesamtwiderstand der beiden Widerstände 12 und 15 kleiner als 33 KOhm sein, mit einem Wert von 12 KOhm für den Widerstand 12 muß Widerstand 15 kleiner als 21 KOhm sein. Dadurch resultiert jedoch im Normalbetrieb ein hoher Schleiferstrom I von 220 uA beim oberen Abgriff der Schleiferbahn, dieser führt bei der obengenannte Erhöhung des Rauschwiderstandes 11 zu starken Span¬ nungseinbrüchen.

Figur 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, mit der eine verbesserte Rauschspitzenunterdrückung unter Beibehaltung der Ausfallerkennung bei der Potentiometerauswertung möglich ist.

Das Drosselklappenpotentiometer 10 ist entsprechend der Darstellung in Figur 1 an eine gebufferte Referenzspannung U sowie an Masse angeschlossen. Der Ausgang A des Drosselklappengebers DKG ist über einen pul1-up-Widerstand 19 auf eine höhere Spannung als U ge¬ legt, beispielsweise auf 8 Volt bei U = 5 Volt. Die höhere Span¬ nung wird über einen Vorwiderstand 20, der mit einer Batteriespan¬ nungsklemme 21 verbunden ist und eine Zenerdiode 22, die zwischen dem Vorwiderstand 20 und Masse liegt, erzeugt.

In einer vereinfachten Ausführungsform kann der pull-up-Widerstand 19 auch direkt auf Batteriespannung gelegt werden, also direkt an die Batteriespannungsklemme 21 angeschlossen werden.

Die Eingangsbeschaltung der Schaltungsanordnung nach Figur 2, bzw. die Ausgestaltung des Drosselklappenpotentiometergebers DKG ent¬ spricht der bereits aus der Figur 1 bekannten Anordnung.

Eine Berechnung der Schaltungsanordnung nach Figur 2 zeigt die Vor¬ teile gegenüber Schaltungen nach Figur 1 auf. Um den Fehler "Kabel¬ abfall am Ausgang A des Drosselklappengebers DKG" zu erkennen, muß das Potential am Analog-Digital-Wandler-Eingang über eine Schwelle von etwa 4,9 Volt angehoben werden. In diesem Fall kann der Summen- strom von Analog-Digital-Wandler 13 und Schutzbeschaltung (Zener¬ diode 24) als I = + 3 mA angenommen werden. Der Spannungsabfall bU über den Widerständen 19 und 22 darf 8 Volt - 4,9 Volt = 3,1 Volt betragen. Damit kann der Gesamtwert der Widerstände 19 + 12 1 MOhm betragen. Da der Wert des Widerstandes 12 12 KOhm beträgt, ist er gegen den Wert des Widerstandes 19 vernachlässigbar klein, nähe¬ rungsweise gilt daß der Wert des Widerstandes 19 etwa 1 MOhm betra¬ gen darf.

Im Normalbetrieb ergibt sich der größte Schleiferstrom am unteren

Abgriff der Schleiferbahn für U 0 Volt. Über den pull-up-Wider- stand 19 fließt dann der Strom I = 7,8 Volt x 1 MOhm < 8 uA,

Pu wobei gilt, daß der Widerstand 18 viel kleiner als der Widerstand 19 ist. Der Summenstrom aus Analog-Digital-Wandler 13 und Schutzbe¬ schaltung (Zenerdiode 23 und Zenerdiode 24) beträgt: I - 3 uA.

SU

Der resultierende Schleiferstrom am Drosselklappenpotentiometer be¬ trägt also maximal I = - 12 uA.

Mit dieser Beschaltung ist also eine Diagnosefähigkeit möglich, bei ca. 20 mal geringerem Laststrom bzw. Schleiferstrom I als bei der bekannten Anordnung nach Figur 1. Die Auswirkung von Rauschspitzen, d.h. der Spannungsabfall durch Erhöhung von Rll ist somit ebenfalls etwa 20 mal geringer als bei einer Schaltungsanordnung nach Figur 1.

Als Eingangsfilter kann neben den bereits beschriebenen einfachen RC-Glied 12, 14 auch ein anderes Filter verwendet werden. Insbeson¬ dere kann direkt am Eingang, vom Verbindungspunkt von Widerstand 19 und Widerstand 12 ein zusätzlicher Kondensator 30 nach Masse ge¬ schaltet und somit die Zeitkonstante des RC-Gliedes 12, 14 verklei¬ nert werden.

Bei kurzzeitig hohen Rauschwiderständen, also wenn der Wert des Wi¬ derstandes 11 gegen Unendlich geht, wird somit eine hohe Entlade- zeitkonstante über den hochohmigen Widerstand 19 erhalten, das be¬ deutet, daß auch die Sollspannung lange erhalten bleibt.

Verschwindet der Rauschwiderstand wieder, geht also der Widerstand 11 gegen Null, dann wirkt diese sehr kleine Aufladezeitkonstante über den niederohmigen Widerstand 18 auf den Sollwert U .

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Schaltungen können selbst¬ verständlich auch für andere Potentiometerauswertungen als für Dros¬ selklappenpotentiometerauswertungen verwendet werden. Als Beispiel sei hier ein Luftmengenmesser, der ebenfalls ein Potentiometer ent¬ hält, angegeben.