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Die
vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugsteuersysteme und spezieller
ein redundantes Positionserfassungssystem, sowie ein Verfahren zum
Betreiben des redundanten Positionserfassungssystems gemäß den Ansprüchen 1 und
15.
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Fahrzeughersteller
ersetzen zunehmend mechanische Verbindungen in Fahrzeugen durch Sensoren
und elektromechanische Einrichtungen, um Gewicht und Kosten zu reduzieren.
Zum Beispiel ersetzen Sensoren mechanische Verbindungen, um Positionen
von benutzerbetätigten
Einrichtungen wie beispielsweise Gas-, Kupplungs- und Bremspedalen zu
detektieren. Von den Sensoren werden Signale zu Controllern und/oder
elektromechanischen Einrichtungen in dem Fahrzeug übertragen.
Zum Beispiel kann ein Signal von einem Gaspedal zu einem Aktuator
in der elektronischen Drosseleinrichtung übertragen werden, um die Position
der Drosselklappe einzustellen. Zusätzlich detektiert ein Drosselpositionssensor
die Position der Drosselklappe und überträgt ein Signal zu einem Motorsteuermodul.
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In
Fällen,
in denen mechanische Verbindungen zumindest teilweise beseitigt
sind, werden üblicherweise
mehrere Sensoren verwendet, um redundante Messungen auszuführen und
eine Systemgenauigkeit sicherzustellen. Zum Beispiel verwenden einige
Hersteller analoge Positionssensoren, die auf einer Resisttinte
oder -paste basieren, die auf ein nicht leitendes Substrat abgeschieden
ist. Andere Hersteller verwenden anwendungsspezifische Schaltkreise
(ASICs von application specific integrated circuits) in Kombination
mit Sensoren. Die Sensoren umfassen typischerweise Hallef fekt- oder
induktiv gekoppelte Sensoren. Die ASICs empfangen analoge Signale
von den Sensoren und geben pulsweitenmodulierte Signale (PWM-Signale) oder andere Typen
von Signalen aus.
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In 1 umfasst
ein Fahrzeugsteuersystem 10 eine Drosseleinrichtung 12 und
ein Steuermodul 14. Die Drosseleinrichtung 12 umfasst
erste bzw. zweite Sensormodule 16 bzw. 18, die
mit dem Steuermodul 14 kommunizieren, d. h. mit diesem
in Verbindung stehen. Die Drosseleinrichtung 12 umfasst auch
eine Drosselklappe 20, die in mechanischem Kontakt mit
den Sensormodulen 16 und 18 steht. Die Sensormodule 16 und 18 sind
potentiometerbasierte Sensoren 16 und 18, die
einstellbare Sensorwiderstände
umfassen. Während
eines normalen Betriebs bewegt sich die Drosselklappe 20 zwischen
einer Minimalposition und einer Maximalposition. Zum Beispiel kann
die Minimalposition eine Drosselposition im Leerlauf sein, und die
Maximalposition kann eine weit geöffnete Drosselposition oder
Volllastdrosselposition (WOT von wide-open throttle) sein. Wenn sich
die Drosselklappe 20 zwischen den Minimal- und Maximalpositionen
bewegt, stellen mechanische Kontakte 22 zwischen der Drosselklappe 20 und
den Sensormodulen 16 und 18 die Werte der Sensorwiderstände ein.
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Die
ersten bzw. zweiten Sensormodule 16 bzw. 18 erzeugen
auf der Grundlage der Werte jeweiliger Sensorwiderstände erste
bzw. zweite Positionssignale 24 bzw. 26. Die Sensormodule 16 und 18 übertragen
die Positionssignale 24 und 26 zu dem Steuermodul 14.
Das Steuermodul 14 bestimmt auf der Grundlage von Werten
der Positionssignale 24 und 26 erste und zweite
Positionen der Drosselklappe 20. Zum Beispiel kann das
Steuermodul 14 Werte der Positionssignale 24 und 26 speichern,
wenn die Drosselklappe 20 während eines Kalibrierungsvorgangs
an vorbestimmten Positionen eingestellt wird. Dies ermöglicht dem
Steuermodul 14, durch Skalieren zwischen den voreingestellten
Werten die Werte der Positions signale 24 und 26 zu
bestimmen. Die zahlreichen Positionen der Drosselklappe 20 ermöglichen
dem Steuermodul 14, einen Redundanztest auszuführen und
die Intaktheit der Sensormodule 16 und 18 zu verifizieren.
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In
dem Fall eines elektrischen Kurzschlusses zwischen den ersten bzw.
zweiten Sensormodulen 16 bzw. 18 können einer
oder beide der Werte der Positionssignale 24 bzw. 26 ungültig werden,
was eine Fahrzeugsteuerung nachteilig beeinflusst. In einem Ansatz
umfasst das erste Sensormodul 16 einen Kurzschlussschalter 28.
Wenn der Kurzschlussschalter 28 durch das Steuermodul 14 aktiviert
wird, setzt er den Wert des ersten Positionssignals 24 auf
einen vorbestimmten Wert. Zum Beispiel kann der Wert des ersten
Positionssignals 24 durch Kurzschließen des Sensorwiderstands des
ersten Sensormoduls 16 auf ein Referenz- oder Massenpotenzial
gesetzt werden. Während
der Kurzschlussschalter 28 aktiviert ist, vergleicht das
Steuermodul 14 die Werte der ersten bzw. zweiten Positionssignale 24 bzw. 26.
Wenn die Differenz zwischen den Werten der Positionssignale 24 und 26 kleiner
als ein vorbestimmter Wert ist, ist es wahrscheinlich, dass ein
Kurzschlusszustand zwischen den Sensormodulen 16 und 18 besteht,
und das Steuermodul 14 kann einen Alarmindikator aktivieren.
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Der
Kurzschlussschalter 28 ermöglicht dem Steuermodul 14,
periodisch einen Kurzschlusszustand zwischen den Sensormodulen 16 und 18 zu detektieren.
Die Genauigkeit der Positionssignalwerte wird jedoch beeinträchtigt,
während
der Kurzschlussschalter 28 aktiviert ist. Dies unterbricht
andere Systemdiagnosen, die die Werte der Positionssignale 24 und 26 von
den Sensormodulen 16 und 18 verwenden. Zusätzlich erhöht der Kurzschlussschalter 28 die
Kosten und Komplexität
der Sensormodule 16 und 18.
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Die
DE 42 35 880 C2 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung mit zwei Sensoren zur Erfassung
einer veränderlichen,
von der Position eines Pedals oder dergleichen abhängigen Signalgröße. Die
Kennlinien der Sensoren weisen unterschiedliche Steigungen auf.
Die von den Sensoren erzeugten Signalwerte werden verglichen, wobei
ein fehlerfreier Betrieb der Sensoren erkannt wird, wenn die beiden
Signalwerte voneinander abweichen. Weiterer Stand der Technik ist
aus
DE 40 04 085 A1 ,
DE 197 56 924 A1 ,
US 64 14 607 B1 und
DE 196 42 174 A1 bekannt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Positionserfassungssystem sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines
Positionserfassungssystems anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch ein Positionserfassungssystem gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch
15 gelöst.
Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein
redundantes Positionserfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst eine Einrichtung mit einer Position zwischen Minimal- und Maximalpositionen.
Erste bzw. zweite Sensormodule umfassen erste bzw. zweite Sensorwiderstände. Wenn
sich die Einrichtung von der Minimalposition zu der Maximalposition
bewegt, erhöht
sich ein Wert von einem der ersten oder zweiten Sensorwiderstände, und
ein Wert von dem anderen der ersten oder zweiten Widerstände verringert
sich. Ein Maximalwert des ersten Sensorwiderstands liegt aufgrund
von einer ersten Herstellertoleranz in einem Bereich zwischen einem
ersten Maximalwert und einem zweiten Maximalwert, der größer als
der erste Maximalwert ist. Ein Maximalwert des zweiten Sensorwiderstands
liegt aufgrund von einer zweiten Herstellertoleranz in einem Bereich
zwischen einem dritten Maxi malwert und einem vierten Maximalwert,
der größer als
der dritte Maximalwert ist. Der zweite Maximalwert ist kleiner als
der dritte Maximalwert.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
ist ein Steuermodul mit den ersten und zweiten Sensormodulen verbunden,
d. h. kommuniziert mit diesen. Die ersten bzw. zweiten Sensormodule
erzeugen erste bzw. zweite Positionswerte auf der Grundlage der ersten
bzw. zweiten Sensorwiderstände.
Das Sensormodul bestimmt auf der Grundlage der ersten bzw. zweiten
Positionswerte erste bzw. zweite Positionen der Einrichtung. Erste
bzw. zweite Leiter weisen erste Enden auf, die mit den ersten bzw.
zweiten Sensormodulen verbunden sind, und weisen zweite Enden auf,
die mit dem Steuermodul verbunden sind. Das erste Sensormodul überträgt den ersten
Positionswert auf dem ersten Leiter, und das zweite Sensormodul überträgt den zweiten
Positionswert auf dem zweiten Leiter. Das Steuermodul vergleicht
die ersten und zweiten Positionswerte und aktiviert einen Alarmindikator,
wenn eine Differenz zwischen den ersten und zweiten Positionswerten
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform
der Erfindung vergleicht das Steuermodul die ersten und zweiten
Positionen der Einrichtung und aktiviert einen Alarmindikator, wenn
eine Differenz zwischen den ersten und zweiten Positionen größer als
ein vorbestimmter Wert ist. Das Steuermodul wandelt die ersten bzw.
zweiten Positionen der Einrichtung in erste bzw. zweite normierte
Werte um, die einen Bruchteil eines Bereichs zwischen den Minimal-
und Maximalpositionen der Einrichtung darstellen. Das Steuermodul
vergleicht die ersten und zweiten normierten Werte und aktiviert
einen Alarmindikator, wenn eine Differenz zwischen den ersten und
zweiten normierten Werten größer als
ein vorbestimmter Wert ist.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform verwendet
das Steuermodul nur den ersten Positionswert für eine Systemsteuerung während eines normalen
Betriebs, und wenn keine Alarmindikatoren aktiviert sind. Die ersten
und zweiten Herstellertoleranzen betragen ungefähr 20%. Ein Verhältnis des ersten
Maximalwertes des ersten Sensorwiderstands zu dem dritten Maximalwert
des zweiten Sensorwiderstands ist kleiner oder gleich 0,5. Die ersten
und zweiten Sensorwiderstände
werden durch einen Resisttinten-Abscheidungsprozess erzeugt. Erste
Enden der ersten und zweiten Sensorwiderstände sind mit einem Netzpotenzial
verbunden, und zweite Enden der ersten und zweiten Sensorwiderstände sind mit
einem Massepotenzial verbunden.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform
der Erfindung umfassen die ersten bzw. zweiten Sensormodule erste
bzw. zweite Serienwiderstände,
erste Enden der ersten bzw. zweiten Serienwiderstände sind
mit einstellbaren Enden der ersten bzw. zweiten Sensorwiderstände verbunden,
und die ersten bzw. zweiten Serienwiderstände erzeugen die ersten bzw. zweiten
Positionswerte. Die ersten bzw. zweiten Positionswerte basieren
auf einer Spannung, die an die ersten bzw. zweiten Sensorwiderstände angelegt
ist, und basierend auf ersten bzw. zweiten kombinierten Widerständen. Die
ersten bzw. zweiten kombinierten Widerstände umfassen die ersten bzw.
zweiten Sensorwiderstände,
die ersten bzw. zweiten Serienwiderstände und erste bzw. zweite Kontaktwiderstände, die
an den einstellbaren Enden der ersten bzw. zweiten Sensorwiderstände erzeugt
werden.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform weisen
die ersten und zweiten Serienwiderstände Herstellertoleranzen auf,
die ungefähr
20% betragen. Ein Verhältnis
eines Werts des ersten Serienwiderstands zu einem Wert des zweiten
Serienwiderstands ist kleiner oder gleich 0,5. Minimalwerte der ersten
bzw. zweiten Sensorwiderstände
sind größer oder
gleich 7% des ersten Maximalwerts des ersten Sensorwiderstands bzw.
des dritten Maximalwerts des zweiten Sensorwiderstands festgelegt.
Die Einrichtung ist ein Gaspedal, ein Bremspedal, ein Kupplungspedal
oder eine Drosselklappe eines Fahrzeugs.
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Weitere
Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten
Beschreibung, die hierin nachfolgend geliefert ist, ersichtlich.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben;
in dieser zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm einer Drosseleinrichtung und eines Steuermoduls in
einem Fahrzeugsteuersystem, das eine redundante Positionserfassung
gemäß dem Stand
der Technik ausführt;
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2 ein
Blockdiagramm eines Fahrzeugsteuersystems, das ein Steuermodul umfasst,
das Signale von Fahrzeugsensoren empfängt, gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Blockdiagramm eines Steuermoduls und einer Drosseleinrichtung, die
Drosselpositionssensoren für
eine redundante Positionserfassung in einem Fahrzeugsteuersystem
umfasst, gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 ein
ausführlicheres
Blockdiagramm und eine ausführlichere
elektrische schematische Darstellung des Fahrzeugsteuersystems in 3;
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5 eine
Tabelle, die erste beispielhafte Werte von Widerständen in
den Drosselpositionssensoren in 3 zeigt;
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6 eine
Tabelle, die zweite beispielhafte Werte von Widerständen in
den Drosselpositionssensoren in 3 zeigt;
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7 ein
Flussdiagramm, das Schritte zeigt, die durch das Steuermodul in 3 ausgeführt werden,
um einen Kurzschlusszustand zwischen den Drosselpositionssensoren
zu detektieren; und
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8 ein
Flussdiagramm, das Schritte zeigt, die durch das Steuermodul in 3 aufgeführt werden,
um eine redundante Positionserfassung durch die Drosselpositionssensoren
zu verifizieren.
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Zu
Klarheitszwecken werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen
verwendet, um ähnliche
Elemente zu identifizieren. Wie er hierin verwendet wird, bezieht
sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen Schaltkreis
(ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam
genutzt, dediziert oder gruppiert) und einen Speicher, die ein oder
mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis mit kombinatorischer
Logik oder andere geeignete Bauteile, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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In 2 umfasst
ein Fahrzeug 36 einen Motor 38 und ein Steuermodul 40.
Der Motor 38 umfasst einen Zylinder 42, der eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 44 und eine Zündkerze 46 aufweist.
Obwohl ein einzelner Zylinder 42 gezeigt ist, sollte Fachleuten leicht
deutlich werden, dass der Motor 38 typischerweise mehrere
Zylinder 42 mit zugehörigen
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 44 und Zündkerzen 46 umfasst.
Zum Beispiel kann der Motor 38 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder
16 Zylinder 42 umfassen.
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Über einen
Einlass 50 wird in einen Einlasskrümmer 48 des Motors 38 Luft
angesaugt. Eine Drosselklappe 52 reguliert einen Luftstrom
durch den Einlass 50. Kraftstoff und Luft werden in dem
Zylinder 42 kombiniert und werden durch die Zündkerze 46 gezündet. Die
Drosselklappe 52 steuert die Rate, mit der Luft in den
Einlasskrümmer 48 strömt. Das
Steuermodul 40 stellt die Rate, mit der Kraftstoff in den
Zylinder 42 eingespritzt wird, auf der Grundlage der Luft,
die in den Zylinder 42 strömt, ein, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K-Verhältnis) in
dem Zylinder 42 zu steuern. Das Steuermodul 40 ist
mit einem Motordrehzahlsensor 54 verbunden, der ein Motordrehzahlsignal
erzeugt. Das Steuermodul 40 ist auch mit Luftmassenmesser-(MAF
von mass air flow) bzw. Krümmerabsolutdruck-(MAP
von manifold absolute pressure)Sensoren 56 bzw. 58 verbunden,
die MAF- bzw. MAP-Signale erzeugen.
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Der
Motor 38 umfasst eine elektronische Drosseleinrichtung
(ETB von electronic throttle body) 60, der die Drosselklappe 52 zugeordnet
ist. Die ETB 60 wird durch das Steuermodul 40 und/oder
einen dedizierten Controller wie beispielsweise einen elektronischen
Drosselcontroller (ETC von electronic throttle controller) gesteuert.
Erste bzw. zweite Drosselpositionssensoren 62 bzw. 64 detektieren
eine Position der Drosselklappe 52 in der ETB 60 und
erzeugen erste bzw. zweite Positionssignale 66 bzw. 68, die
die Position der Drosselklappe 52 darstellen. Die ersten
bzw. zweiten Drosselpositionssensoren 62 bzw. 62 übertragen
die ersten bzw. zweiten Positionssignale 66 bzw. 68 zu
dem Steuermodul 40.
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Das
Fahrzeug 36 umfasst optional erste bzw. zweite Gaspedal-Positionssensoren
(GP-Positionssensoren) 70 bzw. 72, die eine Position
des GP 74 detektieren. Die ersten bzw. zweiten GP-Positionssensoren 70 bzw. 72 erzeugen
erste bzw. zweite Positionssignale, die die Position des GP 74 darstellen. Die
ersten bzw. zweiten GP-Positionssensoren 70 bzw. 72 übertragen
die ersten bzw. zweiten Positionssignale zu dem Steuermodul 40.
Das Fahrzeug 36 umfasst optional auch erste bzw. zweite
Bremspedal-Positionssensoren (BP-Positionssensoren) 76 bzw. 78,
die eine Position des BP 80 detektieren. Die ersten bzw.
zweiten BP-Positionssensoren 76 bzw. 78 erzeugen
erste bzw. zweite Positionssignale, die die Position des BP 80 darstellen.
Die ersten bzw. zweiten BP-Positionssensoren 76 bzw. 78 übertragen
erste bzw. zweite Positionssignale zu dem Steuermodul 40.
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In
dem Fall eines manuellen Getriebes umfasst das Fahrzeug 36 optional
erste bzw. zweite Kupplungspedal-Positionssensoren (KP-Positionssenso ren) 82 bzw. 84,
die eine Position des KP 86 detektieren. Die ersten bzw.
zweiten KP-Positionssensoren 82 bzw. 84 erzeugen
erste bzw. zweite Positionssignale, die die Position des KP 86 darstellen. Die
ersten bzw. zweiten KP-Positionssensoren 82 bzw. 84 übertragen
die ersten bzw. zweiten Positionssignale zu dem Steuermodul 40.
Fachleute werden erkennen, dass andere Sensoren als diese, die in 2 gezeigt
sind, eingesetzt werden können.
Zusätzlich
kann das Steuermodul 40 für eine zusätzliche Redundanz Positionssignale
von mehr als zwei Positionssensoren empfangen.
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Es
ist möglich,
nur den ersten Drosselpositionssensor 62 zu verwenden und
immer noch redundante Messungen der Position der Drosselklappe 52 zu
erhalten. Zum Beispiel geben andere Sensoren wie beispielsweise
die MAF- bzw. MAP-Sensoren 56 bzw. 58 eine Strömungsrate
und/oder einen Druck der Luft in dem Einlasskrümmer 48 an, die verwendet werden
können,
um eine Position der Drosselklappe 52 zu bestimmen. In
diesem Fall empfängt
das Steuermodul 40 nur das Positionssignal von dem ersten Drosselpositionssensor 62.
Es ist jedoch schwierig, die Position der Drosselklappe 52 von
dem ersten Drosselpositionssensor 62 und von den MAF- und/oder
MAP-Sensoren 56 bzw. 58 in sowohl statischen als
auch dynamischen Zuständen
des Fahrzeugs 36 genau zu vergleichen. Ungeachtet der Verfügbarkeit
anderer Sensoren ist es erwünscht,
sowohl die ersten als auch zweiten GP-Positionssensoren 70 bzw. 72 zu
verwenden. Ein Versagen eines einzelnen GP-Positionssensors 70 oder 72 würde zu einem
Einzelfehler oder Single-Point-Fehler führen und verhindern, dass das
Steuermodul 40 eine Position des GP 74 genau detektiert.
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Das
Steuermodul 40 bestimmt eine Position einer Einrichtung
in dem Fahrzeug 36 auf der Grundlage von Werten von jeweiligen
ersten und zweiten Positionssignalen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
wandelt das Steuermodul 40 die Positionswerte in normierte
Werte um, die einen Bruchteil eines Bereichs zwischen Minimal- und
Maximalpositionen darstellen. Zum Beispiel kann ein normierter Positionswert
für die
Drosselklappe 52 einen Bruchteil des Bereichs zwischen
einer Drosselposition im Leerlauf und einer Volllastdrosselposition
(WOT) darstellen.
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In
diesem Fall kann ein normierter Positionswert von 0% der Drosselposition
im Leerlauf und ein normierter Positionswert von 100% der WOT-Position entsprechen.
Zum Beispiel werden bei einer beispielhaften Ausführungsform
Positionen der Fahrzeugeinrichtungen während eines Kalibrierungsvorgangs
festgelegt, so dass die Positionssensoren Positionssignale mit vorbestimmten
Werten ausgeben. Zum Beispiel können
die ersten bzw. zweiten Drosselpositionssensoren 62 bzw. 64 auf
Ausgangspositionssignale mit vorbestimmten Werten voreingestellt werden,
wenn die Drosselklappe 52 bei einer Drosselposition mit
maximaler Luftströmung
festgelegt wird. Das Steuermodul 40 kann dann Werte der
Positionssignale zwischen dem voreingestellten Positionswert und
einem Positionswert, der während
eines normalen Betriebs entnommen wird, skalieren, um eine Position
der Drosselklappe 52 zu bestimmen.
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In
Bezug auf 3 werden die ETB 60 und das
Steuermodul 40 ausführlicher
erläutert.
Eine beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in Bezug auf eine Positionserfassung
der Drosselklappe 52 erläutert. Es wird jedoch ein analoger
Betrieb der Drosselpositionssensoren 62 und 64 und
des Steuermoduls 40 im Hinblick auf eine Positionserfassung
anderer Fahrzeugeinrichtungen, die das Gaspedal 74, das
Bremspedal 80 und das Kupplungspedal 86 umfassen,
betrachtet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die ersten
bzw. zweiten Drosselpositionssensoren 62 bzw. 64 und
die Drosselklappe 52 in der ETB 60 enthalten.
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Die
Drosselpositionssensoren 62 bzw. 64 sind potentiometerbasierte
Sensoren 62 bzw. 64 und umfassen erste bzw. zweite
Sensorwiderstände 94 bzw. 96.
Zum Beispiel kann jeder der Sensorwiderstände 94 und 96 erste
und zweite Anschlüsse
und einen einstellbaren Anschluss umfassen. Eine Position eines
einstellbaren Anschlusses bestimmt einen Bruchteil des Maximalwiderstands
eines Sensorwiderstands, der an dem einstellbaren Anschluss detektiert
wird. Die Positionssignale 66 und 68, die durch
die Drosselpositionssensoren 62 und 64 erzeugt
werden, weisen Werte auf, die auf den Positionen der einstellbaren
Anschlüsse
basieren.
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Die
ersten bzw. zweiten Drosselpositionssensoren 62 bzw. 64 umfassen
auch erste bzw. zweite Serienwiderstände 98 bzw. 100.
Die Serienwiderstände 98 und 100 sind
mit jeweiligen einstellbaren Anschlüssen der Sensorwiderstände 94 und 96 verbunden
und erzeugen die Positionssignale 66 und 68. Bei
einer beispielhaften Ausführungsform
werden die Sensorwiderstände 94 und 96 und
die Serienwiderstände 98 und 100 durch
einen Resisttinten-Abscheidungsprozess erzeugt. Zum Beispiel kann
Resisttinte auf ein nicht leitendes Substrat abgeschieden werden,
um die Widerstände
zu erzeugen.
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Kontaktwiderstände 102 und 104 werden
typischerweise zwischen den einstellbaren Anschlüssen und inneren Widerstandsflächen der
Sensorwiderstände 94 und 96 erzeugt.
Zum Beispiel kann ein Schleifkontakt eines einstellbaren Anschlusses
eine oder mehrere Bürsten
umfassen, die eine innere Widerstandsfläche kontaktieren, die durch
Tintenabscheidung erzeugt wird. Ein Kontaktwiderstand 102 oder 104,
der sich über
der Zeit ändern
kann, wird zwischen den Bürsten
und der Widerstandsfläche
erzeugt. Deshalb beeinflussen die Kontaktwiderstände 102 und 104 die
Werte der Positionssignale 66 und 68, die durch
die Drosselpositionssensoren 62 und 64 erzeugt
werden. Die ersten bzw. zweiten Kontaktwider stände 102 bzw. 104 in
den ersten bzw. zweiten Drosselpositionssensoren 62 bzw. 64 sind
in 3 schematisch angezeigt.
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Die
ersten Anschlüsse
der Sensorwiderstände 94 und 96 sind
mit einem Netzpotenzial 106 verbunden, das durch das Steuermodul 40 erzeugt
wird. Die zweiten Anschlüsse
der Sensorwiderstände 94 und 96 sind
mit einem Massepotenzial 108 verbunden, das ebenfalls durch
das Steuermodul 40 erzeugt wird. Die angelegten Spannungen 106 und 108 erzeugen über die
Sensorwiderstände 94 und 96,
die Kontaktwiderstände 102 und 104 und
die Serienwiderstände 98 und 100 einen
Strom. Positionen der einstellbaren Anschlüsse bei den Sensorwiderständen 94 und 96 bestimmen
die Spannung, die an dem Ausgang der Serienwiderstände 98 und 100 erzeugt wird
und zu dem Steuermodul 40 übertragen wird. Ein erster
Vorwiderstand 110 ist mit dem ersten Serienwiderstand 98 und
dem Netzpotenzial 106 verbunden, und ein zweiter Vorwiderstand 112 ist
mit dem zweiten Serienwiderstand 100 verbunden. Zum Beispiel
können
die ersten bzw. zweiten Vorwiderstände 110 bzw. 112 Pull-Up-
und Pull-Down-Widerstände sein,
die in dem Steuermodul 40 umfasst sind.
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Die
Drosselklappe 52 steht mit den Drosselpositionssensoren 62 und 64 in
mechanischem Kontakt. In 3 sind mechanische Verbindungen 114 zwischen
der Drosselklappe 52 und den Kontaktwiderständen 102 und 104 schematisch
gezeigt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind jedoch Schleifkontakte,
die mit den Sensorwiderständen 94 und 96 in
Kontakt stehen, mechanisch mit der Bewegung der Drosselklappe 52 verbunden.
Zum Beispiel werden, wenn sich die Drosselklappe 52 zwischen den
Minimal- und Maximalpositionen bewegt, Positionen der einstellbaren
Anschlüsse
bei den Sensorwiderständen 94 und 96 eingestellt.
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Die
Positionen der einstellbaren Anschlüsse bestimmen Spannungen, die
an Ausgängen
der Serienwiderstände 98 und 100 detektiert
und über
die Positionssignale 66 und 68 zu dem Steuermodul 40 übertragen
werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform verringert sich
die Spannung, die an dem Ausgang des ersten Serienwiderstands 98 detektiert wird,
wenn sich die Drosselklappe 52 zwischen der Drosselposition
im Leerlauf und der WOT-Position bewegt. Gleichzeitig und mit einer
identischen Rate erhöht
sich die Spannung, die an dem Ausgang des zweiten Serienwiderstands
detektiert wird, wenn sich die Drosselklappe 52 zwischen
der Drosselposition im Leerlauf und der WOT-Position bewegt.
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In 4 umfassen
die ersten bzw. zweiten Sensorwiderstände 94 bzw. 96 erste
bzw. zweite einstellbare Widerstände 122 bzw. 124.
Erste Anschlüsse
der einstellbaren Widerstände 122 und 124 sind mit
dem Netzpotenzial 106 verbunden, und zweite Anschlüsse der
einstellbaren Widerstände 122 und 124 sind
mit dem Massepotenzial 108 verbunden. Die ersten bzw. zweiten
Kontaktwiderstände 102 bzw. 104 sind
schematisch durch erste bzw. zweite Widerstände 126 bzw. 128 angezeigt.
Erste Enden der ersten bzw. zweiten Widerstände 126 bzw. 128 sind
mit einstellbaren Anschlüssen
der einstellbaren Widerstände 122 bzw. 124 verbunden.
Die ersten bzw. zweiten Serienwiderstände 98 bzw. 100 umfassen
dritte bzw. vierte Widerstände 130 bzw. 132.
Erste Enden der dritten bzw. vierten Widerstände 130 bzw. 132 sind
mit zweiten Enden der ersten bzw. zweiten Widerstände 126 bzw. 128 verbunden.
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Die
zweiten Enden der dritten bzw. vierten Widerstände 130 bzw. 132 sind
mit dem Steuermodul 40 verbunden. Die ersten bzw. zweiten
Vorwiderstände 110 bzw. 112 umfassen
fünfte
bzw. sechste Widerstände 134 bzw. 136.
Ein erstes Ende des fünften
Widerstands 134 ist mit einem zweiten Ende des dritten Widerstands 130 verbunden,
und ein zweites Ende des fünften
Widerstands 134 ist mit dem zweiten Ende des ersten einstellbaren
Widerstands 122 verbunden. Ein erstes Ende des sechsten
Widerstands 136 ist mit dem zweiten Ende des vierten Widerstands 132 verbunden,
und ein zweites Ende des sechsten Widerstands 136 ist mit
dem zweiten Ende des zweiten einstellbaren Widerstands 124 verbunden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
weisen die fünften
bzw. sechsten Widerstände 134 bzw. 136 einen
Wert von 220 kΩ auf
und weisen Toleranzen auf, die ungefähr 7,0% betragen.
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In 5 diagnostiziert
das Fahrzeugsteuersystem der vorliegenden Erfindung einen Kurzschlusszustand
zwischen den ersten bzw. zweiten Drosselpositionssensoren 62 bzw. 64 ohne
die Verwendung eines Kurzschlussschalters. Zusätzlich hat der Kurzschluss-Detektionsprozess
keine Auswirkungen auf Fahrzeugsystemdiagnosen, die die Positionssignale 66 und 68 von
den Drosselpositionssensoren 62 und 64 verwenden.
Dies wird durch Verwenden vorbestimmter Widerstandswerte und Toleranzen
für die
Sensorwiderstände 94 und 96 und
die Serienwiderstände 98 und 100 erreicht.
Zusätzlich
erhöht
eine ausreichende Kenntnis des Bereichs möglicher Kontaktwiderstände 102 und 104 die
Zuverlässigkeit
des Kurzschluss-Detektionsprozesses.
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Wie
es oben diskutiert wird, verringert sich der Wert des ersten Positionssignals 66 mit
einer ersten Rate, während
sich der Wert des zweiten Positionssignals 68 mit der gleichen
Rate erhöht,
wenn sich die Drosselklappe 52 zwischen den Minimal- und Maximalpositionen
bewegt. Während
eines Kurzschlusszustands zwischen den Drosselpositionssensoren 62 und 64 sind
die Werte der Positionssignale 66 und 68 gleich.
Deshalb werden die Werte der ersten bzw. zweiten Sensorwiderstände 94 bzw. 96 und die
Werte der ersten bzw. zweiten Serienwiderstände 98 bzw. 100 so
gesetzt, dass sie nicht gleich sind. Da sich die Werte der Positionssignale 66 und 68 gleichzeitig
in gleichen Ausmaß erhöhen/verringern,
verringert dies die Wahrscheinlichkeit, dass die Werte der Positionssignale 66 und 68 während eines
normalen Betriebs gleich sind.
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5 zeigt
erste beispielhafte Widerstandswerte für die Sensorwiderstände 94 und 96 und
die Serienwiderstände 98 und 100.
Wie oben diskutiert können
die Sensorwiderstände 94 und 96 und
die Serienwiderstände 98 und 100 durch
einen Tintenabscheidungsprozess erzeugt werden. Durch einen Tintenabscheidungsprozess
erzeugte Widerstände weisen
typischerweise eine nennenswerte Toleranz von einem Nennwert auf.
Zum Beispiel können
durch einen Tintenabscheidungsprozess erzeugte Widerstände eine
Toleranz von 20% von einem Nennwert aufweisen.
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Der
erste Sensorwiderstand 94 weist einen Nennwert von 3300 Ω und eine
Toleranz von 18,18% auf. Dies entspricht einem Minimalwert von 2700 Ω und einem
Maximalwert von 3900 Ω.
Der erste Serienwiderstand 98 weist einen Nennwert von
1500 Ω und
eine Toleranz von 20,0% auf. Dies entspricht einem Minimalwert von
1200 Ω und
einem Maximalwert von 1800 Ω.
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Der
zweite Sensorwiderstand 96 weist einen Nennwert von 2200 Ω und eine
Toleranz von 18,18% auf. Dies entspricht einem Minimalwert von 1800 Ω und einem
Maximalwert von 2600 Ω.
Der zweite Serienwiderstand 100 weist einen Nennwert von
750 Ω und
eine Toleranz 24,0% auf. Dies entspricht einem Minimalwert von 570 Ω und einem
Maximalwert von 930 Ω.
Ein beobachteter Wert für
die Kontaktwiderstände 102 und 104 liegt
in einem Bereich zwischen 150 Ω und
1500 Ω.
Um sicherzustellen, dass die Werte der ersten bzw. zweiten Sensorwiderstände 94 bzw. 96 nicht
gleich sind, wird ein Verhältnis
von dem ersten Sensorwiderstand 94 zu dem zweiten Sensorwiderstand 96 eingesetzt,
das gleich 1,50 ist. Ähnlich wird
ein Verhältnis
von dem ersten Serienwiderstand 98 zu dem zweiten Serienwiderstand 100 eingesetzt, das
gleich 2,11 ist.
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Die
Tabelle in 5 umfasst Werte der ersten bzw.
zweiten Sensorwiderstände 94 bzw. 96 im mittleren
Bereich. Zum Beispiel liegen die Werte im mittleren Bereich für den ersten
Sensorwiderstand 94 in einem Bereich zwischen 1350 Ω und 1950 Ω mit einem
Nennwert von 1650 Ω.
Die Werte im mittleren Bereich des zweiten Sensorwiderstands 96 liegen
in einem Bereich zwischen 900 Ω und
1300 Ω mit
einem Nennwert von 1100 Ω.
Die Werte im mittleren Bereich geben ungefähre Widerstände an, die an den einstellbaren
Anschlüssen
der Sensorwiderstände 94 und 96 in
der Mitte der Sensorwiderstandsbereiche detektiert werden.
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Wenn
für die
ersten bzw. zweiten Sensorwiderstände 94 bzw. 96 identische
Werte verwendet werden würden,
wären die
Werte im mittleren Bereich der ersten bzw. zweiten Sensorwiderstände 94 bzw. 96 ungefähr gleich,
was eine Kurzschlussdetektion im mittleren Bereich verkomplizieren
würde.
Deshalb werden die Sensorwiderstände 94 und 96 absichtlich
auf verschiedene Werte gesetzt, so dass die Werte im mittleren Bereich
sich nicht überschneiden. Es
ist jedoch möglich,
dass die Werte der Sensorwiderstände 94 und 96 aufgrund
der Toleranzen der Sensorwiderstände 94 und 96 nahe
beieinander liegen. Zum Beispiel ist der Minimalwert des ersten Sensorwiderstands
gleich 2700 Ω und
der Maximalwert des zweiten Sensorwiderstands ist gleich 2600 Ω. Obwohl
die zwei Werte nicht gleich sind, können die Werte nahe genug beieinander
liegen, um eine Kurzschlussdetektion in dem mittleren Bereich der Widerstandswerte
zu stören.
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In 6 sind
zweite beispielhafte Widerstandswerte für die Sensorwiderstände 94 und 96 und
die Serienwiderstände 98 und 100 gezeigt.
Der erste Sensorwiderstand 94 weist einen Nennwert von 2500 Ω und eine
Toleranz von 20,0% auf. Dies entspricht einem Minimalwert von 2000 Ω und einem Maximalwert
von 3000 Ω.
Der erste Serienwiderstand 98 weist einen Nennwert von
750 Ω und
eine Toleranz von 20,0% auf. Dies entspricht einem Minimalwert von
600 Ω und
einem Maximalwert von 900 Ω.
Es wird ein Verhältnis
von dem ersten Sensorwiderstand 94 zu dem zweiten Sensorwiderstand 96 und
von dem ersten Serienwiderstand 98 zu dem zweiten Serienwiderstand 100 eingesetzt,
das gleich 0,50 ist. Deshalb weist der zweite Sensorwiderstand 96 einen
Nennwert von 5000 Ω und
eine Toleranz von 20,0% auf.
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Dies
entspricht einem Minimalwert von 4000 Ω und einem Maximalwert von
6000 Ω.
Der zweite Serienwiderstand 100 weist einen Nennwert von 1500 Ω und eine
Toleranz von 20,0% auf. Dies entspricht einem Minimalwert von 1200 Ω und einem Maximalwert
von 1800 Ω.
Es wird ein erhöhter
Kontaktwiderstandbereich verwendet, um eine größere Schwankung der Werte der
Kontaktwiderstände 102 und 104 zu
berücksichtigen.
Die Kontaktwiderstände 102 und 104 liegen
in einem Bereich zwischen 150 Ω und
2500 Ω.
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Wie
es in 6 gezeigt ist, besteht ein Abstand von 1000 Ω zwischen
dem Maximalwert des ersten Sensorwiderstands 94 und dem
Minimalwert des zweiten Sensorwiderstands 96. Deshalb wird
ein geeignetes Verhältnis
zwischen den ersten bzw. zweiten Sensorwiderstand 94 bzw. 96 und
den ersten bzw. zweiten Serienwiderständen 98 bzw. 100 verwendet,
um Schwankungen aufgrund der Toleranzen der Widerstandswerte zu
berücksichtigen.
Wenn die Toleranz der Widerstandswerte ungefähr 20,0% beträgt, bietet
ein Verhältnis
von 0,67 einen begrenzten Abstand zwischen den Bereichen der Widerstandswerte,
wie es in 5 gezeigt ist. Wenn ein Verhältnis von
0,50 mit einer Toleranz von 20,0% verwendet wird, wird ein geeigneter
Abstand zwischen den möglichen
Werten der Sensorwiderstände 94 und 96 erreicht.
Zusätzlich
kann auch ein Verhältnis,
das kleiner als 0,50 ist, implementiert werden. Ein zu großer Abstand
zwischen den Widerstandswerten der Sensorwiderstände 94 und 96 kann
jedoch eine nachteilige Beeinflussung aufgrund von Rauschen bewirken.
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Die
Widerstandswerte der Serienwiderstände 98 und 100 sind
auch ausgewählt,
um eine Beschädigung
der Komponenten der Drosselpositionssensoren 62 und 64 während eines
Zustands mit Kurzschluss auf die Batterie zu verhindern. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform
ist der niedrigste erreichbare Wert für die Sensorwiderstände 94 und 96 auf
7% der jeweiligen Maximalwerte der Sensorwiderstände 94 und 96 gesetzt.
Deshalb sind die Komponenten der Drosselpositionssensoren 62 und 64 entworfen,
um Spannungen standzuhalten, die durch jeweilige Kombinationen von
7% des Maximalwerts der Sensorwiderstände 94 und 96,
der Serienwiderstände 98 und 100 und
der Kontaktwiderstände 102 und 104 während eines
Zustands mit Kurzschluss auf die Batterie erzeugt werden.
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Die
Widerstandswerte der ersten bzw. zweiten Sensorwiderstände 94 bzw. 96 überschneiden sich
während
eines normalen Betriebs nicht. Deshalb detektiert das Steuermodul 40 einen
Kurzschlusszustand zwischen den Drosselpositionssensoren 62 und 64 durch
Lesen der Werte der Positionssignale 66 und 68.
Das Steuermodul 40 detektiert einen Kurzschlusszustand,
wenn die Differenz zwischen den Werten der Positionssignale 66 und 68 kleiner als
ein vorbestimmter Wert ist. In Abhängigkeit von den Polaritäten der
Werte von den Positionssignalen 66 und 68 kann
das Steuermodul 40 einen der Werte vor einem Vergleichen
der ersten und zweiten Positionssignale 66 und 68 invertieren.
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In
den Fall, dass das Steuermodul 40 einen Kurzschlusszustand
zwischen den Drosselpositionssensoren 62 und 64 detektiert,
verwendet das Steuermodul 40 für eine Systemsteuerung den
Drosselpositionssensor 62 oder 64, der ein Positionssignal 66 oder 68 mit
einem höheren
Wert erzeugt. Dies vermeidet nachteilige Beeinflussungen, die durch
Korrelationsfehler bewirkt werden. Zusätzlich verwendet das Steuermodul 40 bei
einer beispielhaften Ausführungsform
nur den Wert des ersten Positionssignals 66 während eines
normalen Betriebs, und solange keine Alarmindikatoren aktiviert
sind. In diesem Fall wird der zweite Sensorwiderstand 96 primär für eine Kurzschlussdetektion
und Redundanzprüfungen
zwischen den Drosselpositionssensoren 62 und 64 verwendet.
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In 7 beginnt
in Schritt 144 ein Kurzschlussdetektions-Algorithmus. In
Schritt 146 liest das Steuermodul 40 die Werte
der Spannungssignale von den Drosselpositionssensoren 62 und 64.
In Schritt 148 berechnet das Steuermodul 40 die
Differenz zwischen den Werten der Positionssignale 66 und 68.
Vor dem Berechnen der Differenz in Schritt 148 kann das
Steuermodul 40 einen oder mehrere der Positionswerte anpassen,
wenn dies notwendig ist. In Schritt 150 bestimmt die Steuerung,
ob die Differenz zwischen den Werten der Positionssignale 66 und 68 kleiner
als ein vorbestimmter Wert (Th1) ist.
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Wenn
dies nicht der Fall ist, endet die Steuerung. Wenn dies der Fall
ist, fährt
die Steuerung mit Schritt 152 fort. In Schritt 152 detektiert
das Steuermodul 40 einen Kurzschlusszustand zwischen den Drosselpositionssensoren 62 und 64,
aktiviert einen Alarmindikator, und die Steuerung endet. In Schritt 152 verwendet
das Steuermodul 40 für
eine Sys temsteuerung auch den Drosselpositionssensor, der das Positionssignal 66 oder 68 mit
dem größten Wert
erzeugt.
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In 8 beginnt
in Schritt 160 ein Sensorredundanz-Algorithmus. In Schritt 162 liest
das Steuermodul 40 die Werte der Positionssignale 66 und 68 von
den Drosselpositionssensoren 62 und 64. In Schritt 162 wandelt
das Steuermodul 40 den Wert des ersten Positionssignals 66 in
einen ersten Verschiebungswert (D als Abkürzung von Displacement) und
den Wert des zweiten Positionssignals 68 in einen zweiten
Verschiebungswert um. In Schritt 166 berechnet das Steuermodul 40 die
Differenz zwischen den ersten und zweiten Verschiebungswerten. In
Schritt 168 bestimmt die Steuerung, ob die Differenz zwischen
den Verschiebungswerten größer als ein
vorbestimmter Wert (Th1) ist. Wenn dies nicht der Fall ist, endet
die Steuerung. Wenn dies der Fall ist, fährt die Steuerung mit Schritt 170 fort.
In Schritt 170 aktiviert das Steuermodul 40 einen
Alarmindikator und die Steuerung endet.
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Zusammengefasst
betrifft die Erfindung ein redundantes Positionserfassungssystem,
das eine Einrichtung mit einer Position zwischen Minimal- und Maximalpositionen
umfasst. Erste und zweite Sensormodule umfassen erste und zweite
Sensorwiderstände.
Wenn sich die Einrichtung von der Minimalposition zu der Maximalposition
bewegt, erhöht
sich ein Wert von einem der ersten oder zweiten Sensorwiderstände, und
ein Wert von dem anderen der ersten oder zweiten Widerstände verringert
sich. Ein Maximalwert des ersten Sensorwiderstands liegt aufgrund
von einer ersten Herstellertoleranz in einem Bereich zwischen einem
ersten Maximalwert und einem zweiten Maximalwert, der größer als
der erste Maximalwert ist. Ein Maximalwert des zweiten Sensorwiderstands
liegt aufgrund von einer zweiten Herstellertoleranz in einem Bereich
zwischen einem dritten Maximalwert und einem vierten Maximalwert,
der größer als
der dritte Maximalwert ist. Der zweite Maximalwert ist kleiner als
der dritte Maximalwert.