DE19534141C2 - Auswertevorrichtung für Sensoren und Stellglieder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswertevorrichtung bzw. einen Treiberkreis und ein Auswerteverfahren für Sensoren und Stellglieder, und insbesondere auf eine Auswertevorrichtung und ein Auswerteverfahren für Sensoren und Stellglieder, die bei der Motorsteuerung verwendet werden.

Konventionelle Treiberkreise umfassen einen Treiberkreis, der mit einer Vorrichtung zum Messen eines Stromes versehen ist, der durch jeden der Sensoren oder jedes der Stellglieder für jede der Schaltvorrichtung fließt (vergl. japanische Gebrauchsmu­ sterveröffentlichung Nr. 39071/1994).

Weil die Schaltvorrichtung zum Messen des Stromes eines Sensors usw. für jede der Schaltvorrichtungen vorgesehen ist, ist die oben beschriebene Technologie des Stan­ des der Technik nicht frei von dem Nachteil, daß der Treiberkreis große Abmessun­ gen erhält und der Kreis kompliziert wird.

DE 39 23 545 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Testen von elektrischen Verbrauchern eines Kfz. Zur Durchführung des Testvorganges wird ein fahrzeugexterner Diagnosecomputer mit einer elektronischen Steuereinheit des be­ treffenden Verbrauchers verbunden. Während des Tests wird ein Meßwiderstand von Hand in den Strompfad zwischen Stromquelle und Verbraucher eingeschaltet.

DE 39 35 144 C3 beschreibt ein externes Diagnosesystem für ein Kfz, dessen Dia­ gnoseeinheit über einen externen Verbinder und ein Adapterkabel an das zu untersu­ chende Fahrzeug anzuschließen ist. Die zu untersuchenden Komponenten werden dabei von Hand auf der Tastatur der Diagnoseeinheit angewählt.

WO 85/04005 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von einem physikalischen Parameter auf der Basis der Erfassung einer Änderung der elektrischen Eigenschaften von Meßspulen, insbesondere zum Einsatz bei Ölquellen.

DD 282 757 A5 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Umschaltung mehrerer analoger Stromsignale mit verschiedenen Signalbereichen und automatischer Um­ setzung auf ein Signal mit einheitlichem Signalbereich.

DE 25 50 570 C3 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Prüfen von Betriebs­ funktionen im Kfz mit mehreren je eine Kontrollampe und je ein Schaltelement ent­ haltenden parallelen Stromkreisen, wobei die Kontrollampen über einen einzigen Prüfschalter gemeinsam einschaltbar sind., wobei bei normalen Betriebsfunktionen die Schaltelemente leitend sind und mit den Kontrollampen in Reihe liegen. Dem­ nach erlaubt diese Vorrichtung das Prüfen der Stromkreise durch manuelle Betäti­ gung des Prüfschalters.

DE 32 37 164 C2 beschreibt eine Prüfeinrichtung für Stromkreise eines Kfz, wobei ein Mikroprozessor als Steuereinheit auch als Generator ausgebildet ist, der unab­ hängig von den Eingangssignalen der Steuereinheit den Ausgangssignalen der Steu­ ereinheit zumindest ähnliche Signale erzeugt, die derartig sind, daß sie die Verbrau­ cher in Funktion setzen.

DE 37 20 683 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Ansteuerung und Kontrolle von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von Glühkerzen, die den Glühkerzen zuge­ ordnete, von einem Mikroprozessor ansteuerbare Halbleiterschalter sowie minde­ stens einen Meßwiderstand aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Mi­ kroprozessor so ausgelegt ist, daß die Glühkerzen zeitlich versetzt so kurz hinterein­ ander ein- und/oder ausgeschaltet werden, daß sich praktisch ein kontinuierlicher Stromanstieg bzw. -abfall ergibt, und/oder daß die Glühkerzen zur Erkennung einer Unterbrechung und/oder eines Kurzschlusses in einer der Glühkerzen nacheinander in beliebigem zeitlichen Abstand für sehr kurze Zeit angesteuert und der durch die Glühkerzen fließende Strom mit Hilfe des Meßwiderstands erfaßt wird.

DE 39 42 167 A1 betrifft ebenfalls eine Fehlererfassungseinheit, bei welcher die zu messenden Stromkreise nacheinander ein- bzw. ausgeschaltet werden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Auswertevorrichtung für eine Mehrzahl von Sensoren oder Stellgliedern zu schaffen, welche eine Messung einzelner Senso­ ren bzw. Stellglieder besonders schnell und ohne Beeinflussung der Funktion der übrigen Sensoren bzw. Stellglieder ermöglicht. Ein weiteres Ziel ist die Bereitstel­ lung eines entsprechenden Verfahrens.

Die Ziele werden durch die Vorrichtung bzw. das Verfahren gemäß den unabhängi­ gen Ansprüchen erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, worin:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm mit einem Treiberkreis entsprechend einem Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines Strom/Spannungswandlers des Treiberkrei­ ses gemäß Fig. 1 ist;

Fig. 3 ein Steuer-Flussdiagramm des Treiberkreises gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 4 ein Betriebs-Flussdiagramm des Treiberkreises gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 5 ein Signalwellenformdiagramm der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm eines Treiberkreises entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm eines Strom/Spannungswandlers des Treiberkreises gemäß Fig. 6 ist;

Fig. 8 ein Steuer-Flußdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist; und

Fig. 9 ein Schaltungsdiagramm ist, wenn die vorliegende Erfindung auf ein Motorsteuersystem angewendet wird.

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Treiberkreis entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Senso­ ren 100a, 100b, 100c und 100d sind die Sensoren, die arbeiten, wenn ihnen Strom zugeführt wird. Sie sind beispielsweise Sensoren für das Verhältnis Luft/Kraftstoff, Sauerstoffsensoren und Kühlmitteltemperatur­ sensoren, wie sie für die Motorsteuerung verwendet werden. Im Falle eines Sauerstoffsensors erzeugt der Sensor Wärme und wird aktiviert, wenn ein Strom durch ihn fließt. Wenn der Sensor sich verschlechtert, ändert sich dieser Stromwert. Daher kann die Verschlechterung durch Ermittlung dieses Stromwertes festgestellt werden. Wenn ein Draht zu dem Sauerstoffsensor unterbrochen ist, fließt der Strom nicht mehr. Daher kann Drahtbruch durch ähnliches Feststellen des Stromwertes festgestellt werden. Im Falle eines Kühlmitteltemperatursensors ändert sich der durch den Sensor fließende Strom mit der Kühlmitteltemperatur. Um daher die Kühlmitteltemperatur festzustellen, muß der Stromwert festgestellt werden. Wenn ein Draht zu dem Kühlmitteltemperatursensor unterbrochen ist, kann auch der Drahtbruch durch Feststellen des Stro­ mes festgestellt werden, weil der Strom nicht fließt. Ein Überstrom fließt durch den Treiberkreis während Wartungsarbeiten, wenn ein Ver­ binder falsch verbunden ist und Kurzschlüsse auftreten. Dieser Über­ strom fließt auch, wenn der Sensor defekt ist. Wenn ein solcher Über­ strom fließt, ist der Treiberkreis außer Betrieb, und normale Steuerung des Fahrzeuges kann nicht durchgeführt werden, selbst wenn der Sensor durch einen normalen Sensor ersetzt wird. Um dieses Problem zu vermeiden, wird der Sensorstrom unterbrochen und der Treiberkreis wird geschützt, wenn ein Überstrom festgestellt wird. Zur gleichen Zeit wird die Abnormalität dem Fahrer gemeldet. Wie oben beschrieben, müssen die Ströme der Sensoren 100a, 100b, 100c und 100d gemessen werden. Dieses Ausführungsbeispiel kann die Größe des Meßkreises reduzieren und seinen Aufbau vereinfachen. Die Sensoren 100a, 100b, 100c, 100d werden an eine Batterie als elektrische Leistungsquelle angeschlossen und mit dem Treiberkreis 110 verbunden. Der Treiberkreis 110 umfaßt MOS-Transistoren 111a, 111b, 111c, 111d als Schaltvorrichtungen, die den Sensoren jeweils entsprechen, und ein Strom fließt durch jeden Sensor, wenn jeder der MOS-Transistoren 111a, 111b, 111c, 111d eingeschaltet ist. Der Strom jedes Sensors wird durch einen Draht S3 summiert und fließt zur Erde durch einen Strom/Spannungswandler 112. Der Strom/­ Spannungswandler 112 wandelt den durchfließenden Strom in eine Span­ nung um und gibt sie als Meßsignal S4 aus. Das Meßsignal S4 ist mit einem Microcomputer 113 verbunden, und seine Spannung wird durch einen Analog/Digital Wandler digitalisiert, der in den Microcomputer 113 eingebaut ist. Der Microcomputer 113 gibt Treibersignale S2A, S2B, S2C und S2D aus, die die Transistoren durchschalten bzw. trennen. Wenn jedes Treibersignal größer als ein Schwellenwert des MOS-Transi­ stors ist, wird der MOS-Transistor eingeschaltet und Leistung wird an den entsprechenden Sensor geliefert. Um die Selbstdiagnose und den Schutz zu erzielen, muß der Strom für jeden Sensor wie oben beschrie­ ben gemessen werden. Das Meßsignal S4 als Ausgang des Strom/Spannungswandlers 112 repräsentiert die Summe der Stromwerte der Sensoren, denen Leistung zugeführt wird. In diesem Ausführungsbeispiel sind daher alle Sensoren außer demjenigen, dessen Strom getestet werden soll, abgeschaltet, und nur der Strom durch den getesteten Sensor wird dem Strom/Spannungswandler 112 zugeführt. Auf diese Weise repräsen­ tiert das Meßsignal S4 den Stromwert dieses Sensors und der Microcom­ puter 113 kann den Wert messen. Hierauf liefert der Microcomputer 113 Leistung an den Sensor, der bisher abgeschaltet war. Die Abschal­ tung von Sensoren, die nicht ein Objekt der Messung darstellen, ge­ schieht für eine extrem kurze Zeit und beeinträchtigt kaum die Tätigkeit der Sensoren oder führt kaum zu einer Temperaturänderung. Der Microcomputer 113 kann eine Schaltfunktion f11 für die Steuerung des Schaltens jedes MOS-Transistors, eine Meßfunktion f13 für die Steuerung der Analog-Digital-Wandlung bei der Messung des Meßsignals S4 und eine vorübergehende Ausschaltfunktion zur Anzeige von AUS/EIN jedes MOS-Transistors zum Zeitpunkt der Messung und zur Anzeigemessung ausführen. Die Beziehungen zwischen diesen Funktionen werden später beschrieben.

Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm des Strom/Spannungswandlers des Treiberkreises nach Fig. 1. Der Strom/Spannungswandler 112 enthält einen Widerstand 200 zwischen dem Draht S3 und Erde. Beide Enden des Widerstandes 200 sind mit einem Differentialverstärker 210 verbun­ den. Der Differentialverstärker enthält Widerstände 212, 213, 214, 215 und einen Operationsverstärker 211, verstärkt die Potentialdifferenz zwischen beiden Enden des Widerstandes und gibt ein Meßsignal S4 aus. Wenn der Widerstandswert des Widerstandes 200 hoch ist, wird der durch jeden Sensor fließende Strom reduziert und normales Abfühlen wird unmöglich. Im Falle eines Sauerstoffsensors zum Beispiel verhindert nicht ausreichender Strom den zum Aktivieren erforderlichen Anstieg der Temperatur. Wenn der Widerstandswert zu hoch ist, brennt der Wider­ stand 200 aus. Wenn der Widerstandswert zu klein ist, muß die Ver­ stärkung des Differenzialverstärkers 210 erhöht werden, um das Signal an den Analog/Digital-Wandler des Microcomputers 113 einzugeben, weil der Analog/Digital-Wandler des Microcomputers 113 die Eingangsspan­ nung zwischen der Spannung der Stromversorgungsquelle des Microcom­ puters 113 und dem Erdpotential durch eine vorbestimmte Zahl von Bits digitalisiert. Daher wird, wenn der volle Bereich der Eingangsspannung klein ist, der Quantisierungsfehler relativ groß. Andererseits tendiert ein Differentialverstärker mit hohem Verstärkungsgrad zum Oszillieren. Daher ist es erwünscht, den Widerstandswert des Widerstands 200 so weit wie möglich zu erhöhen und die Verstärkung des Differentialver­ stärkers zu senken. Zum Beispiel ist der Widerstandswert des Wider­ standes 200 vorzugsweise 0,1 bis 1 Ω und der Verstärkungsgrad vorzugs­ weise 5 bis 20.

Fig. 3 ist ein Steuerflußdiagramm des Treiberkreises gemäß der vor­ liegenden Erfindung. Die Steuerabfolge für den Treiberkreis bei der Strommessung wird durch den Microcomputer 113 ausgeübt. Sie enthält die folgenden drei Schritte. Zunächst wird Schritt 310 erklärt. Das Treiben wird so unterbrochen, daß die Ströme der Sensoren außer dem Meßobjekt unterbrochen werden. Zu dieser Zeit ist nur das Treibersi­ gnal des MOS-Transistors, der dem Sensor als Meßobjekt entspricht, über dem Schwellenwert und die Treibersignale der MOS-Transistoren, die allen anderen Sensoren entsprechen, sind unter dem Schwellenwert. Als nächstes wird Schritt 320 erklärt. Bei diesem Schritt wird das Meßsignal S4, das dem Stromwert des gemessenen Sensors entspricht, in einen Digitalwert gewandelt und gemessen. Beim nächsten Schritt 330 wird das Treiben der Sensoren außer dem gemessenen Sensor wieder begon­ nen, bevor sie durch das Unterbrechen des Stromes beeinflußt werden.

Fig. 4 ist ein Betriebsflußdiagramm des Treiberkreises gemäß der vor­ liegenden Erfindung. Die Schaltfunktion f11, die kurzzeitige Abschalt­ funktion f12 und die Meßfunktion f13 des Microcomputers 113 arbeiten gemäß dem Steuerflußdiagramm nach Fig. 3. Das bedeutet, die Schritte 311, 312 und 313 sind die Durchführung des Schrittes 310. Die Schritte 331 und 332 sind die Durchführung des Schrittes 330. In der Zeichnung schreitet die Wirkungsweise in der durch Pfeile angedeuteten Richtung fort.

Fig. 5 ist ein Signalwellenformdiagramm der vorliegenden Erfindung. Das Diagramm zeigt das Beispiel, wenn der Strom des Sensors 100c gemessen wird und dann der Strom des Sensors 100a gemessen wird. In der Messung des Stromes des Sensors 100c sind die Treibersignale S2A, S2B und S2D unter dem Schwellenwert infolge der Unterbrechung beim Schritt 313. Zu dieser Zeit repräsentiert das Meßsignal S4 den Strom­ wert des Sensors 100c. Dieser Wert wird durch den Microcomputer 113 gemessen. Danach kehren die Treibersignale S2A, S2B und S2D zu den Werten über den Schwellenwert beim Schritt 332 zurück und die Ströme werden den Sensoren 100a, 100b und 100d zugeführt. Dementsprechend kehrt auch das Meßsignal S4 zu dem Gesamtstromwert zurück, als Summe der Stromwerte der Sensoren. Die Messung des Sensors 100a wird in gleicher Weise durchgeführt.

Fig. 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel des Treiber­ kreises gemäß der Erfindung zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Strom jedes Sensors dem Strom/Spannungswandler 612 eingegeben. Der Microcomputer 113 gibt die Information S5 aus, die den Sensor als das Meßobjekt bezeichnet. Bei Erhalt dieser Information S5 gibt der Strom/Spannungswandler 612 das Meßsignal S4 aus, das den Stromwert des bezeichneten Sensors repräsentiert. Die Meßfunktion f63 des Microcomputers 113 mißt die Ausgabe dieser Information S5 und das Meßsi­ gnal S4. Die Schaltfunktion f11 schaltet die Transistoren im Falle eines Überstroms und einer Störung ab, arbeitet jedoch nicht bei der Strom­ messung.

Fig. 7 zeigt den Strom/Spannungswandler des Treiberkreises nach Fig. 6. Der Strom/Spannungswandler 612 enthält Widerstände 600a, 600b, 600c und 600d, die jeweils den Sensoren entsprechen, und sein Anschluß auf der Erdseite wird dem Differentialverstärker 210 zugeführt. Der andere Anschluß wird entsprechend der Information S5 durch einen Multiplexer 61 ausgewählt und wird dem Differentialverstärker 210 eingegeben. Dementsprechend wird der Stromwert des durch die Information S5 bezeichneten Sensor differentiellverstärkt und als Meßsignal S4 ausgege­ ben.

Fig. 8 ist ein Steuerflußdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Der Steuerfluß, der durch den Microcomputer 113 hinsichtlich der Strommessung durchgeführt wird, besteht aus den folgenden zwei Schritten. Beim Schritt 810 wird die Information S5, die den Sensor bezeichnet, dem Strom/Spannungswandler 612 zugeführt, so daß das Meßsignal S4 den Stromwert des Meßsignals repräsentiert, und der Multiplexer wird geschaltet. Bei dem nächsten Schritt 820 wird das Meßsignal S4, das den Stromwert des gemessenen Sensors repräsentiert, gemessen. Da die Ströme an die Sensoren in diesem Ausführungsbei­ spiel nicht abgeschaltet werden, existieren keine Einflüsse auf die Senso­ ren.

Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm für den Fall, daß die vorliegende Erfindung auf ein Motorsteuersystem angewandt wird. In Fig. 9 sind Sauerstoffsensoren an drei Stellen angeordnet, und zwar vor und hinter ersten und zweiten Katalysatoren, um die Reinheit des Auspuffgases sicherzustellen. Der Treiberkreis der vorliegenden Erfindung wird auf diese Sauerstoffsensoren an den drei Stellen und auf ein Stellglied für ein Abgas-Rückführventil angewandt. Da der Strom jedes Sensors und der Strom des Stellgliedes durch einen kleinen Kreis festgestellt werden, kann der Treiberkreis in einen Motorraum mit einem begrenzten Innen­ raum eingebaut werden.

Da die vorliegende Erfindung die Ströme einer Mehrzahl von Sensoren usw. durch eine einzige Meßvorrichtung messen kann, kann die vorliegen­ de Erfindung die Größe des Treiberkreises selbst reduzieren und kann den Kreis vereinfachen.

Claims (5)

1. Auswertevorrichtung für eine Mehrzahl von Sensoren oder Stellglieder (100a, 100b, 100c, 100d), angeordnet in einem Motorsteuerungssystem, zur Funktionsüberprüfung der Sensoren oder Stellglieder (100a, 100b, 100c, 100d) während des Betriebs des Motorsteuerungssystems, aufwei­ send:
Schaltmittel (111a, 111b, 111c, 111d) zum selektiven Ein- und Ausschal­ ten der elektrischen Ströme (S3a, S3b, S3c, S3d), die jeweils durch die Sensoren bzw. Stellglieder (100a, 100b, 100c, 100d) fließen,
ein Mittel (612) zum Messen elektrischer Ströme, die jeweils durch die Sensoren bzw. Stellglieder (100a, 100b, 100c, 100d) fließen, wobei das Mittel (612) ein Wählmittel (614) aufweist zum Abgreifen jeweils eines der elektrischen Ströme (S3a, S3b, S3c, S3d), die durch die Sensoren bzw. Stellglieder (100a, 100b, 100c, 100d) fließen, zur Messung, und
eine Steuereinheit (113) zum Steuern der Schaltmittel (111a, 111b, 111c, 111d) und zum Steuern des Wählmittels (614) zum Bewirken, dass das Messmittel (112) separat denjenigen elektrischen Strom misst, der jeweils durch einen der Sensoren bzw. durch eines der Stellglieder fließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Sensor zum Messen des Luft/Kraftstoffverhältnisses vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensoren Luft/Kraftstoff- Verhältnissensoren sind, die an beiden Seiten eines Katalysators oder mehrerer Katalysatoren auf der Auspuffseite eines Motors angeordnet sind, und dass die Stellglieder Abgas-Rückführventile betätigen.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltmittel eine Multiplex- Einheit (112; 612) aufweisen, welche selektiv einzelne Sensoren oder Stell­ glieder der Mehrzahl von Sensoren oder Stellglieder mit dem Messmittel verbinden, und zwar gemäß einer Betriebssequenz.

5. Auswerteverfahren für eine Mehrzahl von Sensoren oder Stellglieder (100a, 100b, 100c, 100d), angeordnet in einem Motorsteuerungssystem, die folgenden Schritte aufweisend:
Wählen eines zu messenden Sensors bzw. Stellgliedes,
Abgreifen und Messen des elektrischen Stromes, der durch den gewählten Sensor bzw. das gewählte Stellglied fließt,
wobei das Wählen derart durchgeführt wird, dass separat derjenige Strom gemessen wird, der jeweils durch einen der Sensoren bzw. eines der Stell­ glieder fließt.