DE19828927A1

DE19828927A1 - Einrichtung zum Korrigieren eines Meßsignals und Verfahren zum Betreiben der Einrichtung zum Korrigieren des Meßsignals

Info

Publication number: DE19828927A1
Application number: DE1998128927
Authority: DE
Inventors: Bernhard Foerstl; Alfons Holler; Heiko Albers
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-05
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: DE19828927C2

Abstract

Zum Messen der Klemmenspannung einer Fahrzeugbatterie (2) wird das Spannungspotential auf einer Meßleitung (5) zunächst gegen Masse der Meßeinrichtung (1) gemessen. Zudem wird eine separate, niederohmige Referenzleitung (7) mit dem Minuspol der Fahrzeugbatterie verbunden und deren Spannungspotential gegen Masse der Meßeinrichtung gemessen. Aus diesen beiden Messungen kann der Masseversatz der Masse der Meßeinrichtung gegenüber der Karosseriemasse bestimmt werden und der gemessene Wert der Klemmenspannung korrigiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Korrigieren eines einer Meßeinrichtung von einer Meßleitung zugeführten elek trischen Meßsignals, insbesondere der positiven Klemmenspan nung der Fahrzeugbatterie.

Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der Patent schrift DE 44 01 949 C1 bekannt. Um den Wert eines über eine Meßleitung einem A/D-Wandler zugeführten Meßsignals möglichst genau zu bestimmen, wird das Meßsignal mit Hilfe einer zu sätzlich zugeführten Sägezahnspannung korrigiert. Bei einer anderen bekannten Einrichtung (DE 35 35 118 A1) wird die Klemmenspannung der Fahrzeugbatterie im Kraftfahrzeug von ei nem A/D-Wandler gemessen. Um den genauen Wert der Klemmen spannung zu erhalten, wird die zu messende Spannung mit einer hoch genauen Referenzspannung verglichen.

Bei präzisen Messungen von elektrischen Größen im Kraftfahr zeug kann es jedoch aufgrund von unterschiedlichen Massepunk ten im Fahrzeug und den damit verbundenen Masseversätzen zu Falschmessungen kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Größe im Kraftfahrzeug möglichst genau zu messen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung ge mäß der Merkmale von Patentanspruch 1 und einem Verfahren ge mäß der Merkmale von Patentanspruch 4 gelöst.

Dabei ist eine Meßeinrichtung über eine Meßleitung mit einem Meßobjekt verbunden, über das ein elektrisches Meßsignal zu geführt wird. Die Meßeinrichtung weist eine Spannungsversor gung auf, bei der die Masse über eine Digitalmasseleitung zu geführt wird. Eine separate Referenzleitung ist ebenfalls mit der Meßeinrichtung verbunden. Eine Korrektureinrichtung er mittelt die Spannungspotentiale auf der Meßleitung und auf der Referenzleitung bezüglich dem Spannungspotential auf der Digitalmasseleitung und korrigiert abhängig davon das Meßsi gnal. Auf diese Weise wird ein Masseversatz bei der Messung der Klemmenspannung berücksichtigt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schema tischen Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrich tung zum korrigieren eines Meßsignals, insbesondere der Klemmenspannung einer Fahrzeugbatterie und

Fig. 2 und 3 Schaltungsanordnungen der Einrichtung gemäß Fig. 1 mit der Beschaltung eines A/D-Wandlers.

In Kraftfahrzeugen ist es wünschenswert, beispielsweise die das Bordnetz speisende Klemmenspannung der Fahrzeugbatterie genau zu kennen, damit abhängig von dieser Klemmenspannung Verbraucher im Kraftfahrzeug hinzu- oder weggeschaltet werden können. Ist die Klemmenspannung sehr klein, so dürfen keine weiteren großen Verbraucher hinzugeschaltet werden, da anson sten die Klemmenspannung total zusammenbricht. Dadurch könn ten andere Verbraucher nicht mehr korrekt mit Energie ver sorgt werden. Aus diesem Grunde wird die Klemmenspannung ex akt gemessen.

Hierzu dient eine Meßeinrichtung 1 (Fig. 1), die üblicher weise einen Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) als Meßwer terfasser und einen nachgeschalteten Mikroprozessor als Kor rektureinrichtung oder Steuereinrichtung aufweist. Der A/D- Wandler kann auch in dem Mikroprozessor integriert angeordnet sein. Im folgenden wird nur von einem A/D-Wandler gesprochen.

Das Wandeln eines analogen Spannungswertes in einen digitalen Wert und damit eine Messung der Spannung, insbesondere der Klemmenspannung der Fahrzeugbatterie 2, wird üblicherweise mit einem A/D-Wandler bewerkstelligt, der die gemessenen Wer te in digitale Werte umwandelt, die dann in dem Mikroprozes sor eines zentralen Steuergerät weiterverarbeitet werden kön nen. Der A/D-Wandler wird seinerseits über eine Masseleitung (im folgenden als Digitalmasse 3 bezeichnet), die zu seinem Masseanschluß 3' führt, und eine nicht dargestellte Versor gungsleitung üblicherweise mit der Versorgungsspannung V_cc = +5 V versorgt.

Über eine Meßleitung 5 (entspricht einer Leitung, die von ei nem Meßobjekt, hier Pluspol der Fahrzeugbatterie 2, zu der Meßeinrichtung 1 führt) ist ein erster Meßeingang 5' der Meßeinrichtung 1 mit dem Pluspol der Fahrzeugbatterie 2 ver bunden. Der Minuspol der Fahrzeugbatterie 2 ist mit der Ka rosserie 6 und damit mit Karosseriemasse sowie weiter über die Digitalmasseleitung 3 mit dem Masseanschluß 3' der Meßeinrichtung 1 verbunden.

Theoretisch würde es genügen, die Klemmenspannung (Spannung zwischen Pluspol und Minuspol der Fahrzeugbatterie 2) auf diese Weise zu messen. Infolge von sogenannten Masseversätzen wird jedoch die Klemmenspannung nicht exakt bestimmt, da hohe Ströme über die Karosseriemasse Spannungsdifferenzen erzeu gen, die das Meßergebnis verfälschen.

Erfindungsgemäß wird daher eine separate Referenzleitung 7 (wird beim ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispielen auch als Sensormasse bezeichnet) vom Minuspol der Fahrzeug batterie 2 zu einem zweiten Meßeingang 7' der Meßeinrichtung 1 verlegt. Die Meßeinrichtung 1 weist noch einen weiteren Masseanschluß 8' auf, zu dem im Bedarfsfalle ebenfalls eine Masseleitung 8 verlegt werden kann.

Um nun die Klemmenspannung der Fahrzeugbatterie 2 genau zu messen, wird zunächst das Spannungspotential auf der Meßlei tung 5 (die Klemmenspannung wird in der Kraftfahrzeugtechnik auch als Kl. 30 Ref bezeichnet) im Bezug auf Masse (Digitalmasse 3) vom A/D-Wandler gemessen. Anschließend wird das Spannungspotential der Referenzleitung 7 bezüglich Digi talmasse 3 vom A/D-Wandler gemessen.

Da die Digitalmasse 3 von dem theoretischen Spannungspotenti al von 0 V aufgrund von Masseversätzen (Spannungsdifferenzen auf der Masseleitung 8) abweicht, werden die Masseversätze anhand dieser beiden Messungen bestimmt und das Ergebnis da mit korrigiert, wie im folgenden noch näher erläutert wird.

In den Fig. 2 und 3 sind zwei verschiedene Ausführungsbei spiele der Erfindung im einzelnen dargestellt. Die Meßein richtung weist hierbei einen Mikroprozessor 10 auf, in dem der A/D-Wandler integriert ist. Die Eingänge des Mikroprozes sors 10 sind mit Widerständen R₁ bis R₄ beschaltet. Der Mi kroprozessor 10 weist zwei Meßeingänge AD1 und AD2 auf. Der Eingang AD1 ist über einen Spannungsteiler R₁/R₂ mit der Meß leitung 5 verbunden. Der zweite Meßeingang AD2 ist über einen weiteren Spannungsteiler R₃/R₄ mit der Referenzleitung 7 (auch als Kl. 31 Ref bezeichnet) verbunden. Der Mikroprozessor 10 wird über Digitalmasse 3 und der Versorgungsleitung Vcc mit Energie versorgt. Zum Messen und Wandeln von Spannungen dient dem Mikroprozessor 10 und damit dem A/D-Wandler die po sitive Versorgungsspannung V_cc als Referenzspannung.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion tragen in den Fig. 2 und 3 dieselben Bezugszeichen.

Die Spannungen U_M1 und U_M2 stellen die gemessenen Spannungen dar. Die Spannung U_M1 wird zwischen der Referenzleitung 7 (Kl. 31 Ref) und Digitalmasse 3 gemessen. Die Spannung U_M2 wird zwischen der Meßleitung 5 (Kl. 30 Ref) und der Digital masse 3 gemessen. Als Bezugsmasse, die dem theoretische Po tential des Minuspols der Fahrzeugbatterie 2 entspricht, sei 0 V angenommen. Die zu ermittelnde Klemmenspannung der Fahr zeugbatterie 2 wird als U_KL.30Ref bezeichnet (bezogen auf den Minuspol der Fahrzeugbatterie 2, d. h. 0 V).

Der A/D-Wandler kann die gemessenen Werte allerdings nur auf die Digitalmasse 3 (mit deren tatsächlicher Spannung V_DGND) beziehen. Der Masseversatz weist hier also die Spannung V_DGND bezogen auf 0 V auf. Die Referenzleitung 7 ist mit dem Minus pol der Fahrzeugbatterie 2 verbunden und weist in der Nähe des Mikroprozessors 10 die Spannung V_SGND (Spannung der Sen sormasse) bezogen auf die Bezugsmasse von 0 V ( = Minuspol der Fahrzeugbatterie 2) auf. Die Referenzspannung V_ref = V_cc ist ebenfalls auf die Digitalmasse 3 bezogen.

Über die Widerstände R₁ und R₄ ergibt sich der Spannungsab fall U_R1 bzw. U_R4. Nach Fig. 2 ist der Widerstand R₃ an der Versorgungsspannung V_cc und nach Fig. 3 an der Meßleitung 5 (Kl. 30 Ref) angeschlossen.

Mit Hilfe der Kirchoffschen Gesetze errechnet sich die tat sächliche Klemmenspannung U_KL.30Ref gemäß Fig. 2 wie folgt:

Die zu ermittelnde Klemmenspannung U_KL.30Ref der Fahrzeugbatte rie 2 hängt somit von den gemessenen Spannungen U_M1 und U_M2, der bekannten Versorgungsspannung V_cc und einer Unsicherheit ab, die durch die Spannung V_SGND der Sensormasse (Spannung am Eingang 7' der Referenzleitung 7) zustande kommt.

Wenn die Referenzleitung 7 lediglich eine niederohmige Ver bindung zwischen dem Minuspol der Fahrzeugbatterie 2 und dem Mikroprozessor 10 ist sowie als separate Leitung zum Mikro prozessor 10 führt, so entsteht auf dieser Leitung keine oder nur eine geringe Spannungsdifferenz (Masseversatz), da nur ein sehr kleiner Strom über diese Leitung fließt. Somit ist die Unsicherheit (±V_SGND) nahezu 0 und die Klemmenspannung der Fahrzeugbatterie 2 kann sehr genau durch die beiden gemesse nen Spannungen U_M1 und U_M2 bestimmt werden.

Die Klemmenspannung der Fahrzeugbatterie 2 beträgt üblicher weise 15 Volt. Der Masseversatz kann bis zu 200 mV betragen. Dieser Masseversatz wird jedoch durch Berechnung und mit Hil fe der gemessenen Spannung U_M1 und U_M2 weitgehend eliminiert, so daß nur noch die Unsicherheit durch die Spannung V_SGND der Sensormasse besteht. Diese liegt jedoch etwa bei etwa 1 mV, falls eine entsprechend niederohmige Leitung zum Minuspol der Fahrzeugbatterie 2 vorhanden ist.

Eine ähnliche Berechnung wie oben kann auch mit der Schal tungsanordnung nach Fig. 3 durchgeführt werden, wodurch sich die Klemmenspannung der Fahrzeugbatterie 2 wie folgt ergibt:

Da auch hier die Spannung V_SGND der Sensormasse von der Güte der Masseanbindung der Referenzleitung 7 abhängt, kann dieses Potential als vernachlässigbar angenommen werden, falls die Masseverbindung entsprechend niederohmig ausgebildet.

Die Widerstandswerte der Widerstände R₁ bis R₄ weisen nur ge ringe Toleranzen auf und sind hinreichend genau bekannt, so daß diese keine weitere Ungenauigkeit beitragen.

Die Klemmenspannung der Fahrzeugbatterie 2 ist somit hinrei chend genau bestimmt, falls der verwendete A/D-Wandler eine große Auflösung aufweist. Falls keine zwei Spannungswerte be züglich der Digitalmasse 3 berücksichtigt würden, so würde der Masseversatz beim Messen zu einer Fehlmessung führen.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung können die gemessenen Werte gut korrigiert werden, selbst wenn die Meßleitung 5 und die Referenzleitung 7 über Stecker 11 (vgl. Fig. 1) dem Mi kroprozessor 10 zugeführt sind. Falls der Steckerübergangswi derstand annähernd bekannt ist, so kann dieser bei der Be rechnung der exakten Klemmenspannung berücksichtigt werden.

Bei der ersten zu messenden Spannung U_M1 kann das Spannungs potential auf der Referenzleitung 7 auch gegen ein sonstiges, definiertes Spannungspotential oder gegen das Spannungspoten tial auf der Meßleitung 5 gemessen werden. Dann muß diese Spannung beim Errechnen des Masseversatzes vorzeichenrichtig berücksichtigt werden.

Wesentlich für die Erfindung ist es, daß eine separate Refe renzleitung 7 verwendet wird, die mit einem zweiten Eingang der Meßeinrichtung 1 verbunden ist. Die Referenzleitung 7 sollte möglichst niederohmig (nahe 0Ω) sein. Außerdem sollte die Referenzleitung 7 nur zu Meßzwecken verwendet werden, da mit nur sehr kleine Ströme über die Referenzleitung 7 fließen und damit kein oder kein nennenswerter Spannungsabfall ent lang der Referenzleitung 7 entsteht.

Als Meßsignal kann nicht nur die Klemmenspannung der Fahr zeugbatterie 2, sondern auch andere Spannungen oder Ströme im Kraftfahrzeug verwendet werden.

Bei einer weiteren einfachen Ausführungsform kann die Meßlei tung 5 auch als zweiadrige Leitung oder als geschirmte Lei tung ausgebildet sein, wobei auf der einen Leitung das Meßsi gnal zugeführt wird. Die andere Leitung bildet die Referenz leitung 7 und ist als Masseleitung oder Masseschirm ausgebil det.

Claims

1. Einrichtung zum Korrigieren eines einem ersten Eingang ei ner Meßeinrichtung (1) über eine Meßleitung (5) zugeführten elektrischen Meßsignals, insbesondere der Klemmenspannung ei ner Fahrzeugbatterie (2), mit

1. einer Digitalmasseleitung (3), die Massepotential für die Meßeinrichtung (1) darstellt,
2. einer separaten Referenzleitung (7), die einerseits an ei nem definierten Spannungspotential anliegt und andererseits mit einem zweiten Eingang (7') der Meßeinrichtung (1) ver bunden ist, und
3. mit einer Korrektureinrichtung (10) der Meßeinrichtung, die die Spannungspotentiale auf der Meßleitung (5) und auf der Referenzleitung (7) bezüglich dem Spannungspotential auf der Digitalmasseleitung (3) beziehungsweise einem Referenz potential mißt und abhängig davon das Meßsignal korrigiert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzleitung (7) eine separate Masseleitung ist, die einerseits mit dem Minuspol der Fahrzeugbatterie (2) und an dererseits mit der Meßeinrichtung (1) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzleitung (7) als Masseleitung der Meßleitung (5) ausgebildet ist.

4. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zum Korrigieren eines einer Meßeinrichtung (1) von einer Meßleitung (5) zuge führten elektrischen Meßsignals, insbesondere der Klemmen spannung einer Fahrzeugbatterie (2), gekennzeichnet durch folgende Schritte:

1. Messen des Spannungspotentials (U_M2), das von der Meßlei tung (5) geliefert wird bezogen auf ein Digitalmassepoten tial (V_DGND),
2. Messen des Spannungspotentials (U_M1), das von einer Refe renzleitung (7) geliefert wird, bezogen auf ein Referenzpo tential (V_SGND), und
3. Ermitteln einer Korrekturspannung zwischen Digitalmasse (3) und 0 V sowie Korrigieren des gemessenen Werts des Meßsi gnals abhängig von dieser Korrekturspannung.