DE19933664A1

DE19933664A1 - Vorrichtung zur analogen oder digitalen Signalverarbeitung

Info

Publication number: DE19933664A1
Application number: DE1999133664
Authority: DE
Inventors: Josef Kleinhans; Ernst Wild; Wolfgang Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-07-17
Filing date: 1999-07-17
Publication date: 2001-01-18
Also published as: WO2001006215A1; JP2003504992A; EP1114298A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Auswertung der Ausgangssignale eines Sensors beschrieben, beispielsweise eines Luftmassenmessers in einem Kraftfahrzeug, die wahlweise für analoge oder digitale Signalauswertung geeignet ist. Die Umschaltung zwischen analoger und digitaler Signalauswertung erfolgt mit Hilfe von außen zuführbaren Triggersignalen. Die Vorrichtung ist besonders zur Ermittlung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luft geeignet, wobei als Sensorelement dann ein Heißfilmluftmassenmesser eingesetzt wird und das Triggersignal für die Umschaltung vom Steuergerät der Brennkraftmaschine geliefert wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur analogen oder digitalen Signalverarbeitung nach der Gattung des Hauptanspruchs und betrifft insbesonders die Auswertung von Signalen von Luftmassenmesser bei Brennkraftmaschinen.

Sensoren, deren Ausgangssignale für verschiedenartige Aus wertesysteme zur Verfügung gestellt werden, müssen üblicher weise an die nachfolgende Auswerteeinheit angepaßt werden. Derzeit erhältliche Luftmassenmesser, beispielsweise Heiß filmluftmassenmesser werden zukünftig möglicherweise sowohl mit analoger (optional) als auch mit digitaler Auswerteelek tronik ausgestattet. Dadurch lassen sich Vereinfachungen bei der Kennlinie und dem Temperaturgang erreichen. Damit ein Luftmassenmesser mit digitaler Auswerteelektronik kompatibel zu bisherigen Luftmassenmessern mit analogem Konzepten bleibt, muß eine zumindest teilweise analoge Signalverarbei tung erhalten bleiben.

Bei bekannten Auswerteschaltungen bzw. Auswerteelektroniken für Luftmassenmesser wird die Problematik der Ana log/Digitalen-Meßwertverarbeitung bereits angesprochen. So wird beispielsweise in der DE-OS 44 08 243 eine Meßwertver arbeitung bei einem Luftmassenmesser beschrieben, bei der eine analoge Signalverarbeitung in einer dem Sensor zugeord neten Auswerteschaltung durchgeführt wird. Das Ausgangs signal dieser analogen Signalverarbeitung wird dann dem Steuergerät der Brennkraftmaschine zugeführt und von diesem nach einer Analog/Digital-Wandlung digital weiterverarbei tet. Bei der bekannten Meßwertverarbeitung arbeitet die zum Sensor gehörende Signalauswerteschaltung noch rein analog und die Digitalisierung der Meßwerte sowie die digitale Wei terverarbeitung erfolgt erst im Steuergerät.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Digitalbe trieb, also bei einer digitalen Signalauswertung im Sensor selbst die die zu messende Größe, beispielsweise die Luft masse aus dem Sensorsignal zu ermitteln. Dazu wird eine Zeitbasis benötigt, mit der das vom Sensorelement gelieferte analoge Signal abgetastet wird. Eine Möglichkeit, eine sol che Signalabtastung zu realisieren und eine Möglichkeit, wie die Umschaltung von Digital- auf Analog-Betrieb erfolgen kann, soll mit der vorliegenden Erfindung aufgezeigt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des An spruchs 1 hat den Vorteil, daß eine besonders hohe Genauig keit bei der Meßwertverarbeitung erhalten wird, wobei diese in vorteilhafter Weise analog oder digital erfolgen kann. Weiterhin wird eine Entlastung der nachfolgenden Steuerein richtung, beispielsweise des Steuergeräts der Brennkraftma schine ermöglicht, da die Signalverarbeitung und Aufberei tung bereits weitgehend im Sensor realisiert wird.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Un teransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist von Vorteil, daß ein Triggersignal gebildet wird, daß als Zeit basis für die Signalabtastung dient und gleichzeitig zur Um schaltung zwischen Digital- und Analog-Betrieb des Sensor verwendet werden kann. Weiterhin kann das Triggersignal in vorteilhafter Weise so über die Spannungsversorgung zuge führt werden, daß eine Kabelverbindung zwischen dem Steuer gerät und dem Sensor eingespart werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit verschiedenen Triggersignalen und

Fig. 2 zeigt den Signalfluß am Beispiel eines Heißfilmluft massenmessers mit einer Triggerung der Luftmasseninformation durch ein vom Steuergerät geliefertes Signal.

Beschreibung

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung für die Übertragung eines Triggersignals vom Steuergerät 10 zum Sensor 11, beispielsweise einem Heißfilmluftmassenmesser dargestellt. Vom Steuergerät 10 ist lediglich der Verstärker 12, an dessen Ausgang das Referenzsignal Uref entsteht, dar gestellt. Zu diesem Verstärker gehört ein Rückkoppelwider stand 13. Dem invertierenden Eingang des Verstärkers 12 wird über den Transistor 14 das Signal tseg zugeführt, das im Steuergerät ohnehin vorliegt. Das Signal tseg, das üblicher weise auch als tn-Signal bezeichnet wird, weist einen Impuls pro Segment auf. Als Segment wird bei einer Brennkraftma schine ein Winkelbereich bezeichnet, der sich über zwei Kur belwellenumdrehungen geteilt durch die Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine erstreckt.

Am nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 12 liegt die Referenzspannung Uref. Durch diese Beschaltung im Steuerge rät entsteht am Ausgang des Verstärkers 12 das Signal UrefS, das in der Fig. 1 links unten dargestellt ist. Dieses Si gnal UrefS wird über die Schnittstelle 16 und den Widerstand 17 dem Sensor 11 zugeführt.

Der Sensor 11 umfaßt ein Sample and Hold-Glied, das die zu geführte Referenzspannung UrefS filtert. Das Sample and Hold-Glied umfaßt einen Verstärker 18, dessem nichtinvertie rendem Eingang die Spannung UrefS zugeführt wird. Der Aus gang des Verstärkers 18 führt auf die Schaltstrecke eines Transistors 19, die in Serie mit einem Widerstand 20 zum nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 21 führt. Zwi schen dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 21 und Masse liegt ein Kondensator 22. Der Ausgang des Verstärkers 21 ist mit dem nicht invertierenden Eingang der Verstärker 18 und 21 verbunden.

Ein weiterer Verstärker 23 erhält am nichtinvertierenden Eingang das Referenzsignal UrefS. Der invertierende Eingang des Verstärkers 23 ist über die Diode 24 dem nicht invertie renden Eingang der Verstärker 18 und 21 verbunden, über den Widerstand 25 wird die Batteriespannung Ubat zugeführt.

Am Ausgang des Verstärkers 23 entsteht das Segmentsignal Seg, das in Fig. 1 Mitte dargestellt ist. Dieses Segmentsi gnal wirkt über den Widerstand 26 auf die Basis des Transi stors 19, wodurch der Transistor 19 in der gewünschten Weise angesteuert wird. Die gefilterte Referenzspannung Urefg ent steht am Ausgang des Verstärkers 21, sie ist in der Fig. 1 unten rechts dargestellt.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild für den Signalfluß bei einem Heißfilmluftmassenmesser dargestellt, mit einer Trig gerung der Luftmasseninformation durch das Steuergerätesi gnal UrefS. Der Sensor selbst ist wie in Fig. 1 mit 11 be zeichnet, er umfaßt ein Sensorelement 27, das der im Saug rohr der Brennkraftmaschine strömenden Luft ausgesetzt wird. Neben dem Sensorelement 27 wird noch ein Temperaturfühler 28 der Luft ausgesetzt und mißt ihre Temperatur.

Das Ausgangssignal des Sensorelements UA wird dem Umschal tung 29 zugeführt, mit der die Umschaltung zwischen einer analogen und einer digitalen Signalauswertung erfolgt. Bei einer digitalen Signalauswertung leitet die Umschaltung 29 das Ausgangssignal des Sensorelements 27 auf einen Ana log/Digital-Wandler 30. Wird dagegen eine analoge Signalver arbeitung gewünscht, leitet der Umschalter 29 die Ausgangs spannung des Sensorelements 27 auf einen analogen Signalaus wertungsblock 31, der hier nicht näher beschrieben werden soll. Der analoge Signalauswertungsblock 30 liefert ein ana loges Ausgangssignal Ua, das dem Steuergerät 31 zur Verfü gung gestellt wird. Erfindungsgemäß kann die analoge Signal auswertung auch entfallen, die im folgenden beschriebene di gitale Auswertung soll dann das selbe analoge Ausgangssignal Ua an das Steuergerät 31 liefern.

Erfindungsgemäß soll bei der digitalen Signalauswertung ein Ausgangssignal, z. B. eine analoge Ausgangsspannung Ua ent stehen, die dem Steuergerät 31 für die weitere Auswertung zur Verfügung gestellt wird. Zur Erzeugung dieser z. B. ana logen Ausgangsspannung wird das im A/D-Wandler 30 gewandelte Digitalsignal dem Block 32 zugeführt, in welchem eine Summa tion der Luftmasse pro Segment erfolgt. Die Berechnung der Luftmasse pro Segment erfolgt durch Division der aufsummier ten Luftmasse durch die Zahl der Meßwerte pro Segment. Die Division erfolgt im Block 33, der Zähler 34 zählt die Anzahl der Meßwerte. Die pro Segment berechnete Luftmasse wird im Digital/Analog-Wandler 35 in die gewünschte Analog-Spannung Ua gewandelt. Die Umschaltung 29 sowie die Triggerung des A/D-gewandelten Signales und die Ansteuerung des Zählers 34 erfolgt mit Hilfe eines Impulsdetektors 36, dem die Segment information tn bzw. die daraus erzeugte Referenzspannung Uref zugeführt wird. Die Segmentinformation tn wird vom Steuergerät 31 geliefert.

Neben den bereits erwähnten Verbindungen zwischen dem Steu ergerät 31 und dem Sensor 11 sind in Fig. 2 noch eine Mas severbindung M und ein Anschluß TF dargestellt, über den das Steuergerät 31 die Temperatur Tf des Temperaturfühlers 28 einstellt. Die Pfeilrichtungen geben jeweils die Richtung der Signalflüsse an.

Mit der Steuergerät abgegebenen Segmentinformation tn bzw. Uref läßt sich ein Signalfluß beim HFM-Sensor mit einer Triggerung der Luftmasseninformation durch das Steuergerät erzielen, bei dem eine einheitliche analoge Ausgangsspannung Ua erhalten wird, unabhängig davon, ob die Auswertung analog oder digital erfolgt. Damit bei Digitalbetrieb die Luftmasse aus dem Sensorsignal ermittelt werden kann, wird eine Zeit basis benötigt, mit der das Sensorsignal abgetastet wird. Üblich ist beispielsweise eine Abtastung pro ms. Die so ab getasteten Luftmassen werden solange aufsummiert, bis ein Segment beendet ist. Ein Segment entspricht bei einem Vier zylindermotor 180 Grad Kurbelwellenwinkel (kw). Die Luftma sse ergibt sich dann aus der Summe aller abgetasteten Werte geteilt durch die Anzahl der Abtastpunkte. Der so ermittelte Wert für die Luftmasse wird analog als Spannung Ua abgege ben. Für die Triggerung und die Umschaltung von Digital-auf Analog-Betrieb ergibt sich die nachstehend beschriebene Vor gehensweise.

Der Zeitpunkt, zu dem die Summation der Luftmassen beginnen soll, wird dem Luftmassenmesser extern vom Steuergerät 31 mitgeteilt. Dazu wird das Signal tn, das als Triggersignal im Steuergerät ohnehin zur Verfügung steht, dem Luftmassen messer zugeführt. Das Signal tn liefert pro Segment einen Impuls. Dieses Signal wird üblicherweise auch zur Drehzahl bestimmung verwendet. Die Einspeisung des Signales tn vom Steuergerät zum Luftmassenmesser erfolgt über die Spannungs versorgung des Luftmassenmessers und wird von diesem als Start-Segment (Trigger) detektiert. Diese Möglichkeit der Triggersignalzuführung ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Al ternative wäre, das Triggersignal über die Ausgangsspannung des Luftmassenmessers einzuspeisen.

Ausgelöst durch die Triggerung wird die Luftmasse des letz ten Segments berechnet und der Abtastzähler 34 wieder auf . Null gesetzt. Die Information "Summe Luftmassen" wird eben falls auf Null gesetzt. Über den Digital/Analog-Wandler 35 wird die Luftmasse in die entsprechende Ausgangsspannung Ua umgesetzt. Nach dem Motorstart ist mit Empfang der ersten Impulse bekannt, daß der Luftmassenmesser digital arbeiten soll. Bleiben die Impulse aus, wird die Luftmasse als Ana log Signal ausgegeben. Die Zuführung der tn-Impulse ent scheidet also darüber, ob digital oder analog ausgewertet wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Auswertung der Ausgangssignale eines Sen sors, mit einer Analogschaltung, der die Ausgangssignale zugeführt werden und die an ihrem Ausgang eine analoge Ausgangsspannung (Ua) abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitaler Signalverarbeitungszweig vorhanden ist, der an seinem Ausgang ein Ausgangssignal abgibt, das im Prin zip der von der Analogschaltung abgegebenen Spannung ent spricht, mit Umschaltmitteln, die das Ausgangssignal des Sensorelements entweder der Analogschaltung oder dem di gitalen Signalverarbeitungszweig zuführt, wobei die Um schaltung durch von außen zuführbare Impulse vorgenommen wird.

2. Vorrichtung zur Signalauswertung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des digitalen Si gnalverarbeitungszweiges ein Analogsignal oder ein fre quenzabhängiges oder ein PWM-Signal oder ein Digitalsi gnal ist.

3. Vorrichtung zur Signalauswertung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Heißfilmluftmassenmes ser ist, mit einem Sensorelement, das der im Saugrohr ei ner Brennkraftmaschine strömenden Luft ausgesetzt wird und die Analog- und/oder die Digitalschaltung Bestandteil des Sensors sind.

4. Vorrichtung zur Signalauswertung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Sensors dem Steuergerät einer Brennkraftmaschine zugeführt wird und die Triggersignale, die die Umschaltung analogdigital bewirken, vom Steuergerät geliefert werden.

5. Vorrichtung zur Signalauswertung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Triggersignale, die dem Sensor zugeführt werden, die Segmentinformationsignale tn sind.

6. Vorrichtung zur Signalauswertung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur digitalen Signalverarbeitung wenigstens einen A/D-Wandler, Mittel zur Summation sowie einen Digital/Analog- Wandler umfassen.