DE3148534A1

DE3148534A1 - Treibstoffstandsanzeigevorrichtung fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3148534A1
Application number: DE19813148534
Authority: DE
Inventors: Erik 43600 Askim Äijä
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1980-12-08
Filing date: 1981-12-08
Publication date: 1982-07-08
Also published as: SE8008601L; JPS57163825A; FR2495767A1

Description

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AB VOLVO

Göteborg /Schweden

Treibstoffstandsanzeigevorrichtung für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Treibstoffstandsanzeigevorrichtung für Fahrzeuge, die einen Fühler für den Pegelstand im Treibstofftank und eine damit verbundene Anzeigevorrichtung aufweist. Der Begriff Anzeigevorrichtung soll jede Art von Vorrichtung beinhalten, mit der dem Fahrer die im Treibstofftank enthaltene Treibstoffmenge angezeigt wird, gleichgültig, ob es sich um ein Analoganzeigeinstrument, ein Digitalanzeigeinstrument oder dergleichen handelt.

Seit den Anfängen des Automobilbaus ist es üblich, die Fahrzeuge mit einer Benzinstandsanzeigevorrichtung auszustatten, die die noch vorhandene Treibstoffmenge erkennen läßt. Derzeit ist die am weitesten verbreitete Methode, die Menge oder den Pegelstand des Treibstoffs im Tank festzustellen, elektrisch und basiert auf einem elektromechanischen Fühler. Der Fühler hat einen Schwimmer, der auf dem Treibstoff im Tank schwimmt, und ist mit einem Hebel verbunden, so daß der Schwimmer dem Pegelstand des Treibstoffs folgen kann. Der Hebel ist mechanisch mit einem beweglichen, mit Masse verbundenen Kontakt auf einem verstellbaren Widerstand gekoppelt. Die festen Anschlüsse des variablen Widerstandes sind über ein elektrisches Meßinstrument, üblicherweise ein Zeigerinstrument, das in das Instrumentenfeld des Fahrzeugs eingebaut ist, mit einer Stromquelle verbunden.

Für eine ungefähre Treibstoffanzeige ist eine derartige An-

zeige ausreichend. Das Instrument ist aber häufig doch mit zusätzlichen Pegelstandsfühlern versehen, die eine Lampe zum Aufleuchten bringen, wenn ein bestimmter Minimalpegelstand erreicht ist. Damit wird der Fahrer darauf aufmerksam gemacht, daß nur noch sehr wenig Treibstoff vorhanden ist und daß das Nachtanken so bald wie möglich zu erfolgen hat.

Die Genauigkeit dieser bekannten Instrumente ist nun in vielerlei Hinsicht unzureichend. So sind sie unter anderem völlig unzureichend, den Treibstoffverbrauch für kurze Fahrabschnitte festzustellen.

Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Messung des TreibstoffVerbrauchs eines Fahrzeugs zu ermöglichen.

Eine wesentliche Fehlerquelle bei der Treibstoffmengenmessung besteht darin, daß Schrägneigungen oder Beschleunigungs- oder Verzögerungseinflüsse auf den Pegelstand im Augenblick der Messung nicht berücksichtigt werden. Eine genauere Messung selbst, die auf der Verwendung exakterer Komponenten fußt, welche berücksichtigen, daß der Treibstoffpegel sich nicht mit der Menge des im Tank enthaltenen Treibstoffes linear ändert, was auf die Form des Tanks usw. zurückzuführen ist, ergibt . deshalb noch keine wirkliche Verbesserung des Meßergebnisses, da die systematischen Meßfehler aufgrund der Pegelschwankungen, die auf die Schrägneigung oder Beschleunigungseffekte zurückzuführen sind, die formelle Präzision bedeutungslos machen.

Es sind bereits Versuche unternommen worden, die Nachteile des Schwappens des flüssigen Treibstoffs zu verringern. Man hat im Tank spezielle Dämpfer angeordnet, und es sind auch Versuche unternommen worden, eine Art Mittelwert zu bilden,

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indem entweder elektrisch oder mechanisch in das Treibstoffanzeigeelement bekannter Art eine Zeitkonstante eingebaut wurde. Es ist dann nötig, einen Kompromiß zwischen einerseits ausreichender Dämpfung und andererseits ausreichend schneller Anpassung zu wählen. Die Schwankungen können gedämpft, jedoch nicht ausgeschlossen werden. Bei einer bekannten Lösung wurde die Zeitkonstante von der Geschwindigkeit abhängig gemacht. Da jedoch die Schwankungen nicht von der Geschwindigkeit sondern von der Neigung und Beschleunigungs- oder Verzögerungswerten des Fahrzeugs abhängen, ist dies keine zweckmäßige Lösung des Problems, eine genauere Treibstoffmessung zu erhalten.

Bei einer gängigen praktischen Konstruktion ist die Zeitkonstaute davon abhängig, daß das Meßinstrument auf einem Bimetallelement basiert, das durch einen Strom aufgeheizt wird, dessen Größe durch das Signal vom Fühler im Tank bestimmt wird. Die Stellung der Anzeigenadel wird durch einen Gleichgewichtszustand der Temperatur des Bimetallelements bestimmt, wobei kontinuierlich Ohm'sche Verlustwärme zugeführt und andererseits Wärme durch Strahlung und Leitung abgeführt wird. Wenn das Fahrzeug eine scharfe Wendung macht, kann der vom Fühler festgestellte Pegel aufgrund des Schwappens um eine Größenordnung verändert werden, die einem Viertel des Tankinhalts entspricht. Die Anzeige des Instrumentes steigt schneller, als sie im Anschluß wieder absinkt, und diese Asymmetrie im Vorgang macht es unmöglich, sich auf die Zuverlässigkeit der Messungen, die während des Fahrens eines Fahrzeugs durchgeführt werden, zu stützen. Andererseits ist es höchstwahrscheinlich, daß ein beträchtlicher systematischer Fehler in Richtung auf einen Meßfehler auftritt, der einer höheren Bimetalltemperatur entspricht.

Eine zusätzliche Fehlerquelle, die auf Schwankungen zurückzuführen ist, steht damit in Verbindung, daß die Schwankung an den Endpositionen des Fühlers gestoppt wird. Wenn der Pegelstand des Tanks bei halber Tankfüllung beispielsweise schwankt und die Schwankungen nicht zu groß sind, kann ein Mittelwert, der durch Trägheit im elektrischen System oder sonstwie gebildet wird, zu korrekten Werten führen. Ist der Tank jedoch nahezu voll oder nahezu leer, ergibt sich eine unsymmetrische Schwankung, denn die Schwankungswerte des Fühlers treffen auf den Boden oder an die Deckfläche, und der so gebildete Mittelwert hat dann einen systematischen Fehler, da die eigentlichen Extremwerte weggeschnitten sind. Dieser Fehler wirkt so, daß die angezeigten Meßwerte bei niedrigem Füllstand zu hoch und αχεί 5 jenigen bei hohem Füllstand zu gering sind.

Es ist speziell Zweck der Erfindung, die Fehler bei der Treibstoffmessung auszuschließen, die durch Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit oder durch Schrägneigungen bedingt sind.

Die Lösung gründet sich auf der Annahme, daß ein Treibstoff pegelfühler nur korrekte Meßwerte erbringen kann, .wenn das Fahrzeug horizontal steht und in keinerlei Richtung Beschleunigungskräfte einwirken, was entweder im Stillstand oder bei gleichförmiger Bewegung der Fall ist.

Genauer gesagt besteht die Erfindung aus einer Treibstoffanzeigevorrichtung für Fahrzeuge der im vorhergehenden Teil beschriebenen Art, die zudem einen stellungsempfindlichen und/oder beschleunigungsempfindlichen Sensor aufweist, der bei Schrägneigung des Fahrzeugs und/oder am Fahrzeug angreifenden Beschleunigungskräften vom Pegelstandsfühler auf die Anzeigevorrichtung gegebene Signale unterbricht, und die ei-

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ne Wertehalteeinrichtung aufweist, die der Anzeigeeinrichtung ein Signal zusendet, das dem unmittelbar vor der Unterbrechung des vom Pegelstandsanzeiger kommenden Signals aufgetretenen Signalwert entspricht. 5

Besonders vorteilhaft kann die Erfindung in Fahrzeugen verwendet werden, die mit einem sogenannten Fahrtcomputer ausgestattet sind, in dem verschiedene Daten berechnet, registriert und angezeigt werden können, die den Benzinverbrauch, die gefahrene Strecke, die noch verbleibende Strecke vor dem nächsterforderlichen Tanken usw. betreffen. Bei einer derartigen Einrichtung ist der Bedarf für eine exakte Treibstoffmessung besonders hoch, da sonst ein angezeigter Wert der Strecke, die ein Fahrzeug vor dem nächsten Tanken noch zurücklegen kann, vollkommen bedeutungslos wird, wenn er sehr starke positive und negative Schwankungen enthält.

Solche Fahrtcomputer schaffen eine einfache Möglichkeit, während der Fahrt den Benzinverbrauch des letzten Tropfens zu berechnen, z. B. durch dauerndes Berechnen der gefahrenen Strecke und Berechnen des voraussichtlichen Treibstoff Verbrauchs. Der gewonnene Wert kann von der letzten zuverlässigen Treibstoffmessung subtrahiert werden, so daß damit ein recht gut zuverlässiger Wert gewonnen wird. Dieser Wert kann dann mit Hilfe jeweils neuer Meßwerte korrigiert werden, die genommen werden, wenn das Fahrzeug sich in einer dafür brauchbaren Position befindet und mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt bzw. stillsteht.

Die Bestimmung der Neigung und von Beschleunigungswerten des Fahrzeugs kann mit einem einzigen Sensor vorgenommen werden, wenn er richtig ausgelegt ist. Ein bekannter Sensor dieser Art wird gelegentlich bei Sicherheitsgurten mit Sperrollen verwendet und besteht aus einer Platte, in die

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ein Loch eingebohrt ist. Die Platte liegt horizontal, wenn das Fahrzeug nicht schräg geneigt ist, und eine Kugel ist so angeordnet, daß sie mit einem Teil in dem Loch ruht. In dieser Stellung betätigt die Kugel einen Mikroschalter, der augenblicklich schaltet, wenn die Kugel vom Loch wegläuft, gleichgültig, ob dies durch eine Schrägstellung des Fahrzeugs oder durch am Fahrzeug angreifende Beschleunigungskräfte geschieht.

Ein anderer brauchbarer Sensor kann mit Hilfe eines Quecksilbertropfens verwirklicht werden, der innerhalb eines Glasgefäßes in einer Vertiefung ruht und in dieser Position zwei Elektroden, die durch die Glaswand hindurchtreten, miteinander leitend verbindet, wobei eine Elektrode den Quecksilbertropfen von unten und die andere ihn von oben berührt. Beschleunigungskräfte oder eine Schrägstellung des Fahrzeugs bewirken, daß der Quecksilbertropfen den elektrischen Kontakt der beiden eingebetteten Metallanschlüsse unterbricht.

Die Erfindung wird nun genauer anhand von in der Zeichnung beispielhaft dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der

Erfindung mit einem Analoginstrument;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei

welchem ein Fahrtcomputer eingesetzt ist;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel, das

digital mit einer digitalen Treibstoffanzeigevorrichtung arbeitet;

Fig. 4 eine Ausführungsform eines stellungs-

und/oder beschleunigungsempfindlichen Sensors;

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines der

artigen Sensors; und

Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der

Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel einer.Treibstoff anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung. Ein Fühler 1 zum Messen des tatsächlichen Treibstoffpegels ist im Treibstoff tank eingebaut. Dieser Fühler kann in gewöhnlicher Weise aufgebaut sein, wie er eingangs beschrieben ist, und einen verstellbaren Widerstand haben, der durch einen Schwimmer gesteuert wird, wobei an den Widerstand eine Spannung U angelegt ist. Ein Pegelsignal wird von diesem Fühler über einen stellungs- und/oder beschleunigungsempfindlichen Sensor 2 auf den Eingang eines Spannungsverstärkers 4 gegeben, dessen Ausgang mit einem Anzeigeinstrument 5 verbunden ist. Es kann zweckmäßig sein, einen Widerstand 13 mit dem Sensor 2 in Reihe zu schalten, um noch irgendwelche vorhandenen Schwank- oder Schwappbewegungen auszugleichen. Dies hat allerdings den Nachteil zur Folge, daß eine Verzögerung . hinzunehmen ist, wenn die Einrichtung mit dem Startschalter des Fahrzeugs eingeschaltet wird. Es ist möglich, diesen Nachteil durch öffnen des Massekontaktes des Kondensators 3 zu vermindern, wenn keine Spannung anliegt, was z, B. mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Relais erfolgen kann. Die Spannung am Kondensator 3 konserviert wenigstens für eine relativ lange Dauer einen vorhergehenden Spannungswert, der dem zuletzt gemessenen Treibstoffpegel entspricht. Die Zeitkonstante RC, die sich aus dem Widerstand 13 und

dem Kondensator 3 ergibt, sollte unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit des Sensors 2 bemessen sein. Der Verstärkereingang liegt parallel an einem Pol des Kondensators 3.
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■ Solange der Sensor 2 keine Schrägstellung bzw. Beschleunigung des Fahrzeugs feststellt, arbeitet er als geschlossener Kontakt, der jedoch alsbald unterbricht, wenn am Fahrzeug Beschleunigungskräfte angreifen oder es schräg geneigt wird. Wenn der Kontakt im Sensor 2 geschlossen ist, wird ein Spannungssignal vom Pegelstandsfühler auf den Eingang des Verstärkers 4 gegeben, das auch gleichzeitig den Kondensator 3 auf einen entsprechenden Ladungszustand auflädt. Wenn der Sensor 2 dann die Verbindung zum Verstärker 4 und zum Kondensator 3 unterbricht, dann ist der in diesem Zeitpunkt herrschende Wert gehalten oder konserviert.

Der Verstärker 4 ist vorzugsweise ein gewöhnlicher Operationsverstärker mit einer hohen Eingangsimpedanz, so daß der Kondensator 3 kaum entladen wird.

In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein gleicher Pegelstandsfühler 1 und auch wiederum ein positions- und/oder beschleunigungsempfindlicher Detektor derselben Art wie beim vorherigen Beispiel verwendet. Die Funktionen des Kondensators und des Verstärkers 4 sind von einem Mikrocomputer übernommen (der ein analoger oder analog/digialer sein kann).Dieser Computer erhält ein Signal eingespeist, das den Treibstoffstrom, der während der Fahrt aus dem Treibstofftank entnommen wird, anzeigt, und dieser Treibstoff strom wird während Zeitspannen integriert, wenn die Kontaktfunktion des Sensors 2 aktiviert ist; dieser integrierte Wert wird dauernd von dem letzten, mit Hilfe des Meßfühlers 1 gelesenen Treibstoffmengenwert subtrahiert.

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Wenngleich das Signal des Treibstoffstroms nicht außerordentlich präzis sein muß, ist das Ergebnis doch einigermaßen korrekt, da der Verbrauch zwischen den Meßwertentnahmen, wenn der Sensor 2 geschlossen ist, in der Regel relativ klein gegenüber dem gesamten, im Tank noch verbliebenen Brennstoffvolumen ist.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, die ihrer Natur nach in entscheidendem Maß digital ist. Das vom Fühler 1 kommende Analogsignal wird in einem Analog/Digital-Wandler 8. umgewandelt und in paralleler -oder serieller Form einer Computereinheit 11 zugeführt und in diesen unter Steuerung von Signalen vom positions- und/oder beschleunigungsempfindlichen Sensor 2 derselben Art wie oben geladen. Ein Impulsgenerator 9 kann z. B. durch die Motordrehzahl gesteuert werden, und diese Impulse werden einem Zähler 10 zugeführt, der, nachdem der eine bestimmte Zahl von Impulsen aufgezählt hat, einen Ausgangsimpuls an den Computer 11 abgibt. Diese Impulse werden von dem Digitalwert, der vom Wandler 8 kommt und augenblicklich in der Einheit 11 gespeichert ist, subtrahiert. Das Aufdatieren dieses Wertes erfolgt, wenn der Sensor 2 anzeigt, daß keine Störungen vorhanden sind. Der maßgebende berechnete Wert wird in geeigneter Weise auf einer digitalen Treibstoffanzeige dargestellt, die im Cockpit des Fahrzeugs untergebracht ist.

In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines brauchbaren positions- und/oder beschleunigungsempfindlichen Sensors gezeigt. Eine beispielsweise aus Plastik hergestellte Platte 20 besitzt ein eingebohrtes Loch 21 mit gebrochenen Randkanten. Eine Stahlkugel 22 ruht normalerweise auf diesen Randkanten. In dieser Position betätigt sie einen Mikroschalter 24, der mit seinem Taststift von unten durch das Loch 21 greift. Damit die Kugel wieder in die Ruhestellung

zurückkehrt, wenn sie durch Schrägneigung oder Beschleunigungskräfte vom Loch herausgehoben worden ist, ist eine Führungskappe 23 über der Kugel angeordnet, deren Funktion aus der Fig. selbst deutlich wird. 5

Ein weiteres Beispiel eines Sensors ist in der Fig. 5 dargestellt. In ein Gehäuse 25 aus Glas sind zwei Elektroden eingebettet, die von oben und von unten in den Innenraum hineinragen und von einer kleinen Quecksilbermenge 28, die aufgrund ihrer Oberflächenspannung in einem Tröpfchen zusammengehalten wird, miteinander verbunden werden. Wenn das Gehäuse geneigt wird oder in irgendeiner Richtung Beschleunigungskräfte angreifen, die auch im Treibstofftank den Inhalt schwanken lassen, bewegt sich der Quecksilbertropfen 28 zur Seite und unterbricht die Verbindung zwischen den Elektroden 26 und 27.

Die beiden Sensoren aus den Figuren 4 und 5 sind nur schematisch dargestellt, und es versteht sich, daß sie in irgendeiner Weise fest mit dem Fahrzeug verbunden sein müssen und so eine Verbindung auch zum Treibstofftank haben.

Die Erfindung schließt die Wirkungen von Beschleunigungskräften und der Schrägneigung des Fahrzeugs auf die Messung der im Tank enthaltenen Treibstoffmenge aus. Es ist häufig nötig, eine Zeitkonstante oder dergleichen vorzusehen im Hinblick auf die Tatsache, daß der Tankinhalt noch längere Zeit weiterschwankt, nachdem die die Schwankungen verursachenden Störungen nicht mehr auftreten. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 läßt sich dies in Verbindung mit einer brauchbaren Mittelwertbildung erzielen, indem der Kondensator 3 eine geeignete Größe in bezug auf die Impedanz des Fühlers 1 erhält. Bei den etwas komplizierteren Ausführungsformen gemäß Figuren 2 und 3 ist es möglich, daß. die

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Meßwertentnahme erst dann erfolgt, wenn der Sensor bereits während einer bestimmten Dauer den Kontakt geschlossen hat.

Fig. 6 zeigt eine derartige alternative Schaltung zu derjenigen aus Fig. 1, bei der die Signale vom Fühler 1 auf eine etwas kompliziertere Weise abgeblockt werden. Entsprechende Teile· haben in dieser Darstellung dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1. In diesem Fall wird das Abblocken mit Hilfe eines Schalters 60 vorgenommen, der indirekt durch den Beschleunigungs- und/oder Neigungs-Sensor 2 über ein NAND-Gatter 61 gesteuert wird, das die Signale vom Sensor 2 unmittelbar an einem ersten Eingang erhält, dagegen indirekt auf seinem zweiten Eingang über einen Einzelimpulsgenerator 62, der beim Schließen des Sensors 2 mit einer Verzögerung von 10 bis 15 see beispielsweise diesen Impuls abgibt. Es ist in diesem Fall zweckmäßig, wenn die Zeitkonstante aus Widerstand 13 und Kondensator 3 einen Wert von etwa 1 see hat. Man erhält dann einen guten Ausgleich, so daß das Schwappen, Beschleunigungs- und Neigungsfehler unterdrückt werden.

Es versteht sich, daß zahlreiche Abweichungen innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich sind, die jedoch unter den Umfang der Ansprüche fallen.
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Claims

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AB VOLVO

Göteborg / Schweden

TreibstoffStandsanzeigevorrichtung für Fahrzeuge

Patentansprüche 10

Treibstoffstandsanzeigevorrichtung für Fahrzeuge mit einem Fühler, der den Pegelstand des Treibstoffs im Tank feststellt, und einer damit verbundenen Anzeigevorrichtung,

gekennzeichnet durch einen positions- und/oder beschleunigungsempfindlichen Sensor (2), der bei Neigung des Fahrzeugs und/oder am Fahrzeug angreifenden Beschleunigungskräften vom Pegelstandsfühler (1) an die Anzeigevorrichtung (5) gegebene Signale unterbricht, und eine Wertehaltevorrichtung (3, 4), die während der Unterbrechung an die Anzeigevorrichtung (5) ein Signal abgibt, das dem letzten Signal vom Pegelstandsfühler (1) vor der Unterbrechung entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Wertehaltevorrichtung ein Kondensator (3) ist, der mit einem Anschluß mit einem Hochimpedanzeingang eines Verstärkers (4) verbunden ist, dessen Ausgang mit der Anzeigevorrichtung (5) in Verbindung steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, *

daß ein BrennstoffStrömungssignal entsprechend einem augenblicklich vorherrschenden Brennstoffverbrauch während der Unterbrechung des Signals vom PegelStandsdetektor (1) zuführbar ist, um den Wert in der Wertehaltevorrichtung allmählich zu verringern, welcher am Ende der Unterbrechung aufdatiert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

Mittel für eine Zeitverzögerung, die nach dem Schließen des positions- und/oder beschleunigungsempfindlichen Sensors (2) die Signale des Pegelstandsfühlers (1) um eine bestimmte Zeitspanne verzögern.
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5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der positions- und/oder beschleunigungsempfindliche Sensor (2) eine Masse (22; 28) enthält, die in Ruhestellung in einer Vertiefung ruht und aus dieser durch Neigung und/ oder Beschleunigungskräfte verlagerbar ist und dadurch eine Strompfadunterbrechung bewirkt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Masse eine Kugel (22) ist, die in ihrer Ruhestellung einen Mikroschalter (24) betätigt. 30
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Masse ein Quecksilbertropfen (28) in einem geschlossenen Gehäuse (25) ist, der in seiner Ruhestellung zwei Stromführungsleiter (26, 27) miteinander verbindet.