DE3826937A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur ueberwachung des uebergangswiderstandes bei einem als stellungsgeber dienenden potentiometer - Google Patents
Verfahren und schaltungsanordnung zur ueberwachung des uebergangswiderstandes bei einem als stellungsgeber dienenden potentiometerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Schaltungs
anordnungen nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Die Leistung einer Brennkraftmaschine wird im allge
meinen entsprechend dem Willen des Fahrers durch
eine Stelleinrichtung, insbesondere durch ein Fahr
pedal, beeinflußt. Zur Übertragung der Stellung des
Fahrpedals sind neben mechanischen Verbindungen elek
tronische Steuerungssysteme unter der Bezeichnung
E Gas-Anlagen bekannt geworden. Insbesondere bei
Nutzfahrzeugen mit Unterflur- oder Heckmotoren oder
Schubgelenkbussen können die notwendigen Pedalkräfte
bei mechanischer Übertragung durch Gestänge oder
Baudenzüge nur durch sorgfältige Verlegung niedrig
und unabhängig von Karosseriebewegungen gehalten
werden.
Bei den bekannten elektronischen Einrichtungen zum
Steuern der Leistung der Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs dient ein mit dem Gaspedal verbunde
ner erster Stellungsgeber als Sollwertgeber, während
ein zweiter Stellungsgeber als Istwertgeber mit der
Drosselklappe oder dem Verstellhebel der Einspritz
pumpe mechanisch gekuppelt ist. Eine Regeleinrich
tung vergleicht elektrische Signale, welche den
Sollwert und den Istwert darstellen und verstellt
mittels eines Servomotors die Drosselklappe oder den
Verstellhebel der Einspritzpumpe mit dem damit gekup
pelten Stellungsgeber im Sinne einer Angleichung des
Istwertes an den Sollwert.
In diesen bekannten E Gas-Anlagen , die mit elektri
schen Analogsignalen arbeiten, werden als Stellungs
geber im allgemeinen Potentiometer verwendet. Aus
Sicherheitsgründen wird sowohl für den Sollwertgeber
als auch für den Istwertgeber eine genaue Zuordnung
von Schleiferstellung und Spannungswert innerhalb
enger Toleranzen gefordert, die auch nach längerer
Betriebsdauer erhalten bleiben soll. Infolge der
Einwirkung der Atmosphäre, von Kraftstoff, Öl oder
Kondenswasser können sich jedoch Übergangswiderstän
de zwischen der Widerstandsbahn und dem darauf glei
tenden Schleifer bilden, welche die ursprüngliche
Zuordnung von Schleiferstellung und Spannungswert
verändern. Dieses kann zu unerwünschten und auch
gefährlichen Fahrzuständen führen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
anzugeben, mit dem eine unerwünschte Erhöhung des
Übergangswiderstandes zwischen der Widerstandsbahn
und dem Schleifer eines Potentiometers sicher er
kannt wird. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung,
eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens anzugeben, die sich durch
hohe Sicherheit und geringen Aufwand auszeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnen
den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil,
daß eine Erhöhung des Übergangswiderstandes bereits
erfaßbar ist, wenn noch kein sicherheitskritischer
Wert erreicht ist. Außerdem läßt sich das erfindungs
gemäße Verfahren mit einfachen Mitteln durchführen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah
men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse
rungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung
und Schaltungsanordnungen zur Durchführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens möglich.
Dabei ist vorteilhaft, daß das erfindungsgemäße Ver
fahren auch unter betriebsgemäßen Bedingungen durch
geführt werden kann. So ist es beispielsweise mög
lich, jeweils vor Fahrtantritt automatisch den Über
gangswiderstand zu überprüfen. Dieses kann jedoch
auch periodisch in den Pausen eines Betriebspro
gramms erfolgen, welches die Nachführregelung bewerk
stelligt
oder während des Betriebsprogramms durch kurzzeitiges
Prüfen, wenn die nachfolgend beschriebene Beeinflussung der
gemessenen Schleiferspannung von einer Dauer ist, die klein
gegenüber den Zeitkonstanten von Stelleinrichtung und
Brennkraftmaschine ist.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu.
Eine davon ist schematisch in der Zeichnung darge
stellt und nachfolgend beschrieben.
Das Potentiometer 1 stellt einen Ist- oder Sollwert
geber dar und ist dazu beispielsweise mit einer Dros
selklappe oder einem Fahrpedal verbunden, was in der
Zeichnung jedoch nicht dargestellt ist. Dem Potentio
meter 1 ist ein Abgleichwiderstand 7 parallelgeschal
tet. In mechanischer Verbindung mit dem Schleifer
des Potentiometers 1 steht ein Schalter 15, der an
sich in bekannter Weise als Sicherheitskontakt
dient. Sowohl das Potentiometer als auch der Schal
ter 15 sind mit Anschlüssen 6, 9, 8, 16, 17 eines
digitalen Steuergerätes 20 verbunden.
Das digitale Steuergerät 20 besteht im wesentlichen
aus einem Mikrocomputer 12, von welchem der Über
sichtlichkeit halber nur ein Multiplexer 13 und ein
Analog/Digital-Wandler 14 dargestellt ist. Den Ein
gängen 10, 11 zugeführte Gleichspannungen werden in
digitale Signale umgewandelt. Innerhalb des Steuer
gerätes 20 ist ferner eine Schaltung zur Spannungs
versorgung des Potentiometers 1 vorgesehen, die aus
einer nicht dargestellten Referenzspannungsquelle
besteht, deren Spannung Uref über den Anschluß 3
einem Operationsverstärker 4 zugeführt wird. Zwi
schen dem Ausgang des Operationsverstärkers 4 und
dem Anschluß 6 bzw. dem Potentiometer 1 ist ein
Strommeßwiderstand 5 vorgesehen.
Anstelle des Operationsverstärkers kann auch ein integrierter
Spannungsregler verwendet werden, den die Spannung Uref
als Bezugsspannung zugeführt wird.
Da der von dem Operationsverstärker gebildete Regel
kreis die Spannung am Anschluß 6 konstant hält, ist
die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers
ein Maß für den Strom durch das Potentiometer 1 und
den Abgleichwiderstand 7. Diese Spannung wird dem
Eingang 11 des Mikrocomputers 12 zugeführt. Durch
Vergleich mit für diese Spannung vorgesehenen Grenz
werten kann somit festgestellt werden, ob zu wenig
oder zu viel Strom durch das Potentiometer 1 fließt,
das heißt, ob eine Unterbrechung oder ein Kurzschluß
vorliegt oder ein Kontaktübergangswiderstand an den Klemmen 6
oder 8 oder ein fehlerhafter Parallelwiderstand zu Widerstand 7.
Zur Veranschaulichung der Überwachung des Übergangs
widerstandes des Potentiometers 1 ist der Übergangs
widerstand in der Zeichnung als separater Widerstand
2 dargestellt. Entsprechend der Winkelstellung des
Potentiometers 1 nimmt die Spannung am Anschluß 9
einen Wert zwischen Massepotential (Anschluß 8) und
der Versorgungsspannung Uref am Anschluß 6 an. Über
den Eingang 10 wird diese Spannung dem Mikrocomputer
12 zugeführt, der aus dieser Spannung die Stellung
des Potentiometers 1 berechnet und zur Regelung bzw.
Steuerung verwendet.
Zur Überwachung des Übergangswiderstandes 2 ist
zwischen den Anschlüssen 9 und 8 des Steuergerätes
20 eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 21 und
einem Transistor 22 vorgesehen. Der Transistor 22
kann von einem Signal in den leitenden oder nichtlei
tenden Zustand geschaltet werden, das von einem Aus
gang 24 des Mikrocomputers 12 über einen Widerstand
23 der Basis des Transistors 22 zuführbar ist. Je
nach Ausführung der Erfindung erzeugt der Mikrocom
puter 12 beim Einschalten an seinem Ausgang 24 ein
kurzzeitiges positives Signal oder in vorgegebenen
Zeitabständen. Dadurch wird der Schleifer des Poten
tiometers kurzzeitig belastet, so daß die Spannung
am Anschluß 9 sinkt.
Der Transistor 22 als Schaltelement kann auch durch
einen Feldeffekttransistor oder einen elektromechanischen
Schalter ersetzt werden. Die Funktion der Gesamtschal
tung wird dadurch nicht wesentlich beeinflußt.
Der Widerstand 21 ist derart bemessen, daß einer
seits das Potentiometer während der Belastung durch
den Widerstand 21 nicht überlastet wird und daß
andererseits eine deutlich meßbare Spannungsverminde
rung am Anschluß 9 entsteht, wenn der Übergangswider
stand einen Wert erreicht hat, bei dem eine Anzeige
oder andere geeignete Maßnahmen vorgesehen sind.
Der Innenwiderstand Ri einer von einem Potentiometer
gebildeten Spannungsquelle als Funktion des Stellwin
kels a des Potentiometers folgt der Gleichung:
Ri(a) = (Rges*a*Rges (1-a))/(Rges*a + Rges (1-a))
=Rges*a* (1-a).
=Rges*a* (1-a).
Dabei ist Rges der Widerstand zwischen den beiden
Endkontakten der Potentiometerbahn. Da der Eingangs
widerstand des Mikrocomputers an seinem Eingang 10
wesentlich größer als der Innenwiderstand Ri ist,
ergibt sich bei einer ersten Messung eine Spannung
am Anschluß 9 von U 1 = Uref Bei einer zweiten
Messung, bei welcher der Transistor 22 leitend ist,
beträgt die Spannung
U 2 = Uref a R 21 / (R 21 + Ri (a) + Rüs). Dabei
ist R 21 der Widerstandswert des Widerstandes 21 und
Rüs der Übergangswiderstand des Schleifers. Mit
Hilfe eines entsprechenden Programms ist es im Mikro
computer möglich, durch beide Messungen den Wider
stand Rüs zu ermitteln, mit einem vorgegebenen Wert
zu vergleichen und entsprechende Maßnahmen zu ergrei
fen, beispielsweise eine Warnlampe aufleuchten zu
lassen.
Zusammen mit der Überwachung des Stroms durch das
Potentiometer mit Hilfe des Strommeßwiderstandes 5
werden somit die wichtigsten Fehlerquellen im Be
reich des Potentiometers überwacht.
Claims (6)
1. Verfahren zur Überwachung des Übergangswiderstan
des bei einem als Stellungsgeber dienenden Potentio
meter einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung, insbe
sondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Potentiome
ter mit einer im wesentlichen konstanten Spannung
beaufschlagt wird und die Spannung am Schleifer des
Potentiometer einer Auswerteeinrichtung zugeführt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am
Schleifer mit einem Widerstand belastet wird und daß
der Unterschied zwischen den bei Belastung und ohne
Belastung anliegenden Spannungen ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß aus den bei Belastung und ohne Belastung
anliegenden Spannungen ein dem Übergangswiderstand
entsprechender Wert berechnet und mit einem maximal
zulässigen Wert verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Belastung und der Vergleich mit dem
maximal zulässigen Wert jeweils nach dem Einschalten
der Steuer- und/oder Regeleinrichtung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Belastung und der Vergleich mit dem
maximal zulässigen Wert während des Betriebs der
Steuer- und/oder Regeleinrichtung von Zeit zu Zeit
erfolgt.
5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfah
rens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Schleifer des Potentio
meters (1) mit einem Analogsignaleingang (10) eines
Mikrocomputers (12) verbunden ist, daß der Schleifer
ferner über einen Widerstand (21) und einen Halblei
terschalter (22) mit festem Potential verbindbar ist
und daß der Halbleiterschalter (22) vom Mikrocompu
ter (12) steuerbar ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Potentiometer (1) eine Ver
sorgungsspannung über einen Strommeßwiderstand (5)
zuführbar ist, daß die Spannung am Strommeßwider
stand (5) an einem weiteren Analogsignaleingang (11)
des Mikrocomputers (12) ansteht und daß aus der
Spannung am Strommeßwiderstand (5) der durchfließende
Strom gemessen und mit Grenzwerten verglichen wird.
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