EP1733131A1 - Device and method for reducing a sensor contamination - Google Patents

Device and method for reducing a sensor contamination

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Publication number
EP1733131A1
EP1733131A1 EP05707904A EP05707904A EP1733131A1 EP 1733131 A1 EP1733131 A1 EP 1733131A1 EP 05707904 A EP05707904 A EP 05707904A EP 05707904 A EP05707904 A EP 05707904A EP 1733131 A1 EP1733131 A1 EP 1733131A1
Authority
EP
European Patent Office
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sensor
signal
media entry
switch
voltage supply
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05707904A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Joerg Brueckner
Dirk Foerstner
Dirk Stockmann
Joerg Wingbermuehle
Matthias Illian
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1733131A1 publication Critical patent/EP1733131A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/222—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of sensors or parameter detection devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters
    • G01F1/6983—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters adapted for burning-off deposits
    • G—PHYSICS
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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to devices and methods for reducing the contamination of a sensor, in particular a hot film air mass meter in a motor vehicle, according to the combination of features of the main claim.
  • the functional and lifespan properties of sensors can be negatively influenced by certain operating conditions and environmental influences.
  • the output signal of a hot-film air mass meter can be falsified briefly or permanently when driving a vehicle in the event of impermissibly high pollution due to the entry of harmful media such as oil, water, particles or salt crystals.
  • harmful media such as oil, water, particles or salt crystals.
  • the deposit of harmful media is even more favored for some sensor types by the operation of the sensors.
  • DE 101 63 751 AI it is proposed to change the output signal of a hot film air mass meter in the event of contamination or to use another signal in order to prevent incorrect measurements.
  • a brief media entry on a sensor during driving operation is recognized, for example using a software function that evaluates certain sensor signals or replacement signals. Such a plausibility check or the substitution of the air mass sensor signal in the event of a signal fault ensures that the internal combustion engine can continue to be operated reliably even when the sensor is dirty.
  • the software function with the aid of which the media entry is recognized comprises, for example, forming a difference between two signal gradients. In DE 101 63 751 AI is thus recognized
  • the device according to the invention with the features of the main claim and the associated method according to the invention have the advantage that a protective function is obtained for a sensor, which reliably ensures that the sensor is not contaminated or destroyed if the conditions are unfavorable for it. This advantage is achieved by switching off the sensor when unfavorable operating conditions are detected.
  • a sensor in particular a hot-film air mass meter
  • the detection of a short-term media entry on the sensor while driving can be partially done using a software function that evaluates certain sensor signals or replacement signals.
  • a software function that evaluates certain sensor signals or replacement signals.
  • To detect a short-term media entry for example, the formation of a difference between two signal gradients is evaluated and, in the case of certain predefinable deviations, a possible media entry is recognized and the sensor is switched off, this switch-off advantageously taking place only for a certain time and in particular after a phase with a risk of media entry being recognized again is ended, i.e. the sensor is switched on again.
  • a protective function can be represented with the solution according to the invention, which is able to switch off a sensor in a targeted manner and for an optimal period of time after detection of media entry by means of software and / or hardware, in particular in order to increase the service life of the sensor and To prevent incorrect measurements.
  • the use of an additional high-side or low-side switch provides an advantageous hardware function which, when using a suitable software function, enables the sensor to be switched off in a targeted and time-limited manner.
  • the advantageous shutdown in the event of contamination results in a measurable improvement in the service life and functionality, since the hot film air mass meter absorbs less deposits when switched off than in operation.
  • the hardware shutdown function can be implemented very inexpensively, in particular by using a low-side switch. Since a modern engine control unit often already has a large number of integrated low-side switches, which can be located within a module, those that are available for reserve purposes can be activated and are therefore available free of charge. Alternatively, the use of an additional high-side switch is also possible.
  • a suitable software function controls the switch provided for switching off the sensor in such a way that it is only switched off actively if harmful media entry is detected during operation by the sensor itself or other auxiliary variables and, if necessary, also in the wake of the control unit.
  • a further advantageous embodiment of the invention which enables the sensor element to be switched off particularly quickly, is achieved by implementing the switch-off function in the sensor itself.
  • the switch-off control system lies in the sensor, which means that the control unit and its software influence switch-off. can be closed.
  • a switching element is advantageously integrated in the sensor or in the sensor element, via which the sensor can be switched off.
  • This embodiment of the invention has the further advantage that rapid, pulsed multiple shutdown is possible in order to determine the optimal shutdown period and to provide the control device with a valid measured value again immediately after the media entry has ended.
  • the use of internal sensor signals enables more precise detection of media entry than the sole evaluation of the sensor output signal. This is because a larger number of signals or features are available internally in the sensor, but not all of them are transmitted from sensor to control unit due to the cost-optimized signal transmission range.
  • the hardware shutdown function can be implemented very inexpensively, in particular by using sensor-internal hardware and software and evaluating sensor-internal control signals, for example voltages or currents from control loops that are only available internally by the sensor.
  • Subfunction 1 is able to recognize a media entry, for example by forming the difference between two signal gradients and using additional sensor-internal signals, and then to switch off the sensor element contained in a sensor.
  • the subfunction 2 provides a substitute signal or a substitute value, which can be output by the sensor instead of the invalid measured value when a media entry is detected, and subfunction 3 extends the sensor output signal by the additional information that a media entry is recognized, this media entry information being more advantageous Way for the duration of the media entry remains.
  • the media entry information can be obtained by modulating or setting a defined pulse width ratio, so that the measured value or a substitute value can be output and transmitted together with the media entry information.
  • a value outside of the substitute value can be used of the useful signal area are transmitted and the control device is given an indication that there is a media entry.
  • the above-mentioned advantageous embodiment of the invention ensures that sensor elements can be switched off in a targeted manner when media entry occurs and is limited in time. It is further ensured that sensors can pass this information on to the recipient when a media entry is detected, and it is ensured that a sensor does not record and transmit a measured value when the media entry differs very much from the real value.
  • the fault tolerance in this case can be reduced by providing a replacement value for the measurement signal.
  • FIG. 1 shows an embodiment according to the prior art.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show two alternative solutions according to the invention for exemplary embodiments for switching off a sensor while driving, the switch-off means being installed in a control unit.
  • FIG. 4 shows A further exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 4, in which sensor-internal switching off of the sensor element is possible via a sensor-internal switching means.
  • FIGS. 5 and 6 show signal curves for normal operation and operation with media entry, FIG. 5 applying to the exemplary embodiments according to FIG. 2 or 3 and FIG. 6 to the exemplary embodiment according to FIG.
  • the exemplary embodiments shown in the drawing are explained in more detail in the following description.
  • Figure 1 shows an example of the connection between a sensor 10 and an engine control unit 11 according to the current state of the art.
  • the sensor 10 is, for example, a hot-film air mass meter, which emits a measurement signal M1 to the engine control unit 11 via a line L1. Depending on the design of the sensor 10, this measurement
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the invention for a sensor 12, for example a hot-film air mass meter, the output signal of which is evaluated by an engine control unit 13, in which an additional switch HS 1 is present compared to the arrangement according to FIG.
  • This switch HS 1 is a so-called high-side switch that engages the live line L2 and interrupts it if necessary.
  • the switch HSl is part of the engine control unit 13. In the embodiment variant according to FIG.
  • the high-side switch HSl is used to switch off the sensor 12 while driving, the supply voltage UI (12 volts or 5 volts) of the sensor 12 being switched off.
  • a software function 14 contained in the engine control unit 13 recognizes the media entry through an intelligent evaluation of the detected sensor measurement signal Ml and switches the sensor 12 off for a defined time via the control signal S1 for the high-side switch HSl. This time can either be a selected, predefinable time period, but it is also possible to keep the sensor switched off until the software function in the engine control unit detects that there is no longer any fear of media entry.
  • the sensor 12 can comprise, for example, the components sensor element 15 shown in FIG. 2 and a signal evaluation circuit 16 with sensor-internal hardware and software functions.
  • the sensor element 15 supplies the measurement signal M2 to the sensor evaluation circuit 16.
  • the voltage supply is labeled U2, the ground connection is labeled GND2.
  • this configuration of the sensor is only an example and is not absolutely necessary.
  • the software function runs in a processor of the control device 13, enables the media entry to be recognized and generates control signals for actuating the switch, these control signals each opening or closing the switch HS1 at a time determined by means of the software function - effect.
  • FIG. 3 shows a further embodiment variant for switching off the sensor while driving via an inexpensive low-side switch LSI, which is part of the engine control unit 13 and switches off the ground or ground GND connection of the sensor 12.
  • LSI low-side switch
  • the hardware shutdown function can be implemented very inexpensively, since it does not have an additional one in many control units
  • Such a shutdown can be, for example, a shutdown in the control unit run-on, the switch being arranged at a suitable point in the control unit or outside.
  • a switch is used which is used to short-circuit the voltage supply UI to ground GND and previously implements the switching function mentioned above. This short-circuits the sensor supply on the sensor side and, if necessary, improves the electromagnetic compatibility EMC.
  • a device for reducing the contamination of a sensor is also included, in which the sensor has a control device, for example a
  • Control unit is connected, this connection comprising a voltage supply, its ground connection and a signal connection.
  • a sensor element, a sensor evaluation circuit and switching means which interrupt the voltage supply are present in the sensor, the sensor evaluation circuit supplying the control signal for the switching means for interrupting the voltage supply. This enables the sensor element to be switched off internally in the event of contamination.
  • FIG. 4 Such an exemplary embodiment according to the invention is shown in FIG. 4, which enables sensor-internal switching off of sensor 12 or sensor element 15 via a high-side switch HS2.
  • a low-side switch could be used, which can interrupt the GND2 ground connection.
  • other switches can also be used, which are each installed in the sensor 12, in the sensor evaluation circuit 17 or in the sensor element 15 itself and the sensor or the sensor element if required, for example by adding a
  • the switch can be designed in different embodiments.
  • connection L3 carrying the voltage U2 between the sensor element 15 and the sensor evaluation circuit 17 can be interrupted by means of the high-side switch HS2.
  • the control unit 13 may only need a simplified software function 14a.
  • an intelligent sensor-internal protective function which can consist of a suitable hardware and / or software function, can be divided into individual sub-functions, three sub-functions being expedient, for example.
  • Sub-function 1 is able to switch off the sensor element 15 contained in a sensor 12, which detects the measurement signal] and comes into direct contact with the medium, after detection of a media entry and for an optimal period of time.
  • the measurement signal and further sensor-internal signals are integrated within the sensor, for example in a sensor evaluation circuit 17 by means of filter functions and plausibility checks
  • a switch-off signal S3 is generated, which switches the sensor element 15 off by actuating a switch, for example the high-side switch HS2, or interrupts the voltage supply for the sensor element.
  • a switch for example the high-side switch HS2
  • the subfunction 2 provides a substitute value, which is output by the sensor 12 when the media entry is recognized instead of the then invalid measured value. With media entry, the measured value can be falsified by the media entry and thus lead to incorrect measurements. By providing a replacement value, the measurement error of the
  • the substitute value can, for example, be the last valid value without media entry.
  • the subfunction 3 extends the sensor output signal in such a way that, in addition to the measurement signal detected by the sensor element, it contains the additional information “media entry knows ".
  • This information also referred to as” media entry information ", is output for the duration of the media entry.
  • a frequency signal that is to say a signal in which the measured variable is output as the frequency of a square-wave signal, as is customary in hot-film air mass meters, for example by modulating or setting a defined pulse width ratio of the square-wave signal, so that the measured value or substitute value are combined can be issued and transmitted with the media entry information.
  • FIG. 6 shows the signal profiles of UI, Ml and U2 in normal operation and during media entry when using the sensor-internal subfunctions according to FIG. 4, that is, with the possibility of switching the sensor 12 off via a sensor-internal switch.
  • the media entry should start again at time T0 and end at time T3.
  • the sensor 12 remains switched on when the media is input via the voltage UI, but is deactivated internally via the high-side switch HS2, the sensor element 15, since the supply of the supply voltage U2 to the sensor element 15 is interrupted.
  • the high-side switch HS2 is controlled with the aid of a control signal S3 that is generated in the sensor evaluation circuit 17.
  • the reaction time T2 until the media entry is recognized is significantly shorter than the reaction time T1 according to FIG. 5, which is obtained with the solutions according to FIGS. 2 or 3. Since the sensor evaluation circuit 17 remains switched on and remains supplied with the voltage UI, the sensor evaluation circuit can provide a substitute value for the detected media entry and switch-off of the sensor element 15
  • the substitute value then has, for example, the frequency F2, which deviates slightly from the frequency FI (without media entry) and can be evaluated by the engine control unit.
  • the fault tolerance will be less than the transfer of the value falsified by the media entry.
  • the media entry information is transmitted due to the change in the pulse width ratio of M1 compared to the frequency FI.
  • frequency generally stands for duty cycle or pulse width ratio, so that FI corresponds to a first duty cycle TV1 or a first pulse width ratio and F2 corresponds to a second duty cycle TV2 or a second pulse width ratio and it is essential that FI and F2 differ from one another in a predefinable manner.
  • the sensor element 15 can be switched on and off several times. This enables the sensor 12 to periodically record the media entry until the media entry is no longer present. The sensor element is therefore only switched off for the actual duration of the media entry.
  • a possible alternative to the engine control unit is, for example, the use of any communication partner for the sensor or for the evaluation of the signals supplied by the sensor.
  • the invention is not limited to the combination of sensor, engine control unit, motor vehicle, but is arbitrary for sensors with an associated control device or an assigned processor with software function for detecting a dropping media entry and controllable switches can be used.
  • the invention can be provided for all areas of use as an alternative to use in the automotive sector, in which electronic, electrically operated biochemical, biotechnological or other sensors or sensor elements are used and communicate in some form with a communication partner and also communicate media entry, the sensors or sensor elements are actively protected against contamination by deliberately deactivating sensor elements or parts thereof.

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Abstract

The invention relates to devices and methods for reducing a sensor contamination, wherein the inventive method consisting in deactivating a sensor or sensor element, preferably a hot film-air mass-cross-flow measuring device when a software function integrated into a control unit signals contamination or a possible impurities occurrence. Said deactivation is carried out by means of a high-side switch in a voltage supply or a low-side switch in an earth connection, wherein the impurity occurrence detection and the switch control are carried out by a control unit or by the internal evaluating unit of the sensor. After the sensor deactivation, a substitute signal is generated for substituting the missing output signal of the sensor.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Verringerung der Verschmutzung eines SensorsDevice and method for reducing the contamination of a sensor
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Verringerung der Verschmutzung eines Sensors, insbesondere eines Heißfilm-Luftmassenmessers in einem Kraftfahrzeug, nach der Merkmalskombination des Hauptanspruchs.The invention relates to devices and methods for reducing the contamination of a sensor, in particular a hot film air mass meter in a motor vehicle, according to the combination of features of the main claim.
Stand der TechnikState of the art
Die Funktions- und Lebensdauereigenschaften von Sensoren können durch bestimmte Betriebszustände und Umwelteinflüsse negativ beeinflusst werden. Beispielsweise kann das Ausgangssignal eines Heißfilm-Luftmassenmessers bei unzulässig hoher Verschmutzung durch den Eintrag schädlicher Medien wie beispielsweise Öl, Wasser, Partikel oder Salzkristalle im Fahrbetrieb eines Fahrzeugs kurzfristig oder dauerhaft verfälscht werden. Die Ablagerung von schädlichen Medien wird bei einigen Sensortypen durch den Betrieb der Sensoren noch begünstigt.The functional and lifespan properties of sensors can be negatively influenced by certain operating conditions and environmental influences. For example, the output signal of a hot-film air mass meter can be falsified briefly or permanently when driving a vehicle in the event of impermissibly high pollution due to the entry of harmful media such as oil, water, particles or salt crystals. The deposit of harmful media is even more favored for some sensor types by the operation of the sensors.
Bei einigen Betriebszuständen, beispielsweise im Motornachlauf, also nach beendetem Fahrbetrieb eines Fahrzeugs während einer bestimmten Zeitspanne, in der einige Systeme noch mit Spannung versorgt werden, werden heute schon bestimmte Sensoren abgeschaltet. Dies geschieht ohne zusätzliche Schalter, beispielsweise durch Abschalten der Span- nung über die sogenannte Klemme Kl.15 des Fahrzeugs durch den Fahrer. Auch Heiß- film-Luftmassenmesser werden so durch Abschalten der Spannung über Klemme Kl.15 durch den Fahrer abgeschaltet.In some operating states, for example in engine overrun, that is after a vehicle has stopped operating for a certain period of time, in which some systems are still supplied with voltage, certain sensors are already switched off today. This is done without additional switches, for example by the driver switching off the voltage via the so-called terminal 15 of the vehicle. Hot film air mass meters are also switched off by the driver switching off the voltage via terminal Kl.15.
Die Problematik einer möglichen Fehlmessung bei Verschmutzung eines Heißfilm- Luftmassenmessers ist bekannt und führt dazu, dass Gegenmaßnahmen getroffen werden. So wird beispielsweise in der DE 101 63 751 AI vorgeschlagen, das Ausgangssignal eines Heißfilm-Luftmassenmessers bei einer auftretenden Verschmutzung zu verändern o- der auf ein anderes Signal zurückzugreifen, um Fehlmessungen zu verhindern. Es wird dabei ein kurzzeitiger Medieneintrag auf einen Sensor im Fahrbetrieb erkannt, beispiels- weise anhand einer Softwarefunktion, die bestimmte Sensorsignale oder Ersatzsignale auswertet. Eine solche Plausibilitätskontrolle oder auch die Substitution des Luftmassen- sensorsignals bei einer Signalstörung gewährleistet, dass die Brennkraftmaschine auch bei verschmutztem Sensor zuverlässig weiterbetrieben werden kann. Die Softwarefunkti- on, mit deren Hilfe der Medieneintrag erkannt wird, umfasst beispielsweise eine Diffe- renzbildung zweier Signalgradienten. In der DE 101 63 751 AI wird also nach erkanntemThe problem of a possible incorrect measurement when a hot film air mass meter is contaminated is known and leads to countermeasures being taken. For example, in DE 101 63 751 AI it is proposed to change the output signal of a hot film air mass meter in the event of contamination or to use another signal in order to prevent incorrect measurements. A brief media entry on a sensor during driving operation is recognized, for example using a software function that evaluates certain sensor signals or replacement signals. Such a plausibility check or the substitution of the air mass sensor signal in the event of a signal fault ensures that the internal combustion engine can continue to be operated reliably even when the sensor is dirty. The software function with the aid of which the media entry is recognized comprises, for example, forming a difference between two signal gradients. In DE 101 63 751 AI is thus recognized
Medieneintrag auf ein Ersatzsignal zurückgegriffen, das Abschalten des Sensors bei möglicherweise auftretender Verschmutzung wird aber nicht erwähnt.Media entry uses a replacement signal, but there is no mention of switching off the sensor if contamination occurs.
Aus der DE 3231 142 AI ist bekannt, bei einer Wasseranzeigevorrichtung für Kraft- Stoffwasserabscheider einen Sensor einzusetzen, der den Wasserstand misst. Dieser Sensor wird abgeschaltet, sobald das Wasser die Sensorspitze erreicht. Dadurch wird eine Korrosion der Sensorspitze verhindert, so dass die Lebensdauer des Sensors verlängert und seine Funktionsf higkeit verbessert wird.From DE 3231 142 AI it is known to use a sensor in a water display device for fuel water separators which measures the water level. This sensor is switched off as soon as the water reaches the sensor tip. This prevents corrosion of the sensor tip, so that the life of the sensor is extended and its functionality is improved.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie das zugehörige erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, dass eine Schutzfϊinktion für einen Sensor erhalten wird, die zuverlässig gewährleistet, dass der Sensor bei für ihn un- günstigen Verhältnissen nicht verschmutzt oder zerstört wird. Erzielt wird dieser Vorteil, indem der Sensor bei erkannten ungünstigen Betriebsverhältnissen abgeschaltet wird.The device according to the invention with the features of the main claim and the associated method according to the invention have the advantage that a protective function is obtained for a sensor, which reliably ensures that the sensor is not contaminated or destroyed if the conditions are unfavorable for it. This advantage is achieved by switching off the sensor when unfavorable operating conditions are detected.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.Further advantages of the invention are achieved by the measures specified in the subclaims.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass ein intelligentes und kurzzeitiges Abschalten eines Sensors, insbesondere eines Heißfilm-Luftmassenmessers, bei Gefahr einer Kontamination im Fahrbetrieb möglich ist. Dadurch wird die Ablagerung von schädlichen Medien, beispielsweise die Verschmutzung des Sensors, verhindert oder zumindest reduziert. Die Erkennung eines kurzzeitigen Medieneintrags auf den Sensor im Fahrbetrieb kann in vor- teilhafter Weise anhand einer Softwarefunktion erfolgen, die bestimmte Sensorsignale oder Ersatzsignale auswertet. Zur Erkennung eines kurzzeitigen Medieneintrags wird beispielsweise eine Differenzbildung zweier Signalgradienten ausgewertet und bei bestimmten vorgebbaren Abweichungen wird auf einen mögUchen Medieneintrag erkannt und der Sensor abgeschaltet, wobei diese Abschaltung in vorteilhafter Weise nur für eine bestimmte Zeit erfolgt und insbesondere nach erkanntem Ende einer Phase mit Medieneintragsgefahr wieder beendet wird, der Sensor also wieder eingeschaltet wird.It is particularly advantageous that an intelligent and brief shutdown of a sensor, in particular a hot-film air mass meter, is possible when there is a risk of contamination during driving. This prevents or at least reduces the build-up of harmful media, for example sensor contamination. The detection of a short-term media entry on the sensor while driving can be partially done using a software function that evaluates certain sensor signals or replacement signals. To detect a short-term media entry, for example, the formation of a difference between two signal gradients is evaluated and, in the case of certain predefinable deviations, a possible media entry is recognized and the sensor is switched off, this switch-off advantageously taking place only for a certain time and in particular after a phase with a risk of media entry being recognized again is ended, i.e. the sensor is switched on again.
Besonders vorteilhaft ist, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Schutzfunktion darstellbar ist, die in der Lage ist, mittels Soft- und/oder Hardware einen Sensor nach Erkennung von Medieneintrag gezielt und für eine optimale Zeitdauer abzuschalten, insbesondere um die Lebensdauer des Sensors zu erhöhen und Fehlmessungen zu verhindern. Durch den Einsatz eines zusätzlichen High-Side- oder eines Low-Side-Schalters wird eine vorteilhafte Hardwarefunktion bereitgestellt, die bei Verwendung einer geeigneten Softwarefunktion ein gezieltes und zeitlich begrenztes Abschalten des Sensors ermöglicht.It is particularly advantageous that a protective function can be represented with the solution according to the invention, which is able to switch off a sensor in a targeted manner and for an optimal period of time after detection of media entry by means of software and / or hardware, in particular in order to increase the service life of the sensor and To prevent incorrect measurements. The use of an additional high-side or low-side switch provides an advantageous hardware function which, when using a suitable software function, enables the sensor to be switched off in a targeted and time-limited manner.
Bei einem Heißfilm-Luftmassenmesser ergibt die vorteilhafte Abschaltung bei Gefahr einer Kontamination eine messbare Verbesserung der Lebensdauer und der Funktionsfä- higkeit, da Heißfilm-Luftmassenmesser im ausgeschalteten Zustand weniger Ablagerungen aufnehmen, als im Betrieb. Insbesondere durch die Verwendung eines Low-Side- Schalters kann die Hardware-Abschaltfunktion sehr kostengünstig realisiert werden. Da ein modernes Motorsteuergerät häufig ohnehin über eine Vielzahl von integrierten Low- Side-Schaltern verfügt, die innerhalb eines Bausteins liegen können, können speziell sol- ehe, die zu Reservezwecken vorhanden sind, aktiviert werden, und stehen somit kostenfrei zur Verfügung. Alternativ ist auch die Verwendung eines zusätzlichen High-Side- Schalters möglich. Eine geeignete Softwarefunktion steuert den für die Abschaltung des Sensors vorgesehenen Schalter so an, dass er nur dann aktiv abgeschaltet wird, wenn schädlicher Medieneintrag während des Betriebs durch den Sensor selbst oder andere Hilfsgrößen erkannt wird und bei Bedarf zusätzlich im Nachlauf des Steuergerätes.In the case of a hot film air mass meter, the advantageous shutdown in the event of contamination results in a measurable improvement in the service life and functionality, since the hot film air mass meter absorbs less deposits when switched off than in operation. The hardware shutdown function can be implemented very inexpensively, in particular by using a low-side switch. Since a modern engine control unit often already has a large number of integrated low-side switches, which can be located within a module, those that are available for reserve purposes can be activated and are therefore available free of charge. Alternatively, the use of an additional high-side switch is also possible. A suitable software function controls the switch provided for switching off the sensor in such a way that it is only switched off actively if harmful media entry is detected during operation by the sensor itself or other auxiliary variables and, if necessary, also in the wake of the control unit.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die ein besonders schnelles Abschalten des Sensorelements ermöglicht wird erhalten, indem die Realisierung der Abschaltfunktion im Sensor selbst erfolgt. Die Abschaltregelstrecke liegt dabei im Sensor, wodurch ein Einfluss des Steuergerätes und seiner Software auf das Abschalten ausge- schlössen werden kann. Es wird dabei in vorteilhafter Weise ein Schaltelement im Sensor oder im Sensorelement integriert, über das der Sensor abgeschaltet werden kann. Diese Ausgestaltung der Erfindung hat weiterhin den Vorteil, dass ein schnelles gepulstes Mehrfachabschalten möglich ist um die optimale Abschaltdauer zu ermitteln und um dem Steuergerät sofort nach Medieneintragsende wieder einen gültigen Messwert zur Verfügung zu stellen.A further advantageous embodiment of the invention, which enables the sensor element to be switched off particularly quickly, is achieved by implementing the switch-off function in the sensor itself. The switch-off control system lies in the sensor, which means that the control unit and its software influence switch-off. can be closed. In this case, a switching element is advantageously integrated in the sensor or in the sensor element, via which the sensor can be switched off. This embodiment of the invention has the further advantage that rapid, pulsed multiple shutdown is possible in order to determine the optimal shutdown period and to provide the control device with a valid measured value again immediately after the media entry has ended.
Darüber hinaus wird durch die Verwendung von sensorinternen Signalen eine genauere Erkennung von Medieneintrag möglich als durch die alleinige Auswertung des Sensor- ausgangssignals. Dies liegt daran, dass sensorintern eine größere Anzahl von Signalen oder Merkmalen verfügbar ist, die aber aufgrund der Kosten optimierten Signalübertragungsbreite von Sensor zu Steuergerät nicht alle übertragen werden. Insbesondere durch die Verwendung von sensorinterner Hard- und Software und der Auswertung von sensorinternen Steuersignalen, beispielsweise Spannungen oder Ströme von Regelkreisen, die nur sensorintern verfügbar sind, kann die Hardwareabschaltfunktion sehr kostengünstig realisiert werden.In addition, the use of internal sensor signals enables more precise detection of media entry than the sole evaluation of the sensor output signal. This is because a larger number of signals or features are available internally in the sensor, but not all of them are transmitted from sensor to control unit due to the cost-optimized signal transmission range. The hardware shutdown function can be implemented very inexpensively, in particular by using sensor-internal hardware and software and evaluating sensor-internal control signals, for example voltages or currents from control loops that are only available internally by the sensor.
In vorteilhafter Weise wird die Darstellung einer intelligenten sensorinternen Schutzfunktion bestehend aus geeigneter Soft- und/oder Hardware in mehrere Teilfunktionen unter- teilt. Dabei ist die Teilfunktion 1 in der Lage, beispielsweise durch Differenzbildung zweier Signalgradienten und Verwendung zusätzlicher sensorinterner Signale einen Medieneintrag zu erkennen und daraufhin das in einem Sensor enthaltene Sensorelement abzuschalten. Die Teilfunktion 2 stellt ein Ersatzsignal bzw. einen Ersatzwert bereit, welches bzw. welcher bei erkanntem Medieneintrag anstelle des ungültigen Messwerts vom Sensor ausgegeben werden kann und Teilfunktion 3 erweitert das Sensorausgangssignal um die zusätzliche Information, dass ein Medieneintrag erkannt ist, wobei diese Medieneintragsinformation in vorteilhafter Weise für die Dauer des Medieneintrags bestehen bleibt.The representation of an intelligent sensor-internal protective function consisting of suitable software and / or hardware is advantageously divided into several sub-functions. Subfunction 1 is able to recognize a media entry, for example by forming the difference between two signal gradients and using additional sensor-internal signals, and then to switch off the sensor element contained in a sensor. The subfunction 2 provides a substitute signal or a substitute value, which can be output by the sensor instead of the invalid measured value when a media entry is detected, and subfunction 3 extends the sensor output signal by the additional information that a media entry is recognized, this media entry information being more advantageous Way for the duration of the media entry remains.
Die Medieneintragsinformation kann bei einem Frequenzsignal, also bei einem Signal, dessen Frequenz die eigentliche Messgröße darstellt, durch die Modulation oder das Einstellen eines definierten Pulsweitenverhältnisses geschehen, so dass der Messwert oder ein Ersatzwert zusammen mit der Medieneintragsinformation ausgegeben und übertragen werden kann. Bei einem Analogsignal kann anstelle des Ersatzwertes ein Wert außerhalb des Nutzsignalbereichs übertragen werden und so dem Steuergerät ein Hinweis gegeben werden, dass ein Medieneintrag vorliegt.In the case of a frequency signal, that is to say a signal whose frequency represents the actual measured variable, the media entry information can be obtained by modulating or setting a defined pulse width ratio, so that the measured value or a substitute value can be output and transmitted together with the media entry information. With an analog signal, a value outside of the substitute value can be used of the useful signal area are transmitted and the control device is given an indication that there is a media entry.
Durch die vorstehend genannte vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird sicherge- stellt, dass Sensorelemente bei eintretendem und zeitlich begrenztem Medieneintrag gezielt abgeschaltet werden können. Es wird weiterhin sichergestellt, dass Sensoren bei erkanntem Medieneintrag diese Information an den Empf nger weitergeben können und es wird sichergestellt, dass ein Sensor bei Medieneintrag nicht einen Messwert erfasst und überträgt, der sehr stark vom realen Wert abweicht. Durch die Bereitstellung eines Er- satzwerts für das Messsignal kann die Fehlertoleranz für diesen Fall verringert werden.The above-mentioned advantageous embodiment of the invention ensures that sensor elements can be switched off in a targeted manner when media entry occurs and is limited in time. It is further ensured that sensors can pass this information on to the recipient when a media entry is detected, and it is ensured that a sensor does not record and transmit a measured value when the media entry differs very much from the real value. The fault tolerance in this case can be reduced by providing a replacement value for the measurement signal.
Zeichnungdrawing
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik. Figur 2 und Figur 3 zeigen zwei erfindungsgemäße Alternativlösungen für Ausführungsbeispiele für das Abschalten eines Sensors im Fahrbetrieb, wobei die Abschaltmittel in einem Steuergerät eingebaut sind. In Figur 4 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem ein sensorinternes Abschalten des Sensorelements über ein sensorinternes Schaltmittel möglich ist. In den Figuren 5 und 6 sind Signalverläufe für den Normalbe- trieb und den Betrieb bei Medieneintrag dargestellt, wobei Figur 5 für die Ausfuhrungsbeispiele nach Figur 2 oder 3 und Figur 6 für das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 gilt. Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele werden in der folgenden Beschreibimg näher erläutert.Figure 1 shows an embodiment according to the prior art. FIG. 2 and FIG. 3 show two alternative solutions according to the invention for exemplary embodiments for switching off a sensor while driving, the switch-off means being installed in a control unit. A further exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 4, in which sensor-internal switching off of the sensor element is possible via a sensor-internal switching means. FIGS. 5 and 6 show signal curves for normal operation and operation with media entry, FIG. 5 applying to the exemplary embodiments according to FIG. 2 or 3 and FIG. 6 to the exemplary embodiment according to FIG. The exemplary embodiments shown in the drawing are explained in more detail in the following description.
Beschreibungdescription
Figur 1 zeigt ein Beispiel für die Verbindung zwischen einem Sensor 10 und einem Motorsteuergerät 11 gemäß dem derzeitigen Stand der Technik. Der Sensor 10 ist beispielsweise ein Heißfilm-Luftmassenmesser, der ein Mess-Signal Ml über eine Leitung Ll an das Motorsteuergerät 11 abgibt. Je nach Ausgestaltung des Sensors 10 ist dieses Mess-Figure 1 shows an example of the connection between a sensor 10 and an engine control unit 11 according to the current state of the art. The sensor 10 is, for example, a hot-film air mass meter, which emits a measurement signal M1 to the engine control unit 11 via a line L1. Depending on the design of the sensor 10, this measurement
Signal Ml mehr oder weniger aufbereitet und kann als analoge Spannung oder bereits als digitales Signal vorliegen. Zwischen dem Sensor 10 und dem Motorsteuergerät 11 liegt eine spannungsführende Verbindung L2, mit einer Spannung UI, die als Versorgungsspannung dient. Eine weitere Verbindung zwischen dem Sensor 10 und dem Motorsteu- ergerät 11 ist die Masseverbindung GND. In Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Sensor 12, beispielsweise einen Heissfilmluftmassenmesser, dessen Ausgangssignal von einem Motorsteuergerät 13 ausgewertet wird, dargestellt, bei dem gegenüber der Anordnung nach Figur 1 ein zusätzlicher Schalter HS 1 vorhanden ist. Dieser Schalter HS 1 ist ein sogenannter High-Side-Schalter, der auf die spannungsführende Leitung L2 eingreift und diese gegebenenfalls unterbricht. Der Schalter HSl ist dabei Bestandteil des Motorsteuergerätes 13. Bei der Ausführungsvariante nach Figur 2 dient der High-Side-Schalter HSl dem Abschalten des Sensors 12 im Fahrbetrieb, wobei die Versorgungsspannung UI (12 Volt oder 5 Volt) des Sensors 12 abgeschaltet wird. Eine im Motorsteuergerät 13 enthaltene Softwarefunktion 14 erkennt dabei den Medieneintrag durch eine Intelligente Auswertung des erfassten Sensormess-Signales Ml und schaltet den Sensor 12 über das Steuersignal Sl für den High-Side-Schalter HSl für eine definierte Zeit ab. Diese Zeit kann entweder eine ausgewählte, vorgebbare Zeitdauer sein, es ist aber auch möglich, den Sen- sor so lange ausgeschaltet zu lassen, bis die Softwarefunktion im Motorsteuergerät erkennt, dass kein Medieneintrag mehr zu befürchten ist.Signal Ml more or less processed and can be present as an analog voltage or already as a digital signal. Between the sensor 10 and the engine control unit 11 there is a live connection L2, with a voltage UI, which serves as a supply voltage. Another connection between the sensor 10 and the engine control unit 11 is the ground connection GND. FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the invention for a sensor 12, for example a hot-film air mass meter, the output signal of which is evaluated by an engine control unit 13, in which an additional switch HS 1 is present compared to the arrangement according to FIG. This switch HS 1 is a so-called high-side switch that engages the live line L2 and interrupts it if necessary. The switch HSl is part of the engine control unit 13. In the embodiment variant according to FIG. 2, the high-side switch HSl is used to switch off the sensor 12 while driving, the supply voltage UI (12 volts or 5 volts) of the sensor 12 being switched off. A software function 14 contained in the engine control unit 13 recognizes the media entry through an intelligent evaluation of the detected sensor measurement signal Ml and switches the sensor 12 off for a defined time via the control signal S1 for the high-side switch HSl. This time can either be a selected, predefinable time period, but it is also possible to keep the sensor switched off until the software function in the engine control unit detects that there is no longer any fear of media entry.
Der Sensor 12 kann beispielsweise die in Figur 2 dargestellten Komponenten Sensorelement 15 und eine Signalauswerteschaltung 16 mit sensorinternen Hard- und Software- funktionen umfassen. Das Sensorelement 15 liefert dabei das Messsignal M2 an die Sensorauswerteschaltung 16. Die Spannungsversorgung ist mit U2 bezeichnet, die Massever- bindung mit GND2. Diese Ausgestaltung des Sensors ist aber nur beispielhaft und nicht zwingend erforderlich.The sensor 12 can comprise, for example, the components sensor element 15 shown in FIG. 2 and a signal evaluation circuit 16 with sensor-internal hardware and software functions. The sensor element 15 supplies the measurement signal M2 to the sensor evaluation circuit 16. The voltage supply is labeled U2, the ground connection is labeled GND2. However, this configuration of the sensor is only an example and is not absolutely necessary.
Die genaue Funktionsweise der Softwarefunktion soll hier nicht näher beschrieben werden. Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Softwarefunktion in einem Prozessor des Steuergerätes 13 läuft, die Erkennung des Medieneintrags ermöglicht und Ansteuersigna- le zur Betätigung des Schalters erzeugen kann, wobei diese Ansteuersignale jeweils ein Öffnen oder Schließen des Schalters HSl zu mittels der Softwarefunktion ermittelten Zd- ten bewirken.The exact functioning of the software function is not to be described in more detail here. It is essential for the invention that the software function runs in a processor of the control device 13, enables the media entry to be recognized and generates control signals for actuating the switch, these control signals each opening or closing the switch HS1 at a time determined by means of the software function - effect.
Verschiedene Möglichkeiten, mit denen ein Medieneintrag durch intelligente Auswertung des erfassten Sensormess-Signales festgestellt wird, werden in der Druckschrift DE 101 63 75 AI beschrieben. Diese Möglichkeiten können in die Softwarefunktion des Mo- torsteuergerätes 13 eingebunden werden. Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante für das Abschalten des Sensors im Fahrbetrieb über einen kostengünstigen Low-Side-Schalter LSI, der Bestandteil des Motorsteuergerätes 13 ist und die Masse- bzw. Ground-GND-Anbindung des Sensors 12 ab- schaltet. Damit wird der Sensor 12, beispielsweise ein Heißfilm-Luftmassenmesser, nicht mehr weiter beheizt und der Medieneintrag kann den Sensor nicht mehr verunreinigen. Eine Softwarefunktion 14 im Motorsteuergerät 13, die prinzipiell so wie die Softwarefunktion nach Figur 2 funktioniert, erkennt auch bei diesem Ausführungsbeispiel den Medieneintrag durch eine intelligente Auswertung des erfassten Sensormesssignales Ml und schaltet den Sensor 12 durch Betätigung des Low-Side-Schalters LSI, beispielsweise mittels eines Ansteuersignais S2 für eine bestimmte Zeit ab. Für die Zeit gelten dabei die selben Zusammenhänge, wie im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben wurde.Various possibilities with which a media entry is determined by intelligent evaluation of the detected sensor measurement signal are described in the document DE 101 63 75 AI. These options can be integrated into the software function of the engine control unit 13. FIG. 3 shows a further embodiment variant for switching off the sensor while driving via an inexpensive low-side switch LSI, which is part of the engine control unit 13 and switches off the ground or ground GND connection of the sensor 12. As a result, the sensor 12, for example a hot-film air mass meter, is no longer heated and the media entry can no longer contaminate the sensor. A software function 14 in the engine control unit 13, which works in principle like the software function according to FIG. 2, also recognizes the media entry in this exemplary embodiment by intelligent evaluation of the detected sensor measurement signal Ml and switches the sensor 12 by actuating the low-side switch LSI, for example by means of of a control signal S2 for a certain time. The same relationships apply here as described in connection with FIG. 2.
Durch die Verwendung eines Low-Side-Schalters kann die Hardware-Abschaltfunktion sehr kostengünstig realisiert werden, da sie bei vielen Steuergeräten keinen zusätzlichenBy using a low-side switch, the hardware shutdown function can be implemented very inexpensively, since it does not have an additional one in many control units
Aufwand, da solche Low-Side-Schalter bei modernen Steuergerät redundant, d.h. beispielsweise für Reservezwecke ohnehin vorhanden sind.Effort, since such low-side switches are redundant in modern control units, i.e. for example, are available anyway for reserve purposes.
Eine mögliche Alternative wäre die Abschaltung des Sensors ausgehend von einer sehr vereinfachten Softwarefunktion, die im Fahrzeugbetrieb den Sensor zu einem bestimmtenA possible alternative would be to switch off the sensor on the basis of a very simplified software function, which operates the sensor at a specific point in vehicle operation
Zeitpunkt über einen zusätzlichen Schalter abschaltet. Ein solches Abschalten kann bd- spielsweise ein Abschalten im Steuergerätenachlauf sein, wobei der Schalter an geeigneter Stelle im Steuergerät oder außerhalb angeordnet sein kann.Switch off the time via an additional switch. Such a shutdown can be, for example, a shutdown in the control unit run-on, the switch being arranged at a suitable point in the control unit or outside.
In einer weiteren Alternative mit geänderter Beschattung wird ein Schalter eingesetzt, der dazu dient, die Spannungsversorgung UI mit Masse GND kurzzuschließen und vorher die oben angesprochene Schaltfunktion realisiert. Dadurch wird sensorseitig die Sensorversorgung kurzgeschlossen und gegebenenfalls die elektromagnetische Verträglichkeit EMV verbessert.In a further alternative with modified shading, a switch is used which is used to short-circuit the voltage supply UI to ground GND and previously implements the switching function mentioned above. This short-circuits the sensor supply on the sensor side and, if necessary, improves the electromagnetic compatibility EMC.
Mit den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen können Verfahren zur gezielten Abschaltung eines Sensors bei drohender Verschmutzung durchgeführt werden, wobei keine sensorinterne Medieneintragerkennung durchgeführt wird und Schaltvorgänge für die steuergeräteinternen Schalter vom Steuergerät geliefert werden. Für die Durchführung des Verfahrens ist der Einsatz von High-Side- oder Low-Side- Schaltern an der Sensorversorgungsleitung UI oder an der Masseleitung GND im Steuergerät 13 erforderlich. Weiterhin ist der Einsatz einer intelligenten Softwarefunktion im Motorsteuergerät nötig, wobei diese intelligente Softwarefunktion die eingesetzten Schalter nur für bestimmte Zeiträume so ansteuert, dass der Schalter die Versorgung des Sen- sors unterbricht. Die Wahl der Zeiträume bzw. der Beginn des Abschaltens hängt davon ab, ob eine Medienkontamination möglich ist. Falls eine solche Medienkontamination bzw. ein Medieneintrag möglich ist bzw. zu befürchten ist, wird der Sensor abgeschaltet.With the exemplary embodiments shown in FIGS. 2 and 3, methods for specifically switching off a sensor in the event of impending contamination can be carried out, no sensor-internal media entry detection being carried out and switching operations for the switches inside the control unit being supplied by the control unit. The use of high-side or low-side Switches on the sensor supply line UI or on the ground line GND in the control unit 13 are required. Furthermore, the use of an intelligent software function in the engine control unit is necessary, this intelligent software function only activating the switches used for certain periods of time in such a way that the switch interrupts the sensor supply. The choice of periods or the start of the shutdown depends on whether media contamination is possible. If such media contamination or media entry is possible or is to be feared, the sensor is switched off.
Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zur Verringerung der Verschmutzung eines Sensors umfasst, bei der der Sensor mit einer Steuereinrichtung, beispielsweise einemAccording to the invention, a device for reducing the contamination of a sensor is also included, in which the sensor has a control device, for example a
Steuergerät, in Verbindung steht, wobei diese Verbindung eine Spannungsversorgung, d- ne Masseverbindung und eine Signalverbindung umfasst. Im Sensor sind ein Sensorelement, eine Sensorauswerteschaltung und Schaltmittel vorhanden, die die Spannungsversorgung unterbrechen, wobei die Sensorauswerteschaltung das Ansteuersignal für die Schaltmittel zur Unterbrechung der Spannungsversorgung liefert. Damit wird ein sensorinternes Abschalten des Sensorelements bei drohender Kontamination möglich.Control unit, is connected, this connection comprising a voltage supply, its ground connection and a signal connection. A sensor element, a sensor evaluation circuit and switching means which interrupt the voltage supply are present in the sensor, the sensor evaluation circuit supplying the control signal for the switching means for interrupting the voltage supply. This enables the sensor element to be switched off internally in the event of contamination.
In Figur 4 ist ein solches erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, das ein sensorintemes Abschalten des Sensors 12 oder des Sensorelements 15 über einen High- Side-Schalter HS2 ermöglicht. Alternativ könnte auch ein Low-Side-Schalter zum Einsatz kommen, der eine Unterbrechung der Masseverbindung von GND2 bewirken kann. Bei dieser in den Sensor 12 bzw. in die Sensorauswerteschaltung 17 verlagerten Ab- schaltfiinktion können auch andere Schalter eingesetzt werden, die jeweils im Sensor 12, in der Sensorauswerteschaltung 17 bzw. im Sensorelement 15 selbst angebracht sind und den Sensor oder das Sensorelement bei Bedarf, beispielsweise durch Zuführung einesSuch an exemplary embodiment according to the invention is shown in FIG. 4, which enables sensor-internal switching off of sensor 12 or sensor element 15 via a high-side switch HS2. Alternatively, a low-side switch could be used, which can interrupt the GND2 ground connection. In the case of this switch-off function which is shifted into the sensor 12 or into the sensor evaluation circuit 17, other switches can also be used, which are each installed in the sensor 12, in the sensor evaluation circuit 17 or in the sensor element 15 itself and the sensor or the sensor element if required, for example by adding a
Abschaltsignales S3 abschalten. Der Schalter kann je nach Beschaffenheit des Sensorelements in verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet werden.Switch off shutdown signal S3. Depending on the nature of the sensor element, the switch can be designed in different embodiments.
Der Aufbau des Sensors und die Verbindungen zwischen dem Sensorelement 15 und der Sensorauswerteschaltung sind entsprechend Figur 2 ausgestaltet. Die die Spannung U2 führende Verbindung L3 zwischen dem Sensorelement 15 und der Sensorauswerteschaltung 17 kann jedoch im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2 jedoch mittels des High-Side-Schalters HS2 unterbrochen werden. Die Sensorauswerteschaltung 17, die die sensorinteme Hard- und/oder Softwarefunktionen umfasst, erfasst den Medieneintrag durch Auswertung des Sensorelement- Messsignals M2 sowie gegebenenfalls der Zusatzsignale, die in der Sensorauswerteschaltung zur Verfügung stehen. Bei erkanntem Medieneintrag erfolgt die Abschaltung. Das Steuergerät 13 benötigt gegebenenfalls nur noch eine vereinfachte Softwarefiinktion 14a.The structure of the sensor and the connections between the sensor element 15 and the sensor evaluation circuit are designed in accordance with FIG. 2. However, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 2, the connection L3 carrying the voltage U2 between the sensor element 15 and the sensor evaluation circuit 17 can be interrupted by means of the high-side switch HS2. The sensor evaluation circuit 17, which includes the sensor-internal hardware and / or software functions, detects the media entry by evaluating the sensor element measurement signal M2 and, if appropriate, the additional signals that are available in the sensor evaluation circuit. If the media entry is recognized, it is switched off. The control unit 13 may only need a simplified software function 14a.
Die Darstellung einer intelligenten sensorinternen Schutzfunktion, die aus einer geeigneten Hard- und/oder Softwarefunktion bestehen kann, lässt sich in einzelne Teilfunktionen unterteilen, wobei beispielsweise drei Teilfunktionen zweckmäßig sind.The representation of an intelligent sensor-internal protective function, which can consist of a suitable hardware and / or software function, can be divided into individual sub-functions, three sub-functions being expedient, for example.
Teilfunktion 1 ist in der Lage, das in einem Sensor 12 enthaltene Sensorelement 15, das das Messsigna] erfasst und direkt mit dem Medium in Kontakt kommt, nach Erkennung eines Medieneintrags gezielt und für eine optimale Zeitdauer abzuschalten. Das Messsignal und weitere sensorinteme Signale werden dazu sensorintern, beispielsweise in einer Sensorauswerteschaltung 17 mittels Filterfunktionen und Plausibilisierungen mitSub-function 1 is able to switch off the sensor element 15 contained in a sensor 12, which detects the measurement signal] and comes into direct contact with the medium, after detection of a media entry and for an optimal period of time. For this purpose, the measurement signal and further sensor-internal signals are integrated within the sensor, for example in a sensor evaluation circuit 17 by means of filter functions and plausibility checks
Schwellwerten ausgewertet Bei erkanntem Medieneintrag wird ein Abschaltsignal S3 generiert, das das Sensorelement 15 durch Betätigung eines Schalters, beispielsweise des High-Side-Schalters HS2 abschaltet bzw. die Spannungsversorgung für das Sensorelement unterbricht. Bei einem Heissfilmluftmassenmesser ist es damit möglich, das eigent- liehe Sensorelement auszuschalten, sofern ein Medieneintrag, beispielsweise Wasser imThreshold values evaluated If a media entry is detected, a switch-off signal S3 is generated, which switches the sensor element 15 off by actuating a switch, for example the high-side switch HS2, or interrupts the voltage supply for the sensor element. In the case of a hot film air mass meter, it is thus possible to switch off the actual sensor element, provided that there is a media entry, for example water in the
Sensor erkannt wird. Damit kann für den Heissfilmluftmassenmesser dessen Verschmutzung vermieden bzw. sehr stark verringert werden. Dies gilt insbesondere für solche Heissfilmluftmassenmesser, die im ausgeschalteten Zustand weniger Ablagerungen aufnehmen als in eingeschaltetem Zustand, in dem der Heissfilm auf hoher Betriebstempe- ratur ist.Sensor is recognized. In this way, the contamination of the hot film air mass meter can be avoided or greatly reduced. This applies in particular to those hot film air mass meters which absorb less deposits when switched off than when switched on, in which the hot film is at a high operating temperature.
Die Teilfunktion 2 stellt einen Ersatzwert bereit, welcher bei erkanntem Medieneintrag anstelle des dann ungültigen Messwerts vom Sensor 12 ausgegeben wird. Beim Medieneintrag kann der Messwert durch den Medieneintrag stark verfälscht werden und so zu Fehlmessungen führen. Durch Bereitstellung eines Ersatzwertes kann der Meßfehler desThe subfunction 2 provides a substitute value, which is output by the sensor 12 when the media entry is recognized instead of the then invalid measured value. With media entry, the measured value can be falsified by the media entry and thus lead to incorrect measurements. By providing a replacement value, the measurement error of the
Sensors bei Medieneintrag verringert werden. Der Ersatzwert kann beispielsweise der letzte gültige Wert ohne Medieneintrag sein.Sensor with media entry can be reduced. The substitute value can, for example, be the last valid value without media entry.
Die Teilfunktion 3 erweitert das Sensorausgangssignal dahingehend, dass es neben dem vom Sensorelement erfassten Messsignal die zusätzliche Information „Medieneintrag er- kannt" ausgibt. Diese auch als ,,Medieneint_ragsinformation" bezeichnete Information wird für die Dauer des Medieneintrags ausgegeben. Dies kann bei einem Frequenzsignal, also bei einem Signal, bei dem die Messgröße als Frequenz eines Rechtecksignals ausgegeben wird, wie es bei Heissfilmluftmassenmessern üblich ist, beispielsweise durch die Modulation bzw. das Einstellen eines definierten Pulsweitenverhältnisses des Rechtecksignals geschehen, so dass Messwert oder Ersatzwert zusammen mit der Medieneintrags- informalion ausgegeben und übertragen werden können.The subfunction 3 extends the sensor output signal in such a way that, in addition to the measurement signal detected by the sensor element, it contains the additional information “media entry knows ". This information, also referred to as" media entry information ", is output for the duration of the media entry. In the case of a frequency signal, that is to say a signal in which the measured variable is output as the frequency of a square-wave signal, as is customary in hot-film air mass meters, for example by modulating or setting a defined pulse width ratio of the square-wave signal, so that the measured value or substitute value are combined can be issued and transmitted with the media entry information.
Bei einem Analogsignal kann anstelle des Ersatzwertes ein Wert außerhalb des Nutzsig- nalbereichs übertragen werden. Dies hat den Vorteil, dass dann ein Motorsteuergerät durch sehr einfache Auswertung des Sensorsignals auf einen anderen im Motorsteuergerät berechneten Ersatzwert umschalten kann, sofern der Ersatzwert des Sensors nicht verwendbar oder nicht verfügbar ist. Durch alle drei Teilfunktionen wird der Softwareumfang im Motorsteuergerät stark reduziert, da die dafür sonst erforderlichen Funktionen vom Steuergerät in den Sensor verlagert werden. Die Teilfunktionen können beispielsweise über eine Programmierung des Sensors parametrisiert und abgeschaltet werden.With an analog signal, a value outside the useful signal range can be transmitted instead of the substitute value. This has the advantage that an engine control unit can then switch to another replacement value calculated in the engine control unit by very simple evaluation of the sensor signal, provided that the replacement value of the sensor cannot be used or is not available. The software scope in the engine control unit is greatly reduced by all three sub-functions, since the functions otherwise required for this are shifted from the control unit to the sensor. The partial functions can be parameterized and switched off, for example, by programming the sensor.
In Abbildung 5 sind zur Verdeutlichung der Vorgehensweise bei der Abschaltung die zeitlichen Signalverläufe von UI, Ml und U2 im Normalbetrieb und bei Medieneintrag für die Ausführungsbeispiele nach Figur 2 oder 3 unter Verwendung eines Frequenzausgangs dargestellt. Der Medieneintrag soll zum Zeitpunkt T0 auftreten und zum Zeitpunkt T3 beendet sein. Über das Spannungssignal UI schaltet das Motorsteuergerät 13 den Sensor 12 bei Medieneintrag ab. Es verstreicht dabei die Reaktionszeit Tl zwischen Medieneintrag und Erkennung des Eintrags durch die Motorsteuergerätesoftware. Das Sensor- ausgangssignal M 1 ist nicht verfügbar. Die Frequenz F 1 , die ein Maß für die Messgröße ist, steht während des Medieneintrags nicht zur Verfügung, da der Sensor abgeschaltet ist und kein Messsignal Ml liefern kann. Ab dem Zeitpunkt T4 gibt der Sensor wieder ein Signal ab, dessen Frequenz FI zum Zeitpunkt T5 wieder zur Verfügung steht und vom Steuergerät zur Ermittlung von Motorsteuergrößen verwendet werden kann.In Figure 5, to illustrate the procedure for switching off, the temporal signal curves of UI, Ml and U2 in normal operation and for media entry for the exemplary embodiments according to FIG. 2 or 3 are shown using a frequency output. The media entry should occur at time T0 and be finished at time T3. The engine control unit 13 switches off the sensor 12 via the voltage signal UI when media is introduced. The reaction time Tl elapses between the media entry and recognition of the entry by the engine control unit software. The sensor output signal M 1 is not available. The frequency F 1, which is a measure of the measurement variable, is not available during the media entry, since the sensor is switched off and cannot deliver a measurement signal Ml. From time T4, the sensor again emits a signal whose frequency FI is available again at time T5 and can be used by the control device to determine engine control variables.
In Figur 6 sind die Signalverläufe von UI, Ml und U2 im Normalbetrieb und beim Medieneintrag bei Einsatz der sensorinternen Teilfunktionen nach Figur 4, also bei der Möglichkeit, den Sensor 12 über einen sensorinternen Schalter abzuschalten, dargestellt. Der Medieneintrag soll wieder bei der Zeit T0 beginnen und zum Zeitpunkt T3 enden. Der Sensor 12 bleibt bei Medieneintrag über die Spannung UI eingeschaltet, deaktiviert aber intem über den High-Side-Schalter HS2 das Sensorelement 15, da die Zuführung der Versorgungsspannung U2 zum Sensorelement 15 unterbrochen wird. Die Ansteuerung des High-Side-Schalters HS2 erfolgt mit Hilfe eines Ansteuersignais S3, das in der Sensorauswerteschaltung 17 erzeugt wird.FIG. 6 shows the signal profiles of UI, Ml and U2 in normal operation and during media entry when using the sensor-internal subfunctions according to FIG. 4, that is, with the possibility of switching the sensor 12 off via a sensor-internal switch. The media entry should start again at time T0 and end at time T3. The sensor 12 remains switched on when the media is input via the voltage UI, but is deactivated internally via the high-side switch HS2, the sensor element 15, since the supply of the supply voltage U2 to the sensor element 15 is interrupted. The high-side switch HS2 is controlled with the aid of a control signal S3 that is generated in the sensor evaluation circuit 17.
Die Reaktionszeit T2 bis zum Erkennen des Medieneintrags ist in diesem Fall deutlich kürzer als die Reaktionszeit Tl nach Figur 5, die mit den Lösungen nach den Figuren 2 oder 3 erhalten wird. Da die Sensorauswerteschaltung 17 weiterhin eingeschaltet bleibt und mit der Spannung UI versorgt bleibt, kann die Sensorauswerteschaltung bei erkann- tem Medieneintrag und Abschaltung des Sensorelements 15 einen Ersatzwert für dasIn this case, the reaction time T2 until the media entry is recognized is significantly shorter than the reaction time T1 according to FIG. 5, which is obtained with the solutions according to FIGS. 2 or 3. Since the sensor evaluation circuit 17 remains switched on and remains supplied with the voltage UI, the sensor evaluation circuit can provide a substitute value for the detected media entry and switch-off of the sensor element 15
Messsignal bilden. Der Ersatzwert hat dann beispielsweise die Frequenz F2, die geringfügig von der Frequenz FI (ohne Medieneintrag) abweicht und vom Motorsteuergerät ausgewertet werden kann. Die Fehlertoleranz wird geringer sein als die Übertragung des durch Medieneintrag verfälschten Werts. Durch das im Vergleich zur Frequenz FI geän- derte Pulsweitenverhältnis von Ml wird die Medieneintragsinformation übertragen. DerForm measurement signal. The substitute value then has, for example, the frequency F2, which deviates slightly from the frequency FI (without media entry) and can be evaluated by the engine control unit. The fault tolerance will be less than the transfer of the value falsified by the media entry. The media entry information is transmitted due to the change in the pulse width ratio of M1 compared to the frequency FI. The
Begriff Frequenz steht allgemein für Tastverhältnis oder Pulsweitenverhältnis, sodass FI einem ersten Tastverhältnis TV1 oder einem ersten Pulsweitenverhältnis und F2 entsprechend einem zweiten Tastverhältnis TV2 oder einem zweiten Pulsweitenverhältnis entspricht und wesentlich ist, dass sich FI und F2 in vorgebbarer Weise voneinander unter- scheiden.The term frequency generally stands for duty cycle or pulse width ratio, so that FI corresponds to a first duty cycle TV1 or a first pulse width ratio and F2 corresponds to a second duty cycle TV2 or a second pulse width ratio and it is essential that FI and F2 differ from one another in a predefinable manner.
Bei länger andauerndem Medieneintrag kann das Sensorelement 15 mehrfach ein- und ausgeschaltet werden. Dies ermöglicht dem Sensor 12 ein periodisches Erfassen des Medieneintrags bis der Medieneintrag nicht mehr vorhanden ist. Somit ist das Sensorelement nur für die tatsächliche Dauer des Medieneintrags abgeschaltet.If the media entry is prolonged, the sensor element 15 can be switched on and off several times. This enables the sensor 12 to periodically record the media entry until the media entry is no longer present. The sensor element is therefore only switched off for the actual duration of the media entry.
Bei einem Einsatz der Erfindung im Automotive-Bereich, insbesondere bei einem Luftmassenmesser, dessen Ausgangssignale von einem Steuergerät ausgewertet werden, lässt sich eine mögliche Alternative angeben. Eine mögliche Alternative zum Motorsteuergerät ist beispielsweise die Verwendung beliebiger Kommunikationspartner für den Sensor bzw. für die Auswertung der vom Sensor gelieferten Signale.When the invention is used in the automotive field, in particular in an air mass meter, the output signals of which are evaluated by a control unit, a possible alternative can be specified. A possible alternative to the engine control unit is, for example, the use of any communication partner for the sensor or for the evaluation of the signals supplied by the sensor.
Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf die Kombination Sensor, Motorsteuergerät, Kraftfahrzeug eingeschränkt, sondern ist beliebig für Sensoren mit zugeordneter Steuer- einrichtung oder zugeordnetem Prozessor mit Softwarefunktion zur Erkennung eines dro- henden Medieneintrags und ansteuerbaren Schaltern einsetzbar. Generell kann die Erfindung für alle Einsatzbereiche alternativ zum Einsatz im Automotive-Bereich vorgesehen sein, bei denen elektronische, elektrisch betriebene biochemische, biotechnologische oder sonstige Sensoren oder Sensorelemente zum Einsatz kommen und in irgendeiner Form mit einem Kommunikationspartner kommunizieren und auch Medieneintrag mitteilen, wobei die Sensoren oder Sensorelemente vor Kontamination durch gezielte Deaktivierung von Sensorelementen oder Teilen davon aktiv geschützt werden. In principle, the invention is not limited to the combination of sensor, engine control unit, motor vehicle, but is arbitrary for sensors with an associated control device or an assigned processor with software function for detecting a dropping media entry and controllable switches can be used. In general, the invention can be provided for all areas of use as an alternative to use in the automotive sector, in which electronic, electrically operated biochemical, biotechnological or other sensors or sensor elements are used and communicate in some form with a communication partner and also communicate media entry, the sensors or sensor elements are actively protected against contamination by deliberately deactivating sensor elements or parts thereof.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung zur Verringerung der Verschmutzung eines Sensors, der mit einer Steuereinrichtung in Verbindung steht, wobei diese Verbindung eine Spannungsversorgung, eine Masseverbindung und eine Signalverbindung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltmittel vorhanden sind, die entweder die Spannungsversorgung oder die Masseverbindung unterbrechen und die Steuereinrichtung eine Softwarefunktion umfasst, die das Ansteuersignal für die Schaltmittel liefert.1. Device for reducing the contamination of a sensor which is connected to a control device, this connection comprising a voltage supply, a ground connection and a signal connection, characterized in that switching means are present which either interrupt the voltage supply or the ground connection and the control device includes a software function that delivers the control signal for the switching means.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel zur Unterbrechung der Spannungsversorgung oder der Masseverbindung in der Steuereinrichtung angeordnet sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the switching means for interrupting the voltage supply or the ground connection are arranged in the control device.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel zur Unterbrechung der Spannungsversorgung oder der Masseverbindung im Sensor angeordnet sind, insbesondere in einer Auswerteeinrichtung des Sensors.3. Device according to claim 1, characterized in that the switching means for interrupting the voltage supply or the ground connection are arranged in the sensor, in particular in an evaluation device of the sensor.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter ein High-Side-Schalter ist, der die Spannungsversorgung unterbricht, oder ein Low-Side-Schalter, der die Masseverbindung unterbricht.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the switch is a high-side switch that cuts off the voltage supply, or a low-side switch that cuts off the ground connection.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ein Motorsteuergerät ist.5. The device according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the control device is an engine control unit.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Sensor in einem Kraftfahrzeug ist, insbesondere ein Heißfilm- Luftmassenmesser und das Sensorsignal ein eine Luftmasse repräsentierendes Signal ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor is a sensor in a motor vehicle, in particular a hot film Air mass meter and the sensor signal is a signal representing an air mass.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor wenigstens ein Sensorelement und eine mit dem Sensorelement in Verbindung stehende Auswerteeinrichtung, insbesondere eine Auswerteschaltung umfasst, wobei die Verbindung wenigstens eine Spannungsversorgung, eine Masseverbindung und eine Signalverbindung umfasst.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor comprises at least one sensor element and an evaluation device connected to the sensor element, in particular an evaluation circuit, the connection comprising at least one voltage supply, a ground connection and a signal connection.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät oder die Sensorauswerteschaltung Mittel zur Erkennung eines Medieneintrags und Mittel zur Erzeugung eines Ansteuersignal für die Schaltmittel zur Unterbrechung der Spannungsversorgung umfasst, insbesondere einen Prozessor mit Speichermitteln und einer zugehörigen Softwarefunktion.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device or the sensor evaluation circuit comprises means for detecting a media entry and means for generating a control signal for the switching means for interrupting the voltage supply, in particular a processor with storage means and an associated software function.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektronische, elektrisch betriebene biochemische, biotechnologische oder sonstige Sensoren oder Sensorelemente zum Einsatz kommen, die mit einem Kommunikationspartner kommunizieren und auch einen Medieneintrag mitteilen und die Sensoren oder Sensorelemente vor Kontamination durch gezielte Deaktivierung von Sensorelementen oder Teilen davon aktiv geschützt werden.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that electronic, electrically operated biochemical, biotechnological or other sensors or sensor elements are used which communicate with a communication partner and also communicate a media entry and the sensors or sensor elements from contamination by deliberately deactivating them Sensor elements or parts thereof are actively protected.
10. Verfahren zur Verringerung der Verschmutzung eines Sensors, der mit einer Steuereinrichtung in Verbindung steht, mit einer Vorrichtung nach einem der Vorher- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Softwarefunktion das vom Sensor gelieferte Mess-Signal auswertet und ausgehend von vorgebbaren Parametern des Mess-Signals oder ausgehend von Größen, die aus dem Mess-Signal abgeleitet werden, Steuersignale Sl, S2, S3 für die Schaltmittel bildet.10. A method for reducing the contamination of a sensor, which is connected to a control device, with a device according to one of the preceding claims, characterized in that the software function evaluates the measurement signal supplied by the sensor and on the basis of predefinable parameters of the measurement -Signal or starting from quantities derived from the measurement signal, forms control signals S1, S2, S3 for the switching means.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Softwarefunktion eine Verschmutzung des Sensors oder einen Medienein- trag im Bereich des Sensors erkennt und abhängig von dieser Erkennung die Steuersignale bildet. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the software function detects contamination of the sensor or a media entry in the area of the sensor and forms the control signals depending on this detection.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter, der die Versorgung des Sensors unterbrochen hat, nach einer vorgebbaren Zeit wieder zurückgesetzt wird und die Verbindung zwischen Steuereinrichtung und Sensor wiederhergestellt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the switch that has interrupted the supply of the sensor is reset after a predetermined time and the connection between the control device and the sensor is restored.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hardwareabschaltfunktion mit einer Softwarefunktion kombiniert wird, wobei die Kombination derart erfolgt, dass die Softwarefunktion die die Hardware bildenden Schalter so aktiv abschaltet, dass bei schädlichem Medieneintrag wäh- rend des Betriebs dieser durch den Sensor selbst oder die Steuereinrichtung erkannt wird und der Sensor abgeschaltet wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a hardware switch-off function is combined with a software function, the combination being such that the software function actively switches off the switches forming the hardware in such a way that in the event of harmful media entry during operation, this occurs the sensor itself or the control device is recognized and the sensor is switched off.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor im Nachlauf des Steuergeräts abgeschaltet wird, wobei zur Ab- Schaltung entweder der High-Side-Schalter oder der Low-Side-Schalter geöffnet wird.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor is switched off in the wake of the control unit, wherein either the high-side switch or the low-side switch is opened for switching off.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert als Frequenz (FI) mit einem Tastverhältnis TV1 ausgegeben wird und bei Medieneintrag ein Ersatzwert (F2) ausgegeben wird, mit einem Tastverhältnis TV2 , das sich vom Tastverhältnis TV1 der Frequenz des Messwert in vorgebbarer Weise unterscheidet.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the measured value is output as a frequency (FI) with a pulse duty factor TV1 and a replacement value (F2) is output with media input, with a pulse duty factor TV2, which differs from the pulse duty factor TV1 the frequency of the Measured value differs in a predeterminable manner.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert als Frequenz (F 1) mit einem ersten Pulsweitenverhältnis ausgegeben wird und bei Medieneintrag ein Ersatzwert ausgegeben wird, mit einem zweite Pulsweitenverhältnis, das sich vom ersten Pulsweitenverhältnis des Messwerts in vorgebbarer Weise unterscheidet. 16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the measured value is output as a frequency (F 1) with a first pulse width ratio and a replacement value is output with media entry, with a second pulse width ratio, which differs from the first pulse width ratio of the measured value in a predetermined manner different.
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