DE10123625A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer messwerterfassung - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Messwerterfassung vorgeschlagen, wobei zwei redundante Messgrößen einer Betriebsgröße vorliegen, der Quotient aus den beiden Messgrößen gebildet wird und dieser Quotient mit einem vorgegebenen Toleranzbereich verglichen wird. Bei einer unzulässigen Abweichung wird von einem Fehlerzustand ausgegangen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Messwerterfassung. Aus der DE 4235 880 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Betriebsgröße in einem Fahrzeug am Beispiel der Stel­ lung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements darge­ stellt. Die Betriebsgröße wird dabei durch zwei Meßeinrich­ tungen, die zueinander redundant sind, erfaßt, welche zwei voneinander unabhängige Meßsignale erzeugen. Die Meßeinrich­ tungen sind dabei derart gewählt, dass der Zusammenhang zwi­ schen den erzeugten Meßgrößen und der Stellung des Be­ dienelements durch zwei Kennlinien unterschiedlicher Stei­ gung dargestellt werden kann. Zur Steuerung der Antriebsein­ heit des Fahrzeugs wird dabei eine oder beide Meßgrößen ver­ wendet, wobei zur Überwachung die Meßgrößen auf zulässige Spannungsbereiche überprüft werden.

Eine vergleichbare Vorgehensweise wird in der DE-A 197 19 518 (US-Patent 5 875 760) vorgestellt. Hier wird die Be­ triebsgrößenerfassung durch Überprüfung der Messgrößen im Rahmen einer Gleichlauftoleranz (Verhältnis der Messgrößen zueinander) sowie ergänzend dadurch vorgenommen, dass ein Fehler auch dann erkannt wird, wenn sich die Messgröße einer Meßeinrichtung sich nicht entsprechend dem Wert der anderen verändert (sogenannte Bewegungserkennung). Durch diese Vor­ gehensweise wird eine sichere Betriebsgrößenerfassung ge­ währleistet. Dabei spielt jedoch die Vorgabe einer Gleich­ lauftoleranz (Abweichung der beiden Messgrößen zueinander) eine große Rolle. Diese stellt jedoch einen verhältnismäßig schwierig einzuhaltenden, relativen Wert dar.

Im speziellen Ausführungsbeispiel der Erfassung der Stellung eines Fahrpedals insbesondere für Motorsteuersysteme ist ferner eine sichere Erkennung des Leerlaufbetriebszustandes (Leerlaufwunsches des Fahrers) von großer Bedeutung. Dazu muss sicher und eindeutig das losgelassene Fahrpedal erkannt werden. In der Regel wird aus diesen Gründen aus den beiden Messgrößen eine redundante Leerlaufinformation abgeleitet, wobei erst dann ein Verlassen des Leerlaufbereiches und so­ mit eine Freigabe der Momentenerhöhung erfolgt, wenn beide Messgrößen ein Verlassen des Leerlaufbereichs anzeigen. Auf­ grund der Toleranzen der Messgrößen wirkt sich dies in aller Regel beim Verlassen des Leerlaufpunktes in einem Leerweg aus, der unerwünscht ist.

Die Gleichlaufüberprüfung der beiden Messgrößen basiert da­ bei in der Regel auf einem Vergleich der beiden Messgrößen, in der Regel Spannungswerte oder Digitalwerte, auf einen zu­ lässigen Wertebereich. Da die Absolutwerte der Messgrößen bei Veränderung der Meßgröße größer werden, ist es für die Überprüfung der Gleichlauftoleranz über den gesamten Werte­ bereich der Messgrößen notwendig, den Wertebereich in ver­ schiedene Fenster aufzuteilen, in denen unterschiedliche Grenzen für die Gleichlauftoleranz vorgegeben sind.

Vorteile der Erfindung

Durch die Quotientenbildung der beiden Messgrößen und Ver­ gleich mit einer vorgegebenen Toleranzschwelle werden gegenüber der bekannten Lösung der Differenzbildung auf der Basis der absoluten Messgrößen einige Vorteile erreicht.

Hauptvorteil ist, dass eine erheblich kleinere Gleichlaufto­ leranz vorgegebenen werden kann, die zuverlässig überprüft werden kann. Dieser Vorteil wird insbesondere bei Meßsyste­ men mit berührungsloser Technik erreicht, wenn die beiden Messgrößen auf der Basis von Signalen zweier integrierter Schaltkreise aus einem Gehäuse oder eines integrierten Schaltkreises erzeugt werden. Hier kann von den Herstellern eine kleine Gleichlauftoleranz über den gesamten Arbeitsbe­ reich erreicht werden, die durch die Quotientenbildung ge­ genüber der Differenzenbildung verbessert überprüft werden kann.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Gleichlaufüberprüfung auf der Basis der Quotientenbildung im Bereich sehr kleiner Absolutwerte der Messgrößen einen sehr kleinen Toleranzwert abfragt, während in Richtung größerer Absolutwerte die Gleichlaufüberprüfung unempfindlicher wird. Eine Umschaltung zwischen mehreren Fenstern ist somit nicht notwendig. Eine erhebliche Vereinfachung der Software ist die Folge.

Neben der Vereinfachung der Software folgt aus dem Verzicht auf mehrere Fenster auch eine Verringerung des Applikations­ aufwandes, der in der Festlegung der Breite von mehreren Fenstern und die Vorsehung von Umschaltbedingungen etc. be­ steht. Fehlerquellen für Falschapplikationen werden verrin­ gert.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Gleichlaufüber­ prüfung durch Quotientenbildung bei einem Pedalwertgeber, bei welchem bei wenigstens zwei zueinander redundante Meßeinrichtungen die Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements erfaßt wird.

Die genannten Vorteile werden insbesondere in Verbindung mit berührungslosen Sensoren zur Messwerterfassung und bei Kenn­ linien der Messgrößen über der Betriebsgrößen, die unter­ schiedliche Steigungen, vorzugsweise linear, erreicht. Die genannten Vorteile gelten entsprechend aber auch in Verbin­ dung mit anderen Kennlinienrealisierungen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen und sowie aus den abhängigen Patentan­ sprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei ein Übersichtsschaltbild einer Steuereinrich­ tung, bei welcher Betriebsgrößen mittels wenigstens zwei zu­ einander redundanten Sensoren erfaßt werden. In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kennlinien der aus­ zuwertenden Meßgröße über der Betriebsgröße dargestellt. Fig. 3 schließlich betrifft ein Ablauf-Diagramm, in welchem ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Plausibilisierung von zwei Messgrößen mittels Quotientenbildung dargestellt ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit einer Steuereinrichtung, bei welcher unter anderem Messgrößen ver­ wendet werden, die von zwei zueinander redundanten Sensoren stammen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist dabei eine elektronische Motorleistungssteuerung, jedoch kann die nach­ folgend beschriebene Vorgehensweise zur Plausibilisierung der beiden Messgrößen bei jeder Anwendung von redundanten Sensoren eingesetzt werden. Auch ist der beschriebene Anwen­ dungsfall einer Stellungserfassung nicht einschränkend zu verstehen. Vielmehr wird die geschilderte Vorgehensweise überall dort mit den obengenannten Vorteilen eingesetzt, wo eine veränderliche Betriebsgröße mit wenigstens zwei redun­ danten Gebern bzw. Sensoren erfaßt wird. Redundant in diesem Zusammenhang bedeutet, dass beide Sensoren dieselbe Be­ triebsgröße erfassen und ein auswertbares Signal über den gesamten vorgesehenen Arbeitsbereich der Betriebsgröße abge­ ben.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist ein vom Fahrer betä­ tigbares Bedienelement 10 vorgesehen, welches über eine me­ chanische Verbindung 12 mit zwei Sensoren 16, 18 verknüpft ist. Die Messsignalleitungen 20, 22 der Sensoren 16, 18 sind auf eine Steuereinheit 24 geführt. Deren Ausgangssignallei­ tung 26 führt auf ein Stellelement 28, welches in Abhängig­ keit von wenigstens einem der über die Leitungen 20, 22 zu­ geführten Signale betätigt wird.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Stellelement 28 um die Drosselklappe oder ein anderes lei­ stungsbestimmendes Stellelement einer Brennkraftmaschine. Die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise zeigt auch in Verbindung mit alternativen Antriebskonzepten bei Fahrzeu­ gen, beispielsweise Elektromotoren, die oben beschriebene vorteilhafte Wirkung.

Bei den im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dar­ gestellten Sensoren 16, 18 handelt es sich bevorzugt um be­ rührungslose Sensoren. Diese Sensoren stellen dabei je nach Ausführungsbeispiel zwei Sensoren in einen integrierten Schaltkreisgehäuse dar, zwei Sensoren, die in einen inte­ grierten Schaltkreis integriert sind oder zwei Sensoren, die in zwei unterschiedlichen Schaltkreisgehäusen verpackt sind. Angewendet wird die dargestellte Vorgehensweise jedoch auch mit Potentiometer.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung arbeitet wie folgt. Die Sensoren 16 bzw. 18 liefern über die Messsignalleitungen 20, 22 an Steuereinheit 24 zwei Messgrößen, welche die Stel­ lung des Bedienelements 10 repräsentieren. Aus diesen beiden Meßgrößen wird der Fahrerwunsch abgeleitet, welcher unter Berücksichtigung weiterer Betriebsgrößen und ggf. Sollgrößen anderer Systeme in wenigstens ein Ansteuersignal zur Steue­ rung des Stellelements 28 umgesetzt wird. Da durch den auf der Basis der Messgrößen abgeleitete Fahrerwunsch die Lei­ stungssteuerung des Motors erfolgt, ist es notwendig, si­ cherzustellen, dass die Messgrößen, die von der Steuerein­ heit 24 eingelesen werden, fehlerfrei sind. Dies erfolgt auf der Basis einer Plausibilitätsüberprüfung, die bei bekannten Vorgehensweisen durch die eingangs genannten Methoden der Gleichlauftoleranzüberprüfung durch Überprüfung der Diffe­ renz zwischen den beiden Messgrößen und/oder der Bewegungs­ erkennung vorgenommen wird. Im fehlerfreien Betrieb der An­ ordnung wird üblicherweise die erste Messgröße als sogenann­ tes Führungssignal für den Fahrerwunsch verwendet, die zwei­ te dient nur zur Überwachung des Führungssignals. Bei Betä­ tigen des Fahrpedals wird bei den bekannten Anordnung erst nach Durchlaufen der Toleranzbänder der Gleichlauftoleranz der beiden Messgrößen zueinander auf ein korrektes Fahrer­ wunschsignal erkannt und erst dann die Motorleistung erhöht. Aufgrund dieser Festlegung ergibt sich ein Pedalleerweg bei Verlassen des Leerlaufbereichs, in dem keine wesentliche Leistungsänderung sich trotz einer Pedalbetätigung ergibt. Dieser Pedalleerweg ist abhängig von der vorgegebenen Gleichlauftoleranz.

Die beiden von den Sensoren 16, 18 ausgesendeten Messgrößen bzw. daraus abgeleitete Messgrößen weisen einen festen ma­ thematischen Zusammenhang untereinander auf. Dieser feste mathematische Zusammenhang kann beispielsweise darin beste­ hen, dass bei einer Darstellung der Messgrößen oder daraus abgeleiteter Messgrößen über die zu messende Betriebsgröße sich Kennlinien unterschiedlicher Steigung oder parallele Kennlinien mit einem vorgegebenen Abstand (Offsetwert) erge­ ben. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel solcher Kennlinien ist in Fig. 2 dargestellt. Je nach Ausführungsbeispiel be­ steht dieser oder einer der obengenannten Zusammenhänge zwi­ schen den Sensorsignalen) oder zwischen Größen, die aus den Sensorsignalen abgeleitet werden, z. B. durch Verstärkung, Modifizierung, Wandlung, etc. Vorstehend und im folgenden werden diese Größen einheitlich als Messgrößen bezeichnet.

In Fig. 1 ist die Meßgröße U (beispielsweise Spannung, Di­ gitalwert, etc.) über der zu messenden Betriebsgröße α (Stellung des Bedienelements) aufgetragen. Die in Fig. 2 dargestellte Konfiguration zeigt, dass über den gesamten Be­ reich der Betriebsgröße von 0 bis 100% die Meßgröße U1 des ersten Sensors den vollen Wertebereich (von Null bis Max) ausnützt, während die Meßgröße U2 des zweiten Sensors nur den halben Wertebereich (von Null bis Max/2) ausnützt. Somit zeigt die Kennlinie von U2 in der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie die halbe Steigung gegenüber der Kennlinie von U1. In diesem speziellen Fall ergibt sich also als mathemati­ scher Zusammenhang:

U2 = ½.U1

In anderen Ausführungsformen kann der Faktor, um den sich die Steigungen unterscheiden, anders gewählt werden. Ferner kann anstelle der linearen Kennlinien Kennlinien anderer ma­ thematischer Funktionen verwendet werden. Neben der unter­ schiedlichen Steigung sind auch parallele Kennlinien, zwi­ schen denen ein bestimmter Offsetwert besteht, möglich.

Zur Überwachung und Plausibilitätsüberprüfung der Meßgrößen ist anstelle des aus dem Stand der Technik bekannten Diffe­ renzprinzips vorgesehen, einen Quotienten aus den beiden Signalen zu bilden und diesen mit dem vorgegebenen Toleranz­ band zu vergleichen.

Je nach Ausführungsbeispiel werden dabei folgende Formeln verwendet:

• 1. 1.) U₁/U₂ = < (2 + Δ)
• 2. 2.) U₁/(2*U₂) = < (1 + 0,5.Δ)
• 3. 3.) (0,5.U₁)/U₂ = < (1 + 0,5.Δ)

(= < bedeutet "kleiner oder gleich, Δ der Toleranzwert)

Dabei ist zu beachten, dass die Vorgehensweise nach 2. und 3. eine schärfere Toleranzanforderung an den Abgleich der Sensoren untereinander enthält als die Vorgehensweise nach 1. Die Toleranzanforderung ist im Falle von 2. oder 3. ge­ genüber 1. halbiert.

Im Gegensatz zur Methode der Differenzbildung, bei der erst dann über die Richtigkeit der Signale entschieden werden kann, wenn die Absolutwerte der Messgrößen so groß sind, dass sich die Toleranzbänder nicht mehr überlappen, kann bei der Quotientenbildung zur Fehlerüberprüfung mehr oder weni­ ger sofort über die Richtigkeit der Messgrößen entschieden werden. Dadurch wird eine erhebliche Verringerung des Pedal­ leerwegs erreicht. Dieser Vorteil gegenüber der heutigen Vorgehensweise wird vor allem dann erreicht, wenn neben der Quotientenbildung berührungslose Sensoren mit kleiner Gleichlauftoleranz eingesetzt werden.

Die oben geschilderte Lösung ist nicht nur bei der in Fig. 2 dargestellten Kennliniensituation vorteilhaft, sondern auch bei anderen Kennlinien, insbesondere auch bei paralle­ len Kennlinien mit vorgegebenem Offset.

Die Realisierung der beschriebenen Quotientenbildung zur Überprüfung erfolgt im Rahmen eines Programms eines Rechnerelements der Steuereinheit 24. Ein Beispiel für ein sol­ ches Programm ist im Ablauf-Diagramm der Fig. 3 dargestellt, wobei die bevorzugte, oben unter 1. aufgeführte Vorgehens­ weise dargestellt ist. Die einzelnen Blöcke repräsentieren dabei Programmschritte, Programmteile oder Programme, wäh­ rend die Verbindungslinien den Informationsfluß darstellen.

Eingelesen werden die Meßgrößen U₁ und U₂. Im Rahmen einer Division 100 wird der Quotient zwischen U₁ und U₂ gebildet. Der Quotient wird dann einem Vergleicher 102 zugeführt. Fer­ ner ist in einer Speicherzelle 104 der vorgegebene Toleranz­ bereich Δ für die Gleichlauftoleranz zwischen den beiden Messgrößen gelegt. In einer weiteren Speicherzelle 106 liegt die Zahl 2. In der Verknüpfungsstelle 108 wird entsprechend der oben dargestellten Formel 1. die Summe aus dem Tole­ ranzwert Δ und der Zahl 2 gebildet. Diese Summe wird eben­ falls dem Vergleicher 102 zugeführt. Der Vergleicher über­ prüft, ob der Quotient aus den beiden Messgrößen kleiner oder gleich der ermittelten Toleranzgröße 2 + Δ ist. Ist dies der Fall, werden die Messgrößen als korrekt bewertet, wäh­ rend bei einem Überschreiten der Toleranzgröße durch den Quotienten ein Fehler angenommen wird. In diesem Fall wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel dann, wenn der Fehler mehrmals aufgetreten ist, die Warnlampe 110 eingeschaltet und/oder ein Fehlerspeicher beschrieben und/oder die Lei­ stung des Fahrzeugs begrenzt und/oder ermittelt, welche der Messgrößen defekt ist und auf die nicht defekte zur weiteren Steuerung der Antriebseinheit umgeschaltet.

Eine entsprechende Realisierung erfolgt für die oben unter 2. und 3. dargestellten Formeln.

Die dargestellte Vorgehensweise ist auf alle Arten von Mess­ größen anwendbar, analoge, digitale, pulsweitenmodulierte, etc.

Claims (6)

1. Verfahren zur Überwachung einer Messwerterfassung, wobei aus wenigstens zwei redundanten Sensoren für die Erfas­ sung einer Betriebsgröße wenigstens zwei Meßgrößen er­ zeugt werden, wobei zwischen den beiden Meßgrößen ein fester Zusammenhang besteht und diese zueinander mit ei­ nem vorgegebenen Toleranzbereich verglichen werden, wo­ bei bei unzulässigen Abweichungen ein Fehler in wenig­ stens einer der Messgrößen angenommen wird, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Vergleich auf der Basis des Quo­ tienten zwischen den beiden Messgrößen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgrößen, die direkt von den redundanten Sensoren erzeugten Messgrößen oder daraus abgeleitete Messgrößen sind.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Kennlinien der Messgrößen über die zu messende Betriebsgröße unterschiedliche Steigungen aufweisen und beide Messgrößen den vollen Be­ triebsgrößenbereich abdecken.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Messgrößen die Stellung eines vom Fahrer betätigbarem Bedienelements repräsen­ tieren.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die die Messgrößen erzeugen­ den Sensoren berührungslose Sensoren sind.

6. Vorrichtung zur Überwachung einer Messwerterfassung, mit einer Steuereinheit (24), die von redundanten Sensoren Messgrößen ermittelt, zwischen denen ein fester Zusam­ menhang besteht, und die zur Fehlerüberprüfung die Mess­ größen miteinander auf einen vorgegebenen Toleranzbe­ reich vergleicht, wobei bei unzulässigen Abweichungen die Steuereinheit einen Fehler im Bereich einer der Messgrößen erkennt, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich auf der Basis des Quotienten der beiden Mess­ größen erfolgt.