DE10006958C2 - Verfahren zur Diagnose eines doppelpotentiometrischen Gebers - Google Patents

Abstract

Zur Diagnose eines doppelpotentiometrischen Gebers wird der Unterschied zwischen den beiden Ausgangssignalen ermittelt und bei einer Schwellwertüberschreitung des größeren Ausgangssignals ein Unterschiedsgrenzwert aus einem ersten, ansonsten aus einem zweiten Kennfeld entnommen. Beide Kennfelder liefern den Unterschiedsgrenzwert als Funktion des Ausgangssignals. Überschreitet der Unterschied den Unterschiedsgrenzwert, wird der Geber als defekt diagnostiziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines dop­ pelpotentiometrischen Gebers, der üblicherweise als Span­ nungsteiler beschaltet wird.

In Steuerungs- und Regelanlagen werden viele verschiedenarti­ ge Geber verwendet, die physikalische Größen in elektrische Signale, vorzugsweise Spannungen umwandeln, die dann als Soll- oder Istwert in die Steuerungs- und Regelanlage einge­ geben werden. Bei der Erfüllung sicherheitsrelevanter Funkti­ onen wird von derartigen Gebern eine hohe Zuverlässigkeit ge­ fordert bzw. muß die Möglichkeit einer Funktionsüberprüfung gegeben sein. Dies gilt beispielsweise für den Pedalwertgeber einer elektronischen Gaspedalanlage einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Ein solcher Pedalwertgeber enthält üblicherweise ein Potentiometer, dessen Schleifer mit dem Gaspedal mechanisch gekoppelt ist. Das Potentiometer ist üb­ licherweise als Spannungsteiler beschaltet.

Wenn es sich bei einem solchen Geber um ein sicherheitsrele­ vantes Bauteil handelt, werden häufig zur Redundanz doppelpo­ tentiometrische Geber verwendet, bei denen zwei Potentiometer mit entsprechenden Schleifern parallel liegen und gleichzei­ tig vom Gaspedal betätigt werden.

Aus der DE 196 42 174 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Er­ fassung der Position z. B. eines Fahrpedals eines Kraftfahr­ zeugs mittels mehrerer Sensoren, die als Doppelpotentiometer ausgebildet sind, bekannt. Zur Funktionsprüfung der Sensoren wird dorf auf eine Signalleitung zusätzlich ein periodisches Signal aufgeschaltet und mit einer Auswerteeinheit das Auf­ treten des periodischen Signals überprüft. Aus der DE 40 15 415 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines ver­ änderlichen Betriebsparameters bekannt, bei der ebenfalls Po­ tentiometer auf Betriebssicherheit überprüft werden. Es wer­ den Signalgrößen, die von den Potentiometern herrühren, auf Basis der jeweils anderen mittels einen Normalzustand reprä­ sentierenden Kennlinie oder eines Kennfeldes bestimmt.

Eine mögliche Fehlerquelle eines derartigen Gebers ist der Übergangswiderstand zwischen der Widerstandsbahn und dem Schleifer. Er kann altersbedingt oder statistisch stark er­ höht sein, insbesondere an selten angefahrenen Schleiferposi­ tionen. Außerdem haben Bahnwendepunkte von kontaktbehafteten Potentiometern häufig Kontaktprobleme. Im Falle eines Pedal­ wertgebers ist dies beispielsweise die Leerlaufstellung oder die Vollgasstellung des Fahrpedals.

Der erhöhte Übergangswiderstand äußert sich darin, daß von einem fehlerhaften Geber, der in Spannungsteileranordnung be­ schaltet ist, aufgrund des hochohmigen Übergangswiderstandes eine verfälschte Spannung ausgegeben wird.

Solche Übergangswiderstände sind jedoch bei längeren Betrieb von potentiometrischen Gebern unvermeidbar, weshalb sie in gewissen Grenzen toleriert werden müssen. Dies erfolgt in der Regel dadurch, daß man eine relativ große Abweichung zwischen den redundanten Ausgangssignalen eines doppelpotentiometri­ schen Gebers zulassen muß. Damit wird allerdings die an und für sich wünschenswerte Redundanz eines doppelpotentiometri­ schen Gebers teilweise aufgehoben und eine entsprechende Feh­ lerdiagnose relativ unsensibel. Anderenfalls käme es zu häu­ figen Falschdiagnosen.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah­ ren zur Diagnose eines doppelpotentiometrischen Gebers an­ zugeben, das eine sensiblere Diagnose ermöglicht ohne zu Falschdiagnosen zu führen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Das erfindungsgemäße Konzept gestaltet den zulässigen Unter­ schiedsgrenzwert, d. h. den maximalen Unterschied zwischen den beiden Ausgangssignalen dahingehend variabel, daß je nach La­ ge der Ausgangssignale Unterschiedsgrenzwerte aus verschiede­ nen sich unterscheidenden Kennfeldern gewonnen werden. Dazu erfolgt eine Auslesung beider Ausgangssignale und eine Be­ stimmung des Unterschieds zwischen den beiden Ausgangssigna­ len. Bleibt das größere der beiden Ausgangssignale, mithin auch das andere Ausgangssignal, unter einem Schwellwert, wird der zulässige Unterschiedsgrenzwert einem ersten Kennfeld entnommen, ansonsten einem zweiten Kennfeld. Beide Kennfelder enthalten den maximal zulässigen Unterschied als Funktion des Ausgangssignals, sind jedoch unterschiedlich bedatet, d. h. die abgebildeten Funktionen unterscheiden sich.

Um den Unterschied zwischen den beiden Ausgangssignalen zu ermitteln, kann man die Betragsdifferenz bilden oder ein re­ latives Verhältnis berechnen. Da auf das erste Kennfeld bei kleineren Ausgangssignalen zugegriffen wird, als auf das zweite Kennfeld, kann man das erste Kennfeld so auslegen, daß es deutlich kleinere Unterschiedsgrenzwerte liefert als das zweite. Es ist sogar möglich, mit dem ersten Kennfeld im we­ sentlichen die angegebenen Toleranzen für einen Geber abzu­ bilden, der keine hochohmigen Übergangswiderstände zeigt. Diese sind normalerweise vom Hersteller als sogenannte Le­ bensdauertoleranzen spezifiziert.

Da die Kennfelder den zulässigen Unterschiedsgrenzwert als Funktion eines Ausgangssignals enthalten, ergibt sich eine weitere Wahlmöglichkeit dahingehend, welches Ausgangssignal zum Gewinnen des Unterschiedsgrenzwertes aus dem Kennfeld he­ rangezogen wird. Besonders robust und dennoch sensibel wird das Verfahren, wenn bei einer Schwellwertunterschreitung das größere der beiden Ausgangssignale verwendet wird, um dem ersten Kennfeld den Unterschiedsgrenzwert zu entnehmen, bei einer Schwellwertüberschreitung aber das kleinere der beiden Ausgangssignale, um aus dem zweiten Kennfeld den Unter­ schiedsgrenzwert zu gewinnen. Im Bereich der Schwellwertun­ terschreitung erreicht man dabei eine höhere Robustheit des Ansprechverhaltens der Diagnose, d. h. Fehldiagnosen werden vermieden. Durch die Verwendung der kleineren Ausgangsspan­ nung beim Zugriff auf das zweite Kennfeld erreicht man ein sensibles Ansprechverhalten. Zugleich wird eine mögliche Hochohmigkeit eines Potentiometersignals durch den stark ver­ größerten Unterschiedsgrenzwert des zweiten Kennfeldes tole­ riert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die Charakteristik zweier Schleiferbahnen eines dop­ pelpotentiometrischen Gebers,

Fig. 2 ein Beispiel für die Bedatung des zweiten Kennfeldes,

Fig. 3 ein Beispiel für die Bedatung des ersten Kennfeldes und

Fig. 4 ein Flußdiagramm eines beispielhaften Verfahrensablau­ fes.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Diagnose eines doppelpo­ tentiometrischen Gebers am Beispiel eines Fahrpedals erläu­ tert. Natürlich können doppelpotentiometrische Geber aber auch vielfältig anderweitig eingesetzt werden.

Ein potentiometrischer Geber besteht üblicherweise aus einer Widerstandsbahn und einem Schleifer, der mechanisch fest mit dem Fahrpedal verbunden ist. Die Widerstandsbahn ist an den positiven Pol und an den negativen Pol einer Versorgungsspan­ nung angeschlossen. Der Schleifer ist weiter mit einem Vor­ schaltwiderstand verbunden, der andererseits mit einem ausle­ senden Element, beispielsweise einem Mikrocontroller, Verbin­ dung hat. Bei einem doppelpotentiometrischen Geber sind zwei Schleifer wie beschrieben beschaltet und mit dem Fahrpedal verbunden und bewegen sich gleichsinnig auf ihren Wider­ standsbahnen. Durch die starre Kopplung der Schleifer an das Fahrpedal ist die Position der beiden Schleifer zuein­ ander unverrückbar. Über die Abgriffe an den Vorschaltwider­ ständen werden von den Schleifern Spannungen abgenommen, die die jeweilige Stellung des Fahrpedals widerspiegeln. Dabei ist hier der Zusammenhang der über die Schleifer wiedergegebenen Spannung zumindest in einem weiten Bereich linear. Es sind auch nichtlineare Spannungsverläufte möglich. Das Aus­ gangssignal ergibt sich somit direkt aus der Position der Schleifer auf ihren Widerstandsbahnen aufgrund der jeweils von Schleifer und Widerstandsbahn sowie Vorschaltwiderstand gebildeten Spannungsteiler.

Durch unterschiedliche Gestaltung, beispielsweise Wicklungs­ dichte der einzelnen Widerstandsbahnen kann man die Charakte­ ristiken bzw. Kennlinien der einzelnen Potentiometer des dop­ pelpotentiometrischen Gebers unterschiedlich gestalten. Ein solches Beispiel ist in Fig. 1 dargestellt, in der die Aus­ gangsspannung U als Funktion des Weges s aufgetragen ist. Hier unterscheiden sich die Charakteristika 1 und 2 der bei­ den Potentiometer eines doppelpotentiometrischen Gebers in ihrer Steigung.

Um nun den doppelpotentiometrischen Geber zu diagnostizieren bzw. zu überwachen wird das in Fig. 4 als Flußdiagramm darge­ stellte Verfahren wie folgt durchgeführt:
In einem Schritt S1 wird das Verfahren gestartet.
Im Schritt S2 werden die Ausgangsspannungen U1 und U2 des doppelpotentiometrischen Gebers erfaßt.

Im Schritt S3 werden die Ausgangsspannungen auf die gleiche Charakteristik normiert. Im Fall der in Fig. 1 dargestellten Charakteristiken wird das Ausgangssignal U2 des Potentiome­ ters, das die Charakteristik 2 hat, geeignet multipliziert, um die geringere Steigung der Charakteristik 2 auszugleichen. Im Falle nichtlinearer oder andersartig abweichender Charak­ teristika muß eine entsprechende Korrekturrechnung erfolgen.

Im Schritt S4 wird der Unterschied zwischen den so korrigier­ ten Ausgangsspannungen U1, U2 bestimmt. Dabei kann es sich einfachstenfalls um eine Betragsdifferenzbildung handeln, jedoch sind auch andere den Unterschied charakterisierende Maße möglich, beispielsweise eine Division.

Dann wird in Schritt S5 abgeprüft, ob die größere der beiden Ausgangsspannungen einen Schwellwert überschreitet. Ist dies der Fall ("+"-Zweig) wird mit Schritt S7 fortgefahren, an­ sonsten ("-"-Zweig) mit Schritt S6.

In Schritt S6 wird das größere der beiden Ausgangssignale U1, U2 ausgewählt.

In Schritt S8 wird mit diesem größeren Wert das in Fig. 3 dargestellte erste Kennfeld ausgelesen. Abhängig vom Wert der größeren Ausgangsspannung max(U1, U2) wird ein Wert für einen maximalen Unterschiedsgrenzwert Vmax ausgelesen. Dabei ist das Kennfeld der Fig. 3 so bedatet, daß es im wesentlichen genau die Lebensdauertoleranz eines doppelpotentiometrischen Gebers wiedergibt.

Anschließend wird in Schritt S10 geprüft, ob der berechnete Unterschied den Unterschiedsgrenzwert überschreitet. Ist dies nicht der Fall ("-"-Zweig) ist das Verfahren mit Schritt S13 beendet. Ist jedoch der zulässige Unterschiedsgrenzwert über­ schritten ("+"-Zweig) wird in Schritt S12 der doppelpotentio­ metrische Geber als fehlerhaft diagnostiziert.

Wurde in Schritt S5 eine Schwellwertüberschreitung festge­ stellt, wird in Schritt S7 das kleinere der beiden Ausgangs­ signale ausgewählt. In Schritt S9 wird mit diesem kleineren Wert min(U1, U2) das zweite Kennfeld ausgelesen. Dieses zweite Kennfeld weist zumindest oberhalb eines gewissen Wertes sehr viel größere Werte für den Unterschiedsgrenzwert Vmax auf als das erste Kennfeld. Im in Fig. 2 dargestellten Beispiel springt der Unterschiedsgrenzwert Vmax oberhalb dieses Wertes auf einen konstant hohen Wert, beispielsweise auf 50% des Signalhubes. Damit wird einer Hochohmigkeit Rechnung getragen, die zwar über der Lebensdauertoleranz liegt, aber dennoch keinen funktionsunfähigen Potentiometer zur Folge hat.

Anschließend wird in Schritt S11 abgeprüft, ob der aktuelle Unterschied größer ist als der Unterschiedsgrenzwert Vmax. Ist dies nicht der Fall, ist das Verfahren mit Schritt S13 beendet. Ist dies der Fall, wird in Schritt S12 der doppelpo­ tentiometrische Geber als fehlerhaft diagnostiziert, bevor das Verfahren in Schritt S13 zu Ende ist.

Natürlich kann man auch erste und zweite Kennfelder verwen­ den, die anders als in Fig. 3 und 2 dargestellt bedatet sind. Da jedoch auf das erste Kennfeld immer dann zugegriffen wird, wenn der doppelpotentiometrische Geber kleinere Ausgangsspan­ nungen liefert, sollte das zweite Kennfeld auch größere Un­ terschiedsgrenzwerte liefern als das erste Kennfeld.

Die Fehlerdiagnose in Schritt S12 kann man dahingehend ver­ feinern, daß der potentiometrische Geber zwar als fehlerhaft bezeichnet wird, aber für einen Notlauf das kleinere der bei­ den Ausgangssignale verwendet wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Diagnose eines doppelpotentiometrischen Ge­ bers, der zwei Ausgangssignale liefert, die beide dieselbe Meßgröße widerspiegeln, bei welchem Verfahren:

• a) beide Ausgangssignale ausgelesen werden,
• b) ein Unterschied zwischen den beiden Ausgangssignalen er­ mittelt wird,
• c) das größere der beiden Ausgangssignale einem Schwellwert­ vergleich unterzogen wird,
• d) ein Unterschiedsgrenzwert bei Schwellwertunterschreitung aus einem ersten Kennfeld, bei Schwellwertüberschreitung aus einem zweiten Kennfeld entnommen wird, wobei
• e) beide Kennfelder den Unterschiedsgrenzwert als Funktion eines Ausgangssignales enthalten und die Funktionen der bei­ den Kennfelder unterschiedlich sind, und
• f) der Geber als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn der in Schritt c) ermittelte Unterschied den in Schritt d) ermittel­ ten Unterschiedsgrenzwert überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) die Betragsdifferenz zwischen den beiden Ausgangssignalen gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) das kleinere Ausgangssignal durch das größere dividiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnose nur durchgeführt wird, wenn eines der beiden Ausgangssignale oberhalb eines weiteren Schwellwertes liegen, der insbesonde­ re der Nullwert der Ausgangssignale ist.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Geber, dessen beide Ausgangssignale die Meßgröße mit unter­ schiedlicher Charakteristik widerspiegeln, zwischen den Schritten a) und b) eine Normierung auf eine einheitliche Charakteristik durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kennfeld im wesentlichen die angegebene Toleranz für einen Geber abbildet, der keinen erhöhten Übergangswiderstand am Potentiometer zeigt.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kennfeld deutlich größere Unterschiedsgrenzwerte liefert als das erste Kennfeld.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt d) bei Schwellwertunterschreitung das größere der beiden Aus­ gangssignale, bei Schwellwertüberschreitung das kleinere der beiden Ausgangssignale verwendet wird, um aus dem jeweiligen Kennfeld den Unterschiedsgrenzwert zu entnehmen.