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DE102005047013B4 - Geber - Google Patents

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Abstract

Geber (1) zum Erfassen von Drehstellungen von drehbaren oder schwenkbaren Teilen oder von Wegen in Kraftfahrzeugen, z. B. Fahrpedalen oder an Drosselklappen, umfassend zumindest ein Paar Sensoren (11a, 11b) mit zueinander invers verlaufenden Kennlinien und jeweils einem der Sensoren (11a, 11b) zugeordneten Anschluss (19a, 19b) zum Abgreifen eines Sensorsignals, dadurch gekennzeichnet, dass
der Geber (1) zumindest ein Regelmittel (12a, 12b) aufweist, das den Sensoren (11a, 11b) zugeordnet ist, wobei zumindest ein Regelmittel (12a, 12b) geeignet und eingerichtet ist, im Fall eines Kurzschlusses zwischen den Anschlüssen (19a, 19b) zum Abgreifen der Sensorsignale diese Anschlüsse (19a, 19b) entweder mit dem jeweils größeren Sensorsignal oder mit dem jeweils kleineren Sensorsignal zu beaufschlagen.

Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Die Erfindung betrifft einen Geber zum Erfassen von Drehstellungen von drehbaren oder schwenkbaren Teilen oder Wegen in Kraftfahrzeugen, zum Beispiel Fahrpedale oder an Drosselklappen, umfassend zumindest ein paar Sensoren mit zueinander invers verlaufenden Kennlinien und jeweils einem der Sensoren zugeordneten Anschluss zum Abgreifen eines analogen Sensorsignals.
  • Aus dem Stand der Technik sind bei der Robert Bosch AG entwickelte Drehgeber der eingangs genannten Art bekannt. Diese Drehgeber weisen als Sensoren zwei Potentiometer auf, die mechanisch gekoppelte Schleiferabgriffe haben, und die mit vertauschter Verpolung mit elektrischem Strom versorgt werden. Durch die vertauschte Verpolung verlaufen die Kennlinien der beiden Potentiometer d. h. der ohmschen Widerstände der Potentiometer in Abhängigkeit der Schleiferstellung invers zueinander. Während das eine Potentiometer eine steigende Gerade als Kennlinie hat, hat das andere Potentiometer eine mit der betragsmäßig gleichen Steigung fallende Gerade als Kennlinie. Bei einem Widerstand von 50 % des maximalen Widerstands kreuzen sich die beiden Kennlinien. Der Vorteil eines solchen Drehgebers mit zwei Sensoren mit invers verlaufenden Kennlinien ist zum einen die Redundanz, zum anderen die mögliche Fehlererkennung von Defekten der Sensoren oder Unterbrechungen in den von dem Drehgeber zu einem ein Drehgebersignal weiterverarbeitenden Mittel führenden Leitungen für die analogen Sensorsignale. Ein besonderer Vorteil der zueinander invers verlaufenden Kennlinien im Gegensatz zu anderen bekannten Möglichkeiten des Aufbaus eines redundanten Drehgebers ist, dass die Auflösung des Sensorsignals, das an den Anschlüssen zum Abgreifen eines analogen Sensorsignals zur Verfügung gestellt wird, für beide Sensoren gleich groß ist. Der so ausgestaltete Drehgeber hat jedoch den Nachteil, dass die Fehlererkennung im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Sensorsignalen beziehungsweise den Leitungen oder Anschlüssen für die beiden Sensorsignale versagt. In diesem Fall wird auf beiden Sensorleitungen unabhängig von der Winkelstellung dessen Betrag zu erfassen ist, stets ein Sensorsignal von 50 % des maximalen Signalpegels des Sensorsignals zur Verfügung gestellt wird. Das die Sensorsignale verarbeitende Mittel, das zur Fehlererkennung prüft, ob die Summe der beiden Sensorsignale stets 100 % des maximalen Signalpegels eines Sensorsignals ergeben, wird in diesem Fall stets einen fehlerfreien Zustand erkennen, obwohl tatsächlich der Kurzschluss zwischen den beiden Sensorsignalen vorliegt. Wegen dieser bisher mangelhaften Fehlerkontrolle im Falle des Kurzschlusses zwischen den Sensorsignalleitungen beziehungsweise Anschlüssen sind diese Drehgeber für Fahrpedale oder andere sicherheitskritische Bereiche nicht geeignet. Die Drehgeber konnten bisher nur beispielsweise für Drosselklappen verwendet werden, die zum einen nicht sicherheitskritisch sind und zum anderen gegebenenfalls durch zusätzliche Plausibilitätsprüfungen auf fehlerfreie Funktion überprüft werden können.
  • Aus der DE 40 04 085A1 ist eine Einrichtung zur elektronischen Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche ein Erfassungsorgan mit zwei Sensoren umfasst, wobei die Signale der Sensoren sich gegensinnig verändern.
  • Aus der DE 196 42 174 A1 ist Schaltungsanordnung zur Positionserfassung eines beweglichen Elements in einem Kraftfahrzeug mit zwei Sensoren bekannt, wobei eine Funktionsüberprüfung der Sensoren anhand der auf den Signalleitungen geführten Sensorsignale durchgeführt wird.
  • Vor dem Hintergrund der Nachteile des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Geber der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass auch eine Fehlererkennung im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Signalleitungen beziehungsweise Sensorsignalanschlüssen möglich ist.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Geber zumindest ein Regelmittel aufweist, das den Sensoren zugeordnet ist, wobei das zumindest eine Regelmittel geeignet und eingerichtet ist, im Fall eines Kurzschlusses zwischen den Anschlüssen zum Abgreifen der Sensorsignale die Anschlüsse zum Abgreifen der Sensorsignale entweder mit dem jeweils größeren Sensorsignal oder aber mit dem jeweils kleineren Sensorsignal zu beaufschlagen. Im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Anschlüssen zum Abgreifen der Sensorsignale liegt an beiden Anschlüssen zum Abgreifen der Sensorsignale das gleiche Potential oder mit anderen Worten das gleiche Sensorsignal an. Das zumindest eine Regelmittel gewährleistet nun, dass das im Kurzschluss an beiden Anschlüssen zum Abgreifen der Sensorsignale anliegende Sensorsignal entweder von dem einen Sensor oder von dem anderen Sensor im fehlerfreien Fall des Gebers zur Verfügung gestellten Sensorsignals entspricht. Es handelt sich dabei entweder um das jeweils größere Sensorsignal oder aber um das jeweils kleinere Sensorsignal je nach dem, wie das zumindest eine Regelmittel eingerichtet ist.
  • Vorzugsweise weist der Geber zwei Regelmittel auf, die jeweils einem der Sensoren zugeordnet sind. Im Falle des Kurzschlusses verhält sich das Regelmittel des Sensors dominant, dessen Sensorsignal am Ausgang abgegriffen werden soll. Es handelt sich dabei entweder um den Sensor mit dem größeren Sensorsignal oder um den Sensor mit dem kleineren Sensorsignal an der jeweiligen Stellung des bewegbaren beziehungsweise schwenkbaren Teils. Das Regelmittel des Sensors, dessen Sensorsignal an den Anschlüssen nicht abgreifbar ist, wird als sich rezessiv verhaltendes Regelmittel bezeichnet.
  • Die Regelmittel können in einer Ausführungsform des Gebers Teil der Sensoren sein oder zumindest teilweise in die Sensoren integriert sein.
  • Die Regelmittel können jeweils entweder einen High-Side-Treiber oder einen Low-Side-Treiber umfassen die beispielsweise aus einer Kombination eines Transistors und einem dem Transistor zugeordneten Pull-Up- beziehungsweise Pull-Down-Widerstand gebildet sein. An der Basis der Transistoren liegt vorzugsweise ein dem von einem Erfassungsmittel des Sensors erzeugtes Signal an, welches den Transistor zum Erzeugen des Sensorsignals ansteuert. Der Kollektor ist vorzugsweise mit dem übrigen Regelmittel verbunden, wodurch eine Rückkopplung des von dem Transistor erzeugten Sensorsignals zu dem übrigen Regelmittel möglich ist.
  • Der erfindungsgemäße Geber kann mit einer Vorrichtung zum Verarbeiten der Sensorsignale zu einer erfindungsgemäßen Anordnung kombiniert sein. Bei der Vorrichtung zum Verarbeiten der Sensorsignale kann es sich zum Beispiel um ein Steuergerät handeln.
  • In einer solchen Anordnung kann der Geber und die Vorrichtung über zumindest zwei Übertragungskanäle zum Übertragen der Sensorsignale der beiden Sensoren miteinander verbunden sein. Die Vorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet und geeignet, die Sensorsignale in der Vorrichtung über je einen Pull-Down-Widerstand beziehungsweise Pull-Up-Widerstand zu einem ersten Referenzpotential abfallen zu lassen.
  • Die Vorrichtung kann ferner geeignet und eingerichtet sein, die Summe der Sensorsignale mit einer Spannung zwischen dem ersten Referenzpotential und einem zweiten Referenzpotential oder mit einem maximalen möglichen Signalpegel der Sensorsignale zu vergleichen.
  • ZEICHNUNG
  • Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung aus einem erfindungsgemäßen Drehgeber und einem Steuergerät zum Verarbeiten von dem Drehgeber zur Verfügung gestellten Sensorsignalen ist anhand der einzigen Figur näher beschrieben.
  • BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Der in der Figur dargestellte Drehgeber 1 ist redundant aufgebaut und weist zwei Erfassungselemente 11a, 11b auf, die vorzugsweise berührungslos die Position eines drehbaren ersten Teils zum Beispiel eines Fahrpedals zu einem feststehenden zweiten Teil erfassen. Die Erfassungsmittel 11a, 11b weisen vorzugsweise zueinander inverse Kennlinien auf. So kann die Kennlinie des Erfassungsmittels 11a so ausgestaltet sein, dass in der einen Endstellung des Fahrpedals ein elektrisches Signal der Größe 0 erzeugt wird, während in der zweiten Endstellung ein Signal ausgegeben wird, das einen maximalen Signalpegel hat. Zwischen den Endstellungen wird ein zu der Stellung des Fahrpedals proportionaler Pegel zwischen dem Signalpegel 0 und dem maximalen Signalpegel erzeugt.
  • Die Kennlinie des anderen Erfassungsmittels 11b verläuft zu der Kennlinie des Erfassungsmittels 11a umgekehrt. D. h. in der ersten Stellung des Fahrpedals erzeugt der Sensor 11b ein Signal mit maximalem Pegel und in der zweiten Endstellung ein Signal mit einem Pegel 0. Zwischen den beiden Endstellungen sinkt der Signalpegel antiproportional zu der Stellung des Fahrpedals.
  • Der Kennlinienverlauf des Erfassungsmittels 11a und des zweiten Erfassungsmittels 11b muss jedoch nicht notwendiger Weise linear sein. Für einen inversen Kennlinienverlauf der beiden Kennlinien ist es ausreichend, wenn die Summe der Signalpegel zu jedem Zeitpunkt einen Wert von 100 % des maximalen Signalpegels ergibt.
  • Das von den Erfassungsmitteln 11a, 11b erzeugte Signal wird einem ersten Regelmittel 12a beziehungsweise einem zweiten Regelmittel 12b zur Verfügung gestellt. Diese Regelmittel 12a, 12b geben das Signal, gegebenenfalls unter einer zwischenzeitlichen Verarbeitung, über eine Verbindung 13a beziehungsweise 13b an jeweils einen PNP-Transistor 14a, 14b. Die Leitungen 13a, 13b sind mit der Basis des PNP-Transistors verknüpft.
  • An den Emitter dieser Transistoren 14a, 14b ist ein positives Referenzpotential Vref+ angelegt, die über einem Anschluss 15 dem Drehgeber 1 zugeführt wird.
  • Der Kollektor der Transistoren 14a, 14b ist jeweils mit einem Anschluss 19a, 19b des Drehgebers verbunden. Der Kollektor ist zusätzlich über eine Leitung 18a beziehungsweise 18b mit dem jeweiligen Regelmittel 12a, 12b verbunden. Über die Leitung 18a, 18b wird das an den Anschlüssen 16a beziehungsweise 16b anliegende Potential an das Regelmittel 12a, 12b gegeben.
  • Der Anschluss 15 des Drehgebers ist über eine Leitung 17 mit einem Anschluss verbunden, an dem an dem Drehgeber 1 das positive Referenzpotential Vref+ abgegriffen werden kann.
  • Das Steuergerät 2, von dem nur die für die Funktion der Anordnung aus dem Drehgeber und dem Steuergerät notwendigen Teile zeichnerisch dargestellt sind, weist Anschlüsse 21a, 21b auf, die mit den Anschlüssen 19a beziehungsweise 19b des Drehgebers verbunden sind. Ein Anschluss 22 ist mit dem Anschluss zum Abgreifen des positiven Referenzpotentials Vref+ des Drehgebers 1 verbunden. Ein Anschluss 24 des Steuergeräts ist mit dem negativen Referenzpotential Vref- verbunden. Die Anschlüsse 21a beziehungsweise 21b sind unter Zwischenschaltung jeweils eines ohmschen Widerstandes 23a beziehungsweise 23b mit diesem Anschluss 24 für das negative Referenzpotential Vref-verbunden. Sofern also die Transistoren 14a, 14b über ihre Basis angesteuert werden, ist ein Stromfluss von dem positiven Referenzpotential Vref+ über den Anschluss 15 des Drehgebers, über die Emitterkollektorstrecke der Transistoren 14a beziehungsweise 14b, die Leitungen 16a beziehungsweise 16b, die Anschlüsse 19a beziehungsweise 19b, die Anschlüsse 21a beziehungsweise 21b und die Widerstände 23a beziehungsweise 23b zum Anschluss 24 und somit zum negativen Referenzpotential Vref-möglich. Dabei fällt an den ohmschen Widerständen 23a beziehungsweise 23b eine Spannung ab, die von dem Strom durch diese Widerstände bestimmt wird. Der Strom durch diese Widerstände 23a beziehungsweise 23b wird dabei durch die Transistoren 14a, 14b eingestellt. Zwischen dem Kollektor der Transistoren 14a beziehungsweise 14b und dem negativen Referenzpotential Vref- abfallende Spannung entspricht dabei der Spannung über den Widerständen 23a, 23b.
  • Die Regelmittel 12a, 12b sind nun erfindungsgemäß so eingerichtet, dass sich im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Leitungen 16a, 16b oder den Anschlüssen 19a, 19b oder den Anschlüssen 21a, 21b stets das Regelmittel 12a, 12b dominant verhält, das von dem Erfassungsmittel 11a beziehungsweise 11b den höheren Signalpegel zur Verfügung gestellt bekommt. Das jeweils andere Regelmittel 11a, 11b verhält sich dagegen rezessiv. Dieses bedeutet im Einzelnen, dass der durch den Transistor 14a, 14b fließende Strom aufgrund des Kurzschlusses sowohl durch den einen Widerstand 23a als auch durch den anderen Widerstand 23b des Steuergeräts 2 zum Referenzpotential Vref- fließt. Da der Strom sich jedoch über die beiden Widerstände 23a, 23b aufteilt, führt dies zu einer zu geringen Spannung am Kollektor des dominanten Transistors 14a, 14b. Die Spannung wird dem Regelmittel über die Leitung 18a, 18b mitgeteilt, woraufhin das Regelmittel 12a, 12b den Transistor über die Leitung 13a, 13b so ansteuert, dass der Stromfluss durch den Transistor erhöht wird. Der Stromfluss wird solange erhöht, bis das Regelmittel 12a, 12b über die Leitung 18a, 18b eine Spannung am Kollektor der Transistoren 14a, 14b erkennt, die der Spannung entspricht, von dem dominanten Regelmittel 12a, 12b im fehlerfreien Fall eingestellt wird.
  • Das rezessive Regelmittel 12b verhält sich dagegen genau umgekehrt. Dieses erkennt über die Leitung 18a beziehungsweise 18b eine Spannung, die zu hoch für den fehlerfreien Fall ist. Das rezessive Regelmittel 12a, 12b wird daraufhin über die Leitung 13a, 13b den entsprechenden Transistor 14a, 14b so ansteuern, dass der Stromfluss durch den Transistor 14a, 14b vollständig unterbunden ist. Ein Stromfluss durch den Transistor 14a beziehungsweise 14b der von dem rezessiven Regelmittel 12a, 12b angesteuert wird, ist daher nicht möglich. Im Kurzschlussfall wird somit der Stromfluss durch die Widerstände 23a, 23b vollständig durch das dominante Regelmittel bestimmt. Das dominante Regelmittel ist je nach der zu erfassenden Drehstellung das eine Regelmittel und zwar im Bereich 0 % bis 50 % der maximalen Stellung oder das andere Regelmittel und zwar im Bereich 50 % bis 100 % der maximalen Stellung.
  • Zur Fehlerüberwachung und insbesondere zur Erkennung eines Kurzschlusses zwischen den beiden Sensorsignalen weist das Steuergerät ein Fehlererkennungsmittel 25 auf. Dieses ist sowohl mit dem positiven Referenzpotential Vref+ (Anschluss 22) als auch mit dem negativen Referenzpotential Vref- (Anschluss 24) verbunden. Außerdem ist das Fehlererkennungsmittel 25 mit den Potentialen an den Anschlüssen 21a beziehungsweise 21b und somit mit den Sensorsignalen verbunden. Das Fehlererkennungsmittel summiert nun die beiden Sensorsignale auf und vergleicht die Summe mit der Potentialdifferenz zu dem positiven Referenzpotential Vref+ und dem negativen Referenzpotential Vref-, d. h. der Referenzspannung. Ist die Summe der Sensorsignale gleich der Referenzspannung, liegt kein Fehlerfall vor. Ist dagegen die Summe im Falle der dargestellten Anordnung größer als die Referenzspannung muss ein Kurzschluss zwischen den beiden Sensorsignalen bestehen. Nur in diesem Falle liegt sowohl am Anschluss 21a als auch am Anschluss 21b das gleiche Sensorsignal an, das stets von dem dominanten Regelmittel 12a, 12b bestimmt wird. Der Kurzschluss zwischen den beiden Sensorsignalen kann somit von dem Fehlererfassungsmittel 25 erkannt werden. Das Steuergerät kann so eingerichtet sein, dass der Fehler dem Fahrzeugführer mitgeteilt wird.

Claims (5)

  1. Geber (1) zum Erfassen von Drehstellungen von drehbaren oder schwenkbaren Teilen oder von Wegen in Kraftfahrzeugen, z. B. Fahrpedalen oder an Drosselklappen, umfassend zumindest ein Paar Sensoren (11a, 11b) mit zueinander invers verlaufenden Kennlinien und jeweils einem der Sensoren (11a, 11b) zugeordneten Anschluss (19a, 19b) zum Abgreifen eines Sensorsignals, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (1) zumindest ein Regelmittel (12a, 12b) aufweist, das den Sensoren (11a, 11b) zugeordnet ist, wobei zumindest ein Regelmittel (12a, 12b) geeignet und eingerichtet ist, im Fall eines Kurzschlusses zwischen den Anschlüssen (19a, 19b) zum Abgreifen der Sensorsignale diese Anschlüsse (19a, 19b) entweder mit dem jeweils größeren Sensorsignal oder mit dem jeweils kleineren Sensorsignal zu beaufschlagen.
  2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (1) zwei Regelmittel (12a, 12b) aufweist, die jeweils einem Sensor (11a, 11b) zugeordnet sind.
  3. Geber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (11a, 11b) die Regelmittel (12a, 12b) umfassen.
  4. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelmittel (12a, 12b) jeweils entweder einen High-Side-Treiber oder einen Low-Side-Treiber umfassen.
  5. Geber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der High-Side-Treiber oder der Low-Side-Treiber im Wesentlichen durch einen Transistor (14a, 14b) gebildet wird, dessen Basis von dem Regelmittel (12a, 12b) angesteuert ist und dessen Kollektor mit dem Regelmittel (12a, 12b) verbunden ist.
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