EP1595113A1 - Verfahren zur diagnose eines sensors - Google Patents

Verfahren zur diagnose eines sensors

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EP1595113A1
EP1595113A1 EP03753298A EP03753298A EP1595113A1 EP 1595113 A1 EP1595113 A1 EP 1595113A1 EP 03753298 A EP03753298 A EP 03753298A EP 03753298 A EP03753298 A EP 03753298A EP 1595113 A1 EP1595113 A1 EP 1595113A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
signal
threshold value
motor vehicle
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03753298A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klemens Gintner
Rasmus Rettig
Klaus Walter
Heinrich Steinruecken
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10305940A external-priority patent/DE10305940A1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1595113A1 publication Critical patent/EP1595113A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown

Definitions

  • the present invention relates to a method for diagnosing a sensor, for example in a motor vehicle with an internal combustion engine.
  • a sensor to be diagnosed can be, for example, a phase sensor on the camshaft of the motor vehicle. Depending on whether a detected variable is above or below a certain threshold value, such a sensor delivers a corresponding output signal.
  • Such a sensor is, for example, a sensor which reacts to magnetic fields and by means of which the rotational speed and / or the position of a sensor wheel provided with teeth can be determined.
  • a sensor of this type is constructed and arranged in such a way that the sensor wheel, the position or rotational speed of which is to be determined, passes between the sensor and a magnet, as a result of which the sensor registers a weak magnetic field when a sensor wheel tooth is facing it, and as a result the sensor A strong magnetic field is registered when there is no encoder wheel tooth (a gap) opposite it (or vice versa).
  • Such a sensor can work inductively or can also be based on Hall or XMR technology.
  • FIG. R denotes the sensor wheel, G the magnet and the sensor-containing sensor, and W the element on which the sensor wheel R is mounted and whose rotational speed and / or position is to be determined; the element W is, for example, the crankshaft or the camshaft of an internal combustion engine.
  • the arrangement shown in FIG. 2 is shown in a highly schematic manner. in particular, the encoder wheel R can have more teeth or teeth of a different shape in practice.
  • the magnetic field registered by the sensor is converted into a current or a voltage, the size of which is directly or indirectly proportional to the size of the magnetic field.
  • the sensor on which the method according to the invention is based for diagnosis outputs a digital signal. For this purpose, it compares the electrical variable into which the registered magnetic field has been converted with a threshold value and outputs a signal with a high level if and as long as the electrical variable is larger than the threshold value or outputs a signal with a low level if and as long as the electrical quantity is smaller than the threshold value (or vice versa).
  • the size of the magnetic field registered by the sensor and the electrical size into which it is converted depends on various factors such as the temperature, the arrangement of the sensor, the degree of contamination, the age etc. , whereby an originally optimally determined threshold value is suddenly no longer optimal or completely unusable.
  • self-calibrating sensors are often used, which can independently adapt the threshold value to the given conditions. This can be done, for example, by the sensors determining during normal operation the range in which the variable to be compared with the threshold value varies, and then changing the threshold value such that it e.g. is right in the middle of this range.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method for diagnosing a sensor in a motor vehicle with an internal combustion engine that prevents the use of output signals of the sensor that do not reflect the prevailing conditions.
  • the invention is based on the further object of specifying a sensor with the corresponding functionality.
  • this object is achieved by the method for diagnosing a sensor in a motor vehicle with an internal combustion engine, as shown in claim 1.
  • the object is further achieved by a sensor, the output signal of which depends on whether a detected variable is above or below a certain threshold value, the sensor checking during operation whether the threshold value used during commissioning of the sensor is used to correctly determine the output signal can be guaranteed and that the sensor, if it determines that this is not the case, outputs information representing this fact.
  • the sensor according to the invention is distinguished in that it checks during operation whether a correct determination of the signal to be output can be ensured by a threshold value used when the sensor is started up, and that the sensor then determines that this is not the case outputs information representing this fact.
  • the senor can inform the device that uses the signals it outputs that the signal it outputs the next time it is started up may or may not reflect the prevailing conditions. This makes it possible to prevent the device using the sensor output signals from working depending on information that does not reflect the prevailing conditions.
  • FIG. 1A shows the time course of a variable detected by the sensor described below
  • FIG. 1B shows the output signal that the sensor normally outputs when the course shown in FIG.
  • FIG. IC shows the output signal that the sensor outputs when it has determined that when using a threshold value used during commissioning, it cannot be guaranteed that the sensor output signal reflects the prevailing conditions
  • FIG. 2 shows an arrangement containing the sensor described below
  • FIG. 3 is a representation which represents the checking of the exceeding of the threshold value
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention for diagnosing a sensor in a motor vehicle with an internal combustion engine.
  • the sensor described below is a speed sensor for detecting the speed or the position of the camshaft of an internal combustion engine.
  • the position of the camshaft here means a so-called phase sensor, which determines the phase in which the crankshaft of the internal combustion engine is located. More precisely, the sensor is a sensor which reacts to magnetic fields, by means of which the rotational speed and / or the position of a toothed sensor wheel attached to the camshaft and thus also the position of the camshaft carrying the sensor wheel can be determined.
  • This sensor is constructed and arranged in such a way that the sensor wheel runs between the sensor and a magnet, which means that the sensor registers a weak magnetic field if it is currently facing a sensor wheel tooth and that the sensor registers a strong magnetic field if it is currently not receiving a sensor wheel tooth (a gap ) faces (or vice versa).
  • the magnetic field registered by the sensor is converted into a current or a voltage, the size of which is directly or indirectly proportional to the size of the magnetic field. For further consideration, it is assumed that the magnetic field is converted into a voltage. However, the following explanations apply accordingly to the conversion into a stream.
  • the time course of the voltage resulting from the conversion is shown as an example in FIG.
  • the voltage curve shown is shown standardized, with the minimum voltage being assigned the value 0 and the maximum voltage being assigned the value 1.
  • the sensor considered here outputs a digital sensor. For this purpose, it compares the electrical quantity into which the registered magnetic field has been converted with a threshold value and outputs a signal with a high level if and for as long as electrical quantity is larger than the threshold value or outputs a signal with a low level if and as long as the electrical quantity is smaller than the threshold value (or vice versa).
  • the signal shown in FIG. 1B is output by the sensor and evaluated by the device to which the sensor is connected.
  • the device evaluating the signal of the sensor is generally an evaluation circuit that is directly integrated on the sensor, or alternatively a control device that controls the operation of the brake engine (engine control unit).
  • the voltage curve shown in FIG. 1A can change depending on various factors such as, for example, the temperature, the arrangement of the sensor, the degree of contamination, the age, etc.
  • the threshold value suddenly no longer lies in the middle between the minimum and the maximum voltage, which means that sooner or later it can happen that under otherwise identical conditions when converting the changed analog signal into a digital signal, a different result than the signal shown in Figure 1B is obtained.
  • the sensor used is designed as a self-calibrating sensor, which only uses the threshold value stored in the sensor immediately after the system is started up, and as quickly as possible determines a more suitable threshold value and uses this instead of the one stored in the sensor Threshold used. It would theoretically be possible to provide a non-volatile memory in the sensor, in which a threshold value that was last present immediately before the decommissioning of the internal combustion engine is stored, which threshold value can be used during the next commissioning. However, for technical and cost reasons, this variant is hardly economically feasible, so that generally a fixed, threshold value stored in the sensor has to be used.
  • the optimum threshold value can be determined during operation of the slurry engine, for example, by determining the mean value between the maximum voltage and the minimum voltage of the voltage curve shown in FIG. 1A or modified in comparison thereto, and using this mean value as the threshold value.
  • the sensor considered here also has the peculiarity that it checks during operation whether the threshold value used when starting up the sensor can ensure that the output signal is properly determined and that the sensor, if it determines that this is not the case In this case, this fact of the device to which it is connected is signaled. In this case, a corresponding signal is transmitted to the engine control unit. The signaling is carried out in such a way that this additional information is superimposed on the primary information to be transmitted without loss. For a signal in which the primary information consists in the temporal position of the rising edges, this can be done by superimposing on the falling edges. The rising edges are transmitted as in normal operation and thus ensure the ongoing functioning of the system.
  • the threshold value used when the sensor is put into operation cannot ensure that the sensor output signal is properly determined is signaled by the sensor under consideration via the connections via which it outputs the signal representing the quantity to be measured and shown as an example in FIG.
  • no additional control lines are required for the transmission of the error signal, but instead the connection lines of the sensor, which are available anyway, can be used for signal transmission to the engine control unit in the manner shown below.
  • this is done by making the duration of the signal to be output (signal according to FIG. IB) so short that it cannot originate from a tooth of the sensor wheel running past the sensor or a gap of the sensor wheel running past a sensor. This can be done by a simple plausibility check in the control unit.
  • FIG. IC The time course of such a course is illustrated in Figure IC.
  • the signal shown in FIG. IC is the signal shown in FIG. IB in the event that the sensor has determined that the sensor output signal cannot be properly determined by the threshold value used when the sensor was started up.
  • the pulses contained in the signals according to FIGS. IB and IC have the rising edges at exactly the same points and do not differ in this point. Since the device evaluating the sensor signals (engine control unit) in the example under consideration only works as a function of the rising edges of the pulses contained in the sensor signals, when the signal shown in FIG. 1C is received, it works exactly as if it did the signal shown in FIG. 1B would be fed.
  • the pulses contained in the signal according to the IC are, however, much shorter than is the case with the signal according to the IB. They are so short that they cannot be caused by a sensor wheel tooth or a sensor wheel gap passing by. From the extraordinary length of the pulses, the evaluation device can recognize that the threshold value used when the sensor is started up cannot ensure that the sensor output signal is properly determined.
  • the signal transmission used in FIG. IC is practically a coding of the signal according to FIG. IB.
  • the following two coding variants can be used, for example:
  • the encoding can be done, for example, by a certain bit.
  • the evaluation device responds to the transmission of an appropriately coded signal depending on the individual case. It should be clear that there are many different options for this. In the example under consideration, the evaluation device responds by storing the fact communicated to it in a non-volatile memory and ignoring the signals supplied by the sensor the next time it is started up. In the example considered, this is possible without major problems because the position of the crankshaft is also determined and because the camshaft position can also be determined from the crankshaft position. Such a camshaft position determination is not as precise as the camshaft position determination by a sensor provided on the camshaft, but exactly enough to start the engine. This is a so-called emergency running functionality.
  • the camshaft rotates so that the sensor that detects the camshaft position can now calibrate itself and determine and use an optimal threshold value. Once this is done, the sensor output signals can be used without any restrictions.
  • the senor can also be any other sensor whose output signal depends on whether a detected variable is above or below a threshold value.
  • the measurement signal determined during operation is used by comparison with setpoints to predict a state of the future and this is already transmitted during operation by outputting additional information.
  • the optimal threshold does not have to be in the middle between the maximum and the minimum input variable; depending on the application, it may be necessary that the threshold is more or less far above or below the mean.
  • the threshold value used when starting up the sensor is stored in the sensor; this threshold value can also be supplied to the sensor from elsewhere during commissioning.
  • the senor described can prevent sensor output signals that may not reflect the prevailing conditions from being used.
  • FIG. 3 illustrates the fluctuations of a sensor output signal 31 in a so-called drift situation.
  • the maximum and minimum output values of the sensor drift away from the original values over time.
  • a dashed line 32 indicates a threshold value permanently stored in the sensor.
  • the vertical line 33 indicates the point in time at which it can be determined with certainty that a minimum value of the sensor output signal 31 has exceeded the threshold value and thus a reliable function when the sensor is switched on is no longer guaranteed. This is the time at which, according to the invention, the engine control unit, or generally the control device, is signaled that the sensor may deliver incorrect data when the motor vehicle is restarted. This would also have been the case, for example, if the sensor signal drops so far that the maximum values of the sensor signal are below the threshold value. In general, two different threshold values for the minimum and maximum values of the sensor signal can also be determined.
  • FIG. 4 shows a method according to the invention for diagnosing a sensor in a motor vehicle with an internal combustion engine. The method begins in step 41 with a start request, for example by the driver of the motor vehicle actuating the ignition key. In the subsequent step 42, it is checked whether the sensor can be used to control the internal combustion engine. This is done by reading the corresponding information from a non-volatile memory of the engine control unit.
  • step 43 the internal combustion engine is started normally in step 43 using the sensor data. If it is determined that the sensor data should not be used, the process moves to step 44, in which an emergency operation functionality is used.
  • the crankshaft angle sensor is used to determine the position of the camshaft.
  • the sensor is calibrated in step 45, which follows both step 43 and step 44.
  • the minimum and maximum values are recorded and the threshold value is set to the mean value.
  • step 46 it is checked whether the measured minimum and maximum values violate the previously described threshold value criterion. If this is the case, an error signal according to the invention is transmitted to the engine control unit in step 47.
  • step 56 This information is stored in a non-volatile memory in the engine control unit and is available for the next starting process. If it is determined in step 56 that no threshold value criterion has been violated, an error entry which may be present in the non-volatile memory of the control unit is deleted in step 48. Following steps 47 and 48, the method continues with step 45. This loop is continued until the internal combustion engine is deactivated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Sensors in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, wobei während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs ein Ausgangssignal des Sensors daraufhin überprüft wird, ob ein Maximalwert des Ausgangssignals einen ersten Schwellenwert unterschreitet und/oder ob ein Minimalwert des Ausgangssignals einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wobei in diesem Fall ein Signal an eine Steuereinrichtung übermittelt wird, das der Steuereinrichtung signalisiert, dass der Sensor bei einem Neustart des Kraftfahrzeugs möglicherweise inkorrekte Daten liefert.

Description

Verfahren zur Diagnose eines Sensors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Sensors beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine. Ein solcher zu diagnostizierender Sensor kann beispielsweise ein Phasensensor an der Nockenwelle des Kraftfahrzeugs sein. Ein solcher Sensor liefert in Abhängigkeit davon, ob eine erfasste Größe über oder unter einem bestimmten Schwellenwert liegt, ein entsprechendes Ausgangssignal.
Ein solcher Sensor ist beispielsweise ein auf Magnetfelder reagierender Sensor, durch welchen die Drehgeschwindigkeit und/oder die Stellung eines mit Zähnen versehenen Geberrades ermittelbar ist. Ein Sensor dieser Art ist so aufgebaut und angeordnet, dass das Geberrad, dessen Stellung oder Drehgeschwindigkeit es zu ermitteln gilt, zwischen dem Sensor und einem Magneten hindurchläuft, wodurch der Sensor ein schwaches Magnetfeld registriert, wenn ihm gerade ein Geberradzahn gegenübersteht, und wodurch der Sensor ein starkes Magnetfeld registriert, wenn ihm gerade kein Geberradzahn (eine Lücke) gegenübersteht (oder umgekehrt). Ein solcher Sensor kann induktiv arbeiten oder auch auf Hall- oder XMR-Technologie basieren.
In Figur 2 ist schematisch eine solche Anordnung mit einem Geber dargestellt. Dabei bezeichnen R das Geberrad, G den Magneten und den sensorenthaltenen Geber, und W das Element, auf welchem das Geberrad R montiert ist und dessen Drehgeschwindigkeit und/oder Stellung ermittelt werden soll; das Element W ist beispielsweise die Kurbelwelle oder die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine. Der Vollständigkeit halber sei daraufhingewiesen, dass die in der Figur 2 gezeigte Anordnung stark schematisiert dargestellt ist. insbesondere kann das Geberrad R in der Praxis mehr Zähne oder auch anders geformte Zähne aufweisen.
Das vom Sensor registrierte Magnetfeld wird in diesem in einem Strom oder in eine Spannung umgesetzt, dessen bzw. deren Größe direkt oder indirekt proportional zur Größe des Magnetfeldes ist.
Der dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose zu Grunde liegende Sensor gibt ein digitales Signal aus. Er vergleicht hierzu die elektrische Größe, in welche das registrierte Magnetfeld umgesetzt wurde, mit einem Schwellenwert und gibt ein Signal mit einem hohen Pegel aus, wenn und so lange die elektrische Größe größer als der Schwellenwert ist bzw. gibt ein Signal mit einem niedrigen Pegel aus, wenn und so lange die elektrische Größe kleiner als der Schwellenwert ist (oder umgekehrt).
Es dürfte einleuchten und bedarf keiner näheren Erläuterung, dass ein solcher Sensor nur das von ihm erwartete Ausgangssignal ausgibt, wenn der Schwellenwert richtig festgelegt ist.
Nun ist es in der Praxis aber bekanntlich so, dass die Größe des vom Sensor registrierten Magnetfeldes und die elektrische Größe, in welches dieses umgesetzt wird, von verschiedenen Faktoren wie beispielsweise der Temperatur, der Anordnung des Sensors, dem Verschmutzungsgrad, dem Alter etc. abhängt, wodurch ein ursprünglich optimal festgelegter Schwellenwert plötzlich nicht mehr optimal oder gänzlich unbrauchbar ist.
Aus diesem Grund werden häufig selbstkalibrierende Sensoren eingesetzt, die den Schwellenwert selbständig an die gegebenen Verhältnisse anpassen können. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Sensoren während des normalen Betriebs ermitteln, in welchen Bereich die mit dem Schwellenwert zu vergleichende Größe variiert und dann den Schwellenwert so verändern, dass dieser z.B. genau in der Mitte dieses Bereichs liegt.
Eine derartige Selbstkalibrierung führt aber nicht immer zum Erfolg. Sie kann nämlich nur bei sich drehendem Geberrad durchgeführt werden, weil nur hier der Bereich ermittelt werden kann, innerhalb dessen die mit dem Schwellenwert zu vergleichende Größe variiert.
Andererseits ist es aber bisweilen wichtig, sofort nach der Inbetriebnahme des Sensors und/oder der diesen enthaltenen Anordnung, also bei noch stehendem Geberrad, eine Information über die Stellung oder die Drehgeschwindigkeit des zu überwachenden Elements zu erhalten.
Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Sensor zur Überwachung der Stellung und/oder der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Hierbei ist es wünschenswert, dass bereits vor dem Starten der Brennkraftmaschine eine Information über die Stellung der Nockenwelle erhalten wird. Diese Information, genauer gesagt die Information, ob dem Sensor gerade ein Geberradzahn oder eine Lücke gegenüberliegt, wird benötigt, um die Brennkraftmaschine optimal starten zu können.
Da sich der Sensor aber nicht kalibrieren kann, wenn und so lange die Nockenwelle steht, kann nicht mit Sicherheit davon ausgegangen werden, dass die Information, die der Sensor über die Nockenwellenstellung liefert, richtig ist.
Entsprechende Probleme existieren auch bei allen anderen Sensoren, deren Ausgangssignal davon abhängt, ob eine erfasste Größe über oder unter einem Schwellenwert liegt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Diagnose eines Sensors in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine anzugeben, dass die Verwendung von nicht die herrschenden Verhältnisse widerspiegelnden Ausgangssignalen des Sensors verhindert wird. Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zu Grunde, einen Sensor mit der entsprechenden Funktionalität anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 dargestellte Verfahren zur Diagnose eines Sensors in einem Kraftfalirzeug mit einer Brennkraftmaschine gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen Sensor, dessen Ausgangssignal davon abhängt, ob eine erfasste Größe über oder unter einem bestimmten Schwellenwert liegt, wobei der Sensor während des Betriebs überprüft, ob durch einen bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert eine ordnungsgemäße Festlegung des auszugebenden Signals gewährleistet werden kann und dass der Sensor dann, wenn er feststellt, dass dies nicht der Fall ist, eine diesen Umstand repräsentierende Information ausgibt.
Der erfindungsgemäße Sensor zeichnet sich dadurch aus, dass er während des Betriebs überprüft, ob durch einen bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert eine ordnungsgemäße Festlegung des auszugebenden Signals gewährleistet werden kann, und dass der Sensor dann, wenn er feststellt, dass dies nicht der Fall ist, eine diesen Umstand repräsentierende Information ausgibt.
Der Sensor kann dadurch der Einrichtung, die die von ihm ausgegebenen Signale benutzt, mitteilen, dass das von ihm bei der nächsten Inbetriebnahme ausgegebene Signal möglicherweise oder mit Sicherheit nicht die herrschenden Verhältnisse widerspiegelt. Hierdurch lässt sich verhindern, dass die die Sensorausgangssignale benutzende Einrichtung abhängig von nicht die herrschenden Verhältnisse widerspiegelnden Informationen arbeitet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung und den Figuren entnehmbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfülirungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1A den zeitlichen Verlauf einer vom nachfolgend beschriebenen Sensor erfassten Größe,
Figur 1B das Ausgangssignal, das der Sensor bei der Erfassung des in der Figur la gezeigten Verlaufs normalerweise ausgibt,
Figur IC das Ausgangssignal, das der Sensor ausgibt, wenn er festgestellt hat, dass bei der Verwendung eines bei der Inbetriebnahme verwendeten Schwellenwertes nicht gewährleistet werden kann, dass das Sensorausgangssignal die herrschenden Verhältnisse widerspiegelt, Figur 2 eine den nachfolgend beschriebenen Sensor enthaltene Anordnung,
Figur 3 eine Darstellung, die die Überprüfung der Überschreitung des Schwellenwertes darstellt und
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Diagnose eines Sensors in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine.
Der im Folgenden beschriebene Sensor ist ein Drehzahlsensor zur Erfassung der Drehzahl oder der Stellung der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine. Mit der Stellung der Nockenwelle ist hierbei ein sogenannter Phasensensor gemeint, der ermittelt, in welcher Phase sich die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befindet. Bei dem Sensor handelt es sich genauer gesagt um einen auf Magnetfelder reagierenden Sensor, durch welchen die Drehgeschwindigkeit und/oder die Stellung eines an der Nockenwelle befestigten, mit Zähnen versehenen Geberrades und damit auch die Stellung der das Geberrad tragenden Nockenwelle ermittelbar ist. Dieser Sensor ist so aufgebaut und angeordnet, dass das Geberrad zwischen dem Sensor und einem Magneten hindurchläuft, wodurch der Sensor ein schwaches Magnetfeld registriert, wenn ihm gerade ein Geberradzahn gegenübersteht und wodurch der Sensor ein starkes Magnetfeld registriert, wenn ihm gerade kein Geberradzahn (eine Lücke) gegenübersteht (oder umgekehrt).
Das vom Sensor registrierte Magnetfeld wird in diesem in einen Strom oder eine Spannung umgesetzt, dessen bzw. deren Größe direkt oder indirekt proportional zur Größe des Magnetfeldes ist. Für die weitere Betrachtung wird davon ausgegangen, dass das Magnetfeld in eine Spannung umgesetzt wird. Die folgenden Ausführungen gelten jedoch für die Umsetzung in einen Strom entsprechend.
Der zeitliche Verlauf der aus der Umsetzung resultierenden Spannung ist beispielhaft in Figur la dargestellt. Der dargestellte Spannungsverlauf ist normiert dargestellt, wobei der minimalen Spannung der Wert 0 zugeordnet ist und der maximalen Spannung der Wert 1.
Der vorliegend betrachtete Sensor gibt ein digitales Sensor aus. Er vergleicht hierzu die elektrische Größe, in welche das registrierte Magnetfeld umgesetzt wurde, mit einem Schwellenwert und gibt ein Signal mit einem hohen Pegel aus, wenn und so lange die elektrische Größe größer als der Schwellenwert ist, bzw. er gibt ein Signal mit einem niedrigen Pegel aus, wenn und so lange die elektrische Größe kleiner als der Schwellenwert ist (oder umgekehrt).
Verwendet man einen in der Figur 1A mit S bezeichneten, genau in der Mitte zwischen der maximal auftretenden Spannung und der minimal auftretenden Spannung liegenden Schwellenwert zur wie erwähnt erfolgenden Umsetzung der in der Figur 1 A gezeigten Spannung in das vom Sensor auszugebende Signal, so ergibt sich der in Figur 1B gezeigte Spannungsverlauf.
Das in der Figur 1B gezeigte Signal wird vom Sensor ausgegeben und durch die Einrichtung, an welcher der Sensor angeschlossen ist, ausgewertet. Im betrachteten Beispiel sei angenommen, dass hierbei nur jeweils die vordere Flanke der Impulse interessiert. Die das Signal des Sensor auswertende Einrichtung ist in der Regel eine Auswerteschaltung, die auf dem Sensor unmittelbar integriert ist, oder alternativ eine Steuereinrichtung, die den Betrieb der Bremikraftmaschine steuert (Motorsteuergerät).
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, kann sich der in der Figur 1A gezeigte Spannungsverlauf in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie beispielsweise der Temperatur, der Anordnung des Sensors, dem Verschmutzungsgrad, dem Alter usw. verändern. Insbesondere kann es passieren, dass die minimale Spannung ansteigt und/oder die maximale Spannung absinkt, oder sowohl die minimale Spannung als auch die maximale Spannung ansteigen oder absinken. Die Folge hiervon ist, dass der Schwellenwert plötzlich nicht mehr in der Mitte zwischen der minimalen und der maximalen Spannung liegt, wodurch es früher oder später passieren kann, dass bei ansonsten identischen Bedingungen bei der Umsetzung des veränderten analogen Signals in ein digitales Signal ein anderes Ergebnis als das in Figur 1B gezeigte Signal erhalten wird.
Diesem Umstand wird im betrachteten Beispiel dadurch Rechnung getragen, dass der verwendete Sensor als selbstkalibrierender Sensor ausgebildet ist, welcher den im Sensor gespeicherten Schwellenwert nur unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Systems verwendet, und möglichst schnell einen besser geeigneten Schwellenwert ermittelt und diesen anstelle des im Sensor gespeicherten Schwellenwertes verwendet. Hierbei wäre es theoretisch möglich, im Sensor einen nicht flüchtigen Speicher vorzusehen, in dem ein unmittelbar vor dem Außerbetriebsetzen der Brennkraftmaschine zuletzt vorliegender Schwellenwert gespeichert wird, der bei der nächsten Inbetriebnahme verwendet werden kann. Diese Variante ist aus technischen und Kostengründen jedoch wirtschaftlich kaum durchführbar, so dass im Allgemeinen mit einem fest vorgegebenen, im Sensor gespeicherten Schwellenwert gearbeitet werden muss.
Die Ermittlung des optimalen Schwellenwertes während des Betriebs der Brei-nkraftmaschine kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass man den Mittelwert zwischen der maximalen Spannung und der minimalen Spannung des in der Figur 1A gezeigten oder demgegenüber veränderten Spannungsverlauf ermittelt, und diesen Mittelwert als Schwellenwert verwendet.
Der vorliegend betrachtete Sensor weist darüber hinaus die Besonderheit auf, dass er während des Betriebs überprüft, ob durch den bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert eine ordnungsgemäße Festlegung des Ausgangssignals gewährleistet werden kann und dass der Sensor dann, wenn er feststellt, dass dies nicht der Fall ist, diesem Umstand der Einrichtung, an welcher er angeschlossen ist, signalisiert Es wird also in diesem Fall ein entsprechendes Signal an das Motorsteuergerät übertragen. Die Signalisierung erfolgt in einer Weise, dass der primär zu übertragenden Information diese Zusatzinformation verlustfrei überlagert wird. Dies kann für ein Signal, bei welchem die Primärinformation in der zeitlichen Position der steigenden Flanken besteht durch Überlagerung auf den fallenden Flanken erfolgen. Die steigenden Flanken werden wie im Normalbetrieb weiterübertragen und stellen damit die laufende Funktion des Systems sicher.
Dadurch kann verhindert werden, dass die Einrichtung, die abhängig vom Sensor arbeitet, bei der nächsten Inbetriebnahme des Systems mit möglicherweise falschen Sensorsignalen arbeitet. Mit anderen Worten: In dem Fall, dass die Abweichung zwischen dem im Sensor gespeicherten Schwellenwert und dem im laufenden Betrieb korrigierten Schwellenwert zu groß ist, wird ein Signal an das Motorsteuergerät übergeben und in einem permanenten Speicher des Motorsteuergeräts gespeichert. Aufgrund dieser gespeicherten Information weist das Motorsteuergerät daraufhin, dass der entsprechende Sensor, beispielsweise der Phasensensor an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine, bei einem Neustart nicht oder nur eingeschränkt zur Verfügung steht. Daraufhin kann das Motorsteuergerät einen Start der Brennkraftmaschine auf Basis von alternativen Sensorgrößen oder auf Basis von gespeicherten Kennfeldgrößen vornehmen. Es handelt sich hierbei in der Regel um eine sogenannte Notlauffunktionalität, die in diesem Fall genutzt wird, um einen Start der Brennkraftmaschine durchzuführen. Ist der Start der Brennkraftmaschine erfolgt und die Nockenwelle somit in Bewegung gesetzt, kann mit einem Kalibriervorgang des Sensors begonnen werden und nach Abschluss der Kalibrierung des Sensors können die vom Sensor gelieferten Ausgangssignale für die Motorsteuerung verwendet werden.
Den Umstand, dass durch den bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert keine ordnungsgemäße Festlegung des Sensorausgangssignals gewährleistet werden kann, signalisiert der vorliegend betrachtete Sensor über die Anschlüsse, über welche er das die erfassende Größe repräsentierende und beispielhaft in der Figur IB dargestellte Signal ausgibt. Es werden also erfindungsgemäß keine zusätzlichen Ansteuerleitungen für die Übertragung des Fehlersignals benötigt, sondern es können in nachfolgend dargestellter Art und Weise die ohnehin zur Verfügung stehenden Anschlussleitungen des Sensors für die Signalübertragung an das Motorsteuergerät verwendet werden.
Dies geschieht im betrachteten Beispiel dadurch, dass die Dauer der auszugebenden Signal (Signal nach Figur IB) vorhandenen Impulse so kurz gemacht wird, dass sie nicht von einem am Sensor vorbeilaufenden Zahn des Geberrades oder an einem Sensor vorbeilaufender Lücke des Geberrades stammen können. Dies kann durch einfache Plausibilitätsprüfung im Steuergerät erfolgen.
Der zeitliche Verlaufeines solchen Verlaufs ist in Figur IC veranschaulicht. Das in der Figur IC gezeigte Signal ist das in der Figur IB gezeigte Signal im Fall, dass der Sensor festgestellt hat, dass durch den bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendeten Schwellenwert keine ordnungsgemäße Festlegung des Sensorausgangssignals gewährleistet werden kann.
Die in den Signalen gemäß den Figuren IB und IC enthaltenen Impulse weisen die steigenden Flanken an genau den selben Stellen auf und unterscheiden sich in diesem Punkt nicht. Da die die Sensorsignale auswertende Einrichtung (Motorsteuergerät) im betrachteten Beispiel nur abhängig von den steigenden Flanken der in den Sensorsignalen enthaltenen Impulsen arbeitet, kami diese beim Empfang des in der Figur IC gezeigten Signals exakt so arbeiten wie wenn sie das in der Figur IB gezeigte Signal zugeführt bekommen würde.
Die im Signal gemäß IC enthaltenen Impulse sind aber sehr viel kürzer als es beim Signal gemäß IB der Fall ist. Sie sind so kurz, dass sie nicht vom Vorbeilaufen eines Geberradzahnes oder einer Geberradlücke am Sensor herrühren können. An der außergewöhnlichen Länge der Impulse kann die Auswerteeinrichtung erkennen, dass durch den bei der Inbetriebnalime des Sensors verwendeten Schwellenwert keine ordnungsgemäße Festlegung des Sensorausgangssignals gewährleistet werden kann. Bei der in Figur IC verwendeten Signalübertragung handelt es sich praktisch um eine Kodierung des Signals nach Figur IB.
Alternativ zu der beschriebenen Kodierung nach Figur IC können zum Beispiel die beiden folgenden Kodierungsvarianten verwendet werden:
Bei der Verwendung von pulsweitenmodulierten Protokollen, die ohnehin bereits Zusatzinformationen übertragen, kann eine besondere Pulsweite verwendet werden.
Für Manchester-kodierte 3 -Pegel-Protokolle kann die Kodierung beispielsweise durch ein bestimmtes Bit erfolgen.
Wie die Auswerteeimichtung auf die Übermittlung eines entsprechend kodierten Signals reagiert, hängt vom Einzelfall ab. Es dürfte einleuchten, dass hierfür die unterschiedlichsten Möglichkeiten existieren. Im betrachteten Beispiel reagiert die Auswerteeinrichtung dadurch, dass sie den ihr mitgeteilten Umstand in einem nicht flüchtigen Speicher speichert und bei der nächsten Inbetriebnahme die ihr vom Sensor zugeführten Signale ignoriert. Dies ist im betrachteten Beispiel ohne größere Probleme möglich, weil auch die Stellung der Kurbelwelle ermittelt wird und weil aus der Kurbelwellenstellung auch die Nockenwellenstellung ermittelt werden kann. Eine solche Nockenwellenstellungsermittlung ist zwar nicht so genau wie die Nockenwellenstellungsermittlung durch einen an der Nockenwelle vorgesehenen Sensor, aber genau genug, um den Motor starten zu können. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte Notlauffunktionalität.
Nach dem Starten des Motors dreht sich die Nockenwelle, so dass der die Nockenwellenstellung erfassende Sensor sich nun selbst kalibrieren und einen optimalen Schwellenwert ermitteln und verwenden kann. Sobald dies geschehen ist, können die Ausgangssignale des Sensors ohne Einschränkungen verwendet werden.
Der Vollständigkeit halber sei daraufhingewiesen, dass es sich bei dem Sensor auch um einen beliebigen anderen Sensor handeln kann, dessen Ausgangsignal davon abhängt, ob eine erfasste Größe über oder unter einem Schwellenwert liegt. Das im Betrieb ermittelte Messsignal wird durch Vergleich mit Sollwerten verwendet, um eine Aussage über einen in der Zukunft liegenden Zustand vorherzusagen und dieses wird durch Ausgabe einer Zusatzinformation schon im Betrieb übermittelt.
Die Besonderheiten des vorstehend beschriebenen Sensor können sich auch bei einem nicht selbst kalibrierenden Sensor als vorteilhaft erweisen.
Ferner sei angemerkt, dass der optimale Schwellenwert nicht in der Mitte zwischen der maximalen und der minimalen Eingangsgröße liegen muss; je nach Anwendungsfall kann es erforderlich sein, dass der Schwellenwert mehr oder weniger weit über oder unter dem Mittelwert liegt.
Schließlich besteht auch keine zwingende Notwendigkeit, dass der bei der Inbetriebnahme des Sensors verwendete Schwellenwert im Sensor gespeichert ist; dieser Schwellenwert kann dem Sensor bei der Inbetriebnahme auch von anderswoher zugeführt werden.
Durch den beschriebenen Sensor kann unabhängig von den Einzelheiten der praktischen Realisierung verhindert werden, dass möglicherweise nicht die herrschenden Verhältnisse widerspiegelnde Sensorausgangssignale benutzt werden.
Figur 3 verdeutlicht die Schwankungen eines Sensorausgangssignals 31 in einer sogenannten Drift-Situation. Hierbei driften die maximalen und minimalen Ausgangswerte des Sensors im Laufe der Zeit von den ursprünglichen Werten weg. In der Darstellung nach Figur 3 ist in der Waagerechten eine Zeitachse und in der Senkrechten die Amplitude des Sensorausgangssignals gezeigt. Durch die gestrichelte Linie 32 ist ein permanent im Sensor gespeicherter Schwellenwert gekennzeichnet. Durch die senkrechte Linie 33 ist der Zeitpunkt gekennzeichnet, an dem mit Sicherheit festgestellt werden kann, dass ein Minimalwert des Sensorausgangssignals 31 den Schwellenwert überschritten hat und damit eine sichere Funktion beim Einschalten des Sensors nicht mehr gewährleistet ist. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem erfindungsgemäß eine Signalisierung an das Motorsteuergerät, bzw. allgemein an die Steuereinrichtung, erfolgt, dass der Sensor bei einem Neustart des Kraftfahrzeugs möglicherweise inkorrekte Daten liefert. Dies wäre zum Beispiel auch der Fall gewesen, wenn das Sensorsignal so weit abfällt, dass die Maximalwerte des Sensorsignals unterhalb des Schwellwertes liegen. Im allgemeinen können auch zwei unterschiedliche Schwellenwerte für die Minimal- und Maximalwerte des Sensorsignals bestimmt werden.
Mit anderen Worten: Wenn die Minimal- oder Maximalwerte des Sensorsignals so weit abdriften, dass ein Schwellenwert über- oder unterscliritten wird, muss davon ausgegangen werden, dass der Sensor bei einem Neustart des Kraftfahrzeugs mit hoher Wahrscheinlichkeit keine zuverlässigen Ausgangssignale liefert und erst nach erfolgter Kalibrierung zur Verfügung steht. Eine entsprechende Information wird in einem nicht flüchtigen Speicher des Motorsteuergerätes gespeichert und kann von dem Steuergerät in einer Neustartsituation abgefragt werden.
Stellt sich im weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Sensors heraus, dass die Ausgangssignale des Sensors wieder in einem Bereich liegen, der eine Auswertung nach einem Neustart zulässt, so kann ein eventuell vorgenommener Eintrag im Motorsteuergerätespeicher zurückgesetzt werden.
Es muss im Zusammenhang mit dieser Erfindung klar zwischen dem fest im Sensor gespeicherten Schwellenwert, der unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine verwendet wird, und dem Schwellenwert, der sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch laufende Kalibrierung ergibt, unterschieden werden. Der Schwellenwert, der sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch laufende Kalibrierung ergibt kann beispielsweise in einem flüchtigen Speicher des Sensors abgelegt werden. Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Diagnose eines Sensors in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 41 mit einer Startanforderung, zum Beispiel dadurch, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Zündschlüssel betätigt. Im anschließenden Schritt 42 wird überprüft, ob der Sensor zur Steuerung der Brennkraftmaschine genutzt werden kann. Dies geschieht dadurch, dass die entsprechende Information aus einem nichtflüchtigen Speicher des Motorsteuergeräts ausgelesen wird. Steht fest, dass der Sensor bzw. die Sensorausgangssignale genutzt werden können, so erfolgt im Schritt 43 ein normaler Start der Brennkraftmaschine unter Verwendung der Sensordaten. Wird festgestellt, dass die Sensordaten nicht verwendet werden dürfe, wird zum Schritt 44 übergegangen, in dem auf eine Notlauffunktionalität zurückgegriffen wird. Beispielsweise wird wie schon zuvor beschrieben der Kurbelwellenwinkelsensor genutzt, um die Position der Nockenwelle zu bestimmen. Im sowohl an Schritt 43 als auch an Schritt 44 anschließenden Schritt 45 erfolgt die Kalibrierung des Sensors. Hierbei werden Minimal- und Maximalwerte erfasst und der Schwellewert auf den Mittelwert gesetzt. Im Schritt 46 wird überprüft, ob die gemessenen Minimal- und Maximalwerte das bereits zuvor beschriebene Schwellenwertkriterium verletzen. Ist dies der Fall, erfolgt im Schritt 47 die erfindungsgemäße Übermittlung eines Fehlersignals an das Motorsteuergerät. Diese Information wird im Motorsteuergerät in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt und steht für einen nächsten Startvorgang zur Verfügung. Wird im Schritt 56 festgestellt, dass kein Schwellenwertkriterium verletzt ist, wird im Schritt 48 ein eventuell im nichtflüchtigen Speicher des Steuergeräts vorhandener Fehlereintrag gelöscht. Im Anschluss an die Schritte 47 und 48 wird das Verfahren mit dem Schritt 45 fortgesetzt. Diese Schleife wird so lange durchlaufen, bis die Brennkraftmaschine deaktiviert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Diagnose eines Sensors in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, wobei während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs ein Ausgangssignal des Sensors daraufhin überprüft wird, ob ein Maximalwert des Ausgangssignals einen ersten Schwellenwert unterschreitet und/oder ob ein Minimalwert des Ausgangssignals einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wobei in diesem Fall ein Signal an eine Steuereinrichtung übermittelt wird, das der Steuereinrichtung signalisiert, dass der Sensor bei einem Neustart des Kraftfahrzeugs möglicherweise inkorrekte Daten liefert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellenwert gleich dem zweiten Schwellenwert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Unter- bzw. Überschreitung der Schwellenwerte, die Ausgangssignale des Sensors beim Neustart des Kraftfahrzeugs zunächst nicht für die Steuerung und/oder Regelung des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor erst dann wieder für die Steuerung und/oder Regelung des Kraftfahrzeugs verwendet wird, wenn eine Kalibrierung des Sensors erfolgt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung durch Lernen von minimalen und maximalen Ausgangswerten des Sensors erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal in der Steuereinrichtung in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt wird, damit das Signal beim Neustart der Brennkraftmaschine unmittelbar zur Verfügung steht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Phasensensor an einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine ist.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Start der Brennkraftmaschine in einem Notlauf ohne Verwendung des Phasensensors erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwerte in einem permanenten Speicher des Sensors abgelegt sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dass durch eine Kalibrierung des Sensors die Schwellenwerte angepasst werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung des Signals kodiert erfolgt.
12. Sensor mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.
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