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Dokumentenidentifikation DE19603396C2 09.04.1998
Titel Schaltungsanordnung zur Auswertung zweier Sensorsignale
Anmelder Leopold Kostal GmbH & Co KG, 58507 Lüdenscheid, DE
Erfinder Bendicks, Norbert, 58675 Hemer, DE;
Kathol, Meinolf, 57413 Finnentrop, DE;
Weber, Thomas, 58509 Lüdenscheid, DE;
Hasselmann, Holger, 45279 Essen, DE;
Nieding, Klaus, 58553 Halver, DE
DE-Anmeldedatum 31.01.1996
DE-Aktenzeichen 19603396
Offenlegungstag 07.08.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.04.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.04.1998
IPC-Hauptklasse G01N 27/416

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung geht von einer entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten Schaltungsanordnung zur Auswertung zweier Sensorsignale aus.

Derartige Schaltungsanordnungen werden z. B. in Kraftfahrzeugen eingesetzt um damit in Verbindung mit zwei Sensorelementen, die in der näheren Umgebung vorhandenen Benzin- und Dieselabgase zu detektieren und um z. B. in Abhängigkeit davon die Lüftung des Kraftfahrzeuges von Zuluftbetrieb automatisch auf einen Umluftbetrieb umzuschalten.

In dieser Hinsicht ist durch die DE 43 12 046 A1 eine Sensoreinrichtung mit einem zur Erfassung von oxydierbaren und einem zur Erfassung von reduzierbaren Schadstoffen vorgesehenen Sensorelement bekanntgeworden. Dabei sind die beiden Sensorelemente jeweils in einem Zweig von jeweils einem aus zwei Zweigen bestehenden ohmschen Spannungsteilern angeordnet und jeweils über einen zugeordneten, d. h. auf die optimalen Sensivitäten der Sensormaterialien abgestimmten Heizwiderstandes auf eine bestimmte Temperatur einstellbar. Die Spannungsteiler sind einer Schaltungsanordnung zugeordnet, über die ein die Kraftfahrzeuglüftung beeinflussendes, mit Stellmitteln versehenes Aggregat ansteuerbar ist. Problematisch bei einer solchen Sensoreinrichtung ist, daß die Signale der beiden Sensorelemente jeweils über eine separate Leitung der andererseits an eine Steuereinrichtung angeschlossenen A/D-Wandlerstufe zugeführt werden müssen.

Außerdem ist es durch die US 4,458,583 bekanntgeworden, ein Ausgangssignal eines Gasfühlers analog oder digital zu differenzieren und eine Klimaanlage durch eine Veränderung des Ausgangssignals zu steuern.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung zu schaffen, bei der der zwischen den beiden Sensorelementen und der A/D-Wandlerstufe notwendige Leitungsaufwand minimiert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einem solchen Aufbau einer solchen Sensoreinrichtung ist besonders vorteilhaft, daß über die einzige Signalleitung nur ein Überlagerungssignal der beiden Sensorelemente übertragen wird, so daß einerseits kein weiterer Aufwand durch Multiplexer und/oder mehrere A/D-Wandlereingänge erforderlich ist und andererseits nur ein Auswertealgorithmus zur Auswertung des überlagerten Sensorsignals der beiden Sensorelemente im Steuergerät zu implementieren ist.

Weitere besonders günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht eine solche Sensoreinrichtung im wesentlichen aus zwei Sensorelementen S1, S2 welche mittelbar über die Ausgänge von zwei Verstärkerstufen V1, V2 mit einem einzigen Eingang einer andererseits an ein Steuergerät S angeschlossenen A/D-Wandlerstufe W verbunden sind. Dem Eingang der A/D-Wandlerstufe W wird somit ein durch Überlagerung der beiden Ausgangssignale der beiden Verstärkerstufen V1, V2 gebildetes Signal über eine einzige Leitung zugeführt.

Um eine analoge Differentation und Überlagerung der Sensorsignale der beiden Sensorelemente S1, S2 bei Verwendung eines einfach aufgebauten Steuergerätes S durchführen zu können, sind die Sensorwiderstände RS1, RS2 der beiden Sensorelemente S1, S2 jeweils in einen Spannungsteiler TP1, TP2 integriert. Damit sich beim Auftreten von dieseltypischen bzw. benzintypischen Abgaskomponenten Spannungsänderungen mit denselben Vorzeichen an den beiden Spannungsteilern TP1, TP2 ergeben, ist das für die Erfassung der oxydierbaren Schadstoffe (Benzinabgase) vorgesehene Sensorelement S1 mit seinem Sensorwiderstand RS1 in dem an Masse liegenden Zweig des einen Spannungsteilers TP1 und das für die Erfassung der reduzierbaren Schadstoffe (Dieselabgase) vorgesehene Sensorelement S2 mit seinem Sensorwiderstand RS2 in dem an Versorgungsspannung UB liegenden Zweig des anderen Spannungsteilers TP2 angeschlossen. Um eine optimale Arbeitstemperatur der beiden Sensorwiderstände RS1, RS2 zu gewährleisten, ist jedem der beiden Sensorwiderstände RS1, RS2 ein auf seine Arbeitstemperatur abgestimmter Heizwiderstand RH1, RH2 zugeordnet. Zur weiteren Verarbeitung der Sensorsignale werden die Teilerspannungen UT jeweils von einem Impedanzwandler IPW1, IPW2 entkoppelt. Im Nachgang werden die entkoppelten Sensorsignale einerseits jeweils einer analogen Reglerschaltung R1, R2 und andererseits jeweils einer als Wechselspannungsverstärker ausgebildeten Verstärkerstufe V1, V2 zugeführt.

Die beiden Reglerschaltungen R1, R2 werden dazu benutzt, um die Teilerspannungen UT der beiden Spannungsteiler TP1, TP2 über einen zugeordneten Reglerwiderstand RR1, RR2 auf ihren optimalen, etwa bei 1/2 UB liegenden Arbeitsbereich einzustellen. Bei den beiden Reglerschaltungen R1, R2 wird jeweils mittels eines Integrators I1, I2 innerhalb einer bestimmten Zeitkonstanten der Mittelwert der Teilerspannung UT gebildet. Die gemittelte Teilerspannung wird mit einem vorgegebenen Sollwert UTS verglichen und die Regelabweichung durch zwei weitere Verstärker V12, V22 verstärkt und zur Einstellung des Arbeitsbereiches des jeweils zugehörigen Spannungsteilers TP1, TP2 benutzt. Eine beide Reglerschaltungen R1, R2 versorgende erste Referenzspannungsquelle Q1 stellt dabei den Sollwert UTS der Teilerspannung UT zur Verfügung.

Damit bleiben die durch die Gaspulse (Dieselabgase, Benzinabgase) erzeugten Änderungen der Teilerspannung UT ungestört erhalten und gleichzeitig werden die beiden Spannungsteiler TP1, TP2 bei langsamen Veränderungen wie z. B. Temperaturdrift in ihrem optimalen Arbeitsbereich gehalten. Vorteilhaft dabei ist, daß diese Regelung geschieht, ohne daß von außen in die Schaltung der Sensoreinrichtung eingegriffen werden muß. D.h. die analogen Reglerschaltungen RS1, RS2 sind zum Einstellen und Halten des optimalen Arbeitsbereiches für die beiden Spannungsteiler TP1, TP2 in unmittelbarer Nähe des jeweilige Sensorelementes S1, S2 angeordnet, so daß nur entsprechend aufbereitete störungsfreie Sensorsignale zum Steuergerät S übertragen werden.

Bei der vorliegenden Anwendung der Sensorelemente S1, S2 zur schadstoffabhängigen Steuerung von Umluftklappen eines Kraftfahrzeuges werden keine statischen Schadstoffpegel gemessen, sondern nur die durch relativ kurze Schadstoffpulse bedingten Änderungen in der Luftqualität erfaßt. Hierzu werden vorteilhaft die Änderungen der Teilerspannungen UT an den beiden Spannungsteilern TP1, TP2 herangezogen, welche ein Maß für die Schadstoffpulse darstellen. Durch geeignet dimensionierte, als Wechselspannungsverstärker ausgebildete Verstärkerstufen V1, V2 wird der Gleichspannungsanteil vom Sensorsignal abgekoppelt und es werden nur die Wechselanteile mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor transformiert. Eine weitere Referenzspannungsquelle Q2 stellt dabei eine Bezugsspannung zur Verfügung, die verhindert, daß die Ausgänge der Verstärkerstufen V1, V2 bei negativen Spannungspulsen in die untere Begrenzung gelangen können.

Um die vorbeschrieben aufbereiteten Sensorsignale über eine einzige Leitung einem einzigen Eingang der A/D-Wandlerstufe W zuführen zu können, gelangen diese über die Ausgänge der beiden Verstärkerstufen V1, V2 zum Eingang der Überlagerungsstufe G. Über den Ausgang der Überlagerungsstufe G wird dann das überlagerte und nochmals verstärkte Sensorsignal einem einzigen Eingang der A/D-Wandlerstufe W zugeführt.

Die A/D-Wandlerstufe W stellt ein integrales Bestandteil eines in dem angeschlossenen Steuergerät S befindlichen Mikrocomputers M dar. Das Steuergerät S steht wiederum zur sensorsignalabhängigen Beeinflussung mit einem Stellmittel aufweisenden elektrischen Aggregat A in Verbindung. Der Mikrocomputer verarbeitet das sensorelementnah aufbereitete und als Überlagerungssignal übertragene Sensorsignal mit Hilfe eines geeigneten Auswertealgorithmus und erzeugt ein schadstoffabhängiges, dem Aggregat A zuzuführendes Steuersignal.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zur Auswertung zweier Sensorsignale, wobei das eine Sensorelement zur Erfassung von oxydierbaren und das andere Sensorelement zur Erfassung von reduzierbaren gasförmigen Schadstoffen vorgesehen ist und wobei den beiden jeweils mit ihrem Sensorwiderstand den einen Zweig von jeweils einem einerseits an der Versorgungsspannung, sowie andererseits an Masse angeschlossenen, aus zwei Zweigen bestehenden ohmschen Spannungsteiler bildenden Sensorelementen zur Auswertung der an den beiden Teilerpunkten der Spannungsteiler anstehenden Sensorsignale eine Schaltungsanordnung zugeordnet ist, die für die von den beiden Sensorelementen hervorgerufenen Sensorsignale jeweils eine Differenzierstufe und eine Verstärkerstufe sowie eine gemeinsame A/D-Wandlerstufe und eine derselben nachgeschaltete Steuerstufe zur Beeinflussung eines zugeordneten, mit Stellmitteln versehenen elektrischen Aggregates aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorwiderstand (RS1) des einen Sensorelementes (S1) in dem an Masse angeschlossenen Zweig des einen Spannungsteilers (TP1) und der Sensorwiderstand (RS2) des anderen Sensorelementes (S2) in dem an der Versorgungsspannung (UB) angeschlossenen Zweig des anderen Spannungsteilers (TP2) vorhanden ist und daß die Ausgänge der beiden Verstärkerstufen (V1, V2) mit einem einzigen Eingang der A/D-Wandlerstufe (W) derart verbunden sind, daß diesem ein durch Überlagerung der beiden Ausgangssignale der Verstärkerstufen (V1, V2) gebildetes Sensorsignal zugeführt ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorwiderstand (RS1) des für die Erfassung der oxydierbaren Schadstoffe vorgesehenen Sensorelementes (S1) in dem an Masse liegenden Zweig des einen Spannungsteilers (TP1) und der Sensorwiderstand (RS2) des für die Erfassung der reduzierbaren Schadstoffe vorgesehenen Sensorelementes (S2) in dem an der Versorgungsspannung (UB) angeschlossenen Zweig des anderen Spannungsteilers (TP2) angeordnet ist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Überlagerungsstufe (G) für die beiden Ausgangssignale der Verstärkerstufen (V1, V2) ein Additionsglied in der Schaltungsanordnung vorgesehen ist.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Überlagerungsstufe (G) für die beiden Ausgangssignale der Verstärkerstufen (V1, V2) ein Subtraktionsglied in der Schaltungsanordnung vorgesehen ist.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden jeweils eine Differenzierung durchführenden Verstärkerstufen (V1, V2) und die Überlagerungsstufe (G) an einer gemeinsamen weiteren Referenzspannungsquelle (Q2) angeschlossen sind.
  6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe (S) zumindest einen Mikrocomputer (M) aufweist.






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