Messfühler im Betrieb auslesen

Hallo zusammen,

ich möchte kurz gesagt folgendes Elektronikprojekt realisieren: Messfühler während des Motorbetriebs einlesen und die phyikalischen Werte anzeigen.

Hierbei ergeben sich verschiedene Arbeitspakete wie:

1. Zerstörungsfreie Kontaktierung der Messschaltung mittels "Zwischenstecker"
2. Auslegung der Messschaltung ohne die Funktion der DJet zu stören
3. AD-Wandlung und Verarbeitung der Messwerte

Im 3. Arbeitspaket habe ich bereits mittels Poti zur Simulation, ADC, Raspberry einen ersten "Durchstich" hinbekommen. Am meisten macht mir das 2. Arbeitspaket zu schaffen. Ich würde gerne mit Euch zusammen diskutieren wie eine Messschaltung aussehen könnte. Um es einfach zu halten würde ich gerne den Temperatursensor des Kühlwassers als Beispiel verwenden, da dessen Kennlinie insbesondere bei den höheren Temperaturen eine genaue Auflösung der Messschaltung erfordert.

Um den Widerstand des Fühlers mit einem ADC einzulesen muss ich einen Spannungsteiler bauen. Zusätzliche Widerstände würden aber die Korrekturen in der DJet stören, da hierdurch im Steuergerät eine falsche Temperatur angenommen würde. Kann ich diesen Knoten im Kopf auflösen? Jetzt dachte ich mir, dass doch im Steuergerät selbst bereits eine Art Spannungsteiler realisiert sein müsste. Wenn ich jetzt die konstanten (?) Widerstandswerte dieses Spannungsteilers kennen würde könnte ich die Spannung am Sensoreingang abgreifen und auf den Widerstand des Fühlers schließen. Liege ich hier richtig oder habe ich noch einen Denkfehler? Wie ermittle ich den internen Widerstand?

Viele Grüße
Florian

Hallo Florian,

eine interessante Frage, über die ich mir auch schon mal den Kopf zerbrochen hatte. Letzten Endes ist das Problem, dass der Spannungsteiler in den Steuergeräten nicht identisch ist. Sprich der Einfluss des NTC 2 (Motortemperaturfühlers) auf den Pulsweitenmodulator ist je nach Steuergerät unterschiedlich. Damit ist so eine einfache Spannungsmessung nicht möglich. Oder umgekehrt müsste man dann mit jedem Steuergerät abgleichen, welche Messspannung welchen Widerstand und damit welche Temperatur bedeutet. Das war mir dann doch zu viel Aufwand. Und ein 12 Bit ADC müsste es auch mindestens sein, um den hohen Stellbereich des NTC2 abzubilden.

Hallo Volker,

das wusste ich nicht. D.h. die Widerstände im Steuergerät können auch trotz gleicher Bosch Teilenummer variieren? Wie groß sind hier die Toleranzen? Sind sie aber einmal abgeglichen, wären sie dann während des Betriebs konstant?

Kannst Du mir einen Tipp geben, wie ich den internen Widerstand meines Steuergeräts vor dem NTC2 ermitteln kann? Einfach den Widerstand zwischen Pin 16 (Spannungsversorgung Steuergerät) und Pin 23 Kühlmittelsensor NTC2 messen oder muss ich direkt auf der Platine messen?

Meine Idee für die Messschaltung habe ich als Zeichnung angehängt. Zur Erhöhung der Genauigkeit werde ich meinen MCP3008 gegen einen MCP3208 austauschen. Der schafft 12 Bit.

Hallo Florian,

also je Steuergerätetyp (und für Deinen 250 CE gab es alleine 3) können sie prinzipiell variieren. Daneben gibt es noch eine Abstimmung, um den Einfluss des Temperaturfühlers auf den PWM abzustimmen. Der ist dann für jedes einzelne Steuergerät spezifisch. Er wird aber weniger Einfluss auf die zu messende Spannung am NTC2 haben.

Nur eine Messung, die für alle D-Jetronic Steuergeräte von BMW bis Volvo gültig ist, wirst Du so nicht machen können. Willst Du nur Dein eigenes Steuergerät während der Fahrt messen, ist das was anderes. Dann nimmst Du das raus und misst die Spannung mit verschiedensten Messwerten einmal durch.

Aber auch das macht Probleme. Denn die Spannung im Fahrzeug ist nicht immer gleich. Sie variiert zwischen 12 und 14V, je nach Ladezustand der Batterie. Ich denke, das wird alles sehr schwierig. Drosselklappenschalter und Auslösekontakte sind dagegen ein Klacks zu messen.

Hallo Florian,

Das klingt nach einem interessanten Projekt.
Den Gedanken dazu hatte ich durchaus auch schonmal, aber mangels Zeit und Priorität auf die "Wenn-Ich-Mal-Viel-Zeit-Habe"-Liste gesetzt.

Hast Du Dir bezügl "Zwischenstecker" schonmal Norberts Prüfleiste angeschaut?

Ich habe mir daraus und einem Kabelbaumstecker einen einfachen Zwischenstecker gebaut, mit dem man auch im laufenden Betreib messen kann:





Das sollte zumindest für einen provisorischen Aufbau erstmal ein Anfang sein.

Gruß
Phillip

PS: Der Kabelbaumstecker war an einem Steuergerät, was ich mal günstig geschossen habe. Dort hatte jemand den Kabelbaum einfach stumpf abgeschnitten ?!?!
(aber für diesen Anwendungsfall perfekt)

Hallo Phillip, hallo Volker,

danke für die ganzen Anregungen. Ich habe bei Norbert gerade eine Prüfleiste bestellt. Motorleitungssätze inkl. Steuergerätestecker habe ich mir mal zwei Stück ins Lager gelegt. Um diese aber nicht zu beschädigen möchte ich gerne die Kontakte aus dem Stecker auspinnen und neue Leitungen für den Messadapter einpinnen.

Hierfür kann ich die kürzlich von Volker aufgetriebenen Kontakte gut gebrauchten. Welche Leitungen (Querschnitt, Typ) sollte ich verwenden? Ich hoffe ich brauche keine besondere Crimpzange. Ich stelle demnächst mal ein Foto von meiner Zange ein.

Das Steuergerät des 280 CE hat die Teilenummer 0 280 001 008. Davon besitze ich mittlerweile inkl. dem ab Werk im Fahrzeug verbauten Gerät 5 Stück. Die könnte ich schon mal durchprüfen. Noch eine Frage zum Vorgehen:

Messen des Widerstands NTC2 mit Multimeter ohne Steurgerät
Messen der Spannung an Pin 23
Messen der unbelasteten Bordnetzspannung
-> Ermittlung des internen Widerstands

Wiederholung der Messungen in anderen Betriebszuständen und Kühlwassertemperaturen, um sicherzustellen, dass der interne Wiederstand konstant bleibt.

Die Schwankung der Bordnetzspannung kann ich in der Auswertelogik wieder rausrechnen, wenn ich die unbelastete Bordnetzspannung parallel mit erfasse. Das klappt in meinem Simulationsaufbau schon sehr gut: Konstanter Temperaturwert bei simulierten Schwankungen der Bordnetzspannung 12 - 16 V.

Hallo Florian,

auf dem Wege könnte es gehen., wobei Versuch macht kluch, denn da ist ein ganzes Widerstandsnetzwerk. Das Ergebnis wird sich dann aber nur auf die 280er nutzen lassen. Ich würde aber nicht den NTC2 dafür nutzen, sondern eine Widerstandsdekade.

Ich gehe davon aus, dass man die Gabelkontakte mit einer Knipex Preciforce 92 57 34 für unisolierte Falchsteckhülsen 2,8 mm crimpen kann. Ich bekomme meine aber erst die Tage.

Hallo Florian,
ich habe mir auch mal Gedanken zu der Hauptproblematik 'Sensorwerterfassung' gemacht.
Ich gehe mal davon aus, dass Du das nicht dauerhaft verbaut lassen willst....

Für mich stellt sich die Frage, ob man die ganze Problematik nicht dadurch umgehen kann, dass man dem Steuergerät durch feste und / oder variable Widerstände realitätsnahe Widerstandswerte vorgibt, die es zum Betrieb braucht und dann davon isoliert die Sensoren protokolliert.

Den Außentemperatursensor kann man einfach mittels Poti darstellen.
Der Motor erreicht ja recht schnell seine weitgehend konstante Kühlmitteltemperatur, diesen Wert kann man sehr gut mit einem Festwertwiderstand simulieren - dazu noch einen Hilfswiderstand für die Aufwärmphase - und gut.

Dieser Aufbau würde ja vollkommen reichen, um die 'echten' Werte zu protokollieren.

Das finde ich tatsächlich auch interessant - irgendwo liest man immer mal wieder von NTCs, die eben keinen Totalausfall, sondern 'Aussetzer' in irgendwelchen Bereichen zeigen.

Viele Grüße
Norbert

Das Mitschneiden von Widerstands-Veränderungen ist das anspruchsvollste der Logger-Themen, Impulse, Spannungen und Ströme sind ja weniger die Herausforderung.
[Achtung es wird seeehhr elektronisch...]
Ich habe einmal folgende Strategie umgesetzt:
1) Der abzuhorchende Messfühler (NTC) kommt in den einen (linken) Teil einer Wheatsone-Brücke, ein 'elektronisches Potentiometer' (Anfang und Schleifer) in den anderen (rechten) Teil.
2) Die Brückenspannung wird mit einem Komparator abgetastet und erzeugt das Up/Down-Signal für das elektronische Potentiometer.
3) Ein frei laufender Oszillator taktet je nach Veränderungsgeschwindigkeit und Rauschempfindlichkeit das elektronische Potentiometer.
4) Die Takt- und Up/Down-Signale gehen an ein zweites elektronisches Potentiometer, welches an den Eingang der Signalverarbeitung (hier die D-Jetronic) angeschlossen ist.
5) Die Takt- und Up/Down-Signale gehen an ein drittes elektronisches Potentiometer, welches an den Eingang der Loggerschaltung (A/D-Wandler) angeschlossen ist.
6) Zu Beginn wird das Up/Down-Signal für mindestens einen Durchlauf fest auf einen Pegel gezwungen um alle el. Potis zu synchronisieren.
Dieses Prinzip kann um optische Trennung erweitert werden, oder um mehr Ausgangskanäle, um hehr Signalverarbeitungen mit dem selben Widerstandssignal zu 'versorgen'.
Das Prinzip habe ich schon mehrmals Verteilen eines Widerstandswertgebers über lange Strecken verwendet. Leider muss meine Schalung bei der Verwendung für >5 V modifiziert werden (keine el. Potis mit Up/Down verfügbar). Wenn Interesse besteht, kann ich sie gern weiterentwickeln.
Gruß Tim

Hallo Tim,

da hast Du recht. Man muss den eigentlichen Widerstand entkoppeln, messen und dann gegenüber dem Steuergerät mit einem elektronischen Potentiometer simulieren. Problem dabei ist der große Stellbereich von 1:150 und die Auflösung des NTC2. Stellbereich von 190 Ohm bis fast 30 kOhm. Da müsste man schon fast ein 2 kombinierte elektronische Potis nehmen, um das z.B. in 10 Ohm auflösen zu können. Übliche 1024 Bit Auflösung reicht da jedenfalls nicht.

Ihr seht, ich habe dieses Problem schon aus allen Richtungen beleuchtet.

Hallo zusammen,

mein Ansatz wäre eine Entkoppelung der DJetronic und der Messschaltung per Operationsverstärker. Anschließend lese ich die Spannung hinter dem Operationsverstäker mit einem 12 Bit AD-Wandler ein. Mit Hilfe der bekannten internen Widerstände und externen (z.B. Spule im Druckfühler) kann ich über die gemessenen Spannung auf den Widerstand des NTC schließen.

Problematisch wird noch die Dynamik der Spannungspegel die durch schwankende Bordnetzspannung und die Triggerimpulse ausgelöst werden. Richtig lustig wird die Messung der Höhe der Gegeninduktivität der Spulen des Druckfühlers. Evtl. lässt sich der Druck aber auch über eine Zeitmessung des Spannungsabfalls an der Sekundärspule und einer nachgelagerten Kennlinie für Druck über Zeitdauer ermitteln. Hierbei muss dann aber der Einfluss der Außenlufttemperatur auf die Primärspule wieder herausgerechnet werden

Alles in allem ein sehr spannendes Vorhaben ...

Parallel arbeite ich an der Konstruktion eines passenden Buchsengehäuses für Micro Timer II Kontakte damit ich meine Messelektronik sauber an das Steuergerät anschließen kann ohne alte Motorleitungssätze zu schlachten.

Viele Grüße
Florian

Hallo,

ich bekomme demnächst ein Muster des Buchsengehäuses für die Gabelkontakte. Vielleicht wird es ja was.