用於測量和/或生成電氣變量的設備和方法

2023-05-05 03:59:41 1

專利名稱：用於測量和/或生成電氣變量的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測量電氣變量的設備和方法，包括至少一個能與要測試的電子裝置連接的外部測量端子。本發明還涉及一種用於測量要測試的電子裝置的電信號的電氣變量的方法，其中要測量的信號被施加到測量設備的外部測量端子上。本發明還涉及一種用於生成電氣變量的設備，包括至少一個能與要測試的電子裝置連接的外部端子。此外，本發明還涉及一種用於藉助於至少一個生成裝置生成電氣變量的方法，其中生成裝置具有至少一個與要測試的電子裝置連接的外部端子。
背景技術：
用於測量電氣變量的設備構成經常在慣用語言中也被稱為測量通道(Messkanal) 的結構。其中，術語「測量通道」是指一種電子部件裝置，其中測量通道在輸入側具有要測量的電信號能被施加到的測量端子，並且在輸出側例如在輸出端子上或在能讀取的存儲器中或通過其他方式提供測量值。類似地，用於生成電氣變量的設備是指經常在慣用語言中也被稱為生成通道 (Erzeugungskanal)的結構。在本發明的意義上是指一種電子部件裝置，在輸入側將信息 (例如值或電信號)提供給該電子部件裝置，並且該電子部件裝置在輸出側具有輸出端子， 在該輸出端子能分接(abgreifbar)由該信息構成的信號。開頭所述設備或方法可以被用於測試各種類型的電氣或電子設備。在一在此優選的示例性應用中，測試機動車的控制器。這個具體應用對後面介紹的本發明沒有任何限制作用，並且僅僅作為示例用於介紹功能。只要在一例子中提到了應用到機動車控制器，該例子應一般性地理解為也用於任何其他類型的電子裝置。在現有技術中例如已知在仿真環境中測試機動車控制器，以便仿真地對機動車控制器在以後實際的真實運行中的性能特性進行檢驗。這樣的測試在本領域中被稱為HILjP 硬體在環(Hardware in the Loop)。其中，對於機動車控制器的這樣的測試重要的是這樣的機動車控制器被從外部施加以以特定的電氣變量，例如施加以在機動車行駛時在具體的實際運行中所產生的電氣變量。例如可以是由特定傳感器、能操縱的元件等提供的電氣變量。其中通常規定機動車控制器根據輸入量在處理之後提供或甚至與輸入量無關地提供輸出量，輸出量在測試的情況下要被採集和分析。總之，對於執行這樣的測試重要的還有一方面將電氣變量在輸入端提供給機動車控制器，並且另一方面從機動車控制器的輸出端採集並且分析電氣變量，尤其地，在仿真的情況下進行對輸入量的提供，並且也在仿真的情況下進行對輸出量的處理。在這裡介紹的發明中，電氣變量是指由變量值和變量類型表示的這樣的變量。通常的變量類型例如可以但不僅僅由電流、電壓、電阻等來給出。在本發明的範圍中還可以處理一般性的物理量，甚至非電氣類型、但是在技術上通過電氣變量來表示的物理量。例如，在測試機動車控制器時可以通過相應的電氣變量類型表示例如變量類型力、扭矩、重量、長度、時間、角度等，例如通過以下方式測量這樣的變量類型的傳感器提供電氣變量形式(例如作為電壓或者電阻或者甚至電流)的與該變量成比例的相應輸出信號。此外，變量值通過數值和單位來給出。例如，3安培的電流表示變量類型為電流、變量值由數值3和單位安培構成的物理量。類似地，這也適用於任何其他物理量，尤其是電氣變量。因為不同物理量、尤其是電氣變量顯然只能通過不同措施來生成或測量，所以在現有技術中已知使用適合於具體變量類型的設備來測量或生成特定的物理或電氣變量。用於測量或生成特定物理或電氣變量的多個這樣的設備經常在數據處理卡的一個共用接口卡或插拔卡上來實現。這意味制，在測試電氣裝置(例如機動車控制器)時，必須提供多個不同的設備以便能夠處理在測試期間出現的多個不同的要測量或甚至要生成的物理量、尤其是電氣變量。因此，迄今為止的測試結構特別複雜，並且分別單獨地與要解決的仿真任務相適配。因此，已知的測試設備非常昂貴、是成本密集的並且不靈活，因為它們只能用於具體要觀察的仿真任務。如果在仿真中應觀察其他方面，則必須改變相應的測試設備並且將其與新任務適配，這同樣是昂貴的和成本密集的。用於測量或生成一特定物理或電氣變量的通道在一個卡上可能還保持為沒使用過，但是必須使用具有可能同樣多餘的用於測量或生成另一物理或電氣變量的另一個卡， 因此系統的空間消耗和費用增加了。此外，在現有技術中迄今認為非常不利的是甚至上級的數據處理設備尤其是在其上運行的程序中必須具有相應適配的接口，以便能夠應對不同變量類型的物理量(尤其是電氣變量)的測量值，以及還以便能夠在可能的情況下仿真地提供不同變量類型。

發明內容
因此，本發明的任務在於提供一種設備和方法，利用其可以簡化對不同電氣變量的操控以測量和生成電信號的電氣變量。尤其地，還應當簡化用於進一步處理所測量的電氣變量或用於生成特定電氣變量而串聯在下遊或上遊的數據處理。有利地，應降低接線開銷(Verschaltungsaufwand)，方法是減少迄今位置對於不同任務所需要的電氣端子(輸入端/輸出端)或甚至通道的所需數量。根據第一方面，該任務通過開頭所提到的用於測量電氣變量的設備或方法來實現，其中設置有轉換器，該轉換器被設置為將要測量的不同變量類型(尤其是變量類型電流和/或電壓和/或電阻)的多個經由測量端子測得/能測量的測量變量轉換為一個預先指定/能預先指定的變量類型(尤其是變量類型電壓)的相應電氣測量變量，其中設置有用於控制轉換器的控制裝置，並且藉助於控制能選擇至少一個要以轉換器測量的變量類型，並且轉換器對於至少兩個要測量的變量類型分別具有至少一個獨立的輸入級，藉助於輸入級，要測量的變量類型的測量變量能被採集並且能被轉換為一預先指定/能預先指定的變量類型，其中轉換後的該預先指定/能預先指定的變量類型的測量變量在輸入級的信號輸出端被提供。因此，在這裡對於根據本發明類型的這樣的設備或方法一重要的思想還在於執行歸一化或標準化，即藉助於設備的轉換器將多個、尤其上前後相繼的多個經由同一測量端子測得或能測量的不同的要測量的變量類型的測量變量轉換為僅僅一個預先指定/能預先指定的變量類型的相應電氣測量變量。這樣的設備或方法由於進行到一變量類型的歸一化而具有高的靈活性，因為在輸入側可以採集一裝置(例如機動車控制器)的電信號的任意電氣變量，但是在該裝置內或者甚至在輸出側或甚至對於後續的進一步處理與進入的變量類型無關地總是提供同一變量類型的變量。因此例如可以規定藉助於根據本發明的設備或按照方法將變量類型電流、電壓、 電阻或其他電氣輸入變量類型的輸入量總是轉換為變量類型電壓的變量。設備中後面的所有部件於是僅僅還需要涉及對該變量類型電壓的電氣變量進行處理，這顯著地簡化了後續處理，並且還以簡單的方式將其可靠地與不同處理類型選擇性地組合。其中此外還可以規定利用轉換器將位於輸入側特定數值範圍內的輸入側變量值轉換為預定的輸出側數值範圍中。例如可以規定在輸出側根據輸入側要測量的電氣變量始終提供0到5伏特範圍中的電壓。於是因而對於變量類型、並且優選地在還有變量值的生成中進行轉換或歸一化。在這種情況下，這樣的設備或所述方法具有以下優點對裝置(例如機動車控制器)的所測得的電氣變量進行進一步處理的上級數據處理設備例如在仿真中不再如現有技術中那樣必須提供不同類型的接口，相反在當前的情況下藉助於一個數據處理設備只能處理一個預先指定或能預先指定的特定變量類型(例如變量類型電壓)的輸入量就足夠了，尤其是以進一步的措施只在規定的數值範圍(例如從0到幻中提供變量。因此在與根據本發明類型的設備協同工作以及/或者單獨地或與這樣的設備一起執行根據本發明的方法的數據處理設備中節省了用於存儲空間和處理器負荷以及用於硬體部件的很大的資源。此外還提供了新的交互或縮減擴展(Skalierbarkeit)可能性，因為具有一個特定接口的數據處理設備可以與多個根據本發明的設備以相同的方式協作。對於根據本發明的設備或根據本發明的方法，還設置有用於控制轉換器的控制裝置，其中藉助於控制能選擇至少一個要用轉換器測量的變量類型。因此存在以下可能性通過例如可以在控制裝置內運行的軟體(例如由上級數據處理設備存入到控制裝置中並啟動的軟體)，或者還通過編程的邏輯門(FPGA)及其功能單獨地確定在一特定時刻為了測量目的選擇什麼變量類型。因此可以使用用於測量電氣變量的同一設備來在一特定時間對於第一變量類型測量電信號並且在另一時刻對於另一電氣變量類型測量電信號。此外，在本發明中對於設備和方法規定轉換器對於要測量的至少兩個不同的變量類型分別具有至少一個獨立的輸入級。因此，利用這些獨立的輸入級中的每一個可以採集確定的變量類型的測量變量並且將其轉換/歸一化為預先指定/能預先指定的變量類型的測量變量，其中然後規定轉換後的測量變量在相應輸入級的信號輸出端以這個給定的變量類型準備就緒供進一步處理。因此存在以下可能性除了設置的不同輸入級在時間上先後地切換(時分復用)之外，還使得能夠實現至少兩個輸入級的並行工作，即所有設置的輸入級中至少兩個可以並行工作，其中在並行工作中還可以規定這些輸入級同時分別在其信號輸出端提供其各自的轉換後的相同的預先指定/能預先指定的變量類型的測量變量。因此例如存在以下可能從在電氣裝置(控制器)中在測量端子提供的一電信號並行地針對至少兩個不同的標準對該信號進行研究。例如，如果在該示例中在設備中設置有用於一方面以一輸入級測量電壓並且另一方面以另一輸入級測量電流的至少兩個輸入級，則可以既採集測量端子上的電壓又採集流經測量端子的電流，其中這兩個測量變量根據本發明被轉換為預先指定或能預先指定的測量變量。在一擴展方案中，除了用於要測量的不同變量類型的不同類型的輸入級之外還可以規定轉換器對於至少一個(優選是每一個)要測量的變量類型具有至少兩個分別具有不同電氣功能/功能性的獨立的輸入級，藉助於其能分別採集要測量的變量類型的相同測量變量並且能將其轉換為該預先指定/能預先指定的變量類型的測量變量。例如，不同的功能/功能性可以被視為不同輸入級被設置為非常準確地採集變量、非常快速地採集變量、以不同方式對變量濾波等。例如，一輸入級還可以被設置為數字地採集測量變量，而另一輸入級被設置為以模擬方式採集測量變量。還存在以下可能在同一變量類型中針對不同標準對電信號進行分析，例如如果設置有用於採集電信號的電壓的模擬輸入級並且同時設置有用於採集電壓的數字輸入級的話。信號例如可以利用數字輸入級特別快速和時間分辨地(zeitaufgelost)被採集，而在模擬輸入級中可以規定對所施加的電信號進行濾波並且因此對於期望的電氣變量 (如在該示例中是電壓)採集濾波後的電氣輸入信號。當然這個示例並不僅僅適用於採集電壓作為測量變量，而是也適用於任何其他類型的測量變量。在方法以及設備的一有利擴展方案中，還可以規定設備包括至少兩個信號分析單元，並且根據方法，藉助於這至少兩個信號分析單元對轉換後的預先指定/能預先指定的變量類型的測量變量針對期望的或選擇的技術標準進行分析或處理或者能進行分析/ 處理，其中為每個信號分析單元分配不同技術標準。不同技術標準可以例如在以下中看出對轉換後的預先指定/能預先指定的變量類型確定數值的變量值。根據另一技術標準，變量值例如可以與比較值進行比較，比較值在設備中規定並且在可能的情況下是能改變的。在這裡可以考慮任何技術標準。特別有利的是，信號分析單元能選擇性地通過藉助於控制單元的控制而轉接到至少兩個信號輸出端之一上，其中為每個信號輸出端分配不同輸入級。因此在這裡又還存在以下可能在時間上先後將同一信號分析單元連接到不同輸入級(時分復用)並因此在一示例性應用中在第一情形下確定所測得的電壓的變量值並且在第二情形下確定所測得的電流或電阻等的變量值，其中在另一應用中還提供了以下可能同時藉助於不同的信號分析單元對不同的技術/電氣標準執行並行檢查，例如測量絕對量以及與比較值進行比較。因此有利地，至少兩個信號分析單元可以同時被並行運行，並且將其各自的分析或處理結果提供給控制單元。在這樣的控制單元中，該結果可以被存儲，例如還用於讀取或用於轉發到上級數據處理設備，以便因此在仿真中被使用。
在這種情況下可以還根據其他參數來存儲每個信號採集單元的分析和/或處理結果，例如根據實際地或者甚至通過仿真由根據本發明的設備的數據處理裝置或在本方法中所提供的時間或還有發動機旋轉角。除了採集不同電氣變量之外，在本發明中根據另一方面還提出了提供一種設備和方法，藉助於其還可以生成具有或表示所期望的電氣變量的電信號以實現本發明的任務。 可以生成這樣的信號，以便將其提供給電氣或電子裝置(尤其是機動車控制器)，並且因此為這樣的裝置形成輸入量，要測試的裝置例如根據其進行進一步處理並且在可能的情況下提供反饋信號。為了在這裡還實現根據本發明的高靈活性，在設備或方法中設置有轉換器，轉換器被設置為將單個預先指定/能預先指定的變量類型(尤其是變量類型電壓)的施加於其輸入端的電氣變量轉換為能從能生成的多個不同變量類型(尤其是變量類型電流和/或電壓和/或電阻)中選定的變量類型的變量，並且通過端子將其輸出，其中設置有用於控制轉換器的控制單元，並且藉助於控制能選擇利用轉換器要生成的變量類型，並且轉換器對於至少兩個要生成的變量類型分別具有至少一個獨立的輸出級，藉助於輸出級能根據預先指定/能預先指定的變量類型的電氣變量輸出要輸出的變量類型的電氣變量，該電氣變量在輸出級的輸出端被提供。以與前面所述的在輸入側採集電信號類似的方式，根據本發明的設備或所述的方法在輸出側同樣對要使用的變量類型進行轉換或歸一化。總是規定根據本發明的生成設備被施加以僅僅單一變量類型的電氣變量並且根據本發明通過選擇來確定被轉換的電氣變量是哪種類型的。因此在這裡還存在以下可能以僅僅必須能夠提供一種特定變量類型的變量以便根據這一種電氣變量從一組供選擇的電氣變量中選擇期望輸出的電氣變量的另一上級數據處理設備運行根據本發明的設備。在這裡有還規定根據本發明的設備包括控制單元，控制單元用於控制上述轉換器，以便藉助於控制選擇利用轉換器能生成的變量類型之一。此外還可以規定不僅提供對於變量類型的轉換/歸一化，而是還使用對於變量值的進一步歸一化。在使用電壓作為預先指定的變量類型的相同示例中，在這裡還可以規定使用0到5範圍中的變量值，因此使用0到5伏特範圍內的預先指定的變量類型的電氣變量，以便根據可以在裝置中或甚至外部地生成的這樣的電信號形成同一變量類型或者優選不同變量類型的基本上任意的輸出信號。根據本發明，在這裡還規定轉換器對於至少兩個要生成的變量類型至少分別具有一個獨立的輸出級，藉助於輸出級能根據預先指定/能預先指定的變量類型的電氣變量輸出要輸出的變量類型的期望的電氣變量，這個期望的電氣變量然後在相應的輸出級的輸出端被提供。所有輸出級的所有輸出端可以匯接到一個共同的外部端子，尤其是在輸出級不是同時、而是在時間上先後工作的情況下。於是還可以規定將不使用的輸出級在其輸出端高阻地連接，以便不影響其他輸出級。在這裡還可以規定轉換器的所有現有輸出級的相應輸出端能藉助於開關裝置選擇性地接通到設備的外部端子上或者特定於應用地被轉換，尤其是使得用於生成電氣變量的設備的外部端子在一具體時刻始終只與能選擇的輸出級的正好一個輸出端子連接。因此在選擇要使用的輸出級時也可以進行時間上的復用。在這裡還可以規定藉助於設置在設備中的控制單元在所設置的不同輸出級之間進行轉換。其中，根據對所涉及的輸出級的選擇，在可能的情況下還可以利用預先指定的變量類型的相同電氣輸入量在時間上先後地生成不同的要輸出的變量類型的電氣變量。此外在這裡還可以規定轉換器對於至少一個、優選是每一個要生成的變量類型具有至少兩個獨立的輸出級，其中這些輸出級中每一個都被設置為以不同的電氣標準和/ 或函數生成相同的變量，例如一個輸出級可以被設置為數字地輸出變量，而一個輸出級可以被設置為模擬地輸出變量。此外在有利的實施方式中可以規定根據本發明類型的設備包括至少兩個發生器單元，藉助於發生器單元能夠生成預先指定/能預先指定的變量類型的電氣變量，以便然後對其進行轉換，其中為每個發生器單元分配不同的技術發生類型。例如一個發生類型可以是模擬的，而另一發生類型可以是數字的。在這裡還存在以下可能藉助於控制單元通過控制選擇性地將發生器單元連接到所期望的輸出級的信號輸入端。對發生器單元的選擇同樣可以藉助於控制單元來進行。所選擇的發生器單元據以生成預先指定/能預先指定的變量類型的電氣變量的信息例如可以位於控制單元中和/或從控制單元傳輸到發生器單元中。根據本發明，此外還可以規定用於測量電氣變量的方法以及上述用於生成電氣變量的方法同樣與為其設置的設備一樣藉助於同一設備執行。單一設備因此可以具有上述用於測量電氣變量的設備以及還具有上述用於生成電氣變量的設備。在這種情況下因此該設備可以例如在作為測量設備的功能或作為生成設備的功能之間(或者以開頭所述的理解為測量通道或生成通道)轉換。其中，根據本發明的實施方案還具有以下優點測量和/或生成設備的上述控制單元也可以通過同一共同的控制單元來構造。在這裡可以規定多個測量和/或生成設備具有一個公共的控制單元，在這樣一個控制單元中但是對於每一個設備有各自的能單獨更換的程序運行或者有各自的能單獨更換的門功能(fetterfimktion)運行。但是，組合的測量和生成設備還可以對於測量或生成功能分別具有獨立的控制單元，這些控制單元尤其可以相互通信以進行數據交換，尤其以便將各自的功能相互關聯。測量設備或生成設備各自的控制單元或這兩個設備共用的控制單元根據本發明可以具有微處理器或在FPGA( —部分)中實現的能以軟體編程的處理器單元或被編程/能編程的邏輯門結構(FPGA，也能局部地配置)，並且包括程序存儲器和/或數據存儲器，其中可以規定在該控制單元上運行程序或運行門函數，以選擇性地將信號分析單元或發生器單元與輸入級或輸出級的信號輸出端或信號輸入端之一連接，其中此外還可以規定藉助於一個這樣的控制單元可以進行對輸入級或輸出級以及/或者信號分析單元或發生器單元的參數化。在這裡特別有利的是將關於發動機旋轉角和/或時間的信息(尤其是仿真信息)提供到控制單元，尤其是由上級數據處理設備提供。因此在有利的擴展方案中還存在以下可能控制單元被設置為在測量和/或生成電信號的執行期間改變參數化，尤其是根據發動機旋轉角和/或時間改變參數化。例如可以根據發動機旋轉角和/或時間在執行測量期間中進行與比較值的比較的信號分析單元中改變比較值的變量，以便因此例如在所執行的測量執行中獲得不同的比
較結果。例如可以進行這樣的改變，以便確定燃料噴射的開始和結束，對於燃料噴射在噴射裝置的輸出信號的信號變化曲線中對於不同的時間或發動機旋轉角可能給出顯著的信號變化，尤其是下降沿和/或上升沿，該信號變化因此可以通過在測量期間改變比較值而相互明確清晰地區分。其中此外還存在以下可能設備被設置為根據在所測得或生成的信號中所測得和 /或生成的事件存儲在該事件中佔主導地位的發動機旋轉角和/或時間，和/或將其傳輸到數據處理設備。所存儲的這樣的信息例如可以在仿真中用於對機動車控制器的測試。其中還存在以下可能同時由上述根據本發明類型的多個(尤其是相同類型的) 設備使用控制單元，並且使它們利用總線相互和/或與數據處理設備通信，例如以便因此藉助於上級數據處理設備並行地運行相同類型的根據本發明的不同設備，並且由此再次擴展本來就給出的測量和生成可能性的多樣性。其中可以規定發動機旋轉角和關於時間的信息同時被提供給所有參與的設備。對於一個數據處理設備，可以例如在一個共同的接口卡或插拔卡上實現上述根據本發明的設備中的多個(至少兩個)。這樣的卡於是相應地具有多個測量和/或生成通道。 在這裡可以規定多個測量和/或生成設備具有一個共同的控制單元，在這樣一個控制單元中對於每個設備有各自的能單獨更換的程序運行或者有各自的能單獨更換的門功能運行。各個卡的根據本發明的靈活性使得能夠利用單個接口卡執行不同測量和生成功能以及還改變或更換這些功能。因此在可能的情況下可以節省所需接口卡的數量，並因此也節省費用。分別在變量類型之間進行轉換的上述輸入級以及輸出級可以電子技術地例如通過運算放大器或編程後的邏輯門(FPGA)來實現，尤其地，它們根據具體的轉換任務而外部地布線或配置。在這裡還可能存在以下可能性外部的布線/配置被控制單元改變，並且因此將同一輸入級或輸出級分配給不同的電氣功能。


以下參考附圖介紹本發明。在附圖中圖1示出了用於測量電氣變量的第一設備；圖2示出了用於測量電氣變量的第二可選設備；圖3示出了在測量噴射脈衝中的應用；圖4示出了在與脈寬調製同時的電流測量中的應用；圖5示出了一種用於生成電氣變量的設備；圖6示出了多個並行工作的按照圖5的設備；圖7示出了一種用於生成電氣變量的設備的一個示例；圖8示出了組合使用測量設備和生成設備的一個示例。
具體實施方式
圖1以示意圖示出了根據本發明的設備，如其在開頭所述的那樣用於測量電氣變量，其在慣用語言中構成測量通道。測量通道在這裡在特定部分以及還有在一般性的部分中是指在一側具有測量端子並且在另一側以預處理後的形式提供測量結果以便該測量結果能夠被(例如數據處理設備)進一步處理的任何結構。因此在這裡在圖1中示出的結構表示一測量通道，該測量通道在該示例中從機動車控制器ECU的測量端子1延伸到控制單元2，在控制單元2中利用該設備進行測量技術的採集的結果被存儲在這裡未單獨示出的存儲器中並且被提供以進一步處理。其中進一步及一般性地理解以以下為出發點測量端子1上的電信號始終應當相對於基準來觀察。例如，電壓測量結果總是只對於基準電勢、尤其是地電勢而得到。機動車控制器ECU的測量端子1因此基本上分成承載本來的電信號的導體1以及具有基準(主要是地電勢)的導體la。圖1在這裡示出了根據本發明的設備的內部示例性結構，根據該設備，外部測量端子1引至轉換器3。該轉換器3在本實施方式中具有兩個獨立的輸入級3a和北，在這裡， 在該示例中藉助於輸入級3a進行針對關於在測量端子1上電壓的測量，並且在這裡在這個示例中設置有輸入級北以便採集流經測量端子1的電流。這兩個輸入級3a和3b經由控制線如或4b能被控制單元2選擇和/或能配置/ 能參數化/能縮減擴展。其中選擇可以通過以下方式來進行這兩個輸入級3a和北在時間上先後地例如根據預給定的時間或發動機旋轉角而工作，或者在時間上並行地工作。對於配置/參數化，例如可以由控制單元改變功能性(例如放大、濾波特性曲線)。與該工作方式無關地，在一一般性的實施方式中基本上也還可以多個地設置的輸入級3a和北中每一個在其各自的信號輸出端fe或恥上提供其各自的標準化為相同變量類型的輸出量，其中信號輸出端5a分配給輸入級3a，信號輸出端恥分配給輸入級北。根據本發明，在這裡進行轉換，即在測量端子1所測得的電壓以及所測得的電流通過相應的輸入級被轉換為相同變量類型(例如變量類型電壓)的輸出量。因此在信號輸出端如和恥上分別具有特定量的電壓信號，其中信號輸出端fe上的電壓信號與在測量端子1所測得的電壓成比例，而信號輸出端恥上的電壓與流經測量端子1的電流成比例。顯然，因此圖1所示的根據本發明的方法具有以下特別的優點在處理鏈中跟隨在信號輸出端5a和恥之後的每個電氣部件各自僅僅必須處理相同變量類型(例如在該示例中是變量類型電壓)的電氣變量，這顯著地簡化了根據本發明的設備的進一步接線以及構造。在這裡還可以規定在根據本發明的設備中現在設置不同的信號分析單元6，即在該情形中是兩個分析單元6a和6b。在這種情況下，例如可以設置有信號分析單元6a，以便將位於其輸入端6al的電壓轉換為數字值，並且將其提供給控制單元2。該信號單元例如可以經由控制線4c由控制單元2配置和/或參數化。例如可以設置有信號分析單元6a，以便將其輸入端6bl上的電壓與另一輸入端 6 上的電壓進行比較並且將比較結果(例如信息「大於」或「小於」)傳輸到控制單元2。其中在該實施方式中，信號分析單元各自的輸入端引至能轉換的開關7，以便因此使得能夠根據在這裡示例性地可以來自控制單元2的外部信號為每個信號分析單元的輸入端接通設備提供的每個可能的信號輸出。在該示例中，具體的圖示示出了信號分析單元6a的信號輸入端6al連接到輸入級 3a的信號輸出端5a，同時信號分析單元6b以其輸入端6bl連接到輸入級3a的同一信號輸出端。在該測量時刻，因此可能提供的關於測量端子上電流的信息保持為不被考慮，而關於測量端子上電壓的信息同時針對兩個不同的標準被分析，即一方面信號分析單元6a採集其絕對量並將其提供給控制單元2，並且另一方面藉助於可以表示比較器的信號分析單元 6b執行比較以確定所測得的電壓大於還是小於所提供的可以藉助於控制單元2在這裡尤其是經由數模轉換器8施加到信號分析單元6b的第二輸入端6 上的比較值。因此可以看到，在另一時間或根據另一發動機旋轉角不僅可以通過利用控制線如和4b所進行的選擇來選擇活動的輸入級，而且還可以通過藉助於相應控制線6對開關7進行換接來針對哪個輸入級和所提供的哪個轉換後的測量變量隨後在信號分析中被進一步處理來對設備進行重新配置。與圖1不同，圖2示出了根據本發明的用於測量電氣變量的設備的一有利擴展方案，其中轉換器3中輸入級的數量相對於圖1增加了。其中圖2同樣如圖1那樣示出了用於採集和轉換變量類型電壓和電流的電氣變量，其中在這裡還可以不僅模擬地而且數字地採集各個變量類型。因此在這裡轉換器3總共包括四個輸入級，其中用於採集電壓作為測量變量的輸入級3a被劃分為用於模擬地測量電壓的輸入級3al和用於數字地測量電壓的輸入級3a2。輸入級北被劃分為用於模擬地採集電流的輸入級3bl和用於數字採集的輸入級北2。其中如在一般性部分中所描述的那樣所有輸入級還被設置為對所測得的電氣變量進行採集及轉換為預先指定或能預先指定的變量類型，並且以便因此又在相應的信號輸出端5al、5a2或5bl和5 上提供至少轉換為該變量類型的電氣變量。在沒有如圖1中那樣示出控制線9或如和仙的情況下，在這裡還選擇性地將在這裡與圖1中相同的信號分析單元6a和6b的輸入端6al和6bl連接到信號輸出端5之一。 其中在這裡圖示地只表明了信號分析單元6a可以在信號輸出端5al和5bl之間轉接以及信號分析單元6b只可以在信號輸出端5a2和5 之間轉接。顯然在這裡也可以規定可以將輸入端6al和6bl連接到轉換器3的每個輸入級的基本上所有在設備中提供的信號輸出端5。圖3示出了以下可能性藉助於根據圖1或者還有圖2的設備測量技術地採集發動機控制器的噴射脈衝(Einspritzpuls)。在圖3中示出了在噴射期間在磁性噴嘴上出現的電流變化曲線。示例性地藉助於對根據圖1或圖2的設備的輸入級北的選擇或激活，因此可以測量流經噴嘴的這個電流並且將其施加到該輸入級的信號輸出端恥上作為預先指定的變量類型的電氣測量變量，在這裡例如作為轉換後的或歸一化後的電壓。在圖3中還示出了例如以信號分析單元6a根據時間記錄具體的電流變化曲線並且具體的電流變化曲線具有圖3中所示的變化曲線10。利用同一設備可以通過同時選擇信號分析單元6b還進行比較以確定流經噴嘴的電流或在通過輸入級北進行轉換之後在輸出端恥上的轉換後的歸一化後的電壓是大於還是小於門限值，該門限值由控制單元施加給構成信號分析單元6b的比較器。在這裡可以根據時間為信號分析單元或比較器6b施加不同的門限值，例如首先施加以門限值Il從而比較器在時間點tl或在發動機旋轉角al給出信號，該信號是關於給在電流下降沿被降低到該門限值之下並且因此控制單元2將相應信號或這樣的信息以及發生的相應時間或發動機旋轉角的。在採集到該事件之後，然後例如可以規定由控制單元2將新的門限值在這裡尤其是又經由數模轉換器8施加到比較器，以便因此確定噴射過程什麼時候結束，這通過以下方式而是能檢測的電流變化曲線10在時間點t2或在發動機旋轉角a2降低到電流門限值12之下。該時間或相應的發動機旋轉角a2也可以被存儲在控制單元2中，從而在這裡顯然提供了以下可能經由單個外部端子同時針對不同的標準對電流的信號變化進行檢查並且根據發動機旋轉角和/或時間在信號變化中確定一定的事件，例如在這裡是噴射脈衝的持續時間。該持續時間(即噴射脈衝開始和結束的時間位置以及發動機旋轉角)可以被提供給上級數據處理設備，例如經由數據總線從控制單元2傳送到該數據處理設備。圖4示出了另一應用可能，其中代替圖3所示示例中的輸入級北，現在使用輸入級 3a來進行電壓測量，如圖1或2中所示的那樣。藉助於該輸入級3a，然後在測量中基於其快速性根據圖2在數字部件3a2中確定電壓U的邊沿(如其通過脈寬調製給出的那樣)並且同時利用模擬的電流部件3bl測量電流。其中在該實施方式中，在數字的電壓部件中通過使用比較器6b確定邊沿以及與門限電壓UTH比較之後，確定下降沿出現的時間，並且從此等待一定時間以便然後在下降沿之後在時間點&或tn+1(即始終以等間距的時間間隔) 進行電流測量，為此可以藉助於根據圖2的輸入級3bl和信號分析單元6a正好在該時間點進行電流測量。其中存在以下可能在測量過程執行期間在確定下降沿之後從外面、例如通過加載不同數據到控制單元2中來改變開關門限以及要等待的時間。在這裡通過對圖1、2、3和4的描述還表明利用同一設備僅僅通過內部地轉換設備的相互活動的單元(即所使用的輸入級以及相應使用的信號分析單元)就可以實現完全不同的測量任務。此外，圖5以示意圖示出了根據本發明的用於生成電氣變量的設備。其在本發明中構成生成通道，其中由控制單元2以程序或藉助於門和/或數據存儲器將信息I傳輸到兩個發生器單元6a』、6b』之一，以便利用發生器單元之一生成始終是同一變量單位的電氣變量，並且然後進行轉換。在這裡可以在轉換器3』中選擇電氣輸入量應轉換為多個可能變量類型中的哪個變量類型，以便然後在外部端子1』上進行提供。例如，該外部端子可以與在這裡沒有示出的發動機控制單元連接。與前面的例子中一樣在這裡也規定關於發動機角度和時間的信息同樣可以在控制單元2』中提供，以便可以根據這些信息進行對電信號的生成。這不僅適用於該實施例， 而且完全一般性地適用於根據本發明的兩種設備。在這裡被示意性示出的轉換器3』在這裡可以具有不同輸出級3a』、3b』、3c』和 3d』，這些輸出級能根據來自控制單元2的信息被選擇。因此存在以下可能選擇性地將所提供的預先指定的變量類型的電氣變量轉換為電壓、電流、電阻或者僅僅轉換為開關信號， 即數字輸出信號，如在簡單的情況下的「接通」或「關斷」。其中根據圖5的實施例展示了以下可能性在輸出級3a』到3d』前面可以有兩個不同的發生器單元6a』和6b』，以便在這裡對應以何種方式方法(即模擬地還是數字地)生成相應變量類型的要生成的電氣變量產生影響。利用這兩個不同的發生器6a』和6b』，例如存在以下可能性實現電壓源、電流宿、電阻仿真或開關輸出，進行作為電壓源、電流宿、開關輸出的脈寬調製後的輸出，實現正弦發生器作為電壓源或電流宿，或者多個其他生成類型，例如作為電壓源/電流宿的波表發生器，數字的脈衝發生器，模擬的增量編碼器，數字的增量編碼器，作為電壓源/電流宿的轉速傳感器，電位計，作為電壓源的爆震傳感器等。基本上在這裡還存在以下可能一起使用不止一個根據本發明的設備，如圖5中所示的那樣，以便實現所期望的功能，尤其是例如電位計功能或者還有編碼器功能。其中，不僅對於根據本發明的用於生成電氣變量的設備而且對於根據本發明的用於測量電氣變量的設備提供了將多個根據本發明的設備聯接起來實現單個特定功能的可能性，其中可以規定各個設備經由總線系統相互通信，尤其是為了能夠時間同步地或發動機旋轉角同步地工作。圖6以一個示例示出了用於生成電氣變量的設備的這種聯接。多個設備如針對圖 5中所介紹的那樣在這裡並行地工作，其中各個設備經由總線11』具有通信連接。在每個設備中，藉助於運行的程序或者邏輯門的功能可以生成期望的特定電氣變量。但是各自的這個生成並非是相互無關的、而是通過以下方式相關聯，例如相互同步，即設備的各個控制單元經由總線11』相互通信。因此，進行例如影響所期望的相關聯類型的控制信息的相互信息交換。圖7示出了用於生成電氣變量的設備的一個具體示例。在這裡示出了單個設備， 並且因此在通常的語言中示出了單個生成通道。基本上，圖7在這裡示出了在圖5中抽象描述的設備的具體構造。在這裡可以看至IJ，設置有兩個不同的發生器單元6a』和6b』，它們用於將設置的變量類型的變量提供給轉換器3』的輸出級3a』、3b』、3c』或3d』，在可能的情況下進行了對變量值的進一步歸一化。在這裡，發生器單元6a』具體被構造為數模轉換器，發生器單元6b』被構造為用於快速切換輸出級3d』的快速緩衝器或驅動器。由控制單元2』可以通過控制線12』例如對發生器單元6a』進行參數化或配置，例如還是根據時間或者根據發動機旋轉角而不同地進行參數化或配置。發生器單元6a』和6b』的標準化為預先指定的變量類型的信號在該實施方式中被提供給轉換器3』，並且在那裡被轉換為不同的能選擇的變量類型電信號。各個輸出級3a』、 3b』、3c』、3d』同樣可以藉助於控制單元2』來參數化或配置，這在這裡具體對於輸出級3a』 和3b』通過控制線4a』和4b』來表示。例如通過以下方式來選擇所使用的輸出級這個輸出級被切換為活動的，在可能的情況下是通過在這裡沒有示出的控制線或者通過對電源的開關。在這樣的情況下，在一時間，這多個設置的輸出級中只有一個工作。
還可以規定所有輸出級3a』、b』、c』、d』同時激活並且工作，其中每一個將由其轉換的電氣變量提供在其各自的輸出端子5a』、5b』、5c』、5d』上。於是在這個實施方式中使用以下可能性利用可控制的、例如能通過線路13』控制的開關裝置14』選擇輸出級的輸出端子5』之一，以便將其連接到設備的外部端子1』。轉換後的所選變量類型的電氣變量因此可以被提供給這裡沒有進一步示出的裝置，例如提供給機動車控制器。在圖7的這個示例中表明了 為了具體地實現輸出級，例如使用運算放大器、可變電阻、開關、電晶體等，它們在可能的情況下還具有特定於應用的外部布線。圖8示出了一具體應用示例，其中在仿真以測試機動車控制器時，對進氣量探測器的功能進行檢驗或仿真。在這裡，兩個用於生成電氣變量的設備與一個用於測量電氣變量的設備協同工作。對於這些在這裡示例性示出的三個根據本發明的設備中每一個，在轉換器3或3』 中只示出了具體使用的輸出級或輸入級。但是在本發明的範圍中基本上存在多個可選的輸出級或輸入級。設備I在這裡用於生成電氣變量，即在示例中用於生成電阻值。設備II生成電壓作為電氣變量，設備III用於測量電壓。通過這些設備(通道)各自的輸出端或輸入端的具體選擇的進一步外部電氣接線類型，可以對進氣量探測器的功能進行仿真。因此，可以例如由上級數據處理設備提供兩個值，即例如排氣溫度和排氣中所仿真的氧含量，即λ值。預先確定的溫度被控制單元21換算為電阻值，並且作為仿真的電阻、即作為電阻類型的電氣變量被輸出。λ值影響設備II中電壓生成與設備III中電壓測量之間所形成的控制迴路。各個設備I、II和III通過總線11相互耦接。在這裡可以看到，為了處理特定的仿真任務，用於生成電氣變量的設備和用於測量電氣變量的設備協同工作。
權利要求
1.一種用於測量電氣變量的設備，包括外部的測量端子(1)，所述外部的測量端子能與要測量的電子裝置連接，所述設備包括轉換器(3)，所述轉換器C3)被設置為將要測量的不同變量類型的經由所述測量端子(1)測得的或能測量的多個測量變量轉換為單個預先指定或能預先指定的變量類型的相應電氣測量變量，其中設置有用於控制所述轉換器(3) 的控制裝置(2)，藉助於控制能選擇要利用所述轉換器測量的變量類型中至少一個，並且轉換器(3)對於至少兩個要測量的變量類型分別具有至少一個獨立的輸入級(3a，北)，要測量的變量類型的測量變量藉助於輸入級能被採集並且能被轉換為預先指定或能預先指定的變量類型，其中預先指定或能預先指定的變量類型的轉換後的測量變量出現在輸入級 (3a, 3b)的信號輸出端(5a，5b)上，其特徵在於，針對至少兩個不同的標準通過以下方式對在測量端子(1)上提供的電信號並行地進行檢查至少兩個用於不同的要測量的變量類型的輸入級(3a，3b)在時間上並行地工作， 並且同時分別在信號輸出端( ，5b)提供相同的預先指定或能預先指定的變量類型的各自轉換後的測量變量。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，轉換器(3)對於至少一個要測量的變量類型具有至少兩個獨立的輸入級(3al，3a2，3bl，3l32)，其中一個輸入級(332,; 被設置為數字地採集測量變量，而一個輸入級(3al，;3bl)被設置為模擬地採集測量變量，並且藉助於這些輸入級能分別採集相同的要測量的變量類型的測量變量並且能夠轉換為預先指定或能預先指定的變量類型的測量變量。
3.根據前述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，所述設備具有至少兩個信號分析單元(6a，6b)，轉換後的預先指定或能預先指定的變量類型的測量變量藉助於信號分析單元能根據技術標準被分析或處理，其中為每個信號分析單元(6a，6b)分配不同的技術標準。
4.根據權利要求3所述的設備，其特徵在於，信號分析單元(6a，6b)能選擇性地通過藉助於控制單元(2)的控制而連接到不同輸入級(3a，北)的至少兩個信號輸出端(5a，恥)之一。
5.根據權利要求3或4所述的設備，其特徵在於，至少兩個信號分析單元(6a，6b)同時並行工作或能同時並行工作，並且將其各自的分析或處理結果提供給控制單元(2)。
6.根據前述權利要求之一所述的設備，所述設備包括具有能與要測試的電子裝置連接的外部接頭(1』 )的用於生成電氣變量的裝置，其特徵在於，所述設備包括變換器(3』)，該變換器(3』 )被設置為將其輸入端上的單一預先指定或能預先指定的變量類型的電氣變量轉換為能從能生成的多個不同的變量類型中選擇的一變量類型的變量並且經由所述外部接頭(1』)進行輸出，其中設置有用於控制該變換器(3』)的控制單元(2』)，並且藉助於控制能選擇利用該變換器(3』)要生成的變量類型之一，並且變換器(3』)對於至少兩個要生成的變量類型分別具有至少一個獨立的輸出級(3a』，3b』，3c』，3d』)，藉助於輸出級能根據預先指定或能預先指定的變量類型的電氣變量輸出要輸出的變量類型的電氣變量，要輸出的變量類型的電氣變量在輸出級(3a』，3b』，3c』，3d』 )的輸出端(5a』，5b』，5c』，5d』 )上提 {共。
7.根據權利要求6所述的設備，其特徵在於，變換器(3』)對於至少一個要生成的變量類型具有至少兩個獨立的輸出級(3a』，3b』，3c』，3d』)，這些輸出級(3a』，3b』，3c』，3d』 )中每一個被設置為以不同的電氣標準和/或函數生成相同的變量。
8.根據權利要求7所述的設備，其特徵在於，一個輸出級(3d』)被設置為數字地輸出變量，一個輸出級(3a』，3b』，3c』 )被設置為模擬地輸出變量。
9.根據權利要求6至8之一所述的設備，其特徵在於，所述設備包括至少兩個發生器單元(6a』，6b』)，藉助於發生器單元能生成預先指定或能預先指定的變量類型的電氣變量，其中為每個發生器單元(6a』，6b』 )分配不同的技術生成類型。
10.根據權利要求9所述的設備，其特徵在於，為一個發生器單元分配技術發生類型 「模擬」，為另一發生器單元分配發生類型「數字」。
11.根據權利要求9或10所述的設備，其特徵在於，發生器單元(6a』，6b』)能選擇性地通過藉助於控制單元O』)進行的控制連接到不同輸出級(3a』，3b』，3c』，3d』)的至少兩個信號輸入端之一上。
12.根據前述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，測量通道和/或生成通道的上述控制單元0，2』 )由同一個共同的控制單元(2，2』 )來構成。
13.根據前述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，控制單元(2，2』)包括微處理器和/或能編程的邏輯門裝置以及程序存儲器和/或數據存儲器，並且在該控制單元0，2』) 上有程序運行或有門功能運行以選擇性地將信號分析單元(6a，6b)或發生器單元(6a』， 6b』 )與輸入級(3a，北)或輸出級(3a』，3b』，3c』，3d』 )的信號輸出端(5a，5b)或信號輸出端之一連接以及/或者以對輸入級(3a，北)或輸出級(3a』，3b』，3c』，3d』)以及/或者信號分析單元(6a，6b)或發生器單元(6a』，6b』 )進行參數化。
14.根據前述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，所述設備能在作為測量通道或生成通道的功能之間轉換。
15.根據前述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，在測試用於機動車的控制器時， 由上級數據處理設備將關於發動機旋轉角和/或時間的仿真信息提供給控制單元0，2』)。
16.根據權利要求15所述的設備，其特徵在於，控制設備0，2』)被設置為在信號測量和/或生成的執行期間根據所述發動機旋轉角和/或所述時間改變參數化。
17.根據前述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，所述設備被設置為根據在所測得或生成的信號中所測得和/或生成的事件存儲在該事件中佔主導地位的發動機旋轉角和/ 或時間以及/或者傳輸到數據處理設備。
18.根據前述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，控制單元(2，2』)經由總線(11， 11』 )與至少一個其他的根據前述權利要求之一所述的設備保持通信連接。
19.一種用於測量要測試的電子裝置的電信號的電氣變量的方法，其中該電信號被施加到測量裝置的外部的測量端子(1)，藉助於測量裝置的轉換器C3)將要測量的不同變量類型的經由同一測量端子(1)測得或能測量的多個測量變量轉換為單個預先指定或能預先指定的變量類型的相應電氣測量變量，其中利用控制裝置( 對所述轉換器C3)進行控制，藉助於控制選擇要利用所述轉換器(3)測量的變量類型中至少一個，並且轉換器(3)對於至少兩個要測量的變量類型分別具有至少一個獨立的輸入級(3a，3b)，要測量的變量類型的測量變量藉助於輸入級被採集並且被轉換為預先指定或能預先指定的變量類型，其中預先指定或能預先指定的變量類型的轉換後的測量變量在輸入級(3a，北)的信號輸出端 (5a, 5b)上被提供，其特徵在於，針對兩個不同的標準通過以下方式對在測量端子(1)上提供的電信號並行地進行檢查至少兩個用於不同的要測量的變量類型的輸入級(3a，3b)在時間上並行地工作，並且同時分別在信號輸出端( ，5b)提供相同的預先指定或能預先指定的變量類型的各自轉換後的測量變量。
20.根據權利要求19所述的用於測量要測試的電子裝置的電信號的電氣變量的方法， 並且所述方法用於藉助於至少一個生成裝置生成電氣變量，其中所述生成裝置具有外部接頭(1』)，所述外部接頭(1』)與要測量的電子裝置連接，其特徵在於，藉助於所述生成裝置的變換器(3』 )將所述變換器(3』 )的輸入端上的單一預先指定或能預先指定的變量類型的電氣變量選擇性地轉換為能從能生成的多個不同的變量類型中選擇的一變量類型的變量，並且轉換後的變量類型的電氣變量經由所述外部接頭(1』 )被輸出，其中利用控制單元 (2』 )控制該變換器(3』)，並且藉助於控制來選擇利用該變換器(3』 )要生成的變量類型之一，並且變換器對於至少兩個要生成的變量類型分別具有至少一個獨立的輸出級(3a』， 3b』，3c』，3d』)，藉助於輸出級根據預先指定或能預先指定的變量類型的電氣變量輸出要輸出的變量類型的電氣變量到輸出級(3a』，3b』，3c』，3d』)的輸出端(5a』，5b』，5c』，5d』)上。
全文摘要
一種測量電氣變量的設備，包括外部測量端子能與要測量的電子裝置連接的外部測量端子(1)，所述設備包括轉換器(3)，轉換器(3)被設置為將要測量的不同變量類型的經由測量端子(1)測得或能測量的多個測量變量轉換為單個預先指定或能預先指定的變量類型的相應電氣測量變量，設置有用於控制轉換器(3)的控制裝置(2)，藉助於控制能選擇要利用轉換器測量的變量類型中至少一個，轉換器(3)對於至少兩個要測量的變量類型分別具有至少一個獨立的輸入級(3a，3b)，要測量的變量類型的測量變量藉助於輸入級能被採集並且能被轉換為預先指定或能預先指定的變量類型，預先指定或能預先指定的變量類型的轉換後的測量變量出現在輸入級(3a，3b)的信號輸出端(5a，5b)上，其中針對至少兩個不同的標準通過以下方式對在測量端子(1)上提供的電信號並行地進行檢查至少兩個用於不同的要測量的變量類型的輸入級(3a，3b)在時間上並行地工作，且同時分別在信號輸出端(5a，5b)提供相同的預先指定或能預先指定的變量類型的各自轉換後的測量變量。本發明還涉及該設備的運行方法。
文檔編號G01R15/12GK102472775SQ201080027582
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月30日 優先權日2009年7月13日
發明者A·豪斯特曼, D·哈斯, R·波爾諾 申請人:帝斯貝思數位訊號處理和控制工程有限公司