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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung
zum Überprüfen eines elektrischen
Kopplungszustands zwischen einer induktiven Last und einer Schaltungsanordnung,
die eine erste und eine zweite Koppelstelle umfasst zum Koppeln
mit der induktiven Last.
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Eine
induktive Last ist beispielsweise ein Elektromagnet eines Ventils.
Abhängig
von einer elektrischen Ansteuerung des Ventils bzw. des Elektromagneten öffnet das
Ventil, z.B. durch Anziehen eines Ventilankers, oder schließt das Ventil,
indem der Ventilanker in seine Ausgangslage zurück bewegt wird. Solche Ventile
sind beispielsweise in Fahrzeuggetrieben vorgesehen zum Öffnen oder
Schließen
von hydraulischen Kanälen.
Fahrzeuggetriebe sollen möglichst
ruckfrei und verschleißarm
betrieben werden. Die Ventile des Fahrzeuggetriebes werden dazu
bevorzugt pulsweitenmoduliert angesteuert. Aufgrund der Trägheit des
Ventilankers und abhängig
von einem Tastverhältnis
der pulsweitenmodulierten Ansteuerung kann so ein Durchfluss durch das
Ventil eingestellt werden, der zwischen einem Durchfluss des geschlossenen
Ventils und einem Durchfluss des vollständig geöffneten Ventils liegt.
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Schnellschaltventile
sind so ausgebildet, dass die Trägheit
des Ventilankers klein ist, um ein schnelles Öffnen oder Schließen des
Schnellschaltventils zu ermöglichen.
Das Schnellschaltventil wird beispielsweise für einige Millisekunden dauerhaft
angesteuert, um ein vollständiges Öffnen des
Ventils zu erreichen. Das Schnellschaltventil wird dann pulsweitenmoduliert
so angesteuert, dass das Schnellschaltventil vollständig geöffnet bleibt.
Zum schnellen Schließen
des Schnellschaltventils muss der magne tische Fluss in dem Elektromagneten
des Schnellschaltventils schnell verringert werden. Dazu wird entsprechend
der elektrische Stromfluss durch den Elektromagneten des Schnellschaltventils
verringert.
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Insbesondere
in Kraftfahrzeugen ist es erforderlich, den Kopplungszustand zwischen
dem Elektromagneten des Ventils bzw. des Schnellschaltventils, also
der induktiven Last, und einer Schaltungsanordnung zum Ansteuern
der induktiven Last oder zu einer Steuereinheit überprüfen zu können, damit ein möglichst
verschleißarmer,
ressourcenschonender und emissionsarmer Betrieb des Kraftfahrzeugs
sichergestellt werden kann.
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In
der
EP 0309753 A1 ist
ein Verfahren zum Überwachen
einer induktiven Last offenbart. Ein Messwiderstand ist mit der
induktiven Last in Reihe geschaltet. Der Strom in dem Messwiderstand
wird bei jedem Einschalten der induktiven Last kurz nach dem Einschalten
und kurz nach dem Zeitpunkt, an dem bei einer intakten Schaltung
ein Bezugswert erreicht wird, mit diesem Bezugswert verglichen.
Der Bezugswert ist so gewählt,
dass er bei einer intakten Schaltung bei der ersten Abfrage größer und
bei der zweiten Abfrage kleiner oder gleich dem Strom ist. Ist dies
nicht der Fall, so liegt ein Fehler vor.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die einen elektrischen Kopplungszustand
mit einer induktiven Last zuverlässig überprüft.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zum Überprüfen eines
elektrischen Kopplungszustand zwischen einer induktiven Last und
einer Schaltungsanordnung, die eine erste und eine zweite Koppelstelle
umfasst zum Koppeln mit der induktiven Last. Ein erster Wert einer
Spannung wird zwischen der ersten und der zweiten Koppelstelle erfasst.
Der erste Wert der Spannung wird auf ein Auftreten eines charakteristischen
Spannungsimpulses überprüft, der
durch ein Verringern eines magnetischen Flusses in der induktiven
Last durch steilflankiges Verändern eines
Betrags eines Stromflusses durch die induktive Last auslösbar ist.
Es wird erkannt, dass ein Fehler des Kopplungszustands vorliegt,
wenn der charakteristische Spannungsimpuls nicht innerhalb einer
vorgebbaren Zeitdauer auftritt. Es wird ferner erkannt, dass kein
Fehler des Kopplungszustands vorliegt, wenn der Spannungsimpuls
auftritt.
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Der
charakteristische Spannungsimpuls ist eine Antwort der induktiven
Last auf das steilflankige Verändern
des Stromflusses in der induktiven Last. Die Erfindung beruht auf
der Erkenntnis, dass der charakteristische Spannungsimpuls immer
dann auftritt, wenn der Stromfluss in der induktiven Last steilflankig
verändert
wird. Der Vorteil ist, dass der Fehler des Kopplungszustands zuverlässig erkannt
werden kann, wenn der charakteristische Spannungsimpuls nicht auftritt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Kopplungszustand der induktiven
Last während
des Betriebs überprüfbar ist,
wenn die induktive Last während
des Betriebs so angesteuert wird, dass die steilflankige Veränderung
des Betrags des Stromflusses in der induktiven Last auftritt. Der
Betrieb muss dann für
das Überprüfen des
Kopplungszustands nicht unterbrochen werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beginnt die vorgebbare
Zeitdauer mit dem steilflankigen Verändern des Betrags des Stromflusses.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Zeitpunkt bekannt
ist, zu dem der Betrag des Stromflusses steilflankig verändert wird.
Dadurch braucht der erste Wert der Spannung nur dann erfasst werden,
wenn der charakteristische Spannungsimpuls auftreten kann. Die vorgebbare
Zeitdauer ist vorzugsweise so gewählt, dass der charakteristische Spannungsimpuls
zuverlässig
erfassbar ist. Dadurch ist sichergestellt, dass der Fehler des Kopplungszustands
sehr einfach und zuverlässig
erkannt werden kann, wenn der charakteristische Spannungsimpuls nach
dem steilflankigen Verändern
des Betrags des Stromflusses ausbleibt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst
die vorgebbare Zeitdauer mindestens einen Ansteuerzyklus der induktiven
Last. Ein Ansteuerzyklus beginnt oder endet beispielsweise mit dem
erwarteten steilflankigen Verändern
des Betrags des Stromflusses. Der Ansteuerzyklus kann jedoch auch
anders vorgegeben sein, umfasst jedoch mindestens ein erwartetes
steilflankiges Verändern
des Betrags des Stromflusses. Dadurch ist sichergestellt, dass der
Fehler des Kopplungszustands sehr einfach und zuverlässig erkannt
werden kann, wenn der charakteristische Spannungsimpuls während der
vorgebbaren Zeitdauer ausbleibt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft,
wenn der Zeitpunkt des steilflankigen Veränderns des Betrags des Stromflusses
nicht bekannt ist, der Betrag des Stromflusses jedoch in jedem Ansteuerzyklus
steilflankig verändert
wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird erkannt,
dass der charakteristische Spannungsimpuls auftritt, wenn ein Betrag
des ersten Wertes der Spannung größer ist als eine vorgegebene
Schwellenspannung. Der Vorteil ist, dass ein Ausbleiben des charakteristischen
Spannungsimpulses sehr einfach erkennbar ist. Ferner werden Spannungsimpulse,
deren Betrag kleiner oder gleich der vorgegebenen Schwellenspannung
ist, nicht erfasst. Dadurch kann das Überprüfen des Kopplungszustands besonders
robust gegenüber
Störeinflüssen sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das
steilflankige Verändern
des Betrags des Stromflusses durch die induktive Last ausgelöst durch
ein Unterbrechen eines Stromkreises, in dem die induktive Last angeordnet
ist. Dies hat den Vorteil, dass der Betrag des Stromflusses so sehr
einfach steilflankig verändert
werden kann, beispielsweise durch Öffnen eines Schalters.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die
erste Koppelstelle über
einen Diagnosewiderstand mit einem Diagnosepotenzial elektrisch
gekoppelt. Ein zweiter Wert der Spannung zwischen der ersten und
der zweiten Koppelstelle wird erfasst innerhalb einer weiteren Zeitdauer,
während
der die induktive Last nicht angesteuert wird und während der
die Spannung im Wesentlichen stationär ist. Ferner wird abhängig von
dem zweiten Wert der Spannung eine Fehlerart erkannt. Der Vorteil
ist, dass das Erkennen der Fehlerart so sehr einfach und zuverlässig möglich ist.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das Diagnosepotenzial
zwischen einem Massepotenzial und einem Ansteuerpotenzial der induktiven
Last liegt. Dies ermöglicht
ein zuverlässiges Erkennen
der Fehlerart.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn als die Fehlerart ein
Kurzschluss nach dem Massepotenzial erkannt wird, wenn der zweite
Wert der Spannung kleiner ist als ein vorgegebener unterer Spannungsschwellenwert.
Der Kurzschluss nach dem Massepotenzial kann sehr einfach erkannt
werden, wenn der zweite Wert der Spannung klein ist, z.B. etwa 0
Volt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als
die Fehlerart ein Kurzschluss nach dem Ansteuerpotenzial erkannt,
wenn der zweite Wert der Spannung größer ist als ein vorgegebener
oberer Spannungsschwellenwert. Dies hat den Vorteil, dass der Kurzschluss
nach dem Ansteuerpotenzial sehr einfach erkannt werden kann, wenn
der zweite Wert der Spannung groß ist, z.B. etwa gleich einer
Ansteuerspannung, die abhängig
ist von dem Ansteuerpotenzial.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als
die Fehlerart eine Leitungsunterbrechung zu der induktiven Last
erkannt, wenn der zweite Wert der Spannung innerhalb eines vorgegebenen
Wertebereichs abhängig
von dem Diagnosepotenzial liegt. Ist die Leitung zu der induktiven
Last unterbrochen, so kann die induktive Last den zweiten Wert der
Spannung nicht beeinflussen. Der zweite Wert der Spannung ist deshalb
abhängig
von dem Diagnosepotenzial, nicht jedoch von der induktiven Last.
Der Vorteil ist, dass die Leitungsunterbrechung zu der induktiven
Last so sehr einfach erkannt werden kann, wenn das Diagnosepotenzial
geeignet vorgegeben ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Schaltungsanordnung, eine Steuereinheit und eine induktive Last,
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2a ein
zeitlicher Verlauf einer zweiten Ansteuerspannung,
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2b ein
zeitlicher Verlauf einer Lastspannung,
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2c ein
zeitlicher Verlauf eines Laststroms,
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3 ein
Ablaufdiagramm eines ersten Programms zum Überprüfen eines elektrischen Kopplungszustands,
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4 ein
Ablaufdiagramm eines zweiten Programms zum Überprüfen des elektrischen Kopplungszustands
und
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5 ein
Ablaufdiagramm eines dritten Programms zum Überprüfen des elektrischen Kopplungszustands.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine Steuereinheit 1, eine Schaltungsanordnung, die einen
ersten Schalter 2 und eine erste und eine zweite Koppelstelle
(K1, K2) umfasst, und eine induktive Last 3. Die induktive
Last 3 ist beispielsweise ein Elektromagnet eines Ventils, insbesondere
eines Schnellschaltventils, wie es beispielsweise in Fahrzeuggetrieben
genutzt wird. Die Steuereinheit 1 und die Schaltungsanordnung
bilden eine Vorrichtung zum Überprüfen eines
Kopplungszustands der induktiven Last 3 mit der Schaltungsanordnung.
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Die
Steuereinheit 1 ist beispielsweise ausgebildet zum Steuern
des Fahrzeuggetriebes und gegebenenfalls zum Steuern einer Brennkraftmaschine des
Fahrzeugs oder anderer Komponenten des Fahrzeugs. Die Steuereinheit 1 ist
ferner ausgebildet zum Überprüfen eines
elektrischen Kopplungszustands zwischen der induktiven Last 3 und
der Schaltungsanordnung.
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Die
induktive Last 3 ist über
die erste Koppelstelle K1 und die zweite Koppelstelle K2 mit der Schaltungsanordnung
elektrisch gekoppelt. Die erste Koppelstelle K1 ist über eine
Lastanschlussleitung 4 mit dem ersten Schalter 2 elektrisch
gekoppelt. Die zweite Koppelstelle K2 ist mit einem Massepotenzial 5 elektrisch
gekoppelt. Der erste Schalter 2 ist ferner elektrisch gekoppelt
mit einem Ansteuerpotenzial Ubat, so dass beispielsweise zwischen
dem Ansteuerpotenzial Ubat und dem Massepotenzial 5 eine Batteriespannung
einer Batterie des Fahrzeugs besteht. Die Batteriespannung beträgt z.B.
etwa 12 Volt, kann jedoch auch größer oder kleiner sein.
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Die
Schaltungsanordnung umfasst ferner einen zweiten Schalter 6 und
eine erste Diode 7, die elektrisch zwischen der ersten
Koppelstelle K1 und der zweiten Koppelstelle K2 angeordnet sind.
Der zweite Schalter 6, die erste Diode 7 und die
induktive Last 3 sind somit in einem Stromkreis angeordnet, der
mittels des zweiten Schalters 6 geöffnet, also unterbrochen, oder
geschlossen werden kann. Die erste Diode 7 ist so angeordnet,
dass ein Stromfluss von dem Ansteuerpotenzial Ubat durch den ersten
Schalter 2 und durch den zweiten Schalter 6 hin
zu dem Massepotenzial 5 nicht möglich ist, wenn der erste Schalter 2 und
der zweite Schalter 6 geschlossen sind.
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Die
erste Koppelstelle K1 bzw. die Lastanschlussleitung 4 sind über einen
Diagnosewiderstand 8 mit einem Diagnosepotenzial Udiag
elektrisch gekoppelt. Die erste Koppelstelle K1, die Lastanschlussleitung 4,
der Diagnosewiderstand 8, der erste Schalter 2 und
der zweite Schalter 6 sind ferner elektrisch mit einem
Analogeingang 9 der Steuereinheit 1 gekoppelt.
Die Steuereinheit 1 umfasst einen Analog-Digital-Wandler
A/D, der mit dem Analogeingang 9 gekoppelt ist.
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Die
Steuereinheit 1 kann ferner auch einen Digitaleingang 10 umfassen.
Der Digitaleingang 10 ist über einen ersten Widerstand 11 mit
einem Betriebspotenzial Ucc elektrisch gekoppelt und über eine
Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand 12 und einer
zweiten Diode 13 mit dem Analogeingang 9 elektrisch
gekoppelt. Der erste Widerstand 11, der zweite Widerstand 12 und
die zweite Diode 13 können
auch in der Steuereinheit 1 angeordnet sein. Zwischen dem
Betriebspotenzial Ucc und dem Massepotenzial 5 besteht
eine Betriebsspannung, die z.B. etwa 5 Volt beträgt. Die Betriebsspannung kann
jedoch auch größer oder
kleiner als 5 Volt sein.
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Die
Steuereinheit 1 ist ausgebildet, den ersten Schalter 2 und
den zweiten Schalter 6 anzusteuern. Dazu sind der erste
Schalter 2 und der zweite Schalter 6 mit Ansteuerausgängen der
Steuereinheit 1 elektrisch gekoppelt. Dem ersten Schalter 2 wird von
der Steuereinheit 1 zum Ansteuern eine erste Ansteuerspannung
UD1 zugeführt.
Entsprechend wird dem zweiten Schalter 6 eine zweite Ansteuerspannung
UD2 zugeführt.
Abhängig
von der ersten Ansteuerspannung UD1 bzw. der zweiten Ansteuerspannung
UD2 öffnet
oder schließt
der erste Schalter 2 bzw. der zweite Schalter 6.
Der erste Schalter 2 und der zweite Schalter 6 sind
beispielsweise als Transistoren ausgebildet, insbesondere als Feldeffekttransistoren.
Der erste Schalter 2 oder der zweite Schalter 6 können jedoch
auch so ausgebildet sein, dass diese z.B. jeweils über einen
Ansteuerstrom angesteuert werden, der diesen von der Steuereinheit 1 zugeführt wird.
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Zwischen
der ersten Koppelstelle K1 und der zweiten Koppelstelle K2, also über der
induktiven Last 3, wenn diese elektrisch mit der ersten
Koppelstelle K1 und der zweiten Koppelstelle K2 gekoppelt ist, fällt eine
Lastspannung UL ab, die beispielsweise durch den Analog-Digital-Wandler
A/D der Steuereinheit 1 erfasst werden kann.
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Durch
geeignetes Ansteuern der induktiven Last 3 fließt in dieser
ein Laststrom IL. Abhängig
von dem Laststrom IL existiert in der induktiven Last 3 ein magnetischer
Fluss. Ist der magnetische Fluss in der induktiven Last 3 groß genug,
wird beispielsweise ein Ventilanker des Ventils angezogen, um das
Ventil zu öffnen.
Zum Schließen
des Ventils muss entsprechend der magnetische Fluss in der induktiven
Last so weit verringert werden, dass der Ventilanker nicht mehr
in seiner Position gehalten werden kann und der Ventilanker in eine
Position bewegt wird, in der das Ventil geschlossen ist. Insbesondere
bei Schnellschaltventilen, deren Ventilanker eine geringe Trägheit aufweist,
soll das Öffnen
und Schließen
des Schnellschaltventils besonders schnell erfolgen. Entsprechend
schnell muss der magnetische Fluss in der induktiven Last 3 erhöht bzw.
verringert werden.
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2a zeigt
einen zeitlichen Verlauf der zweiten Ansteuerspannung UD2. Der zweite
Schalter 6 wird zu einem Einschaltzeitpunkt ton geschlossen und
zu einem Ausschaltzeitpunkt toff geöffnet. Der zweite Schalter 6 ist
somit für
eine hydraulische Einschaltzeitdauer Thyon geschlossen, die mit
dem Einschaltzeitpunkt ton beginnt und mit dem Ausschaltzeitpunkt
toff endet. Liegt kein Fehler des Kopplungszustands der induktiven
Last 3 mit der Schaltungsanordnung vor, dann ist der Stromkreis
geschlossen, in dem die induktive Last 3, der zweite Schalter 6 und die
erste Diode 7 angeordnet sind.
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Während der
hydraulischen Einschaltzeitdauer Thyon wird die induktive Last 3 bzw.
das Schnellschaltventil so angesteuert, dass das Schnellschaltventil öffnet und
offen gehalten wird. Nach Ablauf der hydraulischen Einschaltzeitdauer
Thyon, also anschließend
an den Ausschaltzeitpunkt toff, wird das Schnellschaltventil beispielsweise
so angesteuert, dass dieses möglichst
schnell schließt.
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Die
induktive Last 3 bzw. die erste Koppelstelle K1 werden
während
der hydraulischen Einschaltzeitdauer Thyon zeitweise über den
ersten Schalter 2 und die Lastanschlussleitung 4 mit
dem Ansteuerpotenzial Ubat gekoppelt. Der induktiven Last 3 kann
so elektrische Energie zugeführt
werden, wenn kein Fehler des Kopplungszustands vorliegt. Dadurch
resultiert ein Stromfluss durch die induktive Last 3, der
Laststrom IL (2c).
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Entsprechend
der Ansteuerung der induktiven Last 3 über den ersten Schalter 2 variiert
die Lastspannung UL (2b). Der erste Schalter 2 wird zu
dem Einschaltzeitpunkt ton vorzugsweise so lange geschlossen, bis
der Laststrom IL mindestens einen Einschaltstrom Ion erreicht hat.
Bei dem Erreichen des Einschaltstroms Ion ist der magnetische Fluss
in der induktiven Last 3 so groß, dass das Schnellschaltventil öffnet. Der
Laststrom IL kann dann auf einen Haltestrom Ihold verringert werden, der
so groß ist,
dass das Schnellschaltventil geöffnet bleibt.
Das Ansteuern der induktiven Last 3 über den ersten Schalter 2 erfolgt
dann bevorzugt pulsweitenmoduliert mit einer elektrischen Periodenzeitdauer Tel
und einer elektrischen Einschaltzeitdauer Telon. Die elektrische
Periodenzeitdauer Tel soll so klein sein, dass der Ventilanker aufgrund
seiner Trägheit nicht
den durch die Ansteuerung verursachten Schwankungen des magnetischen
Flusses folgen kann. Die elektrische Periodenzeitdauer Tel beträgt z.B.
etwa eine Millisekunde, kann jedoch auch größer oder kleiner sein. Das
Tastverhältnis
oder die elektrische Einschaltzeitdauer Telon sind vorzugsweise
so gewählt,
dass der resultierende Laststrom IL im zeitlichen Mittel über eine
elektrische Periodenzeitdauer Tel dem Haltestrom Ihold entspricht.
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Während der
erste Schalter 2 geöffnet
und der zweite Schalter 6 geschlossen ist, kann der Laststrom
IL der induktiven Last 3 durch die erste Diode 7 und
den zweiten Schalter 6 weiter fließen. Der magnetische Fluss
der induktiven Last 3 wird somit weitgehend aufrecht erhalten
und sinkt nur in Folge von gegebenenfalls vorhandenen ohmschen Verlusten
in dem Stromkreis, die den Laststrom IL verringern.
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Zu
dem Ausschaltzeitpunkt toff soll das Schnellschaltventil schnell
geschlossen werden. Dazu ist es erforderlich, den magnetischen Fluss
in der induktiven Last 3 schnell zu verringern. Dazu werden
der erste Schalter 2 und der zweite Schalter 6 geöffnet. Durch
das Öffnen
des ersten Schalters 2 wird der induktiven Last 3 keine
weitere elektrische Energie zugeführt. Durch das Öffnen des
zweiten Schalters 6 wird verhindert, dass der Laststrom
IL durch die erste Diode 7 und den zweiten Schalter 6 weiterfließen kann,
da der Stromkreis unterbrochen ist. Der Laststrom IL wird dadurch
in sehr kurzer Zeit, beispielsweise einigen Mikrosekunden, also
steilflankig, um einen hohen Betrag verringert, beispielsweise etwa
um den Haltestrom Ihold. Infolgedessen verringert sich auch der
magnetische Fluss in der induktiven Last 3. Durch das steilflankige
Verändern
des Stromflusses und des magnetischen Flusses wird durch die induktive
Last 3 ein charakteristischer Spannungsimpuls 14 erzeugt,
dessen Vorzeichen entgegengesetzt zu dem der Ansteuerspannung ist.
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Der
charakteristische Spannungsimpuls 14 ist die Folge des
Abbaus des magnetischen Flusses in der induktiven Last 3.
Als Spannungsimpuls wird ein zeitlicher Spannungsverlauf bezeichnet,
der von einer neutralen Spannung, beispielsweise 0 Volt, weg gerichtet
ist. Der charakteristische Spannungsimpuls 14 kann schaltungstechnisch
auf eine vorgegebene Grenzspannung Ulim begrenzt sein, z.B. auf –49 Volt.
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Das
Schnellschaltventil wird vorzugsweise so angesteuert, dass ein mittlerer
hydraulischer Fluss durch das Schnellschaltventil einem gewünschten
Durchfluss entspricht. Dazu wird das Schnellschaltventil vorzugsweise
mit einer hydraulischen Periodenzeitdauer Thy angesteuert. Die hydraulische
Periodenzeitdauer Thy entspricht einem Ansteuerzyklus des Schnellschaltventils
bzw. der induktiven Last 3. Durch das Tastverhältnis oder
die hydraulische Einschaltzeitdauer Thyon kann der gewünschte Durchfluss
durch das Schnellschaltventil eingestellt werden. Die hydraulische
Periodenzeitdauer Thy, die elektrische Periodenzeitdauer Tel und die
elektrische Einschaltzeitdauer Telon sind abhängig von der mechanischen bzw.
hydraulischen Auslegung des Schnellschaltventils.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms zum Überprüfen des Kopplungszustands der
induktiven Last 3 mit der Schaltungsanordnung, das beispielsweise
in der Steuereinheit 1 ausgeführt wird. Das Programm wird
mit einem Schritt S1 gestartet, der beispielsweise zum Beginn des
Betriebs des Schnellschaltventils ausgeführt wird. In dem Schritt S1
können
gegebenenfalls erforderliche Vorbereitungsschritte, z.B. ein Rücksetzen
eines Zählers CNT
auf einen neutralen Wert, z.B. auf Null, durchgeführt werden.
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In
einem Schritt S2 wird ein erster Wert UL1 der Lastspannung UL erfasst.
In einem Schritt S3 wird überprüft, ob der
erste Wert UL1 der Lastspannung UL kleiner ist als ein vorgegebener
Schwellenwert Uth. Ist diese Bedingung erfüllt, dann wird in einem Schritt
S4 der Zähler
CNT mit einem neutralen Wert belegt, z.B. mit Null. Das Programm
wird dann in dem Schritt S2 fortgeführt.
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Der
Schritt S2 wird vorzugsweise getaktet ausgeführt. Der Takt ist beispielsweise
durch eine erste Wartezeitdauer TW1 vorgegeben. Die erste Wartezeitdauer
TW1 beträgt
beispielsweise etwa 1 Millisekunde, kann jedoch auch kürzer oder
länger sein.
Die vorgegebene Schwellenspannung Uth ist so vorgegeben, dass die
Bedingung in dem Schritt S3 dann zuverlässig erfüllt wird, wenn der charakteristische
Spannungsimpuls 14 auftritt. Die vorgegebene Schwellenspannung
Uth ist jedoch auch so vorgegeben, dass die Bedingung in dem Schritt
S3 nicht erfüllt
ist, wenn der charakteristische Spannungsimpuls 14 nicht
auftritt und bei gegebenenfalls vorhandenen Störeinflüssen, denen die Schaltungsanordnung
ausgesetzt ist. Die vorgegebene Schwellenspannung beträgt z.B.
etwa –17
Volt, kann jedoch auch größer oder
kleiner sein.
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Ist
die Bedingung in dem Schritt S3 nicht erfüllt, wird in einem Schritt
S5 überprüft, ob der
Zähler CNT
größer ist
als ein vorgegebener Schwellenwert CNT_th. Ist der Zähler CNT
kleiner als oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert CNT_th, dann wird
das Programm in einem Schritt S6 fortgeführt. In dem Schritt S6 wird
der Zähler
CNT erhöht,
z.B. um Eins. Das Programm wird dann, gegebenenfalls nach Ablauf
der ersten Wartezeitdauer TW1, in dem Schritt S2 fortgeführt.
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Ist
der Zähler
CNT in dem Schritt S5 jedoch größer als
der vorgegebene Schwellenwert CNT_th, dann wird in einem Schritt
S7 das Ansteuern des ersten Schalters 2 und des zweiten
Schalters 6, und somit auch der induktiven Last 3,
beendet. Der erste Schalter 2 und der zweite Schalter 6 sollen
dann vorzugsweise geöffnet
sein. Alternativ können
der erste Schalter 2 und der zweite Schalter 6 auch
so angesteuert werden, dass diese geöffnet werden.
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In
einem Schritt S8 wird ein zweiter Wert UL2 der Lastspannung UL erfasst.
In einem Schritt S9 wird anhand des zweiten Wertes UL2 der Lastspannung
UL auf eine Fehlerart des Kopplungszustands der induktiven Last 3 überprüft. Dazu
wird überprüft, in welchem
von drei Wertebereichen der zweite Wert UL2 der Lastspannung UL
liegt. Ist der zweite Wert UL2 der Lastspannung UL klein, beispielsweise
kleiner als 1 Volt, dann wird in einem Schritt S10 ein Kurzschluss
nach dem Massepotenzial 5 erkannt. Ist der zweite Werte
UL2 der Lastspannung UL jedoch groß, beispielsweise größer als
4,5 Volt, dann wird in einem Schritt S11 ein Kurzschluss nach dem
Ansteuerpotenzial Ubat erkannt. Liegt der zweite Wert UL2 der Lastspannung
UL jedoch in einem Wertebereich zwischen beispielsweise 1 Volt und
4,5 Volt, dann wird in einem Schritt S12 eine Leitungsunterbrechung
zu der induktiven Last 3 erkannt. Nach dem Schritt S10,
S11 oder S12 kann in einem Schritt S13 das Ansteuern des ersten
Schalters 2 und des zweiten Schalters 6 wieder
aufgenommen werden und das Programm, gegebenenfalls nach Ablauf
der ersten Wartezeitdauer TW1, in dem Schritt S2 fortgeführt werden.
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Die
drei Wertebereiche, kleiner als 1 Volt, größer als 4,5 Volt und zwischen
1 Volt und 4,5 Volt sind vorzugsweise abhängig von dem Diagnosepotenzial
Udiag bzw. der Diagnosespannung vorgegeben. Vorzugsweise ist der
Diagnosewiderstand 8 hochohmig gegenüber der induktiven Last 3,
die auch einen ohmschen Widerstand umfassen kann. Wenn der erste
Schalter 2 geöffnet
ist und wenn kein Fehler des Kopplungszustands der induktiven Last 3 vorliegt,
dann fällt
die Diagnosespannung im Wesentlichen über dem Diagnosewiderstand 8 ab
und die Lastspannung UL ist klein, beispielsweise kleiner als 1
Volt. Bei einem Kurzschluss nach dem Massepotenzial 5 fällt die
Diagnosespannung ebenfalls im Wesentlichen über dem Diagnosewiderstand 8 ab,
so dass die Lastspannung UL klein ist, beispielsweise kleiner als
1 Volt.
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Bei
einem Kurzschluss nach dem Ansteuerpotenzial Ubat hat die Lastspannung
UL jedoch einen hohen Wert, der durch die Ansteuerspannung vorgegeben
ist. Ein solcher Kurzschluss nach dem Ansteuerpotenzial Ubat kann
beispielsweise auch durch eine Funktionsstörung des ersten Schalters 2 gegeben
sein, indem der erste Schalter 2 auch dann geschlossen
ist, wenn der erste Schalter 2 so angesteuert wird, dass
dieser geöffnet
sein müsste.
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Bei
einer Leitungsunterbrechung zu der induktiven Last 3 wird
die Lastspannung UL im Wesentlichen durch die Diagnosespannung Udiag
vorgegeben. Deshalb wird das Diagnosepotenzial Udiag vorzugsweise
so vorgegeben, dass es zwischen dem Massepotenzial 5 und
dem Ansteuerpotenzial Ubat liegt. Gegebenenfalls ist zu berücksichtigen,
dass die Steuereinheit 1, die ausgebildet ist, den zweiten
Wert UL2 der Lastspannung UL zu erfassen, den Wertebereich zwischen
dem Massepotenzial 5 und dem Ansteuerpotenzial Ubat nicht
vollständig
erfassen kann. Beispielsweise beträgt die Batteriespannung 12
Volt. Der Analog-Digital-Wandler A/D der Steuereinheit 1 kann
jedoch gegebenenfalls nur Spannungen zwi schen 0 Volt und 5 Volt
erfassen. Dann ist es erforderlich, dass die Diagnosespannung bzw.
das Diagnosepotenzial Udiag so gewählt ist, dass dieses innerhalb
des durch den Analog-Digital-Wandler A/D erfassbaren Wertebereichs
liegt. Die Diagnosespannung beträgt
dann beispielsweise 2,5 Volt.
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Der
zweite Wert UL2 der Lastspannung UL kann alternativ zu dem Analog-Digital-Wandler
auch mittels Schwellenwertschaltern erfasst werden. Die drei Wertebereiche
zur Unterscheidung der Fehlerart sind dann beispielsweise durch
einen unteren Spannungsschwellenwert, z.B. 1 Volt, und durch einen oberen
Spannungsschwellenwert, z.B. 4,5 Volt, vorgegeben. Abhängig von
dem zweiten Wert UL2 der Lastspannung UL schalten die Schwellenwertschalter
bei Über-
oder Unterschreiten des jeweiligen Spannungsschwellenwerts. Der
Wertebereich, der dem zweiten Wert UL2 der Lastspannung UL zugeordnet
ist, ist dann durch einen Schaltzustand der Schwellenwertschalter
gegeben.
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Der
erste Wert UL1 der Lastspannung UL kann mit dem Analog-Digital-Wandler A/D
erfasst werden, wenn dieser geeignet ausgebildet ist, d.h. der Analog-Digital-Wandler
A/D einen geeigneten Wertebereich zum Erfassen des charakteristischen Spannungsimpulses 14 aufweist,
oder über
einen Schwellenwertschalter, der durch den ersten Widerstand 11,
den zweiten Widerstand 12 und die zweite Diode 13 gebildet
ist. Der erste Widerstand 11 und der zweite Widerstand 12 bilden
einen Spannungsteiler. Die geteilte Spannung wird dem Digitaleingang 10 zugeführt. Der
Spannungsteiler ist so ausgebildet, dass an dem Digitaleingang 10 bei
Auftreten des charakteristischen Spannungsimpulses 14 ein
digitaler Low-Pegel erzeugt wird und anderenfalls, wenn der charakteristische
Spannungsimpuls 14 nicht auftritt, ein digitaler High-Pegel
erzeugt wird. Die vorgegebene Schwellenspannung Uth kann durch geeignetes Ausbilden
des Spannungsteilers vorgegeben werden. Der Vorteil ist, dass der
Analog-Digital-Wandler A/D nicht zum Erfassen negativer Spannungen
ausgebildet sein muss, um ein Erfassen des charakteristischen Spannungsimpulses 14 zu
ermöglichen.
Das Auftreten des charakteristischen Spannungsimpulses 14 kann
in dem Schritt S3 einfach durch Abfragen des Zustands des Digitaleingangs 10 erfasst werden.
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Der
vorgegebene Schwellenwert CNT_th des Zählers CNT ist vorzugsweise
abhängig
von dem Ansteuerzyklus bzw. der hydraulischen Periodenzeitdauer
Thy vorgegeben. Die Bedingung in dem Schritt S5 ist bevorzugt dann
erfüllt,
wenn mindestens die hydraulische Periodenzeitdauer Thy verstrichen
ist.
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In 4 ist
das Ablaufdiagramm eines zweiten Programms zum Überprüfen des Kopplungszustands zwischen
der Schaltungsanordnung und der induktiven Last 3 dargestellt,
das in einem Schritt S14 beginnt. In einem Schritt S15 wird der
erste Wert UL1 der Lastspannung UL erfasst. Vorzugsweise wird der Schritt
S15 innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer erfasst, die mit dem steilflankigen
Verändern
des Betrags des Stromflusses beginnt, also mit dem Ausschaltzeitpunkt
toff. Der erste Wert UL1 der Lastspannung UL wird bevorzugt zu einem
Zeitpunkt erfasst, zu dem der charakteristische Spannungsimpuls 14 zuverlässig erfassbar
ist, wenn der Kopplungszustand der induktiven Last 3 keinen
Fehler aufweist.
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In
einem Schritt S16, der dem Schritt S3 entspricht, wird überprüft, ob der
erste Wert UL1 der Lastspannung UL kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert
Uth. Ist diese Bedingung erfüllt,
dann wird das Programm in dem Schritt S15 fortgeführt. Ist die
Bedingung jedoch nicht erfüllt,
dann wird das Programm in einem Schritt S17 fortgeführt. In
dem Schritt S17 wird die Abarbeitung des Programms für eine zweite
Wartezeitdauer TW2 ausgesetzt. Die zweite Wartezeitdauer TW2 ist
vorzugsweise so vorgegeben, dass ein gegebenenfalls vorhandener Spannungsimpuls,
der jedoch die Bedingung in dem Schritt S16 nicht erfüllt, abgeklungen
ist, der erste Schalter 2 und der zweite Schalter 6 nicht
angesteuert sind und die Lastspannung UL im Wesentlichen stationär ist. Die
zweite Wartezeitdauer TW2 beträgt beispielsweise
wenige Millisekunden.
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Nach
Ablauf der zweiten Wartezeitdauer TW2 wird in einem Schritt S18
der zweite Wert UL2 der Lastspannung UL erfasst. In einem Schritt
S19 wird der zweite Wert UL2 der Lastspannung UL überprüft. Abhängig von
dem zweiten Wert UL2 der Lastspannung UL wird in einem Schritt S20
der Kurzschluss nach dem Massepotenzial 5, in einem Schritt S21
der Kurzschluss nach dem Ansteuerpotenzial Ubat oder in einem Schritt
S22 die Leitungsunterbrechung zu der induktiven Last 3 erkannt.
Die Schritte S19, S20, S21 und S22 entsprechen den Schritten S9,
S10, S11 und S12.
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Die
durch die Ablaufdiagramme des ersten Programms und des zweiten Programms
dargestellten Verfahren zum Überprüfen des
Kopplungszustands der induktiven Last 3 sind geeignet,
während des
regulären
Betriebs der induktiven Last 3 bzw. des Schnellschaltventils
durchgeführt
zu werden. Das Ansteuern des ersten Schalters 2, des zweiten
Schalters 6 oder der induktiven Last 3 müssen nicht
geändert
werden, um den Kopplungszustand der induktiven Last 3 mit
der Schaltungsanordnung überprüfen zu können.
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Ein
drittes Programm, dessen Ablaufdiagramm in 5 dargestellt
ist, ist im Gegensatz dazu geeignet, beispielsweise bereits vor
dem regulären Betrieb
ausgeführt
zu werden. Das Programm wird in einem Schritt S23 gestartet. In
einem Schritt S24 wird ein dritter Wert UL3 der Lastspannung UL
erfasst. In einem Schritt S25 wird der dritte Wert UL3 der Lastspannung
UL überprüft. Abhängig von
dem dritten Wert UL3 der Lastspannung UL wird in einem Schritt S26
der Kurzschluss nach dem Ansteuerpotenzial Ubat oder in einem Schritt
S27 die Leitungsunterbrechung zu der induktiven Last 3 erkannt.
Die Schritte S25, S26 und S27 entsprechen den Schritten S9, S11
und S12. Nach dem Schritt S26 oder S27, oder wenn der dritte Wert
UL3 der Lastspannung UL kleiner ist als z.B. 1 Volt, wird das Programm
in einem Schritt S28 beendet. In dem Schritt S28 kann gegebenenfalls,
insbesondere wenn kein Fehler des Kopplungszustands erkannt wurde,
der reguläre
Betrieb begonnen werden und beispielsweise der Schritt S1 oder der
Schritt S14 ausgeführt
werden.