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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Detektion eines Masseanbindungsverlust, ein Steuergerät für ein Fahrzeug und ein Bremssystem für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Bisherige Schaltungen zur Detektion eines Masseverlusts (Ground Loss Detection, GLD), insbesondere in Steuergeräten bei Bremssystemen in Fahrzeugen, nutzen zwei Widerstände zum Messen von Strömen. In jeder Masseleitung ist dabei einer der Widerstände angeordnet, um eine Fehlfunktion in der redundanten Masseleitungsverbindung zwischen Steuergerät und Karosserie zu erkennen. Siehe dazu
DE 11 2016 002 693 T5 .
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1 zeigt ein Ersatzschaltbild der zweifachen Masseanbindung mit einer Masche und zwei Knoten. Die Berechnung der Masche ist unabhängig von der Anzahl der verwendeten Leiterplatten. In bisherigen Steuergeräten werden zwei Leiterplatten - eine für den Aktuator und eine für den Modulator - verwendet. Die beiden Masseflächen auf den jeweiligen Leiterplatten sind über eine Querverbindung (Cross Connection) verbunden. Diese Querverbindung ist durch den Widerstand Rcc dargestellt.
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Der Strom Ip steht hierbei für den Strom, der vom Aktuator auf den linken Knotenpunkt fließt. Ivs repräsentiert den Strom, der vom Modulator auf den rechten Knotenpunkt zufließt. Die beiden Ströme l1 und l2 repräsentieren dabei die Ströme, die jeweils über die Reihenschaltung aus Shunt, Kontaktsystem und Masseleitung Richtung Karosserie abfließen. Die drei Einzelwiderstände sind der Übersichtlichkeit wegen in den Widerständen R1 und R2 zusammengefasst. Der Shunt (Widerstand) zur Strommessung hat den kleinsten Anteil am Gesamtwiderstand. Im Falle eines Masseabrisses überwiegt der Beitrag des Leitungswiderstandes am Gesamtwiderstand. Er ist unendlich groß und es kann kein Strom mehr über diesen Massepfad abfließen.
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Der Masseabriss wird anhand des Nullstromes in der jeweiligen Masseleitung detektiert. Der Strom, der im fehlerfreien Zustand über eine Masseleitung Richtung Karosserie abfließt, verursacht über den in Reihe geschalteten Shunt einen Spannungsabfall, der verstärkt und digital gewandelt dem Mikrocontroller zur Auswertung zur Verfügung gestellt wird. Der Spannungsabfall wird sodann von der Software wieder in einen Strom zurück gerechnet. Wird dieser Strom dann zu Null gemessen, fließt der gesamte Strom folglich über den zweiten Massepfad zur Karosserie ab.
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Reißt die Masse des Aktuators ab, wird der Widerstand R2 hochohmig (unendlich groß). !2 ist somit null. Der Strom Ip, der auf den linken Knoten zufließt, muss somit über Rcc in Richtung rechtem Knoten fließen und fließt von dort über R1 Richtung Karosserie ab. Das Ganze geht auch umgekehrt. Reißt die Masse des Modulators ab, wird der Widerstand R1 hochohmig (unendlich groß). Der Strom Ivs fließt vom rechten Knoten über die Querverbindung Rcc zum linken Knoten und von dort über R2 in Richtung Karosserie. Solange eine Masseanbindung vorhanden ist, kann zumindest der Logikteil auf Aktuator und Modulator funktional aufrechterhalten werden. Das heißt, Aktuator und Modulator können über die „Null“-Strommessung den Abriss der zugehörigen Masseleitung feststellen.
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Um erfolgreich einen Masseverlust festzustellen, muss eine synchronisierte Messung der beiden Ströme während der Beaufschlagung eines Testpulses durchgeführt werden. Die bisherige Lösung hat den Nachteil, dass die einzelnen Komponenten relativ hohe Kosten verursachen und Platz auf der Leiterplatte in Anspruch nehmen. Für das Auswerteverfahren werden ferner komplexe Berechnungen in der Software benötigt. Es bedarf meist einer applikationsspezifischen Parameteranpassung.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, die Detektion eines Masseverlusts zu verbessern, wobei insbesondere Kosten gesenkt und Platz auf der Leiterplatte eingespart werden soll.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Detektion eines Masseanbindungsverlusts in einem Steuergerät für ein Fahrzeug vor, wobei das Steuergerät eine erste Einheit und eine zweite Einheit aufweist und wobei die erste Einheit und/oder die zweite Einheit einen Microcontroller umfassen und wobei die erste Einheit mittels einer ersten Masseleitung mit einem ersten Masseanschluss verbunden ist und die zweite Einheit mittels einer zweiten Masseleitung mit einem zweiten Masseanschluss verbunden ist, wobei
das Steuergerät einen einzigen Masseverlustdetektions-Widerstand umfasst, welcher in der ersten oder in der zweiten Masseleitung angeordnet ist und folgende Schritte durchgeführt werden:
- - Ermitteln des Stroms in der ersten und/oder der zweiten Masseleitung und
- - Auswerten des gemessenen Stroms durch den Microcontroller daraufhin, ob ein Verlust der Verbindung an einen der Masseanschlüsse stattgefunden hat.
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Ein einziger Masseverlustdetektions-Widerstand bedeutet, dass es nur einen - also keinen weiteren - Masseverlustdetektions-Widerstand gibt. Durch die Erfindung wird somit nunmehr nur noch ein einziger Masseverlustdetektions-Widerstand (Shunt) benötigt, um einen Masseverlust zu erkennen. Damit werden Kosten für den zweiten Shunt eingespart und es wird Platz auf der Leiterplatte für andere Komponenten frei.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind der auswertende Microcontroller und der Masseverlustdetektions-Widerstand in der zweiten Einheit angeordnet. Damit wird eine Realisierung der Auswertung einfach und kostengünstig möglich.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden zwei Strom-Schwellenwerte definiert und der Strom wird in der zweiten Masseleitung gemessen, wobei ein Verlust der Verbindung über die zweite Masseleitung dadurch erkannt wird, dass der Strom unter den ersten Strom-Schwellenwert fällt und ein Verlust der Verbindung über die erste Masseleitung dadurch erkannt wird, dass der Strom den zweiten Strom-Schwellenwert überschreitet.
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Alternativ bevorzugt wird der Strom in der ersten Masseleitung gemessen, wobei ein Verlust der Verbindung über die erste Masseleitung dadurch erkannt wird, dass der Strom unter den ersten Strom-Schwellenwert fällt und ein Verlust der Verbindung über die zweite Masseleitung dadurch erkannt wird, dass der Strom den zweiten Strom-Schwellenwert überschreitet.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Höhe des minimal benötigten Stromes für die Auswertung in Abhängigkeit vom Offset-Fehler des Analog-Digital-Wandlers gewählt. Besonders bevorzugt wird der minimale Strom größer gewählt, desto größer der Offset-Fehler ist. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird eine Korrektur des Widerstandswerts des Masseverlustdetektions-Widerstands um die Umgebungstemperatur durchgeführt. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird eine Korrektur des Nominalwiderstandes des Masseverlustdetektions-Widerstands um die Toleranzen der Leiterplatte durchgeführt. Durch die Korrekturen und die Wahl der Höhe des minimal benötigten Stromes wird vorteilhaft ein genaueres Ergebnis bei der Auswertung der Signale und damit bei der Erkennung eines Masseabrisses erzielt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der gemessene Strom als Effektivwert verarbeitet. Der Effektivwert kann dabei auch als „True RMS Größe“ bezeichnet werden. Durch die Weiterbildung kann das Nutzsignal mit maximaler Quantität verarbeitet werden. Zudem entfällt die Implementierung weiterer Software Algorithmen zum Ausblenden bei bestimmten Regelfunktionen (z.B. ABS).
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Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Steuergerät für ein Fahrzeug, wobei das Steuergerät eine erste Einheit und eine zweite Einheit aufweist und wobei die erste Einheit und/oder die zweite Einheit einen Microcontroller umfassen und wobei die erste Einheit mittels einer ersten Masseleitung mit einem Masseanschluss verbunden ist und die zweite Einheit mittels einer zweiten Masseleitung mit dem Masseanschluss verbunden ist und wobei das Steuergerät einen einzigen Masseverlustdetektions-Widerstand umfasst, welcher in der ersten oder zweiten Masseleitung angeordnet ist, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass durch den Mikrocontroller mittels einer Messung des Stroms in der ersten und/oder in der zweiten Masseleitung detektierbar ist, ob ein Verlust der Verbindung an einem der Masseanschlüsse stattgefunden hat.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Masseverlustdetektions-Widerstand als Leiterplattenwiderstand ausgebildet. Das bedeutet, dass der Shunt nicht als Bauteil auf die Leiterplatte bestückt wird, sondern mit Hilfe des Kupfers realisiert wird. Damit werden weitere Kosten eingespart.
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Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit einem zuvor beschriebenen Steuergerät.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren.
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In schematischer Darstellung zeigen:
- 1: eine Schaltung zur Detektion eines Masseverlusts (Stand der Technik) sowie
- 2: eine schematische Darstellung eines Steuergeräts gemäß der Erfindung.
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1 ist eine Darstellung einer Schaltung 1 gemäß Stand der Technik. Die Schaltung umfasst eine erste Masseleitung 3, welche einer ersten Einheit zugeordnet ist und eine zweite Masseleitung 5, welche einer zweiten Einheit zugeordnet ist. Die erste Masseleitung 3 und die zweite Masseleitung 5 sind über eine Querverbindung 7 miteinander verbunden. Die erste Masseleitung 3 ist zudem mit einem ersten Masseanschluss 9 und die zweite Masseleitung 5 mit einem zweiten Masseanschluss 11 verbunden. In der Querverbindung 7 ist ein Widerstand 13 angeordnet. Ferner ist in der ersten Masseleitung 3 ein erster Shunt 15 innerhalb vom Widerstand R2 angeordnet und in der zweiten Masseleitung 5 ist ein zweiter Shunt 17 innerhalb vom Widerstand R1 angeordnet. Jeder Widerstand R1 und R2 umfasst eine Reihenschaltung von Shunt, Kontaktwiderstand und Leitungswiderstand.
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Für dieses bisherige Konzept sind eine Synchronisation und ein Testpuls notwendig. Insgesamt ist das Konzept teuer und kostet durch zwei Shunts Platz auf der Leiterplatte.
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2 zeigt eine beispielhafte Darstellung gemäß der Erfindung. Es zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 101 mit einer ersten Einheit 103 und einer zweiten Einheit 105. Die erste Einheit 103 kann beispielsweise als Aktuatoreinheit ausgebildet sein. Die zweite Einheit 105 kann beispielsweise als Modulatoreinheit ausgebildet sein. In der ersten Einheit 103 ist ein erster Mikrocontroller 107 angeordnet. In der zweiten Einheit 105 ist ein zweiter Mikrocontroller 109 angeordnet. In einer zweiten Masseleitung 119 ist ein Masseverlustdetektions-Widerstand 113 vorgesehen, welcher mit einem zweiten Masseanschluss 117 verbunden ist. Der zweite Masseanschluss 117 ist der Anschluss an die Karosserie des Fahrzeugs. Ein erster Masseanschluss 115 ist in der ersten Einheit 103 in einer ersten Masseleitung 111 vorgesehen und stellt ebenfalls einen Anschluss an die Karosserie des Fahrzeugs dar. Die erste Einheit 103 und die zweite Einheit 105 sind jeweils an eine Energiequelle 123 und 125 angeschlossen. Die Energiequellen 123, 125 können dabei verschiedene einzelne Quellen umfassen. Das Steuergerät 101 kann weiterhin Stecker aufweisen, über welche es mit den Energiequellen 123, 125 verbunden ist. Gleiches gilt für den Anschluss an Masse: Das Steuergerät kann auch hier Stecker aufweisen, über welche es mit Masse (Karosserie des Fahrzeugs) verbunden ist.
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Der Stromfluss wird bei Abriss einer Masse auf den anderen Massepfad (Masseleitung 111, 119) gedrängt. Die „Null“-Strommessung des einen Pfades wird also als „Max“-Strom auf den anderen Massepfad transformiert. Es ist somit möglich, in einem Massepfad zwei Grenzwerte zu detektieren. Im ersten Fall wird der Strom-Schwellenwert unterschritten (Null-Strom). Die Masse (Masseanschluss 115, 117) einer Baugruppe (erste Einheit 103, zweite Einheit 105) ist abgerissen. Im zweiten Fall wird der Strom-Schwellenwert überschritten (MAX-Strom). Die Masse der anderen Baugruppe ist abgerissen. Somit kann auf den Shunt in einer Baugruppe verzichtet werden.
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Die Auswertung, ob ein Masseanschluss 115, 117 abgerissen ist bzw. nicht mehr verfügbar ist, erfolgt bevorzugt durch den zweiten Mikrocontroller 109. Auf den ersten Mikrocontroller 107 kann dann verzichtet werden. Wenn mehrere Mikrocontroller 107, 109 vorhanden sind, wird die Auswertung immer von dem Mikrocontroller 107, 109 vorgenommen, der sich in der Einheit 103, 105 befindet, in dem sich auch der Masseverlustdetektions-Widerstand 113 angeordnet ist. Ist der Masseverlustdetektions-Widerstand 113 beispielsweise in der zweiten Einheit 105 untergebracht (wie in 2 zu sehen), dann erfolgt die Auswertung durch Mikrocontroller 109. Alternativ könnte der Masseverlustdetektions-Widerstand 113 auch in der ersten Einheit 103 untergebracht sein. In dem Fall übernimmt bevorzugt der Mikrocontroller 107 die Auswertung. Wird derart vorgegangen, ist die Auswertung bezüglich Hardwareanforderungen und bezüglich der einzelnen Verfahrensschritte einfach und kosteneffizient realisierbar.
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Bevorzugt wird mit einbezogen, dass der Strom während der Auswertung der Masseabrisserkennung eng toleriert ist. Der Strom sollte demnach in einem Fenster sein - also zwischen einem Mindestwert und einem Maximalwert -, damit die GLD mit minimalem Aufwand in der Auswertung zu realisieren ist. Die Höhe des minimal benötigten Stromes während der Auswertung hängt bei diesem Auswerteverfahren vom Offset-Fehler des Analog-Digital-Wandlers ab. Je größer der Offset-Fehler, umso größer ist der Strom zum Zeitpunkt der Auswertung. Bei kleinen Offset-Fehlern wird eine kontinuierliche Messung durchgeführt. Zum Erreichen eines kleinen Offset-Fehlers kann dieser per Software kompensiert werden oder eine Auto-Zero Funktion wird als Funktion in die Messkette integriert.
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Der Shunt ist aus Kostengründen als Leiterplattenshunt ausgeführt. Daher hängt der Nominalwiderstand des Shunts von den Toleranzen der Lagendicke der Leiterplatte und der Anzahl der verwendeten Lagen der verwendeten Leiterplatte ab. Die Toleranz kann je nach Design des Shunts bis zu mehreren 10% betragen.
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Zum anderen wird der Widerstandswert des Shunts von der Umgebungstemperatur beeinflusst. Zum Erkennen eines Masseabriss wird der Widerstandswert daher mit Hilfe der bekannten Umgebungstemperatur im Steuergerät korrigiert.
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Als weiterer Teil der Implementierung wird der Strom als True-RMS Größe (Effektivwert) verarbeitet. Das hat den Vorteil, dass das Nutzsignal mit maximaler Quantität verarbeitet werden kann. Des Weiteren kann somit die Implementierung weiterer SW-Algorithmen zum Ausblenden der Auswertung bei bestimmten Regelfunktionen des Bremssteuergerätes wie z.B. ABS entfallen.
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Die erfindungsgemäße Lösung mit nur einem Shunt hat verschiedene Vorteile:
- - Für den Fall, dass die Anwendung aus zwei Chipsätzen mit unterschiedlicher Messgenauigkeit besteht, kann die Masseverlusterkennung auf den Chipsatz mit der besten Genauigkeit übertragen werden.
- - Komplexe Berechnungen, z.B. des Stromverhältnisses, sind nicht mehr erforderlich.
- - Eine Implementierung für zwei PCB-Designs wird sehr einfach im Vergleich zur stromverhältnisberechneten Masseverlusterkennung (z.B. Mk100 oder MkC1).
- - Eine synchronisierte Messung beider Ströme ist nicht mehr erforderlich.
- - Zur Realisierung wird eine im Chipsatz implementierte Einheit zur Strommessung verwendet.
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Der Strom durch den Shunt wird durch einen Spannungsabfall dargestellt und kann mittels eines ADC (Analog-Digital-Converters) gemessen werden. Das digitale Signal wird dann in einen Strom konvertiert.
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Der einzelne Shunt kann entweder in der ersten Einheit 103 oder in der zweiten Einheit 105 angeordnet werden. Ein Entscheidungskriterium dafür kann sein, welcher der jeweiligen PCBs (Leiterplatten) in der ersten Einheit 103 oder der zweiten Einheit 105 den besseren Analog-Digital-Wandler für die Detektion eines Masseverlustes hat. Ein ADC mit einer hohen Genauigkeit bei geringen Strömen wird hier bevorzugt gewählt.
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Das Messprinzip sieht folgendermaßen aus:
- Wenn beide Masseleitungen in einem fehlerfreien Zustand sind, wird der absolute ECU Strom nahezu gleich auf beide Masseleitungen (11 und l2) verteilt. Der umgewandelte digitale Stromwert wird sich dann zwischen einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert befinden.
- Für den Fall, dass die Masseleitung R1 abreißt, fällt der digitale Stromwert l1 unter den ersten Strom-Schwellenwert. Damit kann ein Masseverlust an der Masseleitung für R1 festgestellt werden.
- Für den Fall, dass die Masseleitung R2 abreißt, wird der digitale Stromwert l1 den zweiten Strom-Schwellenwert überschreiten. Damit kann ein Masseverlust in der Masseleitung für R2 festgestellt werden.
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Der Masseverlustdetektions-Widerstand 113 ist auf einer Leiterplatte und innerhalb des Steuergeräts 101 angeordnet. Unter Masseleitung 111, 119 ist die (bewegliche) Kabelverbindung zwischen Anschlagpunkt an der Fahrzeugkarosserie und dem Steuergerätestecker zu verstehen. Der Masseverlustdetektions-Widerstand 113 ist in Reihe zur Masseleitung 111, 119 angeordnet. Derart ist somit der Satz, dass „das Steuergerät 101 einen einzigen Masseverlustdetektions-Widerstand 113 umfasst, welcher in der ersten 111 oder in der zweiten Masseleitung 119 angeordnet ist“ zu verstehen.
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Ein Verlust der Verbindung an einem der Masseanschlüsse 115, 117 ist z.B. ein Abriss der Masseleitung oder auch eine defekte Verbindung am Stecker des Steuergeräts.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltung
- 3
- erste Masseleitung
- 5
- zweite Masseleitung
- 7
- Querverbindung
- 9
- erster Masseanschluss
- 11
- zweiter Masseanschluss
- 13
- Widerstand in der Querverbindung
- 15
- erster Shunt
- 17
- zweiter Shunt
- R1
- Widerstand
- R2
- Widerstand
- 101
- Steuergerät
- 103
- erste Einheit
- 105
- zweite Einheit
- 107
- erster Mikrocontroller
- 109
- zweiter Mikrocontroller
- 111
- erste Masseleitung
- 113
- Masseverlustdetektions-Widerstand
- 115
- erster Masseanschluss
- 117
- zweiter Masseanschluss
- 119
- zweite Masseleitung
- 123
- Energiequelle (erste Einheit)
- 125
- Energiequelle (zweite Einheit)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112016002693 T5 [0002]
