DE19611522B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Fehlererkennung bei einer Endstufenschaltungsanordnung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Fehlererkennung bei einer Endstufenschaltungsanordnung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Fehlererkennung bei einer Endstufenschaltungsanordnung, wobei wenigstens ein als schaltbares Magnetventil ausgebildeter, mit der Endstufenschaltungsanordnung zu betreibender Verbraucher mittels eines ersten Schaltmittels mit einer Versorgungsspannung und mittels eines zweiten Schaltmittels mit Masse verbindbar ist, wobei ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltmittel und dem Verbraucher mit einem vorgebbaren Potential beaufschlagt wird und die am Verbindungspunkt anliegende Spannung zur Fehlererkennung ausgewertet wird, wobei das erste Schaltmittel und/oder das zweite Schaltmittel so kurz in einen definierten Zustand gebracht wird/werden, dass der Verbraucher seinen Schaltzustand nicht ändert, und die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltmittel und dem Verbraucher mit vorgegebenen Werten verglichen und ausgehend von dem Vergleich auf Fehler erkannt wird und dass eine Ansteuerung der Schaltmittel, die eine Änderung des Schaltzustandes des Verbrauchers zur Folge hat, erst erfolgt, wenn kein Fehler erkannt wurde.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlererkennung bei einer Endstufenschaltungsanordnung.
  • Aus der DE 43 38 462 A1 ist ein Kontrollsystem für elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen bekannt, mit einem Mikrorechner, der elektrisch leitend mit einem Steuereingang mindestens einer elektrischen Schalteinrichtung zur Umsteuerung dieser verbunden ist, wobei der an die Fahrzeugmasse angeschlossene Verbraucher über die Schaltstrecke der Schalteinrichtung mit der Versorgungsspannung verbindbar ist, mit einer Messeinrichtung zur Messung der an dem Verbraucher anliegenden Spannung, die über eine Messleitung mit dem Verbraucher verbunden ist, wobei der Mikrorechner die gemessene Spannung in Abhängigkeit von der Art und dem Betriebszustand des Verbrauchers auswertet und Fehlersignale erzeugt, wenn die von der Messeinrichtung gemessenen Spannungen von vorgegebenen Grenzwerten abweichen. Dabei ist, um bei der Fehlerbestimmung Störungen durch die stark schwankende Versorgungsspannung bestmöglich auszuschließen, der Mikrorechner elektrisch leitend mit einer Konstantstromquelle verbunden, die zur Beaufschlagung des Verbrauchers mit einem Teststrom über die Messleitung mit dem Verbraucher verbunden ist, erzeugt der Mikrorechner Testsignale, die gleichzeitig der Schalteinrichtung zur kurzzeitigen Abschaltung der Versorgungsspannung und zur Beaufschlagung des Verbrauchers mit einem Teststrom zugeführt werden und ist der von der Konstantstromquelle erzeugte Teststrom in Abhängigkeit von der Art und dem Betriebszustand des Verbrauchers von dem Mikrorechner umsteuerbar.
  • Die DE 40 12 109 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung eines elektrischen oder elektronischen Schaltmittels, seines angeschlossenen Verbrauchers, seiner Ansteuerung und seiner Verbindungsleitung. Diese umfasst wenigstens eine parallel zum Schaltmittel geschaltete Fehlererfassungslogik, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem Schaltmittel und dem Verbraucher mit einem Bezugspotential beaufschlagt wird, wobei an die Fehlererfassungslogik die Potentiale der Eingangs- und Ausgangsklemme des Schaltmittels sowie das Bezugspotential anlegbar sind, und wobei die Fehlererfassungslogik ausgehend von den anliegenden Potentialen zwischen den Fehlern Kurzschluss nach Pluspol, Lastabfall und Kurzschluss nach Masse unterscheidet.
  • Die DE 2715 116 C3 zeigt eine Einrichtung zum Überwachen der elektrischen Beleuchtung von Kraftfahrzeugen mit einem parallel zu den Beleuchtungsstromkreisen geschalteten Prüfstromkreis, der spannungsabhängige Schaltelemente enthält und in Abhängigkeit von einer durch Ausfall einer Lampe verursachten Spannungsdifferenz eine Anzeigevorrichtung betätigt. Die parallel zu den im Kraftfahrzeug vorhandenen Beleuchtungsschaltern geschalteten Prüfkreise weisen einschaltbare Vorwiderstände in Form von Transistoren auf, die einen Prüfstrom in der Grösenordnung des Lampenbetriebsstromes durch die Lampen bzw. Lampengruppen während des Prüfvorganges schicken. Weiterhin weisen sie Einrichtungen auf, die ein Überschreiten eines vorgegebenen, je nach Art des Lampenstromkreises eingestellten Spannungswertes während des Prüfvorganges auswerten und zur Anzeige bringen.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlererkennung bei einer Endstufenschaltungsanordnung sind aus der DE-OS 40 12 19 bekannt. Dort ist parallel zur Endstufe eine Fehlererfassungslogik geschaltet. Bei dieser Vorrichtung ist ein Verbraucher mit seinem einen Anschluß an die Versorgungsspannung angeschlossen und steht über ein Schaltmittel mit Masse in Verbindung. Eine Fehlererfassungslogik wertet die Potentiale am Eingang des Schaltmittels und am Verbindungspunkt zwischen Schaltmittel und Verbraucher aus. Der Verbindungspunkt zwischen Schalter und Verbraucher wird mit einer Referenzspannung beaufschlagt, um sicher zwischen verschiedenen Fehlerarten unterscheiden zu können.
  • Aus der US 4 589 401 ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Verbrauchers bekannt, bei der der Verbraucher über ein erstes Schaltmittel mit Versorgungsspannung und über ein zweites Schaltmittel mit Masse verbunden ist.
  • Die Bereitstellung einer Referenzspannung erfordert einen erheblichen schaltungstechnischen Aufwand. Des weiteren ist eine Überwachung des ersten Schaltmittels, das den Verbraucher mit Versorgungsspannung verbindet, nicht vorgesehen.
  • Eine Überprüfung der Vorrichtung ist beim Stand der Technik erst möglich, wenn der erste Schalter, der den Verbraucher mit Versorgungsspannung verbindet, ordnungsgemäß arbeitet und sich in seinem geschlossenen Zustand befindet. Aus diesem Grund muß der erste Schalter kurzschlußfest sein, was erhöhte Kosten bedingt. Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann ein billiger Sicherheitsschalter eingesetzt werden, da vor Inbetriebnahme dessen Funktionsweise überprüft wird.
  • Nebenschlüsse und parasitäre Widerstände im Kabelbaum können beim Stand der Technik nicht erkannt werden.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei Endstufenschaltungsanordnungen, bei denen erste und zweite Schaltmittel vorhanden sind, diese zu überwachen. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist eine einfache und kostengünstige Fehlererkennung bei einer Endstufenschaltungsanordnung möglich, bei der der Verbraucher mit einem Schaltmittel gegen Masse und mit einem zweiten Schaltmittel gegen Versorgungsspannung schaltbar ist.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen 1 eine schematische Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 2 ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel einer Endstufenschaltungsanordnung für ein ABS-Steuergerät beschrieben. Bei einem ABS-System wird der Fluß der Bremsflüssigkeit mit verschiedenen Magnetventilen gesteuert. Ein Ausfall einer der Komponenten, insbesondere der Schaltmittel, die die Magnetventile ansteuern, muß sicher erkannt werden. Bei einem Fehler sind entsprechende Maßnahmen einzuleiten. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist dabei nicht auf ABS-Systeme beschränkt, sie kann auch bei anderen Systemen, bei denen Hydraulikflüssigkeit mittels Magnetventilen gesteuert wird, beispielsweise bei Systemen mit ASR (Antriebsschlupfregelung) oder mit FDR (Fahrdynamikregelung) eingesetzt werden.
  • Des weiteren ist es möglich, auch bei anderen Magnetventilen, die insbesondere zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge bei Kraftfahrzeugen verwendet werden, entsprechend vorzugehen.
  • Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel zweier Verbraucher erläutert. Ein erster Verbraucher ist mit 100 und ein zweiter Verbraucher mit 105 bezeichnet. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist nicht auf die Anwendung bei zwei Verbrauchern beschränkt. Es kann auch bei der Ansteuerung eines oder mehrerer Verbraucher entsprechend vorgegangen werden.
  • Die beiden Verbraucher 105 und 100 stehen beide mit einem ersten Anschluß eines ersten Schaltmittels 110 in Verbindung. Der zweite Anschluß des ersten Schaltmittels 110 steht mit der Versorgungsspannung Ubat in Verbindung. Der erste Verbraucher 100 steht über ein zweites Schaltmittel 120 mit Masse GND in Verbindung. Entsprechend steht der zweite Verbraucher 105 über ein zweites Schaltmittel 125 mit Masse in Verbindung.
  • Das erste Schaltmittel 110 wird üblicherweise als High-Side-Schalter beziehungsweise als Sicherheitsschalter bezeichnet. Die zweiten Schaltmittel 125 und 120 werden üblicherweise als Low-Side-Schalter beziehungsweise als Aktuatorschalter bezeichnet. Als Schaltmittel werden vorzugsweise Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren, verwendet.
  • Die Schaltmittel 110, 120 und 125 werden von einer Steuereinheit 130 mit Steuersignalen beaufschlagt. Die Versorgungsspannung Ubat steht über ein weiteres Schaltmittel 140 mit dem Steuergerät 130 in Verbindung. Am Ausgang des Schaltmittels 140 wird die Spannung üblicherweise als Zündspannung UZ bezeichnet. Bei dem Schalter 140 handelt es sich um einen Zündschalter, der vom Fahrer betätigt wird. Bei ausgeschaltetem Kraftfahrzeug ist dieser Schalter üblicherweise geöffnet und bei eingeschalteter Zündung geschlossen.
  • Der Masseanschluß GND steht ferner über ein erstes Widerstandsmittel 150 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Verbrauchern 100 und 105 sowie dem ersten Schaltmittel 110 in Verbindung. Dieser Verbindungspunkt steht ferner über ein zweites Widerstandsmittel 155 mit Versorgungsspannung Ubat oder mit der Zündspannung UZ in Verbindung. Der Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltmittel 110, den Verbrauchern 100 und 105 sowie den beiden Widerstandsmitteln 150 und 155 steht ferner mit der Steuereinheit 130 in Verbindung.
  • Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt: Betätigt der Fahrer den Zündschalter 140, so wird die Steuereinheit 130 mit der Zündspannung beaufschlagt. Ausgehend von nicht dargestellten Signalen berechnet die Steuereinheit 130 Ansteuersignale zur Beaufschlagung der Schaltmittel 110, 125 und 120. Abhängig von der Ansteuerung der Schaltmittel 110, 120 und 125 wird der Stromfluß durch die Verbraucher 100 und 105 freigegeben.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Sicherheitsschalter 110 den Stromfluß erst freigibt, wenn erkannt wird, daß kein Fehler vorliegt. Zur Fehlerüberwachung steuert die Steuereinheit 130 die Schaltmittel 110, 120 und 125 nacheinander kurzfristig an und wertet die am Verbindungspunkt 115 anliegende Spannung aus. Erkennt die Steuereinheit 130, daß kein Fehler vorliegt, so wird der Schalter 110 derart angesteuert, daß er den Stromfluß freigibt. Durch Steuern der Low-Side-Schalter 120 und 125 werden die entsprechenden Verbraucher angesteuert.
  • Zur Auswertung wird der Verbindungspunkt 115 mit einem vorgebbaren Potential beaufschlagt. Ausgehend von dem Vergleich des Potentials am Verbindungspunkt 115 mit vorgebbaren Werten erkennt die Steuereinheit 130 auf Fehler beziehungsweise fehlerfreien Zustand. Das vorgebbare Potential für den Verbindungspunkt 115 wird erfindungsgemäß mit dem hochohmigen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 150 und 155 bereitgestellt. Die Werte der Widerstände 150 und 155 sind so gewählt, daß sie wesentlich größer sind als die ohmschen Widerstände der Verbraucher 100. Der Stromfluß durch den Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen 150 und 155 ist daher vernachlässigbar gering.
  • Das Potential am Verbindungspunkt wird mit abhängig vom Schaltzustand der Schaltmittel 110, 120 und 125 vorgebbaren Werten verglichen. Am Verbindungspunkt 115 steht abhängig von den Werten der Widerstände 150 und 155 ein Bruchteil der Versorgungsspannung Ubat beziehungsweise der Zündspannung UZ an.
  • Die Ansteuerung der Schaltmittel 110, 120 und 125 bei der Fehlerüberprüfung kann so kurz erfolgen, daß das Potential 115 auswertbar ist, sich aber noch keine Änderung des Schaltzustandes der Verbraucher ergibt.
  • Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Überprüfung wird im folgenden anhand des Flußdiagrammes der 2 näher erläutert.
  • Im folgenden Ausführungsbeispiel sind die Widerstände 150 und 155 so gewählt, daß sie gleiche Widerstandswerte aufweisen. In diesem Fall liegt am Verbindungspunkt 115 bei geöffneten Schaltmitteln eine Spannung die der Hälfte der Zündspannung UZ oder der Hälfte der Versorgungsspannung Ubat entspricht. Im folgendem Ausführungsbeispiel wird der Spannungsteiler mit der Zündspannung beaufschlagt. Die Werte der Widerstände sind so gewählt, daß sie deutlich höher sind als die Widerstandswerte der Verbraucher.
  • Bei weiteren Ausführungsformen kann der Spannungsteiler auch mit der Versorgungsspannung Ubat beaufschlagt werden. Ferner können auch andere Verhältnisse für die Werte der Widerstände gewählt werden. Bei solchen anderen Ausführungsformen sind die Schwellwerte, mit denen die Spannung am Verbindungspunkt 115 verglichen werden, entsprechend zu wählen.
  • Die Überprüfung auf Fehlerfreiheit erfolgt vorzugsweise vor jeder Ansteuerung des Sicherheitsschalters 110. Das heißt, die Überprüfung erfolgt zumindest nach jeder Inbetriebnahme der Steuereinheit 130, das heißt nach jedem Schließen des Zündschalters 140.
  • In einem ersten Schritt 200 wird der High-Side-Schalter 110 derart angesteuert, daß er den Stromfluß unterbricht. Im anschließenden Schritt 205 werden die Low-Side-Schalter 120 und 125 so angesteuert, daß sie den Stromfluß unterbrechen. Liegt in diesem Zustand kein Fehler vor, so bewirkt der Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 150 und 155, daß am Verbindungspunkt 115 eine Spannung anliegt, die UZ/2 entspricht. Die sich anschließende Abfrage 210 überprüft, ob an dem Verbindungspunkt die Spannung U gleich dem Wert UZ/2 ist.
  • Ist die Spannung ungleich UZ/2, so folgt die Abfrage 215, die überprüft, ob die Spannung den Wert UZ erreicht. Ist dies der Fall, so erkennt der Schritt 220, daß ein Kurzschluß nach Versorgungsspannung Ubat vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so überprüft die Abfrage 225, ob die Spannung U am Verbindungspunkt 115 dem Massepotential GND entspricht. Ist dies der Fall, so erkennt der Schritt 230 auf Kurzschluß gegen Masse.
  • Ist dies nicht der Fall, so wird in den folgenden Abfragen überprüft, ob einen Nebenschluß vorliegt. Hierzu überprüft die Abfrage 235, ob die Spannung U am Verbindungspunkt 115 vermindert um die Spannung UZ/2 größer als ein Schwellwert US ist. Ist dies der Fall, so erkennt der Block 240 auf Nebenschluß nach Versorgungsspannung Ubat. Ist dies nicht der Fall, so überprüft die Abfrage 245, ob die Spannung U am Verbindungspunkt 115 vermindert um UZ/2 kleiner als ein Schwellwert US ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 250 auf Nebenschluß gegen Masse erkannt. Ist dies nicht der Fall, so folgt Schritt 255.
  • Erkennt die Abfrage 210, daß die Spannung U am Verbindungspunkt 115 gleich der Spannung UZ/2 ist, so folgt ebenfalls Schritt 255. In den Schritten 210 bis 250 wird überprüft, ob Kurzschluß oder ein Nebenschluß nach Masse oder nach Versorgungsspannung vorliegt.
  • Im Schritt 255 wird der erste Low-Side-Schalter LS derart angesteuert, daß er schließt. Liegt hier kein Fehler vor, so muß sich der Verbindungspunkt 115 auf Massepotential GND befinden. Die sich anschließende Abfrage 260 überprüft daher, ob der Verbindungspunkt 150 sich auf Massepotential befindet. Ist dies nicht der Fall, so überprüft die Abfrage 265, ob die Spannung U am Verbindungspunkt 115 den Wert UZ/2 annimmt. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 270 erkannt, daß der Low-Side-Schalter LS defekt ist. Ist dies nicht der Fall, nimmt die Spannung einen anderen Wert an, so muß ein anderer Fehler F vorliegen. Dies wird in Schritt 272 erkannt. Die Schritte 255 und 260 werden nacheinander für alle Low-Side-Schalter abgearbeitet.
  • Erkennt die Abfrage 260, daß der Verbindungspunkt 115 sich bei geschlossenem Low-Side-Schalter auf Massepotential GND befindet, so folgt Schritt 275. In den Schritten 255 bis 272 werden die Low-Side-Schalter überprüft.
  • In Schritt 275 werden die Low-Side-Schalter LS derart angesteuert, daß sie sperren und der High-Side-Schalter wird derart angesteuert, daß er die Verbindung freigibt. In diesem Fall muß der Verbindungspunkt 115 auf Versorgungsspannung liegen.
  • Die Abfrage 285 überprüft, ob die Spannung U am Verbindungspunkt 115 den Wert UZ/2 annimmt. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 290 auf Defekt des High-Side-Schalters erkannt. Ist dies nicht der Fall, so überprüft die Abfrage 292, ob die Spannung U gleich der Zündspannung UZ ist. Ist dies nicht der Fall, so wird in Schritt 294 auf Fehler F erkannt. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 296 erkannt, daß auch der High-Side-Schalter HS ordnungsgemäß arbeitet. Es liegt also kein Fehler vor.
  • In den Schritten 275 bis 294 wird der High-Side-Schalter überprüft. Die Überprüfung auf Kurzschluß oder Nebenschluß, die Überprüfung der Low-Side-Schalter und die Überprüfung des High-Side-Schalters können auch in anderer Reihenfolge erfolgen. So können beispielsweise zuerst die Schritte 255 bis 272 und anschließend die Schritte 210 bis 250 abgearbeitet werden. Die Überprüfung des High-Side-Schalters erfolgt als letztes.
  • Liegt kein Fehler vor, folgt in Schritt 298 die Ansteuerung der Schaltmittel 110, 120 und 125 derart, wie es die Steuereinheit 130 wünscht, um die Verbraucher 100 und 105 in die entsprechende Position zu bringen.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise können auch Nebenschlüsse und parasitäre Widerstände erkannt werden.
  • Die Schaltmittel werden überprüft, ohne daß der Aktuator derart angesteuert wird, daß er reagiert. Fehler des Sicherheitsschalters 110 können vor dessen Ansteuerung erkannt werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Fehlererkennung bei einer Endstufenschaltungsanordnung, wobei wenigstens ein als schaltbares Magnetventil ausgebildeter, mit der Endstufenschaltungsanordnung zu betreibender Verbraucher mittels eines ersten Schaltmittels mit einer Versorgungsspannung und mittels eines zweiten Schaltmittels mit Masse verbindbar ist, wobei ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltmittel und dem Verbraucher mit einem vorgebbaren Potential beaufschlagt wird und die am Verbindungspunkt anliegende Spannung zur Fehlererkennung ausgewertet wird, wobei das erste Schaltmittel und/oder das zweite Schaltmittel so kurz in einen definierten Zustand gebracht wird/werden, dass der Verbraucher seinen Schaltzustand nicht ändert, und die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltmittel und dem Verbraucher mit vorgegebenen Werten verglichen und ausgehend von dem Vergleich auf Fehler erkannt wird und dass eine Ansteuerung der Schaltmittel, die eine Änderung des Schaltzustandes des Verbrauchers zur Folge hat, erst erfolgt, wenn kein Fehler erkannt wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgebbare Potential mittels eines hochohmigen Spannungsteilers bereitgestellt wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Schaltmittel ein erstes Widerstandsmittel und dem Verbraucher ein zweites Widerstandsmittel parallel geschaltet ist und die beiden Widerstandsmittel den hochohmigen Spannungsteiler bilden.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher insbesondere bei ABS-, ASR-, FDR-Systemen eingesetzt werden.
DE1996111522 1996-03-23 1996-03-23 Verfahren und Vorrichtung zur Fehlererkennung bei einer Endstufenschaltungsanordnung Expired - Lifetime DE19611522B4 (de)

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