DE4436372A1 - Schaltungsanordnung für ein elektronisches Kraftfahrzeug-Regelungssystem - Google Patents

Schaltungsanordnung für ein elektronisches Kraftfahrzeug-Regelungssystem

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für ein elektronisches Regelungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer oder mehreren programmgesteuerten Schaltungen mit Microprozessoren, zur Verarbeitung der Eingangssignale und zum Erzeugen von Steuer- oder Stellsignalen, mit denen Ak­ tuatoren ansteuerbar sind, sowie zur Erzeugung und Auswertung von Überwachungs- und/oder Testsignalen, mit denen die ordnungsgemäße Funktion der Schaltkreise, der Stromversorgung und/und der angeschlossenen Sensoren, Verbraucher und sonstiger Komponenten überprüft und das Auftreten von Fehlern signalisiert wird. Als Beispiele für solche Kraftfahrzeuge Regelungssysteme sind Antiblockiersysteme (ABS), Antriebsschlupfregelungssysteme (ASR), Fahrstabilitätsregelungssysteme und dergleichen zu nennen. Zu den programmgesteuerten Schaltungen zählen insbesondere Microprozessoren oder Microcontroller.
Es sind bereits elektronische Regelungssysteme für Kraft­ fahrzeuge bekannt, deren ordnungsgemäße Funktion für die Sicherheit des Fahrzeugs überaus kritisch ist. Hierzu zählen u. a. alle in das Bremsensystem, z. B. zur Blockierschutz- oder Antriebsschlupfregelung oder zum Erhalt der Fahrstabilität, eingreifende elektronischen Regelungssysteme. Die einzelnen Komponenten dieser Regelungssysteme, insbesondere die elektronischen Schaltkreise selbst, die die Eingangsinfor­ mationen liefernden Sensoren, die zur Regelung des Bremsdruckes verwendeten Hydraulikventile, die Span­ nungsquellen usw. müssen daher ständig auf ihre ordnungsgemäße Funktion überwacht werden, damit beim Auftreten von Fehlern durch Umschalten oder Abschalten der Regelung die Sicherheit des Fahrzeugs, insbesondere die Bremsenfunktion, wenn auch eingeschränkt, weiterhin aufrechterhalten werden kann. Aus der DE 42 42 177 A1 ist z. B. eine derartige Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Vielzahl von Spulen, die zur Betätigung der Hydraulikventile dienen, und der Endstufen zur Ansteuerung dieser Spulen bekannt.
Solche Überwachungsschaltungen sollen einerseits mit großer Zuverlässigkeit Fehlfunktionen signalisieren. Andererseits ist jedoch das Anzeigen nur scheinbarer Fehler, die durch kurzzeitige, unkritische Störeinflüsse hervorgerufen werden, zu vermeiden. Zu diesen scheinbaren, unkritischen Störungen zählen kurzzeitige Spannungseinbrüche, die z. B. durch die Ansteuerung von induktiven, niederohmigen Verbrauchern, wie Ventilspulen, hervorgerufen werden. Andere Ursachen für kurzzeitige Spannungseinbrüche und Spannungsspitzen sind Wackelkontakte, das Betätigen des Anlassers, das Prellen von Schaltkontakten (Zündschloßprellen, hohe Belastung der Bat­ terie bei niedrigen Außentemperaturen usw). Diese Span­ nungseinbrüche treten nur kurzzeitig auf, stellen keinen wirklichen Fehler dar und sind relativ unkritisch. Wird zum Zeitpunkt eines solchen kurzzeitigen Spannungseinbruchs von der Überwachungsschaltung ein Meßvorgang ausgelöst bzw. die momentane Spannung über der Ventilspule gemessen, besteht die Gefahr, daß dieser Spannungseinbruch von der Überwachungsschaltung fälschlicherweise als Fehlfunktion in­ terpretiert wird. Dies kann zum Abschalten der Regelung oder zumindest zu einem Aufleuchten der Warnlampe und damit zu Irritationen des Fahrers führen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einer für ein elektronisches Regelungssystems vorgesehenen Schal­ tungsanordnung der eingangs genannten Art die Anzeige und Reaktion auf kurzzeitige Einbrüche oder Änderungen der Versorgungsspannung, die für die Funktion des Regelungssystems unkritisch sind, zu verhindern, jedoch ohne jegliche Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit des Überwachungssystems.
Es hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 beschriebene Schaltungsanordnung gelöst werden kann. Das Besondere der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht also darin, daß ein Komparator vorhanden ist, der die Versorgungsspannung des elektronischen Regelungssystems stän­ dig mit einer Referenzspannung vergleicht und der beim Auftreten von Spannungseinbrüchen oder Überspannungen ein Interrupt-Signal erzeugt, das die Auswertung der Überwachungssignale und eine Fehlersignalisierung kurzzeitig oder für eine vorgegebene Zeitspanne, bis zum wiederholten Auftreten des Fehlersignals oder bis zu einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen des Fehlersignals unterbindet.
Beim Auftreten eines Spannungseinbruchs oder einer Überspan­ nung wird ein Interrupt-Signal ausgelöst und dadurch für eine kurze Zeitspanne die Auswertung der Meßwerte und die Fehlersignalisierung verhindert. Durch entsprechende Program­ mierung der Überwachungsschaltung kann nun vorgeschrieben werden, daß ein Fehler erst dann erkannt und auf diesen Fehler - z. B. durch Abschaltung des Reglers - erst dann reagiert wird, wenn sich das Interrupt-Signal innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne wiederholt oder wenn eine bestimmte Anzahl von Interrupt-Signalen pro Zeiteinheit bzw. innerhalb einer bestimmten Zeitspanne auftreten. Grundsätzlich ist beim Feststellen eines Fehlers und gleichzeitigem Auftreten eines Interrupt-Signals nicht festzustellen, ob tatsächlich eine Fehlfunktion vorliegt; stellt jedoch das Überwachungssystem einen Fehler fest, ohne daß ein Interrupt-Signal vorliegt, kann es sich nur um einen tatsächlichen Fehler handeln.
Ein Regelungssystem der hier in Rede stehenden Art enthält als Aktuatoren vor allem elektrisch betätigbare Hydraulikventile zur Steuerung des Bremsdruckes, hydraulische Pumpen, Stellmotor oder dergl. Bei den angeschlossenen Sensoren kann es sich um aktive Elemente, beispielsweise um aktive Raddrehzahlsensoren, handeln, die bei einem Span­ nungseinbruch oder eine Spannungsüberhöhung ein als Systemfehler interpretierbares Signal abgeben können.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Erzeugung und Auswertung der Überwachungs- oder Testsi­ gnale mit Hilfe eines gesonderten Microprozessors, dem der Komparator das Interrupt-Signal zuleitet. Es ist jedoch durchaus auch möglich, die Auswertung der Eingangssignale, das Erzeugen der Steuer- und Stellsignale ebenso wie die Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der Schaltkreise und der angeschlossenen Komponenten mit Hilfe eines einzigen Microprozessors durchzuführen.
Eine weitere Ausführungsart der Erfindung besteht darin, daß zur Spannungsversorgung der Microprozessoren und anderer elektronischer Schaltkreise des Reglers und zur Erzeugung der Referenzspannung eine stabilisierte und gepufferte Hilfsspan­ nungsquelle vorhanden ist.
In den Unteransprüchen sind noch andere vorteilhafte Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung genannt. Aus den folgenden Erläuterungen anhand der beigefügten Abbildung eines Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden weitere Einzelheiten der Erfindung ersichtlich. Diese Abbildung zeigt in schematischer Vereinfachung die wesentlichen elektronischen Komponenten einer Schal­ tungsanordnung für eine blockiergeschützte hydraulische Bremsanlage (ABS).
Die Informationen zur Regelung des Bremsdruckes werden in der bekannten Weise mit Hilfe von Radsensoren S1 bis S4 gewonnen, deren Ausgangssignale das Drehverhalten der einzelnen Räder wiedergeben. Die gestrichelte Verbindungsleitung 15 von den Sensoren S1 bis S4 zu der Spannungsquelle UB deutet an, daß auch aktive Sensoren verwendet werden können, die zur Energieversorgung mit der gemeinsamen Spannungsquelle oder mit einer stabilisierten Spannungsquelle verbunden werden müssen.
In einer Logikschaltung 1, die heutzutage eine oder mehrere Microprozessoren oder Microcontroller enthält, werden die Sensorsignale aufbereitet und ausgewertet. An einem Ausgang A₁ der Logikschaltung 1 stehen dann Ventilsteuersignale zur Verfügung, die über einen Ventiltreiber 2 den Ventilspulen eines Ventilblocks 3 zugeleitet werden, der die hydraulischen Ventile zur Steuerung des Bremsdruckes in den Radbremsen der einzelnen Räder umfaßt. Häufig handelt es sich dabei um Ein­ laß-/Auslaß-Ventilpaare mit zwei Schaltstellungen, nämlich mit einer Durchlaß- und einer Sperrposition.
Die Regler-Schaltungsanordnung nach dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel enthält als Überwachungsschaltung 4 einen Microprozessor, der Überwachungs- und/oder Testsignale erzeugt und zur Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion des Regelungssystems auswertet. Der Überwachungs-Microprozessor 4 nimmt u. a. Spannungsmessungen an bestimmten Stellungen der Schaltung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand oder Ansteuermodus der einzelnen Stufen, beispielsweise der Ventiltreiber, vor. Auf diese Weise lassen sich in bekannter Weise Bauelementefehler, Fehlfunktionen, Leckströme, Nebenschlüsse usw. erkennen. Im Fehlerfall wird dann über ein Abschaltrelais 5 der Regler außer Funktion gesetzt und ein Warnsignal ausgelöst. Das Auftreten und die Art des Fehlers werden zur Diagnose in einem Diagnosespeicher festgehalten.
Über Signalleitungen 11 und 12 werden Überwachungs- oder Testsignale der Logik 1 und dem Ventiltreiber 2 zugeführt. Die Rückmeldung erfolgt über Signalleitungen 8 bis 10.
Nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Anordnung sind die Logikschaltung 1 und der Überwachungs-Microprozessor 4 in einem gemeinsamen Schaltkreis oder Microprozessor 1′ untergebracht; dies ist durch die gestrichelte Umrahmung der beiden Blöcke 1 und 4 symbolisch dargestellt.
Die elektronischen Schaltkreise, nämlich die Logikschaltung 1, der Ventiltreiber 2 und der Überwachungs-Microprozessor 4, werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus der Versorgungsquelle mit der Spannung UB über eine Span­ nungsstabilisierung 6, die eine stabilisierte und gepufferte Hilfsspannung UH liefert, versorgt. Nach einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung genügt es, den Ventiltreiber 2 direkt an die Versorgungsquelle der Span­ nung UB - als nicht an die stabilisierte Spannung UH - an­ zuschließen.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthält außerdem einen Komparator 7, der ständig die Versorgungsspannung UB, die hier die Fahrzeugbatterie liefert, mit einer Referenzspannung URef vergleicht. Diese Referenzspannung kann beispielsweise mit einer Zenerdiode und Anschluß an die Versorgungsspannung UB, erforderlichenfalls mit einem zusätzlichen Pufferkondensator, oder durch Anschluß an die stabilisierte Hilfsspannungsquelle (UH) gewonnen werden.
Die gestrichelt dargestellte Signalleitung 13, die von der Überwachung 4 zu der Referenzspannungsquelle 14 führt, deutet an, daß diese Referenzspannung URef in Abhängigkeit von dem jeweiligen Prüfvorgang auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden kann. Die zulässige Abweichung der Versor­ gungsspannung UB von der Referenzspannung URef ist nämlich für die verschiedenen Überwachungsvorgänge unterschiedlich. Beispielsweise kann eine Überprüfung der angeschlossenen Verbraucher, z. B. der Ventilspulen 3, auf Leitungsunterbrechung oder Kurzschluß auch dann noch durchgeführt werden, wenn relativ hohe Spannungseinbrüche oder Überspannungen vorliegen. Bei anderen Überwachungsvor­ gängen, z. B. bei der Auswertung der Sensorsignale, können schon verhältnismäßig geringe Abweichungen der Versor­ gungsspannung vom Sollwert oder Sollbereich zu Fehlinterpretationen führen.
Bei einem Einbruch der Versorgungsspannung UB oder beim Auftreten einer Überspannung auf dieser Versorgungsquelle wird nun mit Hilfe des Komparators 7 ein Signal erzeugt und als Interrupt-Signal Extint (extern interrupt) dem Überwachungs-Mikroprozessor 4 zugeführt. Dieses Interrupt- Signal bzw. diese Information über die (kurzzeitige) Änderung der Versorgungsspannung UB - Spannungseinbruch oder Span­ nungsspitze - wird nun in dem Überwachungsprozessor 4 bei der Auswertung der Überwachungssignale berücksichtigt. Eine solche Änderung der Überwachungsspannung UB kann nämlich, wenn z. B. gleichzeitig der Spannungsabfall über den Hydraulikventilen 3 oder über einem bestimmten Ventil gemessen wird, einen Bauelementefehler, einen Leckstrom oder Nebenschluß, eine fehlerhafte Ansteuerstufe usw. vortäuschen. Im einfachsten Fall wird daher beim Vorliegen eines von dem Komparator 7 erzeugten Interrupt-Signals Extint die Auswertung der Überwachungssignale durch den Überwachungsprozessor für eine bestimmte Zeitspanne un­ terbunden. Die der Überwachung dienende Spannungsmessung wird wiederholt. Erst dann, wenn auch die Wiederholung zu keinem eine ordnungsgemäße Funktion anzeigenden Signal führt, wird dies als "Fehler" bewertet und ggf. das Abschaltrelais 5 angesteuert; auf jeden Fall muß ein Defekt vorliegen, wenn die Überwachung eine Fehlfunktion feststellt, ohne daß ein Interrupt-Signal vorliegt.
Je nach Art des auftretenden, von dem Überwachungsprozessor 4 ermittelten Fehlers bewirkt der Überwachungsprozessor eine sofortige Abschaltung der Regelung oder läßt beim Vorliegen einer oder mehrerer Interrupt-Signale Extint pro Zeiteinheit eine bestimmte Anzahl von Wiederholungen der Messungen bzw. des Überwachungsvorganges zu. Bei wiederholten Fehlermeldungen, sobald ein vorgegebener Grenzwert überschritten ist, wird dann die Regelung abgeschaltet, oder es wird auf ein anderes Programm umgeschaltet. Zweckmäßigerweise wird je nach Bedeutung des Fehlers für die Sicherheit des Fahrzeugs die Anzahl der zulässigen Wiederholungen festgelegt. Auch ist es möglich, die Abschal­ tung oder Stillegung bei für die Sicherheit weniger bedeutenden Fehlern zeitlich zu begrenzen.
Das beschriebene "Ausblenden" der Überwachung durch den Überwachungsprozessor 4 beim Auftreten von Span­ nungseinbrüchen oder Spannungsspitzen und einem versprechenden Interrupt-Signal läßt eine exaktere Auslegung der Überwachung zu, weil geringere Spannungstoleranzen in­ nerhalb der zulässigen Schwankungen vorgegeben werden können; Einbrüche und Spannungsspitzen auf der Versorgungsspannung UB müssen nämlich bei der Festlegung der Toleranzen nur noch im Rahmen der Komparatorschwellen berücksichtigt werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schal­ tungsanordnung wird also auf einfache Weise eine wesentliche Ursache für fälschliche Fehlermeldungen beseitigt; das Ansprechen der Überwachungsschaltung auf kurzlebige, unschäd­ liche Störeinflüsse wird verringert. Die Genauigkeit der Überwachung wird verbessert.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung für ein elektronisches Regelungssystem für Kraftfahrzeuge, wie ABS, ASR, FSR oder dergl., mit einer oder mehreren programmgesteuerten Schaltungen zur Verarbeitung der Eingangssignale und zum Erzeugen von Steuer- oder Stellsignalen, mit denen Ak­ tuatoren ansteuerbar sind, sowie zur Erzeugung und Auswertung von Überwachungs- und/oder Testsignalen, mit denen die ordnungsgemäße Funktion der Schaltkreise, der Stromversorgung, der angeschlossenen Sensoren, der Verbraucher und sonstiger Komponenten überprüft und das Auftreten von Fehlern signalisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator (7) vorhanden ist, der die Versorgungsspannung (UB) des elektronischen Regelungssystems ständig mit einer Referenzspannung (URef) vergleicht und der beim Auftreten von Span­ nungseinbrüchen oder Überspannungen ein Interrupt-Signal (Extint) erzeugt, das die Auswertung der Überwachungssignale und eine Fehlersignalisierung kurzzeitig oder für eine vorgegebene Zeitspanne, bis zum wiederholten Auftreten des Fehlersignals oder bis zu einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen des Fehlersignals unterbindet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktuatoren elektrisch betätig­ bare Hydraulikventile (3), Hydraulikpumpen, Stellmotore oder dergl. vorhanden sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Sensoren, z. B. die Radgeschwindigkeitssensoren (S1-S4), als aktive, an die gemeinsame Stromversorgung (an das "Bordnetz") angeschlossene Sensoren ausgebildet sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung und Auswertung der Überwachungs- oder Testsig­ nale mit Hilfe eines separaten Microprozessors (4) erfolgt, dem der Komparator (7) das Interrupt-Signal (Extint) zu leitet.
5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Eingangssignale, das Erzeugen der Steuer- und Stellsignale sowie die Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der Schaltkreise und der angeschlossenen Komponenten mit Hilfe eines gemeinsamen Microprozessors (1′) erfolgt.
6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Span­ nungsversorgung der Microprozessoren (1, 1′, 4) und anderer elektronischer Schaltkreise (2) des Systems sowie zur Erzeugung der Referenzspannung (URef) eine stabilisierte und gepufferte Hilfsspannungsquelle (UH) vorhanden ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der ordnungsgemäßen Funktionen der Span­ nungsabfall über den Verbrauchern, z. B. über den Ventil­ spulen der Hydraulikventile (3), über den aktiven Sensoren usw., in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ansteuermodus, von der momentanen Bremsenfunktion etc. gemessen und ausgewertet wird.
8. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (URef) in Abhängigkeit von dem jeweiligen Prüf- bzw. Überwachungsvorgang auf einen vorgegebenen Wert einstellbar ist.
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