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STAND DER
TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Diagnose von
Fehlerbedingungen, die mit dem Antrieb elektrischer Lasten zusammenhängen.
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In
Kraftfahrzeugen wird typischerweise eine Vielzahl elektrisch angetriebener
Komponenten vorgesehen. So unter anderem Elektromotoren, die der Betätigung verschiedener
Fahrzeugkomponenten dienen. Weitere beispielhafte Lasten sind Motorbremsen.
Es kommt nicht selten vor, dass sich Schwierigkeiten mit dem Antrieb
derartiger Lasten ergeben. Obwohl es nicht immer schwierig ist zu
ermitteln, wann eine Fehlerbedingung eintritt, gibt es bisher kein
Verfahren, um genau die Art bzw. Ursache einer Fehlerbedingung festzustellen.
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Es
gibt einen Bedarf, die Art einer unter bestimmten Umständen vorliegenden
Fehlerbedingung feststellen zu können.
So ist es beispielsweise von Nutzen, wenn man ermitteln kann, ob
eine Fehlerbedingung etwa mit einem Kurzschluss quer durch die Last
oder einem Kurzschluss von einer Seite der Last gegen Erde zusammenhängt. Vor
dieser Erfindung hat es kein wirksames und effizientes Verfahren
zur Feststellung der Art bzw. Ursache einer Fehlerbedingung gegeben.
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US-Patent
4,932,246 beinhaltet ein Fehlerdiagnose-Prüfsystem und einen Fehlerdiagnose-Schaltkreis.
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ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Allgemein
beschrieben ist diese Erfindung ein Verfahren und ein System zur
Diagnose einer Fehlerbedingung, die mit dem Antrieb einer elektrischen
Last zusammenhängt,
wenn diese Last einen Treiberanteil auf der H-Seite (HIGH) und einen
Treiberanteil auf der L-Seite (LOW) beinhaltet.
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In Übereinstimmung
mit einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein System zur Diagnose
einer Fehlerbedingung bereitgestellt, die mit einer elektrisch betriebenen
Last zusammenhängt,
wobei dieses System Folgendes beinhaltet: einen Treiberanteil auf
der H-Seite; einen Treiberanteil auf der L-Seitet eine Steuerung,
die die Treiberanteile in einer Mehrzahl von Antriebskombinationen
selektiv aktiviert und mindestens ein Signal abtastet, das mit
jedem Treiberanteil während
jeder der Antriebskombinationen zusammenhängt, und die feststellt, ob
eine Fehlerbedingung vorliegt, und die Fehlerbedingung mit Hilfe der
abgetasteten Signale diagnostiziert, die mit den Antriebskombinationen
zusammenhängen;
dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberanteile auf der H- und der
L-Seite in einer Konfiguration als Halbbrückenschaltung angeordnet sind,
wobei das System einen Spannungsteiler einschließt, der mit dem Treiberanteil
auf der H-Seite zusammenhängt
und das mit dem Treiberanteil auf der H-Seite zusammenhängende Signal
liefert, einen zweiten Spannungsteiler, der mit dem Treiberanteil
auf der L-Seite zusammenhängt
und das mit dem Treiberanteil auf der L-Seite zusammenhängende Signal liefert, einen
Speicheranteil, der die Signalsollwerte enthält, die mit jeder der Mehrzahl
von Kombinationen zum Antrieb der Treiberanteile auf der H- und
der L-Seite zusammenhängt,
wobei die Steuerung die abgetasteten Signale mit den Sollwerten
vergleicht, um festzustellen, wann eine Fehlerbedingung vorliegt,
und um die Fehlerbedingung zu diagnostizieren.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Diagnose einer
Fehlerbedingung bereitgestellt, die mit einer elektrisch betriebenen
Last zusammenhängt,
die einen Treiberanteil auf der H-Seite und einen Treiberanteil
auf der L-Seite hat, wobei die Treiberanteile auf der H- und der
L-Seite in einer Konfiguration als Halbbrückenschaltung angeordnet sind,
eine Steuerung, die so bedienbar ist, dass die Treiberanteile selektiv
aktiviert werden können,
einen Spannungsteiler, der mit dem Treiberanteil auf der H-Seite
zusammenhängt
und das Signal liefert, das mit dem Treiberanteil auf der H-Seite zusammenhängt, sowie
einen zweiten Spannungsteiler, der das Signal liefert, das mit dem
Treiberanteil auf der L-Seite zusammenhängt, und einen Speicheranteil,
der die Signalsollwerte enthält,
die mit jeder der Mehrzahl von Kombinationen zum Antrieb der Treiberanteile
auf der H- und der L-Seite zusammenhängt, und einen Komparator,
der mit der Steuerung zusammenhängt,
wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: (A) selektiver
Antrieb der Treiberanteile auf der H- und der L-Seite in einer Mehrzahl von
Kombinationen; (B) Abtasten von mindestens einem Signal, das bei
jeder der Kombinationen mit dem Treiberanteil auf der H-Seite zusammenhängt; (C) Abtasten
von mindestens einem Signal, das bei jeder der Kombinationen mit
dem Treiberanteil auf der L-Seite zusammenhängt; sowie (D) Feststellung,
ob eine Fehlerbedingung vorliegt, und Diagnose der Fehlerbedingung,
wobei eine Kombination abgetasteter Spannungen benutzt wird.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden der Treiberanteil auf der H-Seite und der Treiberanteil auf
der L-Seite selektiv in einer Mehrzahl von Kombinationen angetrieben.
Beispielhafte Kombinationen sind unter anderem: "kein Strom an beiden Treiberanteilen
anliegend", "Strom nur am Treiberanteil
auf der H-Seite anliegend" und "Strom an beiden Treiberanteilen
anliegend".
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Während jeder
der ausgewählten
Antriebskombinationen wird mindestens eine Spannung, die mit dem
Treiberanteil auf der H-Seite zusammenhängt, abgetastet. Mindestens
eine Spannung, die mit dem Treiberanteil auf der L-Seite zusammenhängt, wird
ebenfalls bei jeder der ausgewählten Kombinationen
abgetastet. Die abgetasteten Spannungen liefern Informationen, die
dazu dienen, die Art des unter den gegebenen Umständen vorliegenden
Fehlers zu diagnostizieren.
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Die
verschiedenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
für Fachleute
auf diesem technischen Gebiet aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels erkennbar.
Die Zeichnungen, die mit der ausführlichen Beschreibung einhergehen,
lassen sich kurz wie folgt beschreiben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems.
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2 ist
die Darstellung einer erfindungsgemäßen Methodologie in Form eines
Ablaufdiagramms.
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3 ist
die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Diagnosestrategie.
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AUSFÜHRLICHE
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ein
System 20 zum Antrieb einer elektrischen Last 22 beinhaltet
einen Treiberanteil 24 auf der H-Seite und einen Treiberanteil 26 auf
der L-Seite. Bei der abgebildeten Anordnung handelt es sich um eine
Halbbrücken-Schaltkonfiguration
zum Antrieb der Last 22. Zu Erörterungszwecken ist eine induktive
Last 22 dargestellt. Die elektrische Last 22, für die die
vorliegende Erfindung von Nutzen ist, kann in ihrer Art zahlreiche
Formen annehmen. Als Beispiel ist unter anderem eine elektrische
Motorbremse zu nennen. Die vorliegende Erfindung ist unserer Ansicht
nach besonders nützlich
zur Diagnose von Fehlerbedingungen, die mit elektrischen Lasten
zusammenhängen,
die für
die Steuerung von Komponenten in Kraftfahrzeugen zuständig sind.
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Ein
Mikroprozessor 28 ist vorzugsweise so programmiert, dass
er den Treiberanteil 24 auf der H-Seite und den Treiberanteil 26 auf
der L-Seite zwecks Antrieb der Last 22 aktiviert. Der Mikroprozessor 28 ist
vorzugsweise auch so programmiert, dass er selektiv die Treiberanteile 24 und 26 in
einer Mehrzahl von Kombinationen antreibt. Beispielhafte Kombinationen
sind unter anderem: "kein
Strom an beiden Treiberanteilen anliegend", "Strom
nur am Treiberanteil 24 auf der H-Seite anliegend" und "Strom an beiden Treiberanteilen 24 und 26 anliegend".
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Bei
jeder der Kombinationen zum Antrieb der Treiberanteile sammelt der
Mikroprozessor 28 vorzugsweise Informationen bezüglich des
Betriebs der Schaltung 20. Der Mikroprozessor 28 tastet
vorzugsweise mindestens eine Spannung ab, die mit dem Treiberanteil 24 auf
der H-Seite zusammenhängt. Im abgebildeten
Beispiel wird eine Testspannung AD1 vom Knoten 30 abgetastet.
Die Spannung AD1 wird von einem Spannungsteiler entnommen, der die
Widerstände 32 und 34 enthält.
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Eine
weitere Spannung wird vom Mikroprozessor 28 vorzugsweise
vom Knoten 36 abgetastet. Diese zweite Abtastspannung wird
in dieser Erörterung
mit AD2 bezeichnet, wobei es sich um die Spannung handelt, die mit
dem Treiberanteil 26 auf der L-Seite zusammenhängt. Der
Wert der Spannung AD2 wird vom Spannungsteiler geliefert, der die
Widerstandselemente 38 und 40 enthält.
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Im
abgebildeten Beispiel werden die abgetasteten Spannungen vorzugsweise
durch einen A/D-Wandler im Mikroprozessor 28 in digitale
Signale umgewandelt. Die Schwellenwerte, bei denen eine abgetastete
Spannung als logisches HIGH oder LOW gilt, hängen von der jeweiligen Anordnung
der in einer bestimmten Situation verwendeten Komponenten ab.
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Ein
drittes Signal stammt vorzugsweise von einem Statusbit 42,
das mit dem Treiberanteil 24 auf der H-Seite zusammenhängt. In
einem Beispiel ist das Statusbit 42 das von einer Komponente BTS426L
stammende Statusbit, das mit dem Treiberanteil 24 auf der
H-Seite zusammenhängt.
Das Statusbit ist eine bekannte Schaltfunktion, die auf eine Fehlerbedingung
reagiert, die am Treiberanteil 24 auf der H-Seite erfassbar
ist.
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Der
Mikroprozessor 28 ist vorzugsweise so programmiert, dass
er mindestens die Diagnoserückmeldesignale,
die von den Knoten 30 und 36 stammen, benutzt,
um ein Mehrzahl von Fehlerbedingungen zu diagnostizieren, die mit
dem Antrieb der Last 22 zusammenhängen. Das vom Statusbit 42 stammende
Diagnoserückmeldesignal
wird vorzugsweise zur Diagnose von mindestens einer Art von potenzieller
Fehlerbedingung benutzt. Die Art bzw. Ursache der Fehlerbedingung
gibt teilweise die Anzahl der für eine
genaue Diagnose erforderlichen Signale vor. Fachleute auf diesem
technischen Gebiet werden auf der Basis dieser Beschreibung bestimmen
können, welche
und wie viele Signale für
ihre jeweilige Situation erforderlich sind.
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Ein
Sicherheitsmikroprozessor 50 steuert vorzugsweise einen
NPN-Transistor 52 in
Abhängigkeit
vom Vorhandensein einer Fehlerbedingung. Immer wenn eine Fehlerbedingung
vorliegt, wird der Transistor 52 vorzugsweise so aktiviert,
dass das an den Treiberanteil 26 auf der L-Seite übertragene
Aktiviersignal gegen Erde gekoppelt ist, so dass die Stromversorgung
der Last 22 unterbrochen wird. In die Schaltung ist vorzugsweise
eine Umlaufdiode 54 integriert, um den Steuerenergieverlust
beim Abschalten der Last 22 zu steuern.
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Die
vorliegende Erfindung bietet die Fähigkeit, nicht nur zu erfassen,
wann eine Fehlerbedingung vorliegt, sondern außerdem die Art der vorliegenden
Fehlerbedingung zu diagnostizieren.
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Das
Ablaufdiagramm 60 in 2 fasst
einen mit der vorliegenden Erfindung konsistenten Ansatz zur Diagnose
von Fehlerbedingungen zusammen. Die Treiberanteile 24 und 26 sind
zunächst
vorzugsweise energiefrei. Dies kann als erste Antriebskombination
der Treiberanteile bezeichnet werden. Jedes der Diagnosesignale
wird dann vorzugsweise vom Mikroprozessor 28 abgetastet.
Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Fehlerbedingung lokalisiert wird,
ist der Mikroprozessor 28 vorzugsweise so programmiert,
dass er eine Fehleranzeige liefert.
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Wenn
die erste Antriebskombination nicht zum Aufspüren einer Fehlerbedingung führt, wird
die zweite Antriebskombination implementiert. In einem Beispiel
liegt Strom am Treiberanteil 24 auf der H-Seite an, während am
Treiberanteil 26 auf der L-Seite kein Strom anliegt. Die
Diagnoserückmeldesignale
werden dann abgetastet und überprüft, um festzustellen,
ob eine Fehlerbedingung vorliegt. Wenn keine Fehlerbedingung lokalisiert
wird, wird vorzugsweise eine dritte Antriebskombination implementiert.
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Im
dargestellten Beispiel beinhaltet die dritte Antriebskombination
das Anlegen von Strom an Treiberanteil 24 auf der H-Seite
und Treiberanteil 26 auf der L-Seite. Die Diagnoserückmeldesignale
werden vorzugsweise vom Mikroprozessor 28 unter den dritten
Antriebskombinationsbedingungen abgetastet. Wenn zu diesem Zeitpunkt
keine Fehlerbedingung lokalisiert wird, wird die Last 22 wie
gewünscht
angetrieben. In einem Beispiel wird die Motorbremse wie erforderlich
betätigt.
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Einige
Fehlerbedingungen können
nach Anwendung der ersten und zweiten Antriebskombination genau
diagnostiziert werden. Andere Fehlerbedingungen werden jedoch erst
erkennbar, wenn die dritte Antriebskombination implementiert wird.
Daher wird beim dargestellten Beispiel insbesondere bevorzugt, dass
alle drei Antriebskombinationen benutzt werden, selbst wenn bereits
die Ergebnisse der Signalabtastung nach der ersten und der zweiten
Antriebskombination eine Fehlerbedingung anzeigen. Der Mikroprozessor 28 ist
vorzugsweise so programmiert, dass er eine Fehlerbedingung erkennt,
sobald eines der abgetasteten Signale nicht einem Sollergebnis entspricht.
Der Mikroprozessor 28 ist außerdem vorzugsweise so programmiert,
dass er die Signale unter verschiedenen Antriebskombinationsbedingungen
weiter abtastet, bis die Fehlerbedingung genau diagnostiziert ist.
Einige Fehlerbedingungen können
bereits nach Anwendung von einer oder zwei Antriebskombinationen
erkennbar werden, während andere
Fehlerbedingungen erst genau diagnostiziert werden können, nachdem
mindestens drei verschiedene Antriebskombinationsbedingungen im
dargestellten Beispiel implementiert worden sind.
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Die
Benutzung einer Kombination von Rückmeldesignalen zusammen mit
verschiedenen Antriebskombinationen für den Antrieb der Treiberanteile
auf der H-Seite und der L-Seite bietet die Möglichkeit, eine Mehrzahl von
Fehlerbedingungen zu diagnostizieren. Beispiele für Fehlerbedingungen
sind unter anderem: ein offener Schaltkreis, der mit Kontakt A der
Last 22 zusammenhängt;
ein offener Schaltkreis, der mit Kontakt B der Last 22 zusammenhängt; ein
Kurzschluss gegen Batterie an Kontakt A; ein Kurzschluss gegen Batterie
an Kontakt B; ein Kurzschluss gegen Erde an Kontakt A; ein Kurzschluss
gegen Erde an Kontakt B; ein Kurzschluss über die gesamte Last 22.
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3 stellt
in schematischer Weise beispielhaft das Verfahren für die Benutzung
einer Rückmeldesignalkombination
und einer Mehrzahl von Antriebskombinationen zur Diagnose der Art
der Fehlerbedingung dar.
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Ein
erster Antriebskombinationszustand ist in Abb. 72 dargestellt.
Unter diesen Bedingungen haben der Treiberanteil 24 auf
der H-Seite und der Treiberanteil 26 auf der L-Seite einen
logischen Wert von 0, der dem ausgeschalteten Zustand entspricht.
Die Diagnoserückmeldesignale
AD1 und AD2, die vom Knoten 30 bzw. 36 stammen,
werden vorzugsweise vom Mikroprozessor 28 in digitale Signale
umgewandelt. Dementsprechend erhalten die Rückmeldesignale logische Werte,
die mit dem Spannungswert an den entsprechenden Punkten im Schaltkreis
korrespondieren. Die Auswahl des Schwellenwertes, der für die Entscheidung
relevant ist, ob der Spannungswert ein logisches LOW oder HIGH darstellt,
ist abhängig
von den jeweiligen Notwendigkeiten in einer bestimmten Situation.
Fachleute auf diesem technischen Gebiet werden auf der Basis dieser
Beschreibung geeignete Spannungspegel auswählen können. Das Statusbit-Rückmeldesignal
liefert je nach Status ein logisches LOW oder HIGH.
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Die
zweite und die dritte Antriebskombination werden in Abb. 74 bzw. 76 dargestellt.
Die Antriebskombination 74 entspricht dem Einschalten des Treiberanteils 24 auf
der H-Seite, während
der Treiberanteil 26 auf der L-Seite ausgeschaltet ist.
Die Antriebskombination 76 entspricht den Einschalten beider
Treiberanteile.
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Der
Sollwert für
die Rückmeldesignale
wird als "Normalbetrieb" entsprechend jeder
der Antriebskombinationen dargestellt. Die rechte Seite der 3 zeigt
die möglichen
Istwerte der Diagnoserückmeldesignale
und die damit verbundene, durch diese Werte angezeigte Fehlerbedingung.
Der Mikroprozessor 28 hat vorzugsweise einen Speicher (oder Zugang
zu einem externen Speicher) und ist so programmiert, dass er eine
Fehlerbedingung durch Vergleich der Istsignalwerte mit den Sollwerten
diagnostiziert. Wenn beispielsweise ein Rückmeldesignal am Knoten 36 nicht
wie erwartet ist, während
der Treiberanteil auf der H-Seite ein- und der Treiberanteil auf der
L-Seite ausgeschaltet ist (Antriebskombination 74), und
das Statusbit nicht wie erwartet ist, wenn beide Treiberanteile
eingeschaltet sind (Antriebskombination 76), zeigt dies
einen offenen Schaltkreis an Kontakt A oder B der Last 22 an.
Dies ist in Tab. 80 und 82 in 3 dargestellt.
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Wenn
die Istwerte der Diagnoserückmeldesignale
wie in Tab. 84 dargestellt sind, stellt der Mikroprozessor 28 fest,
dass es einen Kurzschluss gegen Batterie an Kontakt A der Last 22 gibt. Ähnlich gilt, dass
der Mikroprozessor 28 – wenn
die Werte wie in Tab. 86 dargestellt sind – feststellt,
dass es einen Kurzschluss gegen Batterie an Kontakt B der Last 22 gibt.
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Eine
Fehlerbedingung, die einen Kurzschluss von Kontakt A gegen Erde
beinhaltet, resultiert in Rückmeldesignalwerten
wie in Tab. 88 dargestellt, während ein Kurzschluss von Kontakt
B gegen Erde Signalwerte ergibt, wie sie in Tab. 90 genannt werden.
Der Mikroprozessor 28 stellt fest, dass es einen Kurzschluss über die
gesamte Last 22 gibt, wenn die Rückmeldesignale wie in Tab. 92 dargestellt
sind.
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Der
Mikroprozessor 28 ist vorzugsweise so programmiert, dass
er eine Mehrzahl von Fehlerbedingungen auf der Basis der verschiedenen
Signalwerte bei verschiedenen Antriebskombinationen erkennt. Wie
der Wahrheitstabellenanordnung in 3 zu entnehmen
ist, werden vorzugsweise mindestens zwei Rückmeldesignale verwendet, um
die meisten Fehlerbedingungen zu diagnostizieren. Das Statusbit-Rückmeldesignal
bei 42 ist erforderlich, um die in Tab. 88, 90 und 92 dargestellten
Fehlerbedingungen feststellen zu können. Für die Fehlerbedingungen, die
einen offenen Schaltkreis an einer der Seiten der Last oder einen
Kurzschluss von einer der beiden Seiten der Last gegen Batterie
beinhalten, sind nur die zwei von den Knoten 30 und 36 stammenden
Rückmeldesignale
notwendig.
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Natürlich entsprechen
die in 3 dargestellten Signalwerte einer Schaltungsanordnung,
wie sie in 1 dargestellt ist. Wenn die
Schaltung modifiziert würde,
könnten
andere Werte für
die Signale andere Fehlerbedingungen in anderer Form anzeigen. Auf
der Basis dieser Beschreibung können Fachleute
auf diesem technischen Gebiet einen Mikroprozessor 28 so
programmieren, dass er unterschiedliche Fehlerbedingungen auf der
Basis einer Mehrzahl von Rückmeldesignalen
bei einer Mehrzahl von Kombinationen von Treiberanteilen auf der
H- und der L-Seite für
die jeweilige spezifische Schaltung genau diagnostiziert.
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Die
vorstehende Beschreibung ist ihrer Art nach eher beispielhaft als
erschöpfend.
Abweichungen und Modifikationen des offenbarten Beispiels, die nicht
notwendigerweise vom Wesen der vorliegenden Erfindung abweichen,
lassen sich für
Fachleute auf diesem technischen Gebiet erkennen. Der für die vorliegende
Erfindung geltende gesetzliche Schutzbereich kann nur durch die
Lektüre
folgender Ansprüche
bestimmt werden.