DE102006040737B4

DE102006040737B4 - Device for shunt detection on a valve output stage

Info

Publication number: DE102006040737B4
Application number: DE102006040737.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rupp; Jochen Huebl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2025-05-22
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: DE102006040737A1

Abstract

Vorrichtung zum Erkennen eines Nebenschlusses an einem Ventil, das eine Spule (8) und eine Ventilendstufe (1) mit einem Endstufen-Schalter (T₁) zum Einstellen des durch die Spule (8) fließenden Stroms (I) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Testpfad (9) mit einem zweiten Schalter (T_Test) und einem Sensor (6) zum Messen einer elektrischen Größe (U,I) parallel zu dem Endstufen-Schalter (T₁) geschaltet ist, wobei durch den Testpfad (9) der durch die Spule (8) fließende Strom (I) geleitet werden kann.

Device for detecting a shunt on a valve, which comprises a coil (8) and a valve output stage (1) with an output stage switch (T ₁ ) for adjusting the current (I) flowing through the coil (8), characterized in that a test path (9) with a second switch (T _Test ) and a sensor (6) for measuring an electrical variable (U,I) is connected in parallel to the output stage switch (T ₁ ), wherein the current (I) flowing through the coil (8) can be conducted through the test path (9).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen eines elektrischen Nebenschlusses an einem Ventil, insbesondere einem elektromagnetischen Ventil, mit einer Spule und einer Ventilendstufe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for detecting an electrical shunt on a valve, in particular an electromagnetic valve, with a coil and a valve output stage according to the preamble of patent claim 1.

Stromgesteuerte Ventile, wie sie beispielsweise im Bremskreis von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, umfassen eine Spule, mittels derer ein magnetisches Feld erzeugt wird, das zum Betätigen eines Ankers dient. Die Höhe des Stromflusses bestimmt dabei im Wesentlichen die Stärke des magnetischen Feldes und damit die Ventilposition (Auf, Zu oder Zwischenstellung). Zum Einstellen des Stromflusses ist eine Ventilendstufe vorgesehen, die i. d. R. einen Endstufen-Schalter (MOSFET) umfasst, der von einer Treiber-Elektronik nach Wunsch angesteuert wird.Current-controlled valves, such as those used in the brake circuits of motor vehicles, comprise a coil that generates a magnetic field that serves to actuate an armature. The magnitude of the current flow essentially determines the strength of the magnetic field and thus the valve position (open, closed, or intermediate). A valve output stage is provided to adjust the current flow. This typically includes an output stage switch (MOSFET) that is controlled as required by driver electronics.

Bei derartigen Ventilendstufen kann es z.B. aufgrund eines Fehlers am Endstufen-MOSFET oder eines Defekts an der Verdrahtung der Ventilendstufe zu einem Nebenschluss, d.h. einer ungewollten Verbindung nach Masse, kommen. In diesem Fall fließt auch im ausgeschalteten Zustand des Endstufen-MOSFETs noch ein geringer Ventilstrom durch die Spule des Ventils. Dies kann im schlimmsten Fall dazu führen, dass das Ventil nicht mehr schließt bzw. nicht mehr öffnet.In such valve output stages, a fault in the output stage MOSFET or a defect in the valve output stage wiring can lead to a shunt, i.e., an unwanted connection to ground. In this case, a small valve current still flows through the valve coil even when the output stage MOSFET is turned off. In the worst case, this can lead to the valve no longer closing or opening.

Aus dem Stand der Technik ist es zwar bekannt, schwerwiegende Fehler, wie z.B. eine Stromkreisunterbrechung, durch Strom- oder Spannungsmessungen in der Ventilendstufe zu detektieren, eine Nebenschluss-Erkennung ist bislang jedoch noch nicht bzw. nur sehr ungenau möglich.Although it is known from the state of the art to detect serious errors, such as an open circuit, by current or voltage measurements in the valve output stage, shunt detection is not yet possible or is only possible with very little accuracy.

Aus der Offenlegungsschrift DE 39 25 418 A1 ist beispielsweise bereits ein gattungsgemäßer Stand der Technik bekannt. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2004 026 114 A1 ist ein Diagnosesystem bekannt, welches bei Bedarf einen Leckagestrom simuliert, um einen Nebenschluss zu erfassen.From the disclosure document DE 39 25 418 A1 For example, a generic prior art is already known. From the published application DE 10 2004 026 114 A1 A diagnostic system is known which simulates a leakage current when necessary in order to detect a shunt.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Nebenschluss-Erkennung bei einem Ventil bzw. dessen Ventilendstufe zu schaffen.It is therefore the object of the present invention to provide a device for shunt detection in a valve or its valve output stage.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1. Further embodiments of the invention are the subject of subclaims.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, einen Testpfad mit einem weiteren Schalter und einem Sensor zum Messen einer elektrischen Größe vorzusehen, auf den der durch die Spule fließenden Strom (Nebenschluss-Strom) im ausgeschalteten Zustand des Endstufen-Transistors umgeschaltet werden kann, und den im Testpfad fließenden Strom oder eine im Testpfad abfallende Spannung zu messen. Durch die Strom- oder Spannungsmessung im Testpfad bei geöffnetem Endstufen-Schalter kann ein Nebenschluss in einfacher Weise erkannt werden. Die Erfindung hat somit den wesentlichen Vorteil, dass ein Nebenschluss besonders einfach und kostengünstig detektiert werden kann.A key aspect of the invention is to provide a test path with an additional switch and a sensor for measuring an electrical quantity, to which the current flowing through the coil (shunt current) can be switched when the output stage transistor is off, and to measure the current flowing in the test path or a voltage drop in the test path. By measuring the current or voltage in the test path with the output stage switch open, a shunt can be easily detected. The invention thus has the significant advantage that a shunt can be detected particularly easily and cost-effectively.

Der Testpfad ist vorzugsweise parallel zum Endstufen-Schalter angeordnet.The test path is preferably arranged parallel to the power amplifier switch.

Gemäß der Erfindung wird der Zustand &ldquor;Nebenschluss" erkannt, wenn die gemessene elektrische Größe einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Bei Vorliegen eines Nebenschlusses fließt bereits zu Beginn einer Messung (wenn der Testpfad eingeschaltet wird) ein vergleichsweise hoher Strom, der nun auf den Testpfad umgeleitet wird. Gleichzeitig kann ein Spannungssprung an einem Widerstand im Testpfad erkannt werden.According to the invention, the "shunt" condition is detected when the measured electrical quantity exceeds a predetermined threshold. If a shunt exists, a comparatively high current flows at the beginning of a measurement (when the test path is switched on), which is then diverted to the test path. At the same time, a voltage jump at a resistor in the test path can be detected.

Der Testpfad umfasst neben dem vorstehend genannten Schalter vorzugsweise auch einen in Serie geschalteten Messwiderstand, an dem eine elektrische Spannung abgegriffen werden kann. Der Testpfad ist vorzugsweise hochohmig realisiert, wobei der Widerstand des Testpfads vorzugsweise so ausgelegt ist, dass sich der Zustand des Ventils im Testbetrieb nicht ändert. Der Widerstand liegt vorzugsweise im k -Bereich.In addition to the aforementioned switch, the test path preferably also includes a series-connected measuring resistor from which an electrical voltage can be tapped. The test path is preferably implemented with high resistance, with the resistance of the test path preferably being designed such that the state of the valve does not change during test operation. The resistance is preferably in the kΩ range.

Am Messwiderstand ist vorzugsweise ein Komparator angeschlossen, dessen Signal von einer Elektronik, wie z.B. einem Steuergerät ausgewertet wird.A comparator is preferably connected to the measuring resistor, the signal of which is evaluated by electronics, such as a control unit.

Der im Testpfad angeordnete Schalter ist vorzugsweise ein Transistor, insbesondere ein MOS-Transistor.The switch arranged in the test path is preferably a transistor, in particular a MOS transistor.

Der Endstufen-Schalter und der im Testpfad angeordnete Schalter werden vorzugsweise von einer Elektronik, wie z.B. einem Steuergerät, angesteuert.The power amplifier switch and the switch arranged in the test path are preferably controlled by electronics, such as a control unit.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer Ventilendstufe mit einem Testpfad zur Nebenschluss-Erkennung; und
2a - 2c verschiedene Zeitablauf-Diagramme der wesentlichen Steuersignale und Messgrößen der Ventilendstufe von 1.

The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. They show:

1 a block diagram of a valve output stage with a test path for shunt detection; and
2a - 2c various timing diagrams of the main control signals and measured variables of the valve output stage of 1 .

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ventilendstufe 1 mit einem zusätzlichen Testpfad 9 zur Nebenschluss-Erkennung. Die Ventilendstufe 1 umfasst im Wesentlichen einen Endstufen-Transistor T₁, mittels dessen der Stromfluss I durch die Spule 8 des Ventils gesteuert oder geregelt wird. Der Endstufen-Transistor T₁ ist mit einer Elektronik 2 verbunden, die den Transistor T₁ entsprechend ansteuert. 1 shows a block diagram of a valve output stage 1 with an additional test path 9 for shunt detection. The valve output stage 1 essentially comprises an output stage transistor T ₁ , by means of which the current flow I through the valve coil 8 is controlled or regulated. The output stage transistor T ₁ is connected to an electronic circuit 2 that controls the transistor T ₁ accordingly.

In der Ventilendstufe 1 kann beispielsweise aufgrund eines Fehlers im Endstufen-Transistor T₁ (Defekt einiger Transistor-Zellen) oder aufgrund eines Masseschlusses am Knoten Q ein Nebenschluss auftreten. Zum Erkennen eines solchen Nebenschlusses ist hier ein Testpfad 9 vorgesehen, der parallel zum Endstufen-Transistor T₁ angeordnet ist. Der Testpfad 9 umfasst einen Transistor T_Test und einen seriell geschalteten Messwiderstand 5 (R_M), an dem ein Spannungskomparator 6 angeschlossen ist. Der Endstufen-Transistor T₁ und der Testpfad 9 sind beide über die Spule 8 an einem Versorgungspotential U₁ angeschlossen und jeweils mit Masse PGND verbunden.In the valve output stage 1, a shunt can occur, for example, due to a fault in the output stage transistor T ₁ (defect in some transistor cells) or due to a short to ground at node Q. To detect such a shunt, a test path 9 is provided here, which is arranged in parallel with the output stage transistor T _1. The test path 9 comprises a transistor T _Test and a series-connected measuring resistor 5 (R _M ), to which a voltage comparator 6 is connected. The output stage transistor T ₁ and the test path 9 are both connected to a supply potential U ₁ via the coil 8 and each connected to ground PGND.

Der Testpfad 9 ist im Normalbetrieb ausgeschaltet, so dass der gesamte Ventilstrom I über den Endstufen-Transistor T₁ gegen Masse PGND fließt. Wenn der Endstufen-Transistor T₁ ausschaltet, müsste der Ventilstrom I im fehlerfreien Zustand gegen Null abfallen. Im Falle eines Nebenschlusses fließt jedoch weiterhin ein geringer Strom I gegen Masse. Dieser kann mit Hilfe des Testzweiges 9 erkannt werden.Test path 9 is disabled during normal operation, so the entire valve current I flows through the output stage transistor _T1 to ground PGND. When the output stage transistor _T1 turns off, the valve current I should drop to zero in a fault-free state. However, in the case of a shunt, a small current I continues to flow to ground. This can be detected using test path 9.

Im Testbetrieb wird der Transistor T_Test bei ausgeschaltetem Endstufen-Transistor T₁ eingeschaltet und die über dem Messwiderstand 5 abfallende Spannung ausgewertet. Im Falle eines Nebenschlusses ist am Messwiderstand 5 ein Spannungssprung zu erkennen. Falls dieser größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, der am Komparator 6 eingestellt ist, wird der Zustand „Nebenschluss“ erkannt. Anderenfalls ist das Ventil bzw. die Endstufe 1 in Ordnung und es liegt kein Nebenschluss vor.In test mode, transistor T _Test is switched on while output stage transistor T ₁ is switched off, and the voltage drop across measuring resistor 5 is evaluated. In the event of a shunt, a voltage jump is detected at measuring resistor 5. If this jump is greater than a predefined threshold value set on comparator 6, the "shunt" state is detected. Otherwise, the valve or output stage 1 is OK, and no shunt is present.

2a bis 2c zeigen verschiedene Zeitablaufdiagramme der Steuersignale der Transistoren T₁ und T_Test, sowie den Stromverlauf im Testpfad 9 ohne Fehler und bei Vorliegen eines Nebenschlusses. Dabei zeigt 2a das Steuersignal des Transistors T_Test. Wie zu erkennen ist, ist der Transistor T_Test zunächst ausgeschaltet und wird zum Zeitpunkt t₀ eingeschaltet. Der Endstufen-Transistor T₁ ist während der gesamten Testphase ausgeschaltet (siehe 2b). 2a to 2c show various timing diagrams of the control signals of the transistors T ₁ and T _Test , as well as the current flow in the test path 9 without errors and with the presence of a shunt. 2a the control signal of the transistor T _Test . As can be seen, the transistor T _Test is initially switched off and is switched on at time t ₀ . The output stage transistor T ₁ is switched off during the entire test phase (see 2b) .

Sofern kein Fehler vorliegt (Kennlinie A), nimmt der Stromfluss I ausgehend vom Wert Null stetig zu. Im Messintervall t_Mess werden daher nur niedrige Ströme I bzw. niedrige Spannungen am Messwiderstand 5 gemessen. Wenn dagegen ein Nebenschluss vorliegt, wird der Nebenschluss-Strom I durch das Einschalten des Transistors T_Test auf den Testzweig 9 umgelenkt. Im Messintervall t_Mess werden daher bereits zu Beginn hohe Ströme bzw. relativ hohe Spannungen festgestellt. Der Ausgang des Komparators 6 wechselt daher seinen Zustand z. B. von low auf high. Dies wird von einer Auswerteelektronik, wie beispielsweise einem Steuergerät (nicht gezeigt), erkannt.If there is no error (characteristic curve A), the current flow I increases continuously starting from the value zero. Therefore, only low currents I or low voltages are measured at the measuring resistor 5 in the measuring interval t _Mess . If, on the other hand, a shunt is present, the shunt current I is diverted to the test branch 9 by switching on the transistor T _Test . Therefore, high currents or relatively high voltages are detected right from the start in the measuring interval t _Mess . The output of the comparator 6 therefore changes its state, e.g. from low to high. This is detected by evaluation electronics, such as a control unit (not shown).

Claims

Device for detecting a shunt on a valve, which comprises a coil (8) and a valve output stage (1) with an output stage switch (T ₁ ) for adjusting the current (I) flowing through the coil (8), characterized in that a test path (9) with a second switch (T _Test ) and a sensor (6) for measuring an electrical variable (U,I) is connected in parallel to the output stage switch (T ₁ ), wherein the current (I) flowing through the coil (8) can be conducted through the test path (9).

Device according to Claim 1 , characterized in that the second switch (T _Test ) is switched on when the power amplifier switch (T ₁ ) is switched off.

Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that a shunt is detected when the electrical measured variable (U,I) exceeds a predetermined threshold value.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a measuring resistor (RM) is arranged in the test path (9).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the test path (9) is high-impedance.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a comparator (6) is connected in the test path (9).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a Electronics are provided to control the power amplifier switch (T ₁ ) and the second switch (T _Test ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the output stage switch (T ₁ ) and the second switch (T _Test ) are realized as transistors.