DE102007059365A1

DE102007059365A1 - Elektronische Überwachungsschaltung zur Überwachung der elektrischen Verbindung von mindestens zwei Geräten

Info

Publication number: DE102007059365A1
Application number: DE102007059365A
Authority: DE
Inventors: Jochen Beuss; Peter Handke; Michael Kurzner; Valentina Suchanow; Nathan Dr. Zambou
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2008-12-24
Also published as: WO2009015925A1

Abstract

Elektronische Überwachungsschaltung (A, B) zur Überwachung der elektrischen Verbindung von mindestens zwei Geräten (1, 2), welche zumindest mittels einer ersten (5) und einer zweiten (6) Versorgungsleitung verbunden sind, wobei über diese beiden Versorgungsleitungen (5, 6) wenigstens eines der Geräte (2) mit elektrischer Energie versorgt wird und wobei die elektronische Überwachungsschaltung (A, B) mit einer der Versorgungsleitungen (5) verbunden ist, wobei die Überwachungsschaltung (A, B) eine Ansteuerungseinheit (F) zur Erzeugung eines Testsignals (Ip) zur Prüfung der Leitungsimpedanz (R<SUB>VL</SUB>) der Versorgungsleitungen (5, 6) und eine Auswerteeinheit (G) zur Auswertung eines Antwortsignals des Testsignals umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Überwachungsschaltung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie deren Verwendung in Kraftfahrzeugen.
Es ist bekannt, mittels Versorgungsleitungen zwischen verschiedenen Geräten elektrische Energie sowie Information zu übertragen. Die Versorgungsleitungen sind im Allgemeinen widerstandsbehaftet. Dieser Leitungswiderstand sowie Widerstände die z. B. durch Steckverbinder entstehen, führen zu Spannungsabfällen über den Leitungen sowie deren Verbindungen. Diese Spannungsabfälle können in Folge einer beliebigen Überkopplung auf Signalleitungen zu einer unzulässigen Beeinflussung der Signale führen. Entweder können die Spannungsabfälle über Versorgungsleitungen erfasst und kompensiert werden oder es wird von einer geringen Beeinflussung ausgegangen 1–3. Nachteil bei der Annahme der geringen Beeinflussung 2 ist die Nichterkennbarkeit von Widerstandsanstiegen in nicht mehr vernachlässigbare Bereiche. Andernfalls benötigt man zusätzliche Senseleitungen zur Messung des Leitungswiderstandes der Versorgungsleitungen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine elektroni sche Überwachungsschaltung vorzuschlagen, durch welche die elektrische Verbindung zwischen zwei Geräten über zumindest zwei Versorgungsleitungen überwacht werden kann, ohne dass zusätzliche Leitungen zur Überwachung verwendet werden müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die elektronische Überwachungsschaltung gemäß Anspruch 1.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, eine elektronische Überwachungsschaltung vorzuschlagen, welche mit zumindest einer ersten Versorgungsleitung verbunden ist, wobei die erste und eine zweite Versorgungsleitung zumindest zwei Geräte miteinander verbinden und wenigstens eines der Geräte über diese Versorgungsleitungen mit elektrischer Energie versorgt wird. Die elektronische Überwachungsschaltung weist elektronische Mittel zur Erzeugung eines Testsignals auf, welches in Reihe über die erste und die zweite Versorgungsleitung übertragen wird. Außerdem weist die Überwachungsschaltung elektronische Mittel zur Auswertung eines Antwortsignals des Testsignals auf. Dabei wird insbesondere die Leitungsimpedanz oder der Wirkwiderstand der Leitungsimpedanz ermittelt.
Die Leitungsimpedanz umfasst bevorzugt die Impedanzen der beiden Versorgungsleitungen sowie insbesondere zusätzlich die bezüglich dieser beiden Leitungsanschlüsse relevante Innenimpedanz wenigstens eines mittels dieser beiden Versorgungsleitungen angeschlossenen Gerätes. Besonders bevorzugt bezieht sich die Leitungsimpedanz lediglich auf den Wirkwi derstand. Dabei werden keine Blindwiderstandsanteile durch die Überwachungsschaltung erfasst. Unter dem Begriff Leitungsimpedanz wird ganz besonders bevorzugt der Wirkwiderstand der Leitungsimpedanz verstanden.
Durch die Auswertung des Testsignals können elektrische Eigenschaften der Versorgungsleitungen bestimmt werden, insbesondere der Leitungswiderstand. Hierdurch lassen sich Störungen auf den Versorgungsleitungen oder Defekte der Versorgungsleitungen feststellen. Mit der Information über den aktuellen Leitungswiderstand der Versorgungsleitungen kann eine ratiometrische Messung angepasst werden, insbesondere ein elektrischer Referenzwert für eine ratiometrische Messung, welcher über eine der Versorgungsleitungen bereitgestellt wird.
Das Testsignal ist bevorzugt ein Stromsignal, insbesondere ein Teststromimpuls, alternativ vorzugsweise ein Spannungssignal, insbesondere ein Testspannungsimpuls oder ein Rechteckspannungssignal.
Es ist zweckmäßig, dass die Ansteuerungseinheit Schaltungsmittel umfasst, mit denen zumindest zu definierten Zeitpunkten wenigstens ein Testsignal, insbesondere ein Teststrom bzw. ein Teststromimpuls, über zumindest die erste und die zweite Versorgungsleitung in Reihe übertragen wird, und die Auswerteeinheit Schaltungsmittel umfasst, mit denen das Antwortsignal des Testsignal ausgewertet wird. Die Auswerteeinheit wertet das Antwortsignal des Testsignals insbesondere zumindest bezüglich einer der folgenden Größen aus:
Amplitude, Zeitdauer eines Antwortpulses und/oder Abklingverhalten des Antwortsignals. Aus diesen Größen kann die Impedanz der Versorgungsleitungen, insbesondere des Versorgungsstromkreises, berechnet werden.
Das Testsignal weist bevorzugt einen Teststromimpuls auf, der eine inverse Stromrichtung zur Stromrichtung des Versorgungsstroms durch die erste und die zweite Versorgungsleitung aufweist.
Das erste Gerät ist vorzugsweise eine elektronische Kontrolleinheit, welche zumindest das zweite Gerät mit elektrischer Energie versorgt.
Die elektronische Überwachungseinheit ist zweckmäßigerweise in der elektronischen Kontrolleinheit integriert.
Es ist bevorzugt, dass das zweite Gerät einen Innenwiderstand aufweist, welcher im Fall einer Verpolung, insbesondere hervorgerufen durch das Testsignal bzw. den Teststromimpuls, der an den Versorgungsleitungen anliegenden Versorgungsspannung im Wesentlichen vom Widerstand einer leitfähigen Diodestrecke bzw. eines p-n-Übergangs bestimmt wird.
Die Ansteuerungseinheit weist vorzugsweise zumindest einen Bootstrap-Kondensator und/oder eine Spannungsquelle zur Erzeugung des Teststromimpulses auf.
Das von der Auswerteeinheit erfasste elektrische Antwortsignal des Testsignals wird zweckmäßigerweise in einem Analog- Digitalwandler digitalisiert und gemessen, welcher insbesondere Teil der Auswerteeinheit ist oder alternativ vorzugsweise in einer elektronischen Kontrolleinheit, insbesondere außerhalb der Überwachungsschaltung, angeordnet ist.
Das zweite Gerät ist bevorzugt ein aktiver Sensor, insbesondere ein ratiometrischer Sensor. Besonders bevorzugt weist dieser Sensor eine Freilaufdiode und/oder eine Zenerdiode als Überlastschutz auf. Der Sensor stellt ganz besonders bevorzugt dem Auswertegerät, insbesondere einer mit ihm verbundenen elektronischen Kontrolleinheit, zumindest über eine Versorgungsleitung wenigstens eine Referenzspannung und/oder einen Referenzstrom zur Messung und Sensorsignalauswertung zur Verfügung.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung der elektronischen Überwachungsschaltung in Kraftfahrzeugen, insbesondere in einer elektronischen Kontrolleinheit, welche mittels zumindest der ersten und der zweiten Versorgungsleitung mit einem Sensor verbunden ist. Besonders bevorzugt wird die elektronische Überwachungsschaltung zur Überwachung des resistiven Verbindungsleitungszustands der Versorgungsleitungen verwendet. Dies betrifft ganz besonders bevorzugt die Versorgungsleitungen zu Sensoren, wie Drucksensoren, Wegsensoren, Geschwindigkeits- und Beschleunigungssensoren, welche als aktive Sensoren ausgebildet sind.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
Es zeigen in schematischer Darstellung
1 ein Ausführungsbeispiel für Überwachung der Versorgungsleitungen 5, 6 zwischen Gerät 1 und Gerät 2 mittels zwei zusätzlichen Senseleitungen 3, 4,
2 eine beispielhaft Ausführung bei welcher Geräte 1 und 2 nur mittels der beiden Versorgungsleitungen 5, 6 und einer Messleitung 7 verbunden sind, wobei das Messleitungs-Spannungssignal an einem A-/D-Wandler ausgewertet wird und die jeweils an den Versorgungsleitungen 5, 6 anliegenden Spannungen als Referenzspannungen für den A-/D-Wandler verwendet werden,
3 die parasitären Widerstände R_P1, R_L, R_P2 einer beispielhaften Versorgungsleitung 5,
4 zwei alternative Ausführungsbeispiele des Geräts 2, beispielgemäß ein Sensor mit jeweils einem Bypass, realisiert durch eine Freilaufdiode 8 bzw. eine Zenerdiode 9, bei Anliegen einer, gegenüber der Versorgungsspannung vergolten, Spannung,
5 eine beispielhafte Überwachungsschaltung A, mit einer Ansteuerungseinheit F umfassend Bootstrap-Kondensator C1 und einen Transistor T1, welcher mittels einer Ansteuerung 10 durch eine elektronische Kontrolleinheit ein Testsignal erzeugen kann, welcher einen Stromimpuls Ip umfasst, der eine zum Versorgungsstrom inverse Richtung aufweist, und einer Auswerteeinheit G umfassend die elektronischen Bauelemente um Transistor T2, wobei die Auswerteeinheit den durch den Strom durch R1 an R1 hervorgerufenen Spannungsabfall auswertet, des weiteren umfassend die Messstellen C und D,
6 ein alternatives Überwachungsschaltungsbeispiel B, bei welchem die Auswerteeinheit G eine direkte Spannungsmessung an Messstelle C durchführt, des Weiteren umfasst Überwachungsschaltung B die Messstelle E,
7 beispielgemäße Spannungsverläufe an Messstelle C, wobei erkennbar ist, dass mit zunehmendem Wirkwiderstand R_VL der Leitungsimpedanz die Spannungsamplitude negativer bzw. größer mit negativem Vorzeichen wird und die Schwelle U1 entsprechend deutlicher unterschreitet,
8 beispielgemäße Spannungsverläufe an Messstelle D der beispielhaften Überwachungsschaltung A, wobei mit zunehmendem Wirkwiderstand R_VL der Leitungsimpedanz die zugehörige Kurve flacher und weniger negativ ausgebildet ist und somit Spannungsschwelle U2 schwerer oder nicht unterschreitet, woraus zu schließen ist, dass der Wirkwiderstand R_VL der Leitungsimpedanz nicht akzeptabel (nio) ist,
9 beispielhafte Spannungsverläufe an Messstelle E der beispielhaften Überwachungsschaltung B, wobei mit zunehmendem Wirkwiderstand R_VL der Leitungsimpedanz die zugehörige Kurve negativer ausgebildet ist bzw. einen Spannungseinbruch aufweist und somit Spannungsschwelle U3 schwerer oder nicht überschreitet, woraus zu schließen ist, dass der Wirkwiderstand R_VL der Leitungsimpedanz nicht akzeptabel (nio) ist, wogegen bei relativ geringem Wirkwiderstand R_VL der Leitungsimpedanz die Spannungskurve relativ flach ausgebildet ist und die Spannungsschwelle U3 überschreitet und somit ein zulässiger (io) Wirkwiderstand R_VL der Leitungsimpedanz erkennbar ist,
10 ein Ausführungsbeispiel einer Auswerteeinheit G mit den Widerständen R_A und R_B zur Einstellung der Testschwellenspannung.
Im Fall, dass Gerät 2 wie in 4 beispielgemäß dargestellt, über eine Freilaufdiode 8 oder eine Zenerdiode 9 verfügt, kann mittels eines Teststromimpulses der gemeinsame Widerstand der Versorgungsleitungen 5, 6 sowie der Verbinder und sonstiger Kontaktstellen, die sich in diesem Versorgungsstromkreis befinden, erfasst bzw. berechnet werden bzw. es kann geprüft werden, ob dieser gemeinsame Widerstand unterhalb eines definierten, maximal zulässigen Widerstands liegt. Dies erfolgt ohne zusätzliche Senseleitungen mit der minimalen Anzahl erforderlicher Leitungen bzw. nur mittels der beiden Versorgungsleitungen 5 und 6.
Dieser Teststromimpuls ist beispielgemäß derart gestaltet, dass das nichtlineare Verhalten der Diodenstrecke von Diode 8 Geräts 2 eine Erkennung des linearen Widerstandsverhaltens ermöglicht. Gerät 2 ist beispielhaft ein Sensor.
5 und 6 veranschaulichen zwei alternative Ausführungsbeispiele der elektronischen Überwachungsschaltung. In beiden Ausführungsbeispielen wird ein Testsignal bzw. ein Teststromimpuls Ip mit der veranschaulichten Richtung erzeugt und über Versorgungsleitungen 5 und 6 durch nicht dargestelltes Gerät 2 getrieben. Gerät 2 ist dabei beispielgemäß wie in einem der Ausführungsbeispiele aus 4 veranschaulicht ausgebildet. Teststromimpuls Ip ist abhängig vom nichtlinearen Verhalten der nicht dargestellten Diodenstrecke des Gerätes 2, sowie im Besonderen vom resistiven Verhalten der Verbindung bzw. der Versorgungsleitungen 5, 6 zwischen Gerät 1 und Gerät 2, welches ausgewertet werden soll. Zur Einstellung des Teststromimpulses Ip wird beispielgemäß der Laststrom I_L des Gerätes 2 mittels Transistors T3 unterbrochen, damit dieser Ip nicht beeinflusst. Ist die Beeinflussung unerheblich, kann alternativ gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels auf diese Trenn-Maßnahme verzichtet werden. Teststromimpuls Ip wird mittels der elektronischen Bauelemente T1, C1 und R1 erzeugt. Widerstand Rx dient hierbei lediglich der Entkopplung von Versorgungsspannung Vcc. Durch Schalten von T1 verursacht eine Entladung des Bootstrap-Kondensators C1 den Teststromimpuls Ip, dessen Verlauf durch R1 beeinflusst werden kann. Die Auswertung des Teststromimpulses Ip erfolgt mittels der Auswerte einheit G, umfassend die elektronischen Bauelemente T2, R2, R3, R4, C2, wie in 5 beispielhaft gezeigt. Entsprechend der Auslegung der Widerstände R3, R4 und des Kondensators C2 kann der Strom in eine Spannung an Messstelle D umgewandelt werden. Diese Spannung enthält sowohl die Information bezüglich des Erreichens einer Widerstandstoleranzschwelle sowie des Widerstandswertes der Verbindung bzw. der Versorgungsleitungen zwischen Gerät 1 und Gerät 2. Die Ansteuerung der Transistoren T1 und T3 erfolgt in Überwachungsschaltungen A und B jeweils durch ein Ansteuerungselement 10, welches beispielgemäß einen Anschluss bzw. einen Ausgangstreiber einer elektronischen Kontrolleinheit repräsentiert, welche die Überwachung der elektrischen Verbindung zwischen Geräten 1 und 2 steuert bzw. regelt. Auswerteelement 11 in den Überwachungsschaltungen A und B entspricht beispielgemäß ebenfalls einen Anschluss bzw. eine Verbindung mit der elektronischen Kontrolleinheit, welche das jeweilige elektrische Signal am Messpunkt D bzw. E auswertet, insbesondere digitalisiert.
In 6 wandelt Auswerteeinheit G, beispielgemäß umfassend die veranschaulichte Schaltung der elektronischen Bauelemente R2, R3, R4, C2 und Transistor T2 die Spannung, die durch den Strom Ip an Messstelle C entsteht, ebenfalls in ein Signal um, das beide obigen Informationen enthält.
Typische Signalverläufe der Spannungssignale an den Messstellen C bis E sind in 7–9 dargestellt. Es wird gezeigt, dass abhängig von der Beschaltung von Transistor T2 die ,Logik' der Auswertung beeinflusst werden kann. Verwendet man eine beispielhafte Auswerteeinheit G nach 10 um den analogen Spannungsverlauf an Messstellen D und F in ein digitales Impulssignal zur Auswertung an einem Mikrokontroller bzw. eine elektronische Kontrolleinheit zu wandeln, so lässt sich mittels Ra und Rb eine Erkennungsschwelle einstellen.
Die Überwachungsschaltung A nach 5 verursacht somit an Auswertungselement 11, welches eine Schnittstelle zur elektronischen Kontrolleinheit darstellt, immer dann ein Stromimpulssignal, wenn ein zulässiger Leitungswiderstand getestet wurde. Dagegen verursacht die Überwachungsschaltung B gemäß 6 beispielgemäß nur dann an Auswertungselement 11, welches entsprechend eine Schnittstelle zur elektronischen Kontrolleinheit darstellt, ein Impulssignal, wenn ein nicht zulässiger Leitungswiderstand erkannt wurde.
Weiterhin ist es möglich aus der Impulslänge, sofern er in diesem Fall auftritt, auf den tatsächlichen Widerstand der Verbindung bzw. der Versorgungsleitungen zu schließen.
In einem weiteren, nicht dargestellten, Ausführungsbeispiel wird ein ratiometrischer Sensor, der beispielhaft zur Herstellung seiner ESD – Festigkeit (electrostatic discharge) an seinen Versorgungsleitungen eine Zehnerdiode aufweist, mittels der Überwachungsschaltung A nach 5 überwacht. Periodisch wird der Sensor nun von der Versorgung getrennt und mit Teststromimpuls Ip beaufschlagt. Solange der Leitungswiderstand der Versorgungsleitungen unterhalb eines kritischen Widerstandswertes bleibt, entsteht durch die Auswerteeinheit G gemäß 10 immer ein digitaler Puls, der zur Bestätigung dieser Funktion dient. Die Anzahl der elektrischen Verbindungsleitungen zum Sensor beträgt dabei drei: eine zur Versorgung und zur Spannungsreferenz, eine für Masse und eine zur Signalübertragung.

Claims

Elektronische Überwachungsschaltung (A, B) zur Überwachung der elektrischen Verbindung von mindestens zwei Geräten (1, 2), welche zumindest mittels einer ersten (5) und einer zweiten (6) Versorgungsleitung verbunden sind, wobei über diese beiden Versorgungsleitungen (5, 6) wenigstens eines der Geräte (2) mit elektrischer Energie versorgt wird und wobei die elektronische Überwachungsschaltung (A, B) mit einer der Versorgungsleitungen (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (A, B) eine Ansteuerungseinheit (F) zur Erzeugung eines Testsignals (Ip) zur Prüfung der Leitungsimpedanz (R_VL) der Versorgungsleitungen (5, 6) und eine Auswerteeinheit (G) zur Auswertung eines Antwortsignals des Testsignals umfasst.
Elektronische Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungseinheit (F) Schaltungsmittel (10, T1, T3, C1, R1, Rx) umfasst, mit denen zumindest zu definierten Zeitpunkten wenigstens ein Testsignal (Ip) über zumindest die erste (5) und die zweite (6) Versorgungsleitung in Reihe übertragen wird, und die Auswerteeinheit (G) Schaltungsmittel (11, T2, R2, R3, R4, C2, Ry) umfasst, mit denen das Antwortsignal des Testsignals ausgewertet wird.
Elektronische Überwachungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (G) das Antwortsignal des Testsignals (Ip) zumindest bezüglich einer der folgenden Größen auswertet: – Amplitude, – Zeitdauer eines Antwortpulses und/oder – Abklingverhalten des Antwortsignals.
Elektronische Überwachungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Testsignal (Ip) den die Ansteuerungseinheit (F) erzeugt, wenigstens einen Stromimpuls aufweist, der eine inverse Stromrichtung zur Stromrichtung des Versorgungsstroms durch die erste (5) und die zweite (6) Versorgungsleitung aufweist.
Elektronische Überwachungsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gerät (1) eine elektronische Kontrolleinheit ist, welche zumindest das zweite Gerät (2) mit elektrischer Energie versorgt.
Elektronische Überwachungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Überwachungsschaltung (A, B) in der elektronischen Kontrolleinheit (1) integriert ist.
Elektronische Überwachungsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gerät (2) einen Innenwiderstand aufweist, welcher im Fall einer Verpolung der an den beiden Versorgungsleitungen (5, 6) anliegenden Versorgungsspannung im Wesentlichen vom Widerstand einer leitfähigen Diodenstrecke (8, 9) bestimmt wird.
Elektronische Überwachungsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungseinheit (F) zumindest einen Bootstrap-Kondensator (C1) und/oder eine Spannungsquelle aufweist.
Elektronische Überwachungsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Auswerteeinheit (G) erfasste elektrische Antwortsignal des Testsignals in einem Analog-Digitalwandler digitalisiert und gemessen wird, welcher insbesondere Teil der Auswerteeinheit (G) ist.
Verwendung der elektronischen Überwachungsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 in Kraftfahrzeugen, insbesondere in einer elektronischen Kontrolleinheit, welche mittels zumindest der ersten und der zweiten Versorgungsleitung mit einem Sensor verbunden ist.