DE112008002928T5

DE112008002928T5 - Verfahren zum Erfassen kurzgeschlossener Magnetspulen

Info

Publication number: DE112008002928T5
Application number: DE112008002928T
Authority: DE
Inventors: Robert Canton Berg; Richard Southfield Graham; Christy J. Novi Bose; Scott E. Livonia Carpenter
Original assignee: Kelsey Hayes Co
Current assignee: ZF Active Safety US Inc
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-09-09
Also published as: WO2009059079A2; US7609069B2; CN101873951B; WO2009059079A3; US20090108849A1; CN101873951A

Abstract

Verfahren zum Prüfen der Funktion eines hydraulischen Magnetventils eines Fahrzeugsteuerungssystems, wobei der Ventilmagnet zwischen einer Stromversorgung und einem Drainanschluss eines Feldeffekttransistors (FET) geschaltet ist, der FET auch einen Sourceanschluss, der mit Masse verbunden ist, und einen Gateanschluss aufweist, der FET auf eine an dem Gateanschluss aufgebrachte Spannung reagiert, um zwischen leitenden und nichtleitenden Zuständen umzuschalten,
dadurch gekennzeichnet, dass:
das Ventil ein analoges Ventil ist, das in einem impulsbreitenmodulierten Betrieb (PWM) betreibbar ist, in welchem an dem FET-Gate eine PWM-Spannung, nach einem Verfahren angelegt wird, das die folgenden Schritte umfasst:
(a) Erfassen der Versorgungsspannung und der FET-Drainspannung während entweder dem leitenden oder dem nichtleitenden Zustand des FET;
(b) Berechnen des Verhältnisses der FET-Drainspannung zu der Versorgungsspannung, die in Schritt (a) erfasst wurde; und
(c) Vergleichen des sich ergebenden Verhältnisses mit einem Grenzwert, um zu bestimmen, ob die Magnetspule betreibbar ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Fahrzeugsteuerungssystem und besonders ein Verfahren zum Erfassen kurzgeschlossener Magnetspulen, während die Spulen von einer hochfrequenten impulsbreitenmodulierten Spannung angeregt werden.
Kraftfahrzeuge werden zunehmend komplizierter, besonders in Bezug auf elektronische Steuerungen für verschiedene Fahrzeugsysteme. Die elektromechanischen Schnittstellen für viele dieser Systeme umfassen eine Spule, die dazu verwendet wird, eine mechanische Vorrichtung zu ersetzen, wie zum Beispiel ein Ventilanker, bei dem der Versetzweg des Ankers abhängig von dem Strom ist, der durch das Ventil fließt. Einige Beispiele umfassen Magnetventile, die Fahrzeugbremsen in Antiblockiersystemen, Antriebsschlupfregelungen und Fahrzeugstabilitätssteuersystemen steuern, Magnetventile, die Torsionsstäbe in aktiven Federungssystemen steuern und Spulen, die eine Lenkungsunterstützung in elektrohydraulischen Steuerungssystemen steuern.
Typische Steuerungssysteme verwenden einen elektronischen Schalter, wie z. B. einen Feldeffekttransistor (FET), um den Strom, der durch die Spule eines Magnetventils fließt, zu steuern. Der FET hat dabei einen Drainanschluss, der mit einem Ende der Magnetspule verbunden ist, und einen Sourceanschluss, der mit der Masse verbunden ist. Das andere Ende der Magnetspule ist dabei mit einer Stromversorgung verbunden, während das Gate des FET mit einem Steueranschluss einer elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden ist. Normalerweise wird der Steueranschluss der ECU entweder ”niedrig” bei Massepotential oder ”hoch” bei einer Festspannung, wie z. B. fünf Volt, sein. Wenn der Steueranschluss niedrig ist, befindet sich der FET in einem nichtleitenden Zustand und verhindert, dass Strom durch die Magnetspule fließt, während, wenn der Steueranschluss hoch ist, der FET sich in einem leitenden Zustand befindet, der einem Strom erlaubt, durch die Magnetspule zu fließen.
Sollte die Magnetspule kurzgeschlossen werden, würde ein großer Strom durch den FET fließen, wenn er sich in einem leitenden Zustand befindet, welcher den FET beschädigen könnte. Demzufolge ist es bekannt, den Anschluss der Magnetspulen auf Kurzschlüsse bei Inbetriebnahme eines Fahrzeugs zu überprüfen. Es wäre jedoch wünschenswert, wenn die Spulen auch überprüft werden könnten, während sich das Fahrzeug und das Steuersystem in Betrieb befinden. Dies wäre besonders nützlich für Fälle, wenn das FET-Gate durch eine impulsbreitenmodulierte Gatespannung, die einen variablen Arbeitszyklus aufweist, angeregt wird. In einem solchen Fall variieren die Zeiten, in denen der FET eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, so, wie sich der Arbeitszyklus ändert. Demzufolge wäre es wünschenswert, ein Prüfverfahren für Spulen zu haben, das ausgeführt werden kann, während das System mit einer variablen Arbeitszyklus FET-Gatespannung gesteuert wird.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen kurzgeschlossener Magnetspulen in einem Fahrzeugsteuerungssystem, während die Spulen durch eine hochfrequente impulsbreitenmodulierte Spannung angeregt werden.
Die vorliegende Erfindung betrachtet ein Verfahren zum Prüfen der Funktion eines hydraulischen Magnetventils eines Fahrzeugsteuerungssystems, wobei der Ventilmagnet zwischen einer Stromversorgung und einem Drainanschluss eines Feldeffekttransistors (FET) angeschlossen ist. Der FET weist ebenfalls einen an Masse angeschlossenen Sourceanschluss und einen Gateanschluss auf, und reagiert auf eine an dem Gateanschluss angelegte Spannung, um zwischen leitenden und nichtleitenden Zuständen zu wechseln. Die Erfindung betrachtet weiter, dass das Ventil ein in einem impulsbreitenmodulierten Zustand (PWM) betreibbares analoges Ventil ist, in welchem eine PWM-Spannung an das FET-Gate angelegt wird. Während entweder dem AN-Bereich oder dem AUS-Bereich der PWM-Spannung, erfasst das Verfahren die Versorgungsspannung und die FET-Drainspannung. Das Verfahren berechnet dann das Verhältnis der FET-Drainspannung zu der Versorgungsspannung und vergleicht das sich ergebende Verhältnis mit einem Grenzwert, um zu bestimmen, ob die Magnetspule betreibbar ist.
Zusätzlich erfasst das Verfahren die Versorgungsspannung und die FET-Drainspannung, nachdem das PWM-Signal für eine erste vorgegebene Zeitspanne eingeschaltet war, aber vor dem Beginn einer zweiten vorgegebenen Zeitspanne, die dem ausgeschalteten PWM-Signal vorausgeht. Das Verfahren erzeugt ein Fehlersignal für eine kurzgeschlossene Magnetspule nach einem Bestimmen, dass das Verhältnis der FET-Drainspannung zu der Versorgungsspannung größer als ein erster Grenzwert ist, und ein Fehlersignal für eine offene Spule nach einem Bestimmen, dass das Verhältnis der FET-Drainspannung zu der Versorgungsspannung kleiner als ein zweiter Grenzwert ist.
Die Erfindung zieht es ebenfalls in Erwägung, dass das Fahrzeugsteuerungssystem eine Vielzahl von analogen hydraulischen Magnetventilen aufweist, wobei jedes Ventil von einem entsprechenden FET gesteuert wird, der ein an der PWM-Spannungsversorgung angeschlossenes Gate aufweist. Für ein solches Steuersystem wird mindestens eine Warteschlangenreihenfolge für jede der Magnetspulen in einem leitenden Zustand aufrecht erhalten, wobei die Warteschlange für jede Spule jedes Mal stufenweise erhöht wird, wenn die Spule zum Prüfen in Betracht gezogen wird. Das Verfahren wählt dann die zum Prüfen infrage kommende Spule mit dem ältesten Rang in der Warteschlange aus und überprüft anschließend die ausgewählte Spule auf einen kurzgeschlossenen Zustand.
Verschiedene Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, wenn sie angesichts der beigefügten Zeichnungen gelesen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines klassischen Steuerkreises für eine einzelne Magnetspule, die die vorliegende Erfindung verwendet.
2 stellt Spannungsformen für den in 1 dargestellten Steuerkreis dar.
3 ist ein Ablaufdiagramm für die vorliegende Erfindung, das die vorliegende Erfindung, wie sie für die Schaltung in 1 gezeigt gilt, darstellt.
4 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung des in 1 gezeigten Steuerkreises, die eine Vielzahl von Magnetspulen umfasst und die vorliegende Erfindung verwendet.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das die vorliegende Erfindung, wie sie für den in 4 gezeigten Steuerkreis gilt, darstellt.
6 stellt ausgewählte Spannungsformen der in 4 gezeigten Schaltung dar.
7 stellt Spannungsformen für eine alternative Ausführung der Erfindung, die für die in 1 gezeigte Schaltung gilt, dar.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine alternative Ausführung der in 7 gezeigten Erfindung darstellt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung
Wieder bezugnehmend auf die Zeichnungen, wird in 1 ein klassisches Fahrzeugsteuerungssystem 10 gezeigt, das einen Feldeffekttransistor (FET) 12 verwendet, um den Fluss von elektrischem Strom durch eine Magnetspule 14 zu steuern. Die Magnetspule ist in einer Steuereinrichtung enthalten, wie z. B. ein Magnetventil in einem elektronischen Bremssteuersystem oder einem Fahrzeugstabilitätssteuersystem. Wie in 1 gezeigt, ist die Spule 14 zwischen einem Drainanschluss des FET 12 und einer Stromversorgung 15 angeschlossen. Eine Rücklaufdiode 16 ist über die Spule 14 angeschlossen und dient dazu, einen Weg zum Ableiten des Spulenstroms, wenn der FET 12 in einen nichtleitenden Zustand wechselt, bereitzustellen. Ein Sourceanschluss des FET 12 ist an Masse angeschlossen, während ein Gateanschluss des FET 12 an einen Steueranschluss 18 an einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 20 angeschlossen ist. Die ECU 20 ist betreibbar, um die Betriebszustände des FET 12 zwischen leitend und nichtleitend zu ändern.
Die ECU 20 enthält normalerweise einen Mikroprozessor (nicht dargestellt) mit einem Speicher, der einen Funktionsalgorithmus speichert. Der ECU-Mikroprozessor ist normalerweise auch mit mindestens einem oder mehreren Sensoren verbunden, die Betriebsparameter des Fahrzeugs überwachen. Der Mikroprozessor, entsprechend dem Funktionsalgorithmus, reagiert auf die Sensorsignale, um eine Gatespannung V_G an dem FET-Gateanschluss anzulegen, um wahlweise den FET 12 zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Zustand umzuschalten, um die Spule 14 in Betrieb zu setzen und abzuschalten. Ein Spulenrückkopplungsanschluss 22 an der ECU 20 ist an den FET-Drainanschluss angeschlossen, während ein Spannungsversorgungsrückkopplungsanschluss 24 an der ECU 20 an dem Ende der Spule angeschlossen ist, das an der Stromversorgung 15 angeschlossen ist. Der ECU-Spulenrückkopplungsanschluss 22 kontrolliert eine Spulenrückkopplungsspannung V_CF, während der ECU-Spannungsversorgungsrückkopplungsanschluss 24 die Stromversorgungsrückkopplungsspannung V_SF kontrolliert.
Die Funktion der in 1 gezeigten Schaltung wird nun angesichts der in 2 gezeigten Spannungsformen erklärt. Die obere Linie in 2 stellt die an das Gate des FET 12 durch die ECU 16 angelegte Gatespannung V_{G dar. Die Ga} tespannung variiert zwischen Null und einer Steuerspannung, wie z. B. fünf Volt, während die Gatespannung in den Zeitpunkten t₁ und t₇ ansteigt und in den Zeitpunkten t₄ und t₁₀ auf Null herabfällt. Wenn die Gatespannung V_G Null ist, befindet sich der FET 12 in einem nichtleitenden Zustand und es fließt kein Strom durch die Spule 14. Umgekehrt befindet sich der FET 12 in einem leitenden Zustand, wenn die Gatespannung V_G ist, und es fließt Strom durch die Spule 14.
Wenn der FET leitend ist, fließt ein Strom I_L durch die Spule L. Der Strom I_L bildet einen maximalen Wert von V_S/R_S, wobei R_S der Ersatzwiderstand der Spule L ist. Zu der gleichen Zeit steigt die Spannung über der Spule V_L, oder V_SF–V_CF, von Null bis V_S an, wie in der mittleren Linie von 2 gezeigt. Wenn der FET 12 in seinen nichtleitenden Zustand wechselt, klingt der Spulenstrom I_L bis Null ab, da der Strom über die Rücklaufdiode 16 abgeführt wird, und die Spannung über der Spule L fällt auch auf Null ab. In Bezug auf die Spulenrückkopplungsspannung V_CF fließt kein Strom durch die Spule 14, wenn der FET 12 nichtleitend ist, und die Versorgungsspannung V_S tritt an dem FET-Drainanschluss und dabei an dem ECU-Spulenrückkopplungsanschluss 22 auf, wie in der unteren Linie von 2 gezeigt. Wenn der FET 22 leitend ist, wird der FET-Drainanschluss an die Masse umgeschaltet und eine im Wesentliche Nullspannung liegt an dem ECU-Spulenrückkopplungsanschluss 22 an. Ein Spannungsteiler (nicht dargestellt) kann zwischen dem FET-Drain 27 und dem ECU-Rückkopplungsanschluss 28 eingefügt werden, um die Spannung, die an dem Anschluss angelegt wird, auf einen ausreichenden Betrag zu senken.
Eine verhältnismäßige Steuerung eines Ventils oder andere magnetbetriebene Vorrichtungen können durch das Anlegen einer hochfrequenten impulsbreitenmodulierten (PWM) Steuerspannung an das Gate des FET 12 erhalten werden. Solche hochfrequenten PWM-Steuerspannungen liegen normalerweise innerhalb eines Frequenzbereichs von 2 kHz bis zu 25 kHz; die Erfindung kann jedoch auch mit außerhalb dieses Bereichs liegenden Steuerspannungsfrequenzen betrieben werden. Weil die Spule direkt im Verhältnis zu der PWM-Gatespannung ein- und ausgeschaltet wird, ist der durchschnittliche Strom durch die Spule abhängig von dem Arbeitszyklus der Gatespannung. Der resultierende Betrag der Ventilankerbewegung ist proportional zu dem durchschnittlichen Spulenstrom und daher eine unmittelbare Funktion des PWM-Gatespannungsarbeitszyklusses. Eine hochfrequente PWM-Gatespannung kann auch in Verbindung mit einem digitalen Ventil verwendet werden, um den durchschnittlichen Strom zu reduzieren, und dadurch die Erwärmung des Magneten, sobald sich der Anker bewegt hat.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum ausfallsicheren Prüfen der Spule 14 auf einen kurzgeschlossenen Zustand gerichtet, während eine hochfrequente PWM-Gatespannung an das Gate oder den FET 12 angelegt wird. Das Verfahren wird durch das in 3 gezeigte Ablaufdiagramm dargestellt und wird im Folgenden mit Bezug zu der in 1 gezeigten Schaltung und den in 2 gezeigten Spannungsformen beschrieben. Das Ablaufdiagramm beginnt mit Block 30 und fährt in Entscheidungsblock 32 fort, wo bestimmt wird, ob der Gateanschluss des FET 12 einer PWM-Spannung unterliegt. Weil die Erfindung in Erwägung zieht, dass das Verfahren durch den ECU-Mikroprozessor ausgeführt wird, ist es eine leichte Aufgabe, die Anwesenheit einer PWM-Spannung an dem FET-Gate zu bestimmen. Wenn dort keine PWM-Gatespannung angelegt wurde, endet das Verfahren durch Block 34. Wenn jedoch in Entscheidungsblock 32 bestimmt worden ist, dass eine PWM-Spannung an das Gate des FET 12 angelegt wurde, übergibt das Verfahren zu Entscheidungsblock 36.
In Entscheidungsblock 36 bestimmt das Verfahren, ob die PWM-Gatespannung den FET 12 ansteuert, in einem eingeschalteten oder leitenden Zustand zu sein. Wenn die PWM-Gatespannung den FET 12 in einen ausgeschalteten oder nichtleitenden Zustand führt, übergibt das Verfahren zu Block 34 und endet. Wenn in Entscheidungsblock 36 das Verfahren bestimmt, dass die PWM-Gatespannung den FET 12 in einen eingeschalteten Zustand führt, übergibt das Verfahren weiter zu Entscheidungsblock 38.
In Entscheidungsblock 38 bestimmt das Verfahren, ob der PWM-Gateimpuls für eine ausreichend lange Zeit für die Schaltung vorgelegen hat, um in einen Dauerzustand überzugehen. Dieser Einstellungszeitraum ist am besten in 2 ersichtlich, wo während den Zeiträumen t₁ bis t₂ und t₇ bis t₈, die Spannung bei der Spulenrückkopplungsspannung V_CF einem vorübergehenden Anstieg ausgesetzt ist. Jedes Auslesen während diesen Zeiträumen wäre nicht bezeichnend für den vollkommenen Spulenzustand. Ebenfalls ist es notwendig, ausreichend Zeit zum Auslesen und zum Umwandeln von analogen Spannungswerten in digitale Spannungswerte zur Verfügung zu stellen. Dementsprechend zieht es die Erfindung in Erwägung, dass jede Spannungsmessung vor der Zeit t₃ für den in 2 gezeigten ersten Impuls und vor der Zeit t₉ für den in 2 gezeigten zweiten Impuls abgeschlossen sein muss. Deshalb dürfen Messungen nur während zulässigen Zeitabschnitten von t₂ bis t₃ und t₈ bis t₉ für die in 2 gezeigten Spannungsformen aufgenommen werden. Deshalb wird in Entscheidungsblock 38 bestimmt, ob die Schaltung innerhalb der zulässigen Zeiträume zum Aufnehmen von Messungen ist. Wenn die Schaltung nicht in einem zulässigen Zeitraum ist, übergibt das Verfahren zu Block 34 und endet. Wenn die Schaltung jedoch innerhalb eines zulässigen Zeitraums ist, übergibt das Verfahren weiter zu Funktionsblock 40. Zusätzlich wird der ganze ausfallsichere Algorithmus mit deaktivierten Systemunterbrechungen ausgeführt, so dass äußere Systemereignisse die Einstellungshypothesen, die durch den Algorithmus gemacht wurden, nicht ändern.
In Funktionsblock 40 erfasst oder liest das Verfahren die Werte der Stromversorgungsrückkopplungsspannung V_SF und der Spulenrückkopplungsspannung V_CF. Die Stromversorgungsrückkopplungsspannung V_SF und die Spulenrückkopplungsspannung V_CF werden durch ein Paar von Analog- zu Digitalwandlern in der ECU 20 (nicht dargestellt) in digitale Werte gewandelt. Die Spulenrückkopplungsspannung V_CF wird anschließend mit der Stromversorgungsrückkopplungsspannung V_SF, durch Teilen der Spulenrückkopplungsspannung V_CF durch die Stromversorgungsrückkopplungsspannung V_SF, um ein Verhältnis der Spannungen zu erhalten, verglichen. Das Verfahren schreitet dann zu Entscheidungsblock 42 fort.
In Entscheidungsblock 42 wird bestimmt, ob die Spule 14 kurzgeschlossen ist oder nicht, durch Vergleichen des Verhältnisses der Spulenrückkopplungsspannung V_CF mit der Stromversorgungsrückkopplungsspannung V_SF, die in Funktionsblock 40 als ein Grenzwert berechnet wurde. Wenn das Spannungsverhältnis größer als der Grenzwert ist, ist dies ein Hinweis darauf, dass die Spule kurzgeschlossen ist und das Verfahren übergibt zu Funktionsblock 44, wo eine Fehlermeldung erzeugt wird oder ein Fehlermerker gesetzt wird. Denn bei einer voll funktionsfähigen Spule L sollte die Spulenrückkopplungsspannung V_CF zu der Masse gezogen werden, wenn der FET 12 leitend ist. Sollte die Spule L kurzgeschlossen sein, tritt die Sourcespannung V_SF an dem Drainanschluss des FET 12 auf, und erhöht dabei die Spulenrückkopplungsspannung V_CF. Das Verfahren endet dann durch Block 34. Die Erfindung zieht es in Erwägung, dass für den Grenzwert in Entscheidungsblock 42 0,85 verwendet wird; es ist jedoch verständlich, dass die Erfindung auch mit Spannungsverhältnisgrenzwerten, die größer oder kleiner als 0,85 sind, ausgeführt werden kann. Wenn auf der anderen Seite das Spannungsverhältnis kleiner oder gleich dem Grenzwert ist, ist dies ein Hinweis darauf, dass die Spule nicht kurzgeschlossen ist und das Verfahren endet durch Block 34. Während ein konstanter vorgegebener Spannungsverhältnisgrenzwert oben beschrieben wurde, ist es verständlich, dass die Erfindung auch mit einem Spannungsverhältnisgrenzwert, der von einem oder mehreren Fahrzeugbetriebsparametern abhängig ist, betrieben werden kann.
Üblicherweise werden elektrische Fehlerzustände bei der System-Regelkreisrate verarbeitet. Da das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen Fehler nur erfasst, wenn das PWM eingeschaltet ist und nicht wenn die PWM-Rate ausgeschaltet ist, ist es notwendig, das Verfahren mit einer Rate, die schneller als die System-Regelkreisrate ist, um sicherzustellen, dass Fehler erfasst werden, zu betreiben. Bei einer System-Regelkreisrate von 6 Millisekunden schlägt die Erfindung z. B. vor, einen Fehlererfassungsalgorithmus ablaufen zu lassen, der das oben beschriebene ausfallsichere Prüfverfahren in jeder Millisekunde enthält. Es ist jedoch verständlich, dass der Fehlererfassungsalgorithmus auch mit einer schnelleren oder langsameren Rate betrieben werden kann. Ebenso ist es ersichtlich, dass das in 3 gezeigte Ablaufdiagramm dafür vorgesehen ist, als Beispiel für das Verfahren zu dienen und dass die Erfinder es in Erwägung ziehen, dass die Erfindung auch auf andere Weise als in 3 dargestellt, betrieben werden kann.
Durch das Einführen von Zeiträumen zu Beginn und am Ende eines eingeschalteten Zyklusses, nur während welchen die Spannungen V_SF und V_CF gelesen werden können, gleicht das Verfahren automatisch einen variierenden Arbeitszyklus der Steuerspannung PWM an.
Die vorliegende Erfindung schlägt auch eine alternative Ausführung vor, die für eine Schaltung mit einer Vielzahl von Spulen, wie in 4 dargestellt, angewendet wird. In der 4 gezeigte Bestandteile, die gleich den in 1 gezeigten Bestandteilen sind, weisen dieselben Bezugszeichen auf. Während in 4 nur zwei Spulen L₁ und L₂ gezeigt werden, kann die alternative Ausführung der Erfindung auch für Schaltungen verwendet werden, die mehr als zwei Spulen umfassen. Die zweite Spule wird durch einen zweiten FET 50 gesteuert, der ein mit einem zweiten Steueranschluss 52 an der ECU 20 verbundenes Gate aufweist. Eine zweite Rücklaufdiode 54 ist über die zweite Spule 12 verbunden, während der Drainanschluss des zweiten FET 50 mit einem zweiten Spulenspannungsrückkopplungsanschluss 56 an der ECU 20 verbunden ist. Daher kontrolliert der erste ECU- Spulenrückkopplungsanschluss 22 eine erste Spulenrückkopplungsspannung V_CF1, während der zweite ECU-Spulenrückkopplungsanschluss 54 eine zweite Spulenrückkopplungsspannung V_CF2 kontrolliert.
Die alternative Ausführung sieht vor, dass die Einstellungsinformation, die den Zustand des PWM-Signals angibt, d. h., ob ihr momentaner Zustand eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, wie lang dies der Zustand war, und wie lang dieser Zustand noch dauert, für die beiden FETs, 12 und 50, in einer Random Access Memory (RAM) gespeichert werden. Die RAM wird von einem Zeitgeberperipheriegerät, um das Signal zu steuern und durch den Mikroprozessor, oder eine Hauptzentraleinheit (CPU), in der ECU 20 verwendet, um schnell zu bestimmen, ob die ausfallsichere Prüfung ausgeführt werden kann. Alternativ können die Daten auch durch den Mikroprozessor, oder durch die Haupt-CPU in der ECU 20 ausgelesen werden. In dem ausfallsicheren Programm der alternativen Ausführung ist ein Aussortierungsalgorithmus implementiert, der dem Magneten höchste Priorität für die Ausfallsicherung gewährt der, seit seine Ausfallsicherung das letzte Mal durchgeführt wurde, am längsten in Betrieb war. Für diesen Magneten wird ein Niederpegelfunktionsaufruf durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Zustände zutreffend sind, um die Ausfallprüfung durchzuführen.
Die alternative Ausführung wird durch das in 5 gezeigte Ablaufdiagramm dargestellt. Das Auswahlprogramm für die Aktualisierung der Warteschlangeninformation wird in der oberen Hälfte des Ablaufdiagramms gezeigt, das in der mit 60 bezeichneten Box enthalten ist. Das Auswahlprogramm beginnt durch Block 62 und fährt zu Entscheidungsblock 64 fort, wo jede Spule in der Schaltung für die Anwesenheit der PWM-Funktion folgend abgefragt wird. Wenn bestimmt worden ist, dass keine PWM-Funktion stattfindet, geht das Programm über zu Funktionsblock 66, wo ein Alter-Zähler für die jeweilige Spule auf Null gesetzt wird. Das Programm fährt dann mit Funktionsblock 68 fort. Wenn in Entscheidungsblock 64 bestimmt worden ist, dass eine PWM-Funktion stattfindet, geht das Programm über zu Funktionsblock 70, wo ein Alter-Zähler für die jeweilige Spule stufenweise erhöht wird. Das Programm fährt dann mit Funktionsblock 68 fort. Die vorhergehende Prüfung hält solange an, bis jede der Spulen abgefragt worden ist.
In Funktionsblock 72 wird die Spule mit dem ältesten Rang der Prüfwarteschlange für die gegenwärtige Prüfung ausgewählt. Das Programm fährt dann mit Entscheidungsblock 74 fort, wo bestimmt wird, ob eine Spule in Funktionsblock 72 ermittelt wurde, die für die Prüfung geeignet ist. Die Qualifizierung umfasst das Ü berprüfen, dass der verbundene FET-Treiber eingeschaltet ist, und dass die Einstellung zum Auslesen der Spannungswerte entsprechend ist, wie in 3 durch die Entscheidungsblöcke 36 und 38 dargestellt. Wenn keine Spule ermittelt wurde, endet das Verfahren durch Block 76. Wenn in Funktionsblock 74 eine geeignete Spule ermittelt wurde, übergibt das Verfahren zu Funktionsblock 78, wo das in den Blöcken 40 bis 44 in 3 dargestellte ausfallsichere Prüfverfahren ausgeführt wird. Das Programm fährt dann mit Funktionsblock 80 fort, wo der Alter-Zähler für die geprüfte Spule zurückgesetzt wird. Schließlich endet das Programm durch Block 76.
Die Funktion des in 5 gezeigten Programms wird durch zwei Paare von in 6 gezeigten Wellenformen dargestellt. Das obere Paar von Wellenformen entspricht der ersten Spule L₁, während das untere Paar von Wellenformen der zweiten Spule 12 entspricht. Daher stellt die obere mit PWM1 bezeichnete Linie in dem oberen Paar von Wellenformen die Gatespannung dar, die an dem ersten FET 14 angelegt wird, die die in 4 gezeigte erste Spule L₁ ansteuert. Gleichermaßen stellt die obere Linie in dem unteren Paar von Wellenformen das mit PWM2 bezeichnet ist, die an dem zweiten FET 50 angelegte Gatespannung, die die zweite Spule 12 ansteuert, dar. Die untere Linie in jedem Paar der Wellenformen stellt die Spulenrückkopplungsspannung V_CF1 oder V_CF2 dar, die der oben vorangehend gezeigten Gatespannung entspricht. Die Abtastzeiten werden durch die vertikalen Pfeile im oberen Bereich der Zeichnung angegeben. Die mit ”Aktion” bezeichnete Zeile im unteren Teil der Zeichnung stellt das Aktualisieren der einzelnen Spulenwarteschlangeinformationen von Box 60 in 5 dar. Die zwei Linien in 6 zeigen die Zeit, seitdem die entsprechende Spule das letzte Mal ausfallgesichert war, die den Warteschlangenzustand jeder Spule darstellen. Zu beachten ist, dass bei der zweiten Abtastzeit beide Spulen zum Prüfen geeignet sind, aber die Spulenrückkopplungsspannung VC_F2, die die zweite Spule 12 darstellt, ausgewählt wird, da sie den größeren Warteschlangenwert aufweist. Der Warteschlangenwert für die zweite Spule 12 wird dann zurückgesetzt, wie bei der nächsten Abtastzeit gezeigt wird, wo der Warteschlangenwert für Spule 12 nun eins ist, während der Warteschlangenwert für die erste Spule L₁ von sechs auf sieben angestiegen ist. Während in 6 nur zwei Spulen dargestellt werden ist es verständlich, dass die Erfindung auch mit jeder Anzahl von Spulen ausgeführt werden kann.
Eine weitere alternative Ausführung der Erfindung wird in 7 dargestellt, in welcher die Spule sowohl auf einen kurzgeschlossenen Zustand, wie oben beschrieben, als auch auf einen offenen Schaltkreis oder kurzgeschlossenen Ansteuerungs-FET-Zustand hin überprüft wird. Wie in 7 gezeigt, soll die Spulenrückkopp lungsspannung V_CF annähernd gleich der Versorgungsspannung V_SF sein, wenn der dazugehörige FET sich in einem nichtleitenden Zustand befindet und die schaltenden Ausgleichsvorgänge beendet sind. Dies würde in 7 während des Zeitraums von t₅ bis t₆ geschehen. Wenn die Spule jedoch offen oder der ansteuernde FET für die Spule kurzgeschlossen ist, wird keine Spannung an dem FET-Drainanschluss anliegen und die Spulenrückkopplungsspannung wird annähernd Null betragen. Deshalb schlägt die alternative Ausführung vor, das Verhältnis der Spulenrückkopplungsspannung V_CF zu der Versorgungsrückkopplungsspannung V_SF mit einem zweiten Spannungsverhältnisgrenzwert während der Zeitdauer von t₅ bis t₆ zu vergleichen. Wenn das Spannungsverhältnis kleiner als der zweite Spannungsverhältnisgrenzwert ist, ist dies ein Hinweis darauf, dass die Spule offen ist, während wenn das Spannungsverhältnis größer oder gleich dem zweiten Spannungsverhältnisgrenzwert ist, dies ein Hinweis darauf ist, dass die Spule funktionsfähig ist. Die Erfindung sieht vor, als zweiten Spannungsverhältnisgrenzwert 0,15 zu verwenden; die Erfindung kann jedoch aber auch mit einem zweiten Spannungsverhältnisgrenzwert, der größer oder kleiner als 0,15 ist, ausgeführt werden. Es ist ebenso verständlich, dass der zweite Spannungsverhältnisgrenzwert von einem oder mehreren Fahrzeugbetriebsparametern abhängig sein kann.
Ein Ablaufdiagramm für die Implementierung einer alternativen Ausführung der Erfindung, die in 7 dargestellt ist, wird in 8 gezeigt, wo die Blöcke, die den in 3 gezeigten Blöcken gleich sind, dieselben Bezugszeichen aufweisen. In dem Ablaufdiagramm von 8 wird die Spule sowohl auf kurzgeschlossene als auch auf offene Zustände hin überprüft. Das Ablaufdiagramm beginnt durch Block 30 und fährt mit Entscheidungsblock 32 fort, wo bestimmt wird, ob der Gateanschluss des FET 12 einer PWM-Spannung unterliegt. Wenn dort keine PWM-Gatespannung angelegt ist, endet das Verfahren durch Block 34. Wenn in Entscheidungsblock 32 jedoch bestimmt worden ist, dass eine PWM-Spannung an dem Gate des FET 12 anliegt, übergibt das Verfahren zu Entscheidungsblock 60.
In Entscheidungsblock 60 bestimmt das Verfahren, ob die PWM-Gatespannung den FET 12 ansteuert, in seinen eingeschalteten oder leitenden Zustand zu sein. Wenn das Verfahren bestimmt, dass die PWM-Gatespannung den FET 12 ansteuert, in seinen eingeschalteten Zustand zu sein, übergibt das Verfahren zu Entscheidungsblock 38 und fährt, wie oben mit Bezug zu 3 beschrieben, fort. Wenn in Entscheidungsblock 60 die PWM-Gatespannung den FET 12 ansteuert, in seinen ausgeschalteten oder nichtleitenden Zustand zu sein, übergibt das Verfahren zu Entscheidungsblock 62.
In Entscheidungsblock 62 bestimmt das Verfahren, ob der PWM-Gateimpuls für eine ausreichend lange Zeit funktioniert hat, um in einen Dauerzustand überzugehen. Wie oben beschrieben, wird dieser Einstellungszustand am besten in 7 ersichtlich, wo während der Zeiträume t₄ bis t₅, die Spannung bei der Spulenrückkopplungsspannung V_CF einem vorübergehenden Anstieg ausgesetzt ist. Jedes Auslesen während dieser Zeiträume wäre nicht bezeichnend für den vollkommen ausgeschalteten Spulenzustand. Gleichermaßen ist es notwendig, ausreichend Zeit zum Auslesen und Wandeln der analogen Spannungswerte zu digitalen Werten zur Verfügung zu stellen. Dementsprechend schlägt die Erfindung vor, dass jede Spannungsmessung vor der Zeit t₇ für die in 7 gezeigte Ausschaltzeitdauer beendet sein muss. Daher sollen die Messungen nur während zulässiger Zeitabstände von t₅ bis t₆ für die in 7 gezeigten Spannungsformen aufgenommen werden. Deshalb wird in Entscheidungsblock 62 bestimmt, ob die Schaltung sich innerhalb eines zulässigen Zeitraums zum Aufnehmen von Messungen befindet. Wenn sich die Schaltung nicht innerhalb eines zulässigen Zeitraums befindet, übergibt das Verfahren zu Block 34 und endet. Wenn sich die Schaltung jedoch innerhalb eines zulässigen Zeitraums befindet, übergibt das Verfahren weiter zu Funktionsblock 64.
In Funktionsblock 64 liest das Verfahren die Werte der Stromversorgungsrückkopplungsspannung V_SF und die Spulenrückkopplungsspannung V_CF aus. Die Stromversorgungsrückkopplungsspannung V_SF und die Spulenrückkopplungsspannung V_CF werden durch ein Paar von Analog-Digital-Wandlern in der ECU 20 in digitale Werte gewandelt. Die Spulenrückkopplungsspannung V_CF wird anschließend mit der Stromversorgungsrückkopplungsspannung V_SF, durch das Teilen der Spulenrückkopplungsspannung V_CF durch die Stromversorgungsrückkopplungsspannung V_SF, verglichen, um ein Verhältnis der Spannungen zu erhalten. Das Verfahren rückt dann zu Entscheidungsblock 66 vor.
In Entscheidungsblock 66 wird wie oben beschrieben das Spannungsverhältnis mit einem zweiten Spannungsverhältnisgrenzwert verglichen. Wenn das Spannungsverhältnis kleiner als der zweite Spannungsverhältnisgrenzwert ist, ist dies ein Hinweis darauf, dass entweder die Spule offen ist, oder der ansteuernde FET für die Spule kurzgeschlossen ist, und das Verfahren übergibt dann zu Funktionsblock 68, wo ein Fehlersignal generiert wird oder ein Fehlermerker gesetzt wird. Das Verfahren endet dann durch Block 34. Wenn in Entscheidungsblock 66 das Spannungsverhältnis größer oder gleich dem zweiten Spannungsverhältnisgrenzwert ist, ist dies ein Hinweis darauf, dass die Spule funktionsfähig ist und das Verfahren endet durch Block 34.
Es ist verständlich, dass das durch das Ablaufdiagramm in 8 gezeigte Verfahren auch für andere Schaltungen angewendet werden kann, die eine Vielzahl von Spulen, wie in 4 gezeigt, aufweisen. Ebenso kann das in 8 gezeigte Verfahren, wenn eine Vielzahl von Spulen vorhanden sind, mit dem in 5 (nicht dargestellt) gezeigten Warteverfahren, zum Auswählen der Spule zum Prüfen, die das größte Warteschlangenalter aufweist, kombiniert werden. Schließlich ist es auch verständlich, dass das in 8 gezeigte Ablaufdiagramm beabsichtigt, als Beispiel für das Verfahren zu dienen und dass die Erfinder es in Erwägung ziehen, dass die Erfindung auch mit anderen als den in 8 gezeigten Verfahren ausgeführt werden kann.
Zusammenfassend ermöglicht die vorliegende Erfindung einen kurzgeschlossenen und/oder offenen Magnetfehlerzustand zu erkennen, während eine hochfrequente Impulsbreitenmodulation (PWM) an die Magnetansteuerungsschaltung angelegt wird. Dies wird durch eine Ausführung, die nicht in die Steuerung des Systems eingreift, die nur geringe Ressourcen des Prozessors verwendet, erreicht und einen gleichen Anwendungsbereich verwirklicht, wie wenn der Magnet unmittelbar vollkommen eingeschaltet gesteuert wird.
Die Erfinder glauben, dass die vorliegende Erfindung folgende einzigartigen Merkmale bietet:

• Eine Möglichkeit, einen fehlerfreien Zustand anzugeben, der nur vorher während eines Ruhezustands ermittelt wurde (d. h., während die Spulenanweisung vollkommen eingeschaltet oder ausgeschaltet ist), während der Magnet einer impulsbreitenmodulierten Steuerung unterliegt.
• Ein Priorisierungssystem, das es ermöglicht, dass die höchste Priorität einem zu ausfallsichernden Magneten gegeben wird, der den am längsten vergangenen Zeitraum aufweist, seitdem er das letzte Mal geprüft wurde.
• Ein Konzept zum Verwenden gemeinsamer Daten von einem asynchron laufenden Timerperipheriegerät, um schnell zu bestimmen, ob die Auswahlsicherung durchgeführt werden kann.

Die Erfindung kann in breit gefächerten Anwendungen verwendet werden, sowie z. B. in einem elektrische Bremssteuersystem und zum Steuern der An wendung eines hydraulischen Drucks in anderen elektronischen Bremssystemen von Fahrzeugen, sowie in einem Antriebsregelungssystem und/oder einem Fahrzeugstabilitätssteuersystem. Andere Anwendungen können die Steuerung von mehreren Einspritzdüsen in einem Motorsteuersystem und die Steuerung von Magnetventilen in aktiven Federungssystemen und elektrisch unterstützten Lenksteuersystemen umfassen. Die Erfindung kann auch in Nicht-Fahrzeuganwendungen ausgeführt werden, wo Magnetspulen verwendet werden.
Im Zusammenhang mit den Regelungen des Patentgesetzes, wurden das Prinzip und die Art der Funktion dieser Erfindung erklärt und in ihrer bevorzugten Ausführung dargestellt. Es muss jedoch verstanden werden, dass die Erfindung auch anderweitig ausgeführt werden kann, als wie besonders erklärt und dargestellt, ohne von ihrem Geist oder Umfang abzuweichen.
Zusammenfassung
Verfahren zum Erfassen kurzgeschlossener Magnetspulen
Ein Verfahren zum Prüfen des Anschlusses einer Spule, die einem hochfrequenten pulsmodulierten Strom ausgesetzt ist, umfasst ein Erkennen einer Spulenspannung, Bestimmen eines Verhältnisses der erkannten Spulenspannung zu der Versorgungsspannung und Vergleichen des Verhältnisses mit einem Grenzwert um zu bestimmen, ob die Magnetspule funktionsfähig ist.

Claims

Verfahren zum Prüfen der Funktion eines hydraulischen Magnetventils eines Fahrzeugsteuerungssystems, wobei der Ventilmagnet zwischen einer Stromversorgung und einem Drainanschluss eines Feldeffekttransistors (FET) geschaltet ist, der FET auch einen Sourceanschluss, der mit Masse verbunden ist, und einen Gateanschluss aufweist, der FET auf eine an dem Gateanschluss aufgebrachte Spannung reagiert, um zwischen leitenden und nichtleitenden Zuständen umzuschalten, dadurch gekennzeichnet, dass: das Ventil ein analoges Ventil ist, das in einem impulsbreitenmodulierten Betrieb (PWM) betreibbar ist, in welchem an dem FET-Gate eine PWM-Spannung, nach einem Verfahren angelegt wird, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Erfassen der Versorgungsspannung und der FET-Drainspannung während entweder dem leitenden oder dem nichtleitenden Zustand des FET; (b) Berechnen des Verhältnisses der FET-Drainspannung zu der Versorgungsspannung, die in Schritt (a) erfasst wurde; und (c) Vergleichen des sich ergebenden Verhältnisses mit einem Grenzwert, um zu bestimmen, ob die Magnetspule betreibbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die Versorgungsspannung und die FET-Drainspannung erfasst, nachdem das PWM-Signal für eine erste vorgegebene Zeitspanne eingeschaltet war, aber vor dem Beginn einer zweiten vorgegebenen Zeitspanne, die dem ausgeschalteten PWM-Signal vorausgeht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verfahren für eine kurzgeschlossene Magnetspule nach einem Bestimmen, dass das Verhältnis der FET-Drainspannung zu der Versorgungsspannung größer als der Grenzwert ist, ein Fehlersignal erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die an dem FET-Gate angelegte PWM-Spannung eine hohe Frequenz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die Versorgungsspannung und die FET-Drainspannung erfasst, nachdem das PWM-Signal für eine erste vorgegebene Zeitspanne ausgeschaltet war, aber vor dem Beginn einer zweiten vorgegebenen Zeitspanne, die dem eingeschalteten PWM[-Signal] vorausgeht.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren für eine geöffnete Magnetspule nach einem Bestimmen, dass das Verhältnis der FET-Drainspannung zu der Versorgungsspannung kleiner als der Grenzwert ist, ein Fehlersignal erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die an dem FET-Gate angelegte PWM-Spannung eine hohe Frequenz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Fahrzeugsteuerungssystem eine Vielzahl von analogen Hydraulikmagnetventilen aufweist, bei dem jedes Ventil durch einen entsprechenden FET gesteuert wird, der ein mit einer entsprechenden PWM-Spannungsquelle verbundenes Gate aufweist, ist das Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet, dass: mindestens eine Warteschlangenreihenfolge für jede der Magnetspulen in einem leitenden Zustand aufrechterhalten wird, wobei die Warteschlange für jede Spule jedes Mal stufenweise erhöht wird, wenn die Spule zum Prüfen in Betracht gezogen wird, das Verfahren dann die zum Prüfen infrage kommende Spule mit dem ältesten Rang in der Warteschlange auswählt, und anschließend die ausgewählte Spule auf einen kurzgeschlossenen Zustand hin überprüft.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Fahrzeugsteuerungssystem eine Vielzahl von analogen hydraulischen Magnetventilen umfasst, wobei jedes Ventil durch einen entsprechenden FET gesteuert wird, der ein mit einer entsprechenden PWM-Spannungsquelle verbundenes Gate aufweist, ist das Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet, dass: mindestens eine Warteschlangenreihenfolge für jede der Magnetspulen in einem nichtleitenden Zustand aufrechterhalten wird, wobei die Warteschlange für jede Spule jedes Mal stufenweise erhöht wird, wenn die Spule zum Prüfen in Betracht gezogen wird, das Verfahren dann die zum Prüfen infrage kommende Spule mit dem ältesten Rang in der Warteschlange auswählt, und anschließend die ausgewählte Spule auf einen offenen Zustand hin überprüft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeugsteuerungssystem eine Vielzahl von analogen hydraulischen Magnetventilen umfasst, wobei jedes Ventil durch einen entsprechenden FET gesteuert wird, der ein mit einer entsprechenden PWM-Spannungsquelle verbundenes Gate aufweist, ist das Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet, dass: das Verfahren ein Aktualisieren einer ersten Warteschlangenreihenfolge für sich in einem leitenden Zustand befindende Spulen, und ein Aktualisieren einer zwei ten Warteschlangenreihenfolge für sich in einem nicht leitenden Zustand befindende Spulen umfasst, und wobei das Verfahren weiter ein Auswählen einer leitenden, zum Prüfen infrage kommenden Spule mit dem ältesten Rang in der ersten Warteschlange, und ein Auswählen einer nichtleitenden, zum Prüfen infrage kommende Spule mit dem ältesten Rang in der zweiten Warteschlange umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die ausgewählte Spule in jeder Warteschlange geprüft wird.