DE19500452A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Verbrauchers - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines Verbrauchers ge­ mäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 36 25 091 (US 4 951 188) bekannt. Dort wird eine Endstufe in Brückenschaltung mit vier Schaltelementen vorge­ schlagen, wobei der Strom durch den im Brückendiagonalzweig angeordneten Verbraucher erfaßt und mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen wird. Überschreitet der Strom durch den Verbraucher einen vorgegebenen Maximalwert, so wird ein Kurzschluß im Bereich des Verbrauchers angenommen und die Endstufe derart abgeschaltet. Durch diese Vorgehensweise wird selbst bei kurzzeitigen Störungen die Endstufe abge­ schaltet. Dadurch wird die Verfügbarkeit der Vorrichtung eingeschränkt.

Vorzugsweise werden die Endstufen, insbesondere aus wirt­ schaftlichen Gründen, so ausgewählt, daß der Strom durch den Verbraucher bei typischen Funktionsabläufen unterhalb der gewählten Strombegrenzung liegt, in Sonderfällen jedoch er­ reicht werden kann. Wird in einem solchen Sonderfall ent­ sprechend reagiert und die Last stromlos geschaltet, so kön­ nen insbesondere bei Leerlaufstellern zwei unerwünschte Effekte auftreten. Dies ist zum einen, daß die gewünschte Funktion, beispielsweise die Leerlaufregelung, nicht mehr erfüllt wird. Des weiteren können Folgeschäden, insbesondere eine Zerstörung oder Beschädigung des Stellers, eintreten.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfah­ ren und einer Vorrichtung zur Überwachung eines Verbrauchers die obengenannten Nachteile zu vermeiden, insbesondere soll eine möglichst einfache Reaktion auf Fehlersignale der End­ stufe realisiert werden. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann sicher zwischen tatsächlichen und vermeintlichen Kurzschlüssen un­ terschieden werden. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 wesentliche Elemente der Endstufe, Fig. 3 ein erstes Fluß­ diagramm und Fig. 4 ein zweites Flußdiagramm zur Verdeutli­ chung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung grobschema­ tisch als Blockdiagramm dargestellt.

Mit 100 ist ein Verbraucher bezeichnet, der über einen er­ sten Anschluß 101 und einen zweiten Anschluß 102 mit einer Endstufe 110 in Verbindung steht. Die Endstufe 110 wird über Leitungen 111 und 112 mit Ansteuersignalen von einer Steuer­ einheit 120 beaufschlagt. Die Endstufe 110 liefert über die Leitung 116 ein Signal an die Steuereinheit 120. Die Steuer­ einheit 120 verarbeitet verschiedene Signale verschiedener Sensoren 130, insbesondere eines Drehzahlsensors.

Bei dem Verbraucher 100 handelt es sich vorzugsweise um ei­ nen Elektromotor eines Leerlaufstellers, wie er beispiels­ weise in der DE-OS 37 33 623 beschrieben ist. Die erfin­ dungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Anwen­ dung beschränkt, sie kann auch bei anderen Verbrauchern An­ wendung finden.

Die Endstufe 110 setzt die Ansteuersignale der Steuereinheit 120, die über die Festleitungen 111 und 112 übertragen wer­ den, in Ansteuersignale um. Die Steuereinheit 120 berechnet die Ansteuersignale ausgehend von den Ausgangssignalen der Sensoren 130.

Die Endstufe 110 weist ferner eine Überwachungseinheit 105 auf, die bei auftretenden Fehlern über die Leitung 116 ein Fehlersignal abgibt. Insbesondere überwacht die Überwa­ chungseinrichtung 105, ob ein Kurzschluß zwischen dem Ver­ braucher 110 und dem Maßeanschluß, ein Kurzschluß zwischen der Versorgungsspannung oder ob ein Kurzschluß zwischen den beiden Anschlüssen des Verbrauchers besteht. Dies erfolgt dadurch, daß der Strom der durch den Verbraucher fließt mit­ tels geeigneter Mittel erfaßt und dahingehend ausgewertet wird, ob er einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Die Stromerfassung kann beispielsweise dadurch realisiert wer­ den, das als Schaltmittel sogenannte Current-Sense-Fet ver­ wendet werden.

In Fig. 2 ist die Endstufe 110 detaillierter dargestellt. Elemente, die schon in Fig. 1 beschrieben wurden, sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Endstufe 110 um­ faßt im wesentlichen vier Schaltmittel 211, 212, 213 und 214. Eine Versorgungsspannung U_bat steht über eine Verpol­ schutzdiode 220 mit einem Verbindungspunkt 222 in Verbin­ dung. Der Verbindungspunkt 222 steht über ein Schaltmittel 211 mit dem Ausgang 102 in Verbindung. Des weiteren steht der Verbindungspunkt 222 mit dem zweiten Schaltmittel 212 mit dem Ausgang 101 in Kontakt.

Der Ausgang 101 steht über ein drittes Schaltmittel 213 mit einem Verbindungspunkt 224 in Kontakt. Der zweite Ausgang 102 steht über ein viertes Schaltmittel 214 ebenfalls mit dem Verbindungspunkt 224 in Kontakt. Der Punkt 224 liegt vorzugsweise auf Maßepotential. Diese Anordnung wird übli­ cherweise als H-Brücke bezeichnet.

Über die Steuerleitung 111 wird das Schaltmittel 211 unmit­ telbar und das Schaltmittel 214 über ein Inverter 216 mit Ansteuersignalen beaufschlagt. Über die Steuerleitung 112 wird das Schaltmittel 212 unmittelbar und das Schaltmittel 213 über einem Inverter 217 mit Ansteuersignalen beauf­ schlagt.

Vorzugsweise sind die Schaltmittel 211 bis 214 als Transi­ storen, insbesondere als Feldeffekttransistoren, realisiert. Durch Anlegen eines High-Signals an die Leitung 111 wird das Schaltmittel 211 geschlossen und das Schaltmittel 214 geöff­ net. Durch Anlegen eines Low-Signals an die Leitung 112 wird das Schaltmittel 212 geöffnet und das Schaltmittel 213 ge­ schlossen. Durch diese Ansteuerung wird der Stromfluß in ei­ ne erste Richtung durch den Verbraucher 100 freigegeben.

Durch Anlegen eines Signals High an die Leitung 112 wird das Schaltmittel 212 in seinen geschlossenen Zustand und das Schaltmittel 213 in seinen offenen Zustand überführt. Durch Anlegen eines Signals Low an die Leitung 111 wird das Schaltmittel 214 in seinen geschlossenen Zustand und das Schaltmittel 211 in seinen offenen Zustand überführt. Durch diese Art der Ansteuerung wird der Stromfluß in eine zweite Stromrichtung durch den Verbraucher freigegeben.

Zur Fehlerüberwachung wird, wie in Fig. 3 dargestellt vor­ gegangen. In bestimmten Zeitabständen, vorzugsweise alle 10 ms, wird ein Unterprogramm, das in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, im Schritt 300 gestartet. Eine erste Ab­ frage 310 überprüft, ob die Diagnose der Endstufe 110 frei­ gegeben ist. Diese Abfrage überprüft, ob definierte Be­ triebszustände vorliegen, in denen keine Diagnose durchge­ führt wird. Hierbei handelt es sich um Betriebszustände, in denen der Strom größere Werte annimmt als im normalen Be­ trieb. Ist dies nicht der Fall, so setzt das Programm mit Schritt 350 fort, in dem das Unterprogramm endet und zum Hauptprogramm der Steuerung der Brennkraftmaschine zurückge­ gangen wird.

Durch diese Vorgehensweise wird verhindert, daß in bestimm­ ten Betriebszuständen, in denen möglicherweise ein größerer Strom fließt als im Normalbetrieb, auf Fehler erkannt wird. Ein solcher Betriebszustand liegt beispielsweise vor, wenn die Steuereinheit solche Ansteuersignale vorgibt, daß der Leerlaufsteller eine bevorzugte Stellung, wie beispielsweise seine Endanschläge einnimmt. Desweiteren sind erhöhte Strom­ werte auch bei extremen Umgebungsbedingungen, wie beispiels­ weise niederen Temperaturen, möglich.

Der oben beschriebene Effekt könnte auch durch einen höheren Schwellwert bei der Stromüberwachung realisiert werden. Bei einem höheren Schwellwert können aber im Normalbetrieb nicht alle Fehler sicher erkannt werden. Durch die erfindungsgemä­ ße Vorgehensweise, daß der Schwellwert für den Strom so ge­ wählt wird, daß Stromwerte, die im Normalbetrieb nicht auf­ treten, eine Fehlermeldung bewirken und außerhalb des Nor­ malbetriebs bei vorliegen bestimmter Betriebszustände, in denen höhere Stromwerte möglich sind, auch bei Vorliegen des Fehlersignals nicht auf Fehler erkannt wird, können Fehler sicher erkannt werden.

Ist die Diagnose freigegeben, so folgt die Abfrage 320, die überprüft, ob über die Leitung 116 ein Fehlersignal von der Endstufe übermittelt wurde. Ist dies nicht der Fall, so folgt ebenfalls Schritt 350. Vorzugsweise ist die Abfrage 320 so realisiert, daß alle 1,25 ms abgefragt wird, ob durch die Leitung 116 ein Fehlersignal anliegt, das einen Fehler anzeigt. Ist dies der Fall, so wird ein Fehlerbit gesetzt. Die Abfrage 320 wird dann in einem größeren Zeitabschnitt abgefragt. Erst nachdem mehrmals auf Fehler erkannt wurde, erfolgt eine Abschaltung der Endstufe.

Ist dies der Fall, so folgt die Abfrage 330, die überprüft, ob eine sogenannte Entprellzeit ET abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt ebenfalls Schritt 350. Ist dies der Fall, dies bedeutet, das Signal 116 auf der Leitung 116 liegt länger als eine vorgegebene Zeitschwelle TS an, so folgt Schritt 340. In Schritt 340 wird die Endstufe 110 ab­ geschaltet. Dies bedeutet, daß alle Ausgangssignale auf Low- Pegel liegen.

Mittels dieser Vorgehensweise können Sonderfälle, unter de­ nen von der Endstufe 110 ein Kurzschluß erkannt wurde, ohne daß ein echter Kurzschluß vorliegt, von den Zuständen unter­ schieden werden, bei denen kein Kurzschluß vorliegt, obwohl der Strom den Schwellwert kurzzeitig überschritten hat. Mit­ tels dieser Vorgehensweise ist es möglich, die Sonderfälle zu erkennen, bei denen die Endstufe aufgrund des in bestimm­ ten Betriebszuständen fließenden erhöhten Stroms, einen Fehler anzeigt.

In diesen Fällen wird über eine zeitliche Filterstufe die schädliche Auswirkung des von der Endstufe abgegebenen Feh­ lersignals vermieden. Erst, wenn die vorab definierte Warte­ zeit abgelaufen ist, wird auf Kurzschluß erkannt. Mittels einer geeignete Zeitüberwachung des Fehlersignals können so alle relevanten Fehlerzustände des Stellers sicher diagnostiziert werden und eine angemessene Reaktion einge­ leitet werden.

Bei einem kurzzeitigen Überschreiten des Schwellwerts für den zulässigen Strom, der üblicherweise einem Kurzschluß entspricht, erfolgt keine Fehlerreaktion. Erst, nachdem der Fehlersignal für eine längere Zeit aufgetreten ist, was auf einen tatsächlichen Kurzschluß hinweist, wird auf Fehler er­ kannt und entsprechende Maßnahmen eingeleitet. Beispielswei­ se wird bei erkanntem Fehler die Endstufe abgeschaltet.

Um nach einem erkannten Fehler einen Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, wird in größeren Zeitab­ schnitten die Endstufe 110 nacheinander in drei verschiedene Zustände geschaltet, um zu prüfen, ob der Kurzschluß noch vorhanden ist. Wird kein Kurzschluß mehr festgestellt, wird die Endstufe für die normale Ansteuerung freigegeben. Dies erfolgt gemäß einem in Fig. 4 dargestellten Unterprogramm.

Dieses Unterprogramm wird in einem bestimmten Zeitraster mit dem Schritt 400 gestartet. Die Abfrage 410 prüft, ob die Endstufe abgeschaltet ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt Schritt 490, in dem das Unterprogramm endet und zum Haupt­ programm zurückgesprungen wird.

Erkennt die Abfrage 410, daß die Endstufe 110 abgeschaltet ist, wird in Schritt 420 auf die Leitung 111 ein High-Signal H1 und auf die Leitung 112 ein High-Signal H2 gegeben. Die anschließende Abfrage 430 überprüft, ob auf der Leitung 116 eine Fehlermeldung auftritt. Eine Fehlermeldung wurde auf­ treten, wenn der Verbraucher einen Kurzschluß gegen Masse aufweist. Tritt ein Fehler auf, so folgt wieder Schritt 490.

Tritt kein Fehler auf, so wird im Schritt 440 die Leitung 111 mit einem Low-Signal L1 und die Leitung mit einem Low- Signal L2 beaufschlagt. Die sich anschließende Abfrage 450 überprüft, ob auf der Leitung 116 ein Fehlersignal auftritt. Ist dies der Fall, so folgt ebenfalls Schritt 490. Erkennt die Abfrage 450, daß ein Fehlersignal anliegt, so ist dies ein Indiz dafür, daß ein Kurzschluß zwischen dem Verbraucher und der Versorgungsspannung U_bat aufgetreten ist.

Anschließend wird in Schritt 460 über die Ansteuerleitung 111 ein Low-Signal L1 und über die Leitung 112 ein High- Signal H2 vorgegeben. Es ist auch möglich, daß über die Lei­ tung 111 ein High-Signal und über die Leitung 112 ein Low- Signal abgegeben wird. Die anschließende Abfrage 470 über­ prüft, ob auf der Leitung 116 ein Fehlersignal anliegt. Mit­ tels dieser Abfrage können weitere Fehlerzustände, insbeson­ dere ein Windungsschluß erkannt werden. Ist dies der Fall, so folgt Schritt 490. Ist dies nicht der Fall, d. h., keine der Abfragen 430, 450 und 470 erkannte, daß auf der Leitung 116 kein Signal auftrat, so wird in Schritt 480 die Endstufe 110 wieder eingeschaltet.

Claims (6)

1. Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Verbrauchers, insbesondere eines Leerlaufstellers, wobei der Stromfluß durch den Verbraucher mit wenigstens einem Schalt­ mittel beinflußbar ist, und daß bei einer Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Verbrauchers ein Fehlersignal be­ reitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann auf Fehler erkannt und entsprechende Maßnahmen eingeleitet wer­ den, wenn neben dem Fehlersignal wenigstens eine weitere Be­ dingung erfüllt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann auf Fehler erkannt wird, wenn das Fehlersignal für eine vorgebbare Zeitdauer anliegt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß nur dann auf Fehler erkannt wird, wenn bestimmte Betriebszustände nicht vorliegen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß nach einem erkannten Fehler in vorbestimmten Zeitabständen überprüft wird, ob das Fehler­ signal noch vorliegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Erkennung einer Beeinträchti­ gung der Funktionsfähigkeit die Schaltmittel mit bestimmten Ansteuersignalen beaufschlagt und abhängig von der Reaktion eine Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit erkannt wird.

6. Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Verbrauchers, insbesondere eines Leerlaufstellers, wobei der Stromfluß durch den Verbraucher mit wenigstens einem Schalt­ mittel beinflußbar ist, mit Mitteln, die bei einer Beein­ trächtigung der Funktionsfähigkeit des Verbrauchers ein Feh­ lersignal bereitstellen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die nur dann auf Fehler erkennen und ent­ sprechende Maßnahmen einleiten, wenn neben dem Fehlersignal wenigstens eine weitere Bedingung erfüllt ist.