CN101479616B - 用于扩大电流调节器诊断能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过电流调节器(12)和评价装置(16)监控(感性)负载(26)的至少一个末级(18)的方法。通过使至少一个在至少一个末级(18)的接通状态中的电流值与至少一个在至少一个末级(18)的无载状态中的电流值进行比较识别供电电压U_bat(24)的旁路或接地(20)后的旁路。

Description

用于扩大电流调节器诊断能力的方法

背景技术

通常通过诊断方法检查电开关末级的故障。已知要检查电开关末级在不产生负载电流时负载下降、在产生太小负载电流时的低负载、在产生太高负载电流时的过负载以及接地后的短路和供电电压后的短路。此外通常诊断电开关末级出现或不出现过热。该诊断过程中要区分成高端接通和低端接通。

在上述诊断方法范围内通常在下面所示的前提条件下实现识别故障：

以高端末级为基准在接通或断开末级时通过施加检验电流或施加检验电位实现诊断负载下降。通过在分流器上测量或通过负载上的电压测量诊断负载下降。

通常在接通末级时通过测量分流器上的电压降诊断电开关末级的低负载。

通常同样在接通末级时通过测量分流器上的电压降和/或测量末级的导通电阻诊断过负载。

通常在接通末级时通过分流器上的电压降和/或求得末级的导通电阻诊断电开关末级在接地后(低欧姆或高欧姆)的短路。通常在断开末级时通过施加检验电流或检验电位通过负载上的电压测量诊断低欧姆或高欧姆的供电电压(Ubat)短路，而在上述诊断方法范围中总是进行过热测量并且通常通过测量温度通过求得诊断电压实现。也可以选择测量与温度有关的电阻。

以电开关末级的低端为基准在接通或断开末级时通过施加检验电流或检验电压实现其对负载下降的诊断。所使用的测量方法通常是测量分流器上的电压降和/或测量末级的导通电阻以及负载的电压测量。

在接通末级时通过测量分流器上的电压降实现施加在电开关末级上的地负载方面的诊断。同样也适用于诊断过负载。在断开末级时通过施加检验电流或检验电位通常通过测量负载上的电压实现接地(低欧姆或高欧姆)后的短路。在接通末级时通过分流器上的电压测量实现低欧姆或高欧姆的供电电压(Ubat)后短路的诊断，而与末级高端的过热测量类似地总是执行过热测量，为此可以通过求得二极管电压或与温度有关的电阻使用温度测量。

上述的诊断方法对于循环的末级和感应负载存在缺陷，在末级的断开状态在循环时只能受限地实现负载上的电压测量。这意味着，例如不再可能识别并联于末级的高欧姆旁路，因为感应负载使负载上的电位在无载状态通过无载二极管和分流器确定。

由DE 198 51 732 A1已知一种用于监控至少一个电流调节级的方法和装置。按照由DE 198 51 732 A1已知的方法通过包括至少一个接通机构和电流调节器的装置实现至少一个用于电消耗器的电流调节级的监控。至少一个消耗器由通过占空比确定电流，其中使电流调节器的电流调节到理论值。为了监控使占空比和/或由占空比推导出来的参数与阈值进行比较并且在偏离这个阈值时识别存在故障。代替占空比可以形成占空比与理论值之间的比例并且与比较值比较。由占空比和电压也可以确定电流值并且与比较值比较。

上述的由现有技术已知的电开关末级诊断方法以及由DE 19851 732 A1已知的解决方案都存在缺陷，在电开关末级的脉冲宽度调制运行期间只能受限地识别在供电电压或接地后的高欧姆短路。

发明内容

下面的按照本发明建议的解决方案提出一种诊断方法，它在循环运行的具有感应负载的电末级的情况下能够识别例如与开关并联的高阻值旁路。为此将在接通状态中的电流值或多个电流值与无载状态中的理论值或所有理论值进行比较，这能够识别旁路。这一点不仅适用于识别接地后的旁路而且也适用于识别供电电压U_bat的旁路。

所述评价涉及在接通和断开末级时通过感应负载的电流在旁路电阻与通过测量电阻R_mess的电流之间的不同分布。在导通末级时旁路电阻R_Neb和用于电流测量的电阻R_mess与末级的导通电阻R_DSon一起形成并联电路。在此在比例上要检测的旁路电阻R_Neb远大于其它两个电阻的和，由此使几乎整个电流通过测量电阻R_mess流动。

在末级的断开状态使电流分成无载电流与旁路电阻电流。在这种情况下通过旁路电阻的电流不是非常小并且能够在无载状态期间通过

I_Neb＝(电池电压+无载二极管电压降)/旁路电阻

其中I_{Freilaufdiode}≠0确定或者通过

I_Neb＝电池电压/(旁路电阻+负载的欧姆分量)

其中I_{Freilaufdiode}＝0确定。

通过下面的说明可以评价通过测量电阻的不同电流波形。在形成平均值时使导通末级时的电流平均值与断开末级时的电流平均值进行比较。为了形成平均值可以使用所有常见的方法，例如模拟或数字的积分方法。当偏离平均值时则出现故障电流。然后通过Δ阈值执行故障识别。

对于形成平均值也可以选择评价各个电流采样点(Stuetzstellen)。根据所需的评价精度可以改变直线间的距离。但是要考虑，使检测时刻位于接通状态期间和使检测时刻位于断开状态。检测时刻也可以包括在逐个值上的平均。

除了所示的评价方法形成平均值和评价各个电流采样点以外可以通过电流过程中的跃变实现评价。故障电流产生曲线形式的跃变式变化。可以通过具有推导特性的方法或对于数字系统通过提高检测的抽样值之间的斜度实现评价。

附图说明

下面借助于附图详细描述本发明。附图中：

图1示出具有标出电流电路的电路图，

图2示出测量电阻R_mess在按照图1的电路中的布置方法，

图3.1示出在导通末级时的电流电路，其中R_DSon<R_Neb，

图3.2示出在截止末级时的电流电路，其中R_DSon>R_Neb，

图4.1示出没有旁路电阻的电流波形，

图4.2示出具有旁路电阻的电流波形，

图5示出通过平均电流评价，

图6示出通过评价各个电流值评价，

图7示出通过检测在出现的电流轮廓中的跃变评价。

具体实施方式

按照图1的视图以示意图示出具有标出电流电路的电路图。

由按照图1的视图给出诊断电路10，它包括调节器12。该调节器12或者可以处理器中由软件实现在或者构成为独立组件。对调节器12后置驱动器14，它控制末级18。调节器12还与评价装置16处于连接，第一接头40和第二接头42引入到评价装置，接头连接在标记符号为32的测量电阻R_mess的前面或后面。末级连接地20。此外无载回路包括无载二极管22。负载26尤其是具有感应分量的负载，例如压力调节器或其它元件的线圈。负载26通过无载回路连接在端子28上。在无载回路中对于至少一个末级18断开的情况运行无载电流30。以标记符号34表示旁路电阻R_Neb，通过旁路电阻34流动的电流I_Neb通过标记符号36表示。负载电流通过标记符号37表示。其它可以在诊断电路10中执行的诊断通过独立的部件实现并且在下面忽略。实现调节器12对于按照本发明建议的扩大的电流诊断原理并不具有重要的意义并且如上所述不仅可以在处理器中作为软件执行或者作为独立组件实现。

从下面还要详细描述的图2可以看出，测量电阻R_mess32不仅可以连接在负载26前面而且可以连接在负载26后面，负载尤其是具有感应分量的负载。测量电阻R_mess32的两种可能的布置之间的差别是，是否要识别电池电压U_bat24后或接地20后的未调节的通过“软”旁路的弹性电流。下面的结合其它附图的实施例涉及识别接地20后的软旁路电阻34。对于电池、即U_bat后的旁路可以使用相同的说明。通过所建议的方法能够识别不仅在地20后的而且U_bat后的短路。

由按照图2的视图可以看出，如同在图2的上部所示的那样测量电阻R_mess32可以安装在第一位置50。在这种情况下测量电阻位于后置于无载二极管22的通过端。这种情况在下面不再详细描述。

由图2的视图还看出，测量电阻R_mess、也即参照标记符号32可以设置在第二位置52，即，以无载二极管22为基准可以设置在这个二极管与至少一个末级18之间。测量电阻的两个布置可能性50或52适用于，通过不位于各矩形区域以内的旁路电阻34的电流也通过测量电阻R_mess、参照标记符号32流动和调节。这些电流不使通过负载26的电流增加，负载26尤其是感应负载。按照图2的视图是图1中所示的诊断电路10的局部，但是没有给出这个电路的所有部分。

由按照图3.1和3.2的视图可以看出在导通和截止末级时产生的电流电路。

按照图3.1的视图适用于导通电阻R_DSon<R_Neb。

在按照图3.1的视图中至少一个末级18导通，通过标记符号62表示。产生的导通电阻通过标记符号60并以R_DSon表示。在至少一个末级18的导通状态62旁路电阻R_Neb34和用于电流测量的电阻R_mess和至少一个末级18的导通电阻R_DSon60形成并联电路。在比例上在这个状态要被检测的旁路电阻R_Neb大于其它两个电阻的和，即，大于R_mess与R_DSon的和，由此使几乎整个电流通过测量电阻R_mess、参照标记符号32流动。标记符号表示负载电流。

因此在按照图3.1的视图导通末级62时电流通过可以忽略的数量级的旁路电阻流动。在按照图3.1的视图中测量电阻R_mess、参照标记符号32位于在图2中通过标记符号52表示的第二位置。

由按照图3.2的视图详细示出在截止末级时的电流电路。在图3.2所示的状态适用于：R_DSon>R_Neb。对于涉及在图2中以标记符号52表示的测量电阻R_mess、参照标记符号32的第二位置的这种观察情况至少一个末级18截止，通过标记符号68表示并且通过虚线表示的导通电阻R_DSon、标记符号60表示。对于这种情况出现无载电流30。在至少一个末级16的断开状态68如图3.2所示使电流分布在无载回路与旁路电阻34之间。在这种情况下可以如下确定无载状态期间的电流I_Neb：

对于无载二极管22中的电流，I_{Freilaufdiode}≠0的情况：

$U_{\mathrm{Bat}}=\frac{U_{\mathrm{Bat}}+U_{\mathrm{FD}}}{R_{\mathrm{Neb}}}$ 其中U_FD为无载二极管上的电压降。

对于无载二极管中的电流，I_{Freilaufdiode}＝0的情况得到旁路电流

在图3.1所示的状态62、即在导通末级62时几乎整个电流通过测量电阻Rmess流动，其中通过旁路电阻34流动的电流几乎可以忽略，而在按照图3.2的视图中、即在截止至少一个末级18、参照标记符号68时通过旁路电阻34流动的电流位于无载电流30的数量级，取决于旁路电阻的大小。通过旁路电阻34流动的电流在按照图3.2的视图中通过标记符号70表示，而在按照图3.2的视图中，在导通末级18时可忽略的通过旁路电阻34的电流通过标记符号64表示。

由图4.1和4.2可以看出通过末级出现的电压过程以及通过负载26出现的电流。

在按照图4.1的视图中，它涉及没有旁路电阻的电流波形，通过至少一个末级18的电压过程通过标记符号80表示。与图3中所示的状态对应的通过负载26出现的电流通过标记符号82表示。表征通过负载82的电流是其感应分量，通过第一上升侧面84代表。因为按照在图3.1所示的电流电路在导通至少一个末级18时通过旁路电阻34流动的电流可以忽略，在按照图4.1的视图中没有这个电流。属于至少一个末级18导通状态62的图4.1示出通过负载26的电流82，它对应于图3.1中通过测量电阻R_mess、参照标记符号32的电流。

而按照图4.2的视图，它涉及具有旁路电阻的电流波形，可以看出，在截止末级18时、图3.2中的参照标记符号68，在至少一个末级18上的电压过程88通过标记符号88表示。在出现旁路电阻时通过负载26的出现电流通过曲线90表示。而按照在图4.1中的视图通过负载26的电流82对应于通过测量电阻R_mess32流动的电流，在按照图4.2中的视图通过测量电阻、标记符号32流动的电流通过标记符号92表示。在图4.2中通过负载26流动的电流90与按照图4.1的视图相比通过非常短的、第二上升侧面86表示。在按照图4.2的视图中通过旁路电阻34流动的电流对应于末级88上的电压过程。

由图3.1与3.2的通过测量电阻R_mess、标记符号32的电流变化的比较得出，在没有旁路电阻时几乎整个电流通过测量电阻R_mess、标记符号32流动，其中这个电流在按照图4.1的视图中对应于曲线82，而在存在旁路电阻34时通过这个旁路电阻流动的电流明显更大。在图4.2所示的具有旁路电阻状态的情况下通过测量电阻R_mess、32流动的电流92明显更小。

由下面按照图5，6和7的视图比较不同的、在图4.1和4.2中所示的具有和没有旁路电阻的电流波形。

由按照图5的视图得出，通过测量电阻R_mess、参照标记符号32的没有旁路电阻34的电流对应于通过负载26的电流82的变化，在图5中通过标记符号106表示，而在存在旁路电阻时对应于曲线108。

在第一种情况下通过电阻R_mess、参照标记符号32的电流出现的平均值在图3.1和3.2中通过标记符号100表示，在后面的情况下通过测量电阻R_mess32流动的电流的平均值在接通末级18时通过标记符号110给出并且在断开末级时通过标记符号112给出。在按照图5的视图中在导通时间102期间至少一个末级18导通并且在截止时间104期间断开。以负载26为基准在末级18导通时间102期间出现的上升侧面通过标记符号84和86鉴别，它们对应于结合图4.1和4.2出现的上升侧面84或86。

通过将在至少一个末级的导通状态62中的电流平均值100，112，112与末级在截止状态68中的电流平均值进行比较形成平均值。按照图5中视图的形成平均值可以通过所有常见的方法、例如通过模拟和数字的积分方法实现。当平均值偏离时存在故障电流并且可以通过δ阈值执行故障识别。

由图6可以看出评价电流的各个电流采样点，在没有旁路电阻和存在旁路电阻时进行调节。

在图6中与图5类似地通过标记符号102示出至少一个末级18的导通时间，而至少一个末级18在截止时间104中断开。由按照图6的视图得出，第一扫描时刻120在至少一个末级18接通前存在，而第二扫描时刻122在末级18接通过程以后存在。与按照图5的视图类似，曲线106或108表示通过测量电阻R_mess(在图3.1和3.2中参照标记符号32)的各出现电流。以有意义的方式在末级18的接通状态期间和在末级的断开状态期间存在扫描时刻120或122。在没有旁路电阻的情况下以测量电阻为基准对于第一扫描时刻120和第二扫描时刻122检测第一电流106通过测量电阻的变化，而在存在旁路时在扫描时刻120和122期间检测通过测量电阻R_mess的出现的第二电流108，它远小于第一种情况，在那里在没有旁路电阻时通过测量电阻R_mess流动的电流对应于通过优选尤其感应的负载26流动的电流。所建议的方法也能够在末级18从截止时间104过渡到导通时间102时使用。

由按照图7的视图看出评价电流跃变。无需了解接通状态按照这个评价方法识别在电流中通过测量电阻R_mess的至少一个电流跃变130或134，其中在第一电流跃变130与第二电流跃变134之间存在平面形状的电流上升132。在电流跃变130或134期间出现末级18上的电压变化80。电流跃变130，134在开始末级导通时间102和其结束后产生。而如果末级18截止、图3.1和3.2中的参照标记符号62，不出现电流跃变。

通过故障电流、在所示情况下通过旁路电阻的电流识别电流的跃变的变化。通过具有推导特性的方法或对于数字系统通过各接收的跃变值之间的斜度实现评价。在末级接通或断开时产生电流跃变130或134，因此在导通时间102的开始和其结束的时候。在通过积分的方法估值时可以使电流跃变130，134的平面扁平，因此过滤由信号产生的梯度。图7示出在积分或微分方法中产生的电流波形138，140。上升时间t_an和下降时间t_ab是出现旁路电阻上的积分。虚线表示与电流跃变130，134的时间关系。

Claims (9)

1.一种用于通过评价装置(16)的电流调节器(12)监控感性负载(26)的至少一个末级(18)的方法，其特征在于，通过对在至少一个末级(18)的接通状态中的至少一个电流值与在至少一个末级(18)的无载状态中的至少一个电流值进行比较，来识别供电电压U_bat的旁路或接地(20)后的旁路，其中在评价装置(16)中通过形成平均值(100，110，112)、评价各个采样点(120，122)或者通过检测至少一个电流跃变(130，134)来获得在测量电阻R_mess(32)上引起的电流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在旁路电阻电流与通过测量电阻R_mess的电流之间检测通过所述负载(26)的电流分布。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述至少一个末级(18)的导通状态(62)，旁路电阻R_Neb(34)、所述至少一个末级(18)的导通电阻R_DSon(60)和所述测量电阻R_mess(32)形成并联电路。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述旁路电阻R_Neb(34)远大于由导通电阻R_DSon(60)和测量电阻R_mess(32)组成的和，并且整个电流I通过所述测量电阻R_mess(32)流动。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述至少一个末级(18)的断开的截止状态(68)，电流分成无载电流(30)和旁路电阻电流(70)。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在无载状态(30)期间，通过旁路电阻(34)流动的旁路电流I_Neb或者通过

$I_{\mathrm{Neb}}=\frac{U_{\mathrm{bat}}+U_{\mathrm{FD}}}{R_{\mathrm{Neb}}}$

来确定，其中U_FD＝无载二极管(22)的电压降且I_{Freilaufdiode}≠0，或者通过

$I_{\mathrm{Neb}}=\frac{U_{\mathrm{bat}}}{R_{\mathrm{Neb}}+R_{\mathrm{Last}}}$

来确定，其中R_Last为所述负载(26)的欧姆分量且I_{Freilaufdiode}＝0，其中U_bat为供电电压，R_Neb为旁路电阻且I_{Freilaufdiode}为无载二极管中的电流。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过旁路电阻R_Neb流动的电流I_Neb或者通过

$I_{\mathrm{Neb}}=\frac{U_{\mathrm{FD}}}{R_{\mathrm{Neb}}}$ 或者通过 $I_{\mathrm{Neb}}=\frac{U_{\mathrm{bat}}-U_{\mathrm{RDson}}}{R_{\mathrm{Neb}}}$ 确定，

其中U_RDson为在接通的末级上的电压降，U_FD为无载二极管上的电压降，U_bat为供电电压，R_Neb为旁路电阻。

8.一种用于通过电流调节器(12)和评价装置(16)和至少一个测量电阻R_mess(32)监控用于感性负载(26)的至少一个末级(18)的诊断电路(10)，利用所述诊断电路能够实施按权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，对所述感性负载(26)或者在第一位置(50)前置或者在第二位置(52)后置至少一个测量电阻R_mess(32)。

9.如权利要求8所述的诊断电路，其特征在于，评价装置(16)或者在处理器中由软件实现或者构成为独立组件，并且所述测量电阻R_mess(32)是分流器。

Images