CN101836355A - 用于识别负载降低的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别与控制设备(50)的H桥式电路(52)相连接的装置(80)的负载降低的方法，其中利用控制设备(50)的被同时构造用于识别短路的至少一个比较器(68)来检测负载降低。此外，本发明还涉及一种控制设备(50)，该控制设备(50)具有H桥式电路(52)以及至少一个比较器(68)并且被构造用于利用被同时构造用于进行短路识别的至少一个比较器(68)来检测与控制设备(50)的H桥式电路(52)相连接的装置(80)的负载降低。

Description

用于识别负载降低的方法

技术领域

本发明涉及一种用于识别负载降低(Lastabfall)的方法、一种控制设备、一种计算机程序以及一种计算机程序产品。

背景技术

废气立法要求在电机工作时不断监控和诊断与废气相关的电机功能。在此，尤其是应监控：与废气相关的装置、诸如节气阀或者废气再循环阀是否还与电机控制设备正确地连接。通常，故障可能性是中断的电缆，所述电缆例如由于电机振动而被磨损或者由于违反操作规程的安装而不具有连接。如果这样的装置与电机控制设备按照规定相连接，则在例如被构造为电机控制设备的控制设备上出现相对应的负载。通向由控制设备所控制的电机功能或电机部件的中断连接在下面被称为负载降低。故障诊断也被称为“OPL诊断”(open load diagnosis(开路负载诊断))。

发明内容

本发明涉及一种用于识别与控制设备的H桥式电路相连接的装置的负载降低的方法。在实施该方法时，利用控制设备的被同时构造用于识别短路的至少一个比较器来检测所述负载降低。

在扩展方案中，可以通过至少一个比较器并且此外还通过控制设备的分析模块的分析逻辑来时间离散地检测负载降低，其中所述分析逻辑与所述至少一个比较器相连接。

因此，通常存在于该控制设备中并且被构造用于识别短路的至少一个比较器可以执行附加的功能、即识别该装置的负载降低。

通过对所述至少一个比较器进行功能扩展，可能的是在其中对负载降低进行证明的诊断的范围内检查与该控制设备相连接的装置的运行可靠性(Funktionstuechtigkeit)。如果在本方法的范围内检测到负载降低，则这意味着：在该H桥式电路上施加可以通过所述至少一个比较器来证明的负载，并且该装置通常按照规定运行。针对没有施加可以通过所述至少一个比较器来证明的负载的情况，在该控制设备与该装置之间的连接、例如馈电线被中断。此外，这可意味着：该装置不再运行。如果该连接被中断或者至少被干扰，则这意味着：该控制设备不能与该装置交换用于检查并且因此用于控制和/或调节或监测该装置的信号或者信息，使得该装置在其运行可靠性方面受到限制。

通常，该H桥式电路或H桥具有四个开关元件，其中每两个这样的开关元件在垂直的或垂直定向的桥式线路上相互连接。该装置在第一垂直桥式线路上以及在第二垂直桥式线路上与该H桥式电路相连接并且因此也与该控制设备相连接。因此，沿着分别在两个开关元件之间的两个垂直桥式线路之一分别布置有该装置的连接接触。

在本方法的实施形式中设置：通过该H桥式电路的第一高压端(第二低压端)开关元件确定电流流向，并且利用第二低压端(第一高压端)开关元件来提供信号，该第二低压端(第一高压端)开关元件与该H桥式电路之内的第一开关元件在对角线上对置并且因此与该第一开关元件在对角线上相对。因此，根据限定，第一高压端(低压端)开关元件被布置在该H桥式电路的第一垂直桥式线路中，而第二低压端(高压端)开关元件被布置在该H桥式电路的第二垂直桥式线路中。

为了识别负载降低而设置：通过在本实施形式中施加在被设置用于提供信号的第二开关元件的第二垂直桥式线路上的电压的值来检测负载降低。在该实施形式中设置：所述至少一个被设置用于证明负载降低的比较器与第二垂直桥式线路相连接。这样使得所述至少一个比较器可以截取沿着第二垂直桥式线路的电压。

在另一扩展方案中，本方法的在开关元件和垂直桥式线路的命名方面被交换的运行方式也是可能的。因此设置：用于确定电流流向的第一高压端(低压端)开关元件被布置在第二垂直桥式线路中，因此用于提供信号的第二低压端(高压端)开关元件与第一高压端(低压端)开关模块对置地被布置在第一垂直桥式线路中。在这样划分功能的情况下设置：所述至少一个比较器被连接到第一垂直桥式线路上。

为了能够实现不同的运行方式，该控制设备可以具有两个被构造用于证明负载降低以及用于识别短路的比较器。在本方法的实施形式中，通过第一(第二)垂直桥式线路中的第一(第二)开关元件确定电流流向，并且利用沿着第二(第一)垂直桥式线路的第二(第一)开关元件提供信号、例如用于脉宽调制(PWM)的信号。通常，负载降低由总是在第二(第一)桥式线路上的至少一个比较器来截取，在所述第二(第一)桥式线路上也布置用于提供信号的第二(第一)开关元件。

为了识别或证明负载降低，其中检验是否存在负载并且因此是否存在该装置，设置：如果由沿着第二(第一)垂直桥式线路的至少一个比较器所截取的电压具有数额上的最大值、通常为电池电压U_BAT的值，则该负载存在并且因此该装置存在。如果所述由至少一个比较器所截取的电压具有值零，则不再存在负载，并且因此该装置不再与该控制设备相连接或者必要时损坏。

在本方法的实施形式中，被构造用于确定电流流向的第一或高压端(第二或低压端)开关元件导通，并且被构造用于提供信号的在对角线上对置的第二或低压端(第一或高压端)开关元件不导通。

根据本发明的控制设备具有H桥式电路和至少一个比较器。在此，该控制设备被构造为利用被同时构造用于进行短路识别的所述至少一个比较器来检测与该控制设备的H桥式电路相连接的装置的负载降低。

该控制设备的所述部件可以被连接为使得所述至少一个比较器与该H桥式电路的两个垂直桥式线路中的至少一个相连接，并且为了检测负载降低而被构造用于截取施加在所述至少一个垂直桥式线路上的电压。通常，该装置被连接到该H桥式电路的两个垂直桥式线路上。

此外，所述至少一个比较器可以被布置在专用电路中并且例如被构造为过电流比较器。

该控制设备被构造用于实施所述方法的全部步骤，其中该控制设备的各个部件可以被构造用于构造所述方法的各个步骤。此外，可以作为根据本发明的方法的步骤来实现该控制设备的功能或者该控制设备的至少一个部件的功能。

此外所设置的具有程序代码装置的计算机程序被构造用于当该计算机程序在计算机或者相对应的计算单元上、尤其是在所介绍的控制设备中被实施时执行所介绍的方法的所有步骤。

根据本发明的具有被存储在计算机可读的数据载体上的程序代码装置的计算机程序产品适于当该计算机程序在计算机或者相对应的计算单元上、尤其是在根据本发明的控制设备中被实施时执行所介绍的方法的所有步骤。

利用本发明尤其是可能利用集成的或者外部的MOSFET输出级来简化具有H桥式驱动构件的H桥或H桥式电路中的负载降低识别，所述H桥式驱动构件通常为常常被构造为晶体管的开关元件。代替通过电流测量放大器和比较器进行时间连续的检测，对负载降低的识别或者检测可以时间离散地进行。在这种情况下，使用本来可供短路识别使用或已经为此所需的那些相同的比较器。因此，对于负载降低诊断不需要附加的比较器或者电流测量放大器。

在本发明的扩展方案中设置：使用已经在ASIC(专用集成电路)中存在的过电流比较器来检测负载降低。因此可以放弃ASIC中的花费大的电流检测或者放弃外部电流检测。

利用在本发明的范围内所实现的简化，通常不需要特别高的测量精度。通过在时间上划分或离散化，可以使用已经存在的过电流比较器。由于此外为了识别负载降低所需的电子零件现在已变得多余，所以可以降低成本。

在进行过电流识别的情况下，可以识别可损坏该控制设备或功率开关的电池短路或接地的短路。测量原理的变型方案类似于通过功率开关的合闸电阻R_DSON来测量电流，并且可以不仅在内部功率开关而且在外部功率开关的情况下被执行。但是，在这种情况下不需要高的精度，尤其是短路电流相对高并且因此提供明显的测量信号。因而，为此，比较器就足够了。如果超过最大测量值，则该控制装置切断功率开关，以便阻止损坏该控制设备。

而在根据迄今为止公知的原理的OPL诊断(开路负载诊断)的情况下，不一定分析较大的、尤其是正常的工作电流，而是可能分析从功能层而言同样是完全正常的但是更小的负载电流。现在，在迄今为止的原理中，电流测量必须精确得或被设计为使得不进行不合理的OPL故障报告。如果例如该技术装置的调节器或动作器应当被非常平缓地起动，则这可能引起困难。在扩展方案中，利用本发明，OPL诊断可以与负载电流无关地被执行，并且因而可以作为现有技术中所使用的行为方式来提供所限定的诊断条件。

对于所述控制设备，可以在可替换的扩展方案中采用H桥式电路或H桥，其中利用在可替换的扩展方案中的为高压端的开关或者开关元件(High Side开关)来执行PWM(脉宽调制)，并且其中低压端开关(Low Side开关)预先给定流动电流的方向。在此同样能够相对应地通过交换开关元件的任务、即将高压端开关的任务交换到低压端开关以及相反来使用所述诊断原理。

在所述原理中，可以如所提及的那样将所述比较器用于进行短路识别，也用于进行OPL识别，因为这两者通常不同时进行。在低压端开关导通的情况下，所述比较器被用于进行短路监控。在这种情况下，不允许超过比较器阈值，否则进行短路报告。在低压端开关不导通的情况下，所述比较器被用于OPL诊断。在这种情况下，不允许低于比较器阈值，否则进行OPL故障报告。

所设置的是：如被构造为所述控制设备的部件的H桥或H桥式电路具有四个同样的电子零件或开关元件，所述电子零件或开关元件例如可以被构造为晶体管。在此，这些开关元件被布置在以下环路的角点上，所述环路在顺时针方向上具有上部水平桥式线路、右部垂直桥式线路、下部水平桥式线路以及左部垂直桥式线路。在此，第一与第二开关元件通过左部垂直桥式线路相互连接。第一与第三开关元件通过上部水平桥式线路相互连接。第二与第四开关元件通过下部水平桥式线路相互连接。此外，第三开关元件与第四开关元件通过右部垂直桥式线路相互连接。此外还设置：要证明或识别负载降低的装置通过左部以及右部垂直桥式线路上的连接处与该H桥相连接。在扩展方案中设置：所述至少一个比较器在第二开关元件与该装置在左部垂直桥式线路上的连接处之间的左部垂直桥式线路上与该H桥相连接。在另一描述中设置：通过上部水平桥式线路相互连接的两个上部开关元件、即第一和第三开关元件被称为高压端开关或开关元件(High Side开关)。相对应地，通过下部水平桥式线路相互连接的两个下部开关元件、即第二和第四开关元件被称为低压端开关(Low Side开关)。

在一种应用中，该H桥可被采用来使得在纯低压端开关或者高压端开关的情况下借助于比较器和下拉(pull-down)电流源(其中信号线与低电压电势相连接)或者上拉(pull-up)电流源(其中信号线与较高电压电势相连接)来执行所述OPL诊断。

在这种情况下，在该H桥中接管所述OPL诊断方法。随着在正确的时刻或在正确的工作状态下激活所述OPL诊断来使该原理成为可能。

在变型方案中，可以如随后所述的那样转换对是否存在负载的询问。

在通过两个高压端开关续流(Freilauf)的情况下，在低压端漏极(Low Side-Drain)上施加电压：U_BAT-I*R_DSON、即电池电压减去电流乘以合闸电阻，并且在另一低压端漏极上施加电压U_BAT+I*R_DSON、即电池电压加上电流乘以合闸电阻。在所谓的通过二极管和开关续流的情况下，如果续流高压端开关截止，则例如在感性负载的情况下在低压端漏极上施加电压U_BAT-I*R_DSON，在另一低压端漏极上施加电压U_BAT+二极管电压。在这两种情况下，低压端的被设置用于证明负载降低的比较器不响应，因为这两种情况下的电压都处于大致U_BAT。因此，这是对于负载存在并且因此装置仍然运行的可能的证据。

如果在半桥上因为例如负载降低而缺少负载，则在通过两个高压端开关续流的情况下在负载接线端子或管脚上施加接近U_BAT，因为两个高压端开关都导通。在这种工作状态下不可能进行负载降低识别。

在通过二极管和开关续流的情况下，高压端开关在一个半桥或垂直桥式线路中导通，并且在另一垂直桥式线路或半桥中截止。因此，在具有导通的高压端开关的半桥中不能进行诊断。在具有不导通的高压端开关的半桥中，如果低压端开关变成不导通的或是不导通的，则可以进行诊断。半桥中的高压端诊断电流源必须被切断并且只有低压端诊断电流源被接通。由于有高欧姆的高压端开关，所以低压端电流源在缺少负载的情况下将半桥的低压端漏极拉到接地，并且所属的低压端比较器报告负载降低，使得尤其是可以通过这种方式证明：负载降低并且因此该装置受到损害或者与该控制设备分离。

在配备有前面所提及的功能的H桥中的感性负载工作的情况下，在续流中相对于电池电压测量两个负载接线端子之一上的相对于地(GND)为至少1V、即U_BAT+1V的时钟控制的电压。这例如是这样，因为该续流部分地通过高压端开关本体二极管(Body-Diode)运转。如果未给ASIC(专用集成电路)配备所述诊断功能，则不能测量电压峰值或者该电压峰值非常短。如果以0％来调整脉宽调制，则可以测量诊断电流。之前被充电的电容会通过下拉电流源而更快速地放电。

可以通过本方法实现的功能可以被集成在ASIC中的所有H桥驱动器和完全集成的H桥式构件中。

从说明书以及附图中得出本发明的其它优点和扩展方案。

能够理解，在不离开本发明的范围的情况下，前面所述的以及后面还要阐述的特征不仅可以以分别说明的组合被使用，而且可以以其它组合或者单独地被使用。

附图说明

图1以示意图示出了控制设备的实施形式。

图2以示意图示出了控制设备在执行示意图中的根据本发明的方法的扩展方案的情况下的另一实施形式的细节。

具体实施方式

根据附图中的实施例示意性地示出了本发明，并且在下面参考附图详细说明本发明。

在图1中以第一实施形式示出的控制设备2(ECU)与被设置为载荷的装置4相连接。控制设备2具有微控制器6、尤其是被设置用于使信号平滑的模块8、专用集成电路10(ASIC)以及H桥式电路12作为部件。专用集成电路10包括串行外设接口14(SPI)、诊断模块16、驱动器模块18、测量与监控模块20以及用于提供“EN”、“DIR”以及脉宽调制(PWM)的开关模块22。

在此，该开关模块22包括第一电子器件“MESST2”、第二电子器件“MESST4”以及输入/输出复用器(I/O MUX)。H桥式电路12包括第一晶体管24(T₁)、第二晶体管26(T₂)、第三晶体管28(T₃)、第四晶体管30(T₄)以及两个分流电阻32。该H桥式电路12通过第一晶体管24与第三晶体管28之间的上部桥式线路被连接到电池电压U_BAT上。H桥式电路12通过两个分流电阻32之间的下部桥式线路而被接地。此外，H桥式电路12通过第一与第二晶体管24、26之间的左部桥式线路上的第一连接点34以及通过沿着第三与第四晶体管28、30之间的右部桥式线路的第二连接处36与装置4相连接。

利用此处所示的控制设备2，可能在使用外部MOSFET的情况下利用H桥式电路12的构件来进行装置4的常规电流检测。

在此，通过相对花费高的电流测量来执行负载降低识别。为此，在H桥驱动器处利用集成的功率终放级在内部测量内部功率终放级(例如功率MOSFET)的R_DSON电阻或合闸电阻上的电压或者测量导通状态下的输出级的电阻上的电压。此处，在外部的输出级处，通过除了测量以外所设置的分流电阻32进行电流测量。由控制设备2所测量的经过要监控的被构造为电机部件的装置4的负载电流不允许低于最低值。如果通向装置2的连接中断并且因此负载中断，则负载电流不再流动，因此低于最低值。该控制设备通过电流测量识别出缺少的负载电流，并且因此识别出故障。

在图2中以示意图示出了控制设备50的细节，该控制设备50被构造用于执行根据本发明的方法的变型方案。该控制设备50包括H桥式电路52以及测量与监控模块54。

H桥式电路52包括第一晶体管54(T₁)、第二晶体管56(T₂)、第三晶体管58(T₃)以及第四晶体管60(T₄)作为电子开关元件。此外，H桥式电路52还包括在第一与第三晶体管54、58之间的上部水平桥式线路62，其中所述上部水平桥式线路62与电池电压U_BAT相连接，使得第一和第二晶体管54、58此处被构造为高压端(High-Side)开关。在第二与第四晶体管56、60之间的下部水平桥式线路64接地。在H桥式电路52之内，通过第三晶体管58提供电流流向59，通过第二晶体管56提供脉宽调制57的时钟，并且通过第一晶体管54提供续流55，使得第二和第四晶体管56、60被构造为低压端(Low-Side)开关。

测量与监控模块54具有数字分析单元66、用于执行负载降低诊断以及用于进行短路识别的比较器68、诊断电流源69和开关70。通过连接线路72，比较器68和开关70通过第一连接处74被连接在H桥式电路52的在第一与第二晶体管54、56之间的左部垂直桥式线路76上。通过沿着在第一连接处74与第一晶体管54之间的左部垂直桥式线路76的第二连接处78，提供通向被构造用于提供负载的装置80的连接。所设置的是：所述装置80此外还在第三与第四晶体管58、60之间的右部垂直桥式线路84上的第三连接处82上与H桥式电路52相连接。

具有分析逻辑的数字分析装置66被构造为在用于执行短路识别的第一工作模式下运行如通常也设置的那样的比较器68。此外，分析装置66还被构造为附加地在第二工作模式下运行比较器68，使得可以通过比较器68来执行装置80的负载降低识别。因此，H桥式电路52包括两个水平桥式线路(即上部和下部桥式线路)62、64以及两个垂直桥式线路76、84。

在正常工作时，利用两个亦被称为高压端开关的第一或者第三晶体管54、58之一预先给定H桥式电路52中的电流流向。在此，所述高压端开关持续地接通。在本实施形式中，利用持续工作的第三晶体管58预先给定从右部垂直桥式线路84到左部垂直桥式线路76并且因此从右半桥到左半桥的电流流向。利用与第三晶体管58在对角线上对置的低压端开关，在对置的左半桥或垂直桥式线路84中产生用于脉宽调制的PWM信号。在本例中，这是第二晶体管56。如果断开负责PWM的低压端开关或第二晶体管56，则电流必然朝U_BAR方向续流。为了节省功率损耗，为此应当在一定的延迟时间或无效时间期满以后断开第二高压端开关(此处即第一晶体管54)，并且续流电流通过该第二高压端开关向U_BAT续流。为了阻止相同半桥中的两个晶体管(此处即左部垂直桥式线路76的第一和第二晶体管54、56)被短时间地接通并且高的漏电流流动而需要所述无效时间。在该无效时间期间，续流电流通过第二高压端开关(即第一晶体管54)的二极管流动。

在根据本发明的用于识别装置80的负载降低的方法的实施形式中，使用在此处被构造为用于H桥式电路52的驱动器的测量与监控模块中按标准存在的比较器68和诊断电流源69。

负载降低诊断现在应当在如下时刻进行：在所述时刻期间，仅仅高压端开关(在这种情况下即第三晶体管58)针对该电流的方向预给定导通。也就是说，(用于提供PWM信号的)PWM低压端开关(此处即第二晶体管56)在目前的PWM周期中刚刚变为不导通，并且续流高压端开关(在本例中即第一晶体管54)由于无效时间还未导通。如果负载存在或被正确连接，则通过该负载而在PWM低压端开关(在此即第二晶体管56)上方出现例如为24V的电池电压U_BAT的电压。

通过在最多情况下足够低欧姆的负载有如下电流流动：所述电流尽管在集成电路(IC)中存在诊断下拉电流源的情况下也足以将低压端开关(第二晶体管56)上方的负载连接点保持到接近U_BAT。如果现在该负载例如由于电缆束中的电缆断裂而中断，则低压端开关(第二晶体管56)上方的负载连接点被拆除接线。接着，内部电流源69将该负载连接点相对地拉伸。不超过OPL的比较器阈值，分析电路66中的分析逻辑将识别出OPL故障。另外，通过这种方式不仅可以诊断OPL故障，而且还可以诊断PWM半桥上、例如左半桥上的对地的短路。

所设置的是，该诊断在如下时刻进行：在所述时刻期间，仅仅高压端开关(在这种情况下即第三晶体管54)导通。如果例如对置的高压端开关也会导通，则不可能进行OPL识别，因为无论是否存在负载，该连接点都被拉向U_BAT。也就是说，当PWM低压端开关(现在即第二晶体管56)刚刚截止并且续流高压端开关(在本例中即第一晶体管54)还未导通时，该诊断必须例如在无效时间期间进行。

另一简单的并且大致等效的可能性是：为了诊断而不时地在PWM周期内不接通续流高压端开关。接着，续流在存在负载的情况下通过所述开关的二极管进行，这与稍微更多的功率损耗相联系。但是由于这将仅仅偶尔进行，所以这在大多数情况下可认为是正当的。

对于H桥式电路的可替换的扩展方案，其中设置通过高压端开关提供脉宽调制并且通过低压端开关预先给定电流流向，可以通过交换开关元件、即第一与第二晶体管54、56相交换以及第三与第四晶体管58、60相交换来以类似的方式执行对装置80的负载降低的诊断。

Claims (12)

1.一种用于识别与控制设备(50)的H桥式电路(52)相连接的装置(80)的负载降低的方法，其中，利用控制设备(50)的被同时构造用于识别短路的至少一个比较器(68)来检测负载降低。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，时间离散地检测负载降低。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，利用H桥式电路(52)的第一高压端开关元件确定电流流向，并且利用H桥式电路(52)的在对角线上对置的第二开关元件来提供信号，使得通过垂直桥式线路(76，82)上的电压的值来检测负载降低，在所述垂直桥式线路(76，82)中布置有H桥式电路(52)之内的被设置用于提供信号的第二开关元件。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，如果所述电压在数额上具有最大值，则该负载存在，并且其中如果该电压具有值零，则不存在负载。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，通过所述至少一个比较器(68)截取沿着垂直桥式线路(76，82)的电压的值。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，利用该方法来检查装置(80)的运行可靠性。

7.一种控制设备，其具有H桥式电路(52)以及至少一个比较器(68)并且被构造用于利用被同时构造用于进行短路识别的所述至少一个比较器(68)来检测与控制设备(50)的H桥式电路(52)相连接的装置(80)的负载降低。

8.根据权利要求7所述的控制设备，其中，所述至少一个比较器(68)与H桥式电路(52)的两个垂直桥式线路(76，82)的至少一个相连接，并且为了检测负载降低而被构造用于截取施加在至少一个垂直桥式线路(76，82)上的电压，其中设置：所述装置(80)被连接在两个垂直桥式线路上。

9.根据权利要求7或8所述的控制设备，其中，所述至少一个比较器(68)被布置在专用电路中。

10.根据权利要求7至9之一所述的控制设备，其中，所述至少一个比较器被构造为过电流比较器。

11.一种具有程序代码装置的计算机程序，用于当该计算机程序在计算机或者相对应的计算单元上、尤其是在根据权利要求7至10之一所述的控制设备(50)中被实施时执行根据权利要求1至6之一所述的方法的所有步骤。

12.一种具有被存储在计算机可读的数据载体上的程序代码装置的计算机程序产品，用于当该计算机程序在计算机或者相对应的计算单元上、尤其是在根据权利要求7至10之一所述的控制设备(50)中被实施时执行根据权利要求1至6之一所述的方法的所有步骤。

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