CN103648870A - 用于电动真空泵的驱控模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车制动助力的电动真空泵（102）的驱控模块（100），包括主控制器（130）和用于运行电动真空泵（102）的驱动电路（126、128），其中，驱动电路（126、128）包括第一开关（104）和第二开关（110），第一开关（104）设计用于接通高于真空泵（102）的运行电压的预设电压水平的电源电压，第二开关设计用于接通低于真空泵（102）的电压水平的电源电压，其中，主控制器（130）设计用于借助第一控制信号控制第一开关（104）并且借助第二控制信号控制第二开关（110），驱控模块（100）设计用于基于电动真空泵（102）的由第一或者第二控制信号引起的第一反应将电动真空泵（102）的状态确定为第一信息，驱控模块（100）设计用于将电动真空泵（102）的状态评估为该电动真空泵（102）的无故障运行或者故障运行。

Description

用于电动真空泵的驱控模块

技术领域

本发明涉及一种用于机动车制动助力的电动真空泵的驱控模块。

背景技术

在现有技术中，用于提供制动助力或辅助的电动真空泵借助继电器或者单独的控制单元（ECU）进行驱控。所述继电器或者单独的控制单元为电动真空泵提供各自的机动车车载电压。迄今借助一个或两个继电器打开或者关闭电动真空泵。迄今的继电器或者控制单元的功能只局限于运行电动真空泵。

机动车的电动真空泵——根据各自的系统设计——可能属于按照ISO标准26262的安全相关系统。按照该标准，如果系统中的故障通常可能导致交通参与者的身体或者生命受到直接威胁，则这个系统是安全相关的。因此重要的是，控制电动真空泵的控制单元能够识别电动真空泵的运行状态以及能够诊断电动真空泵的潜在故障和/或潜在失灵可能。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于机动车制动助力的电动真空泵的改进的驱控模块。

该技术问题按本发明通过独立权利要求的特征解决。本发明的优选实施形式在从属权利要求中说明。

本发明提供了一种用于机动车制动助力的电动真空泵的驱控模块，其包括主控制器和用于运行所述电动真空泵的驱动电路，其中，所述驱动电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关设计用于接通高于真空泵运行电压的预设电压水平的电源电压，所述第二开关设计用于接通低于真空泵的电压水平的电源电压，其中，所述主控制器设计用于借助第一控制信号控制第一开关并且借助第二控制信号控制第二开关，所述驱控模块设计用于基于所述电动真空泵的由第一或者第二控制信号引起的第一反应将电动真空泵的状态确定为第一信息，所述驱控模块设计用于将所述电动真空泵的状态评估为该电动真空泵的无故障运行或者故障运行。

这具有的优点是，大大地提高了电动真空泵的功能安全性。功能故障会实时被驱控模块识别出。由于作为按照ISO标准26262的安全相关系统的电动真空泵的功能故障或者失灵而导致的风险显著降低。由于控制模块能够诊断电动真空泵的故障运行，显著降低了可能威胁道路使用者的生命的危险情况出现的几率。

在此，第一开关可以设计为高端开关并且第二开关可以设计为低端开关。高端开关是场效应晶体管（英语：Field Effect Transistor-FET），其将负载接通到电源电压上。低端开关同样是FET并且将负载接地。

场效应晶体管（FET）是不同于双极型晶体管（英语：Bipolar JunctionTransistor,BJT）的通过电压而不通过电流控制的构件。不同的是：

-MOSFET=英语Metall Oxide Semiconductor Field EffectTransistor；金属氧化物层FET，绝缘栅FET的最大分组，和

-JFET=英语Junction Field Effect Transistor，结型FET，可控制沟道由如二极管内的PN节构成。

FET具有三个端口：

-源极（德文“Quelle”、“Zufluss”，英文“Source”），

-栅极（德文“Tor”、“Gatter”，英文“Gate”），

-漏极（德文“Senke”、“Abfluss”，英文“Drain”）。

将第一和第二开关实施为FET的优点是：

-大多比双极型晶体管的损失更小；

-可以非常快地接通，因此适用于极高频率（不具有如BJT的保存时间）；

-简单的开关式并联，因为通过正的温度系数补偿了差值；

-在静态情况下无功率地驱动，然而在栅极具有较高的再充电损失；

-通常比对等的/相当的双极型晶体管（BJT）更合算；

-对于漏极与源极之间的过压相对不敏感。在漏极与源极之间超过最大电压时发生所谓的“击穿”。这与齐纳效应类似。如果能量有限，则击穿是可逆的并且FET不会受损，这与BJT不同。

在此，齐纳效应表示由于自由载荷子而导致在高掺杂半导体耗尽层中出现反向电流（齐纳电流）。

按照本发明的一种实施形式，所述驱控模块设计用于基于所述电动真空泵的由第一或者第二控制信号引起的第一反应将所述电动真空泵的运行参数确定为第二信息，其中，所述运行参数包括：

-所述电动真空泵的电压水平，

-所述电动真空泵所输入的电流的大小，

-第一开关的温度，和/或

-第二开关的温度。

这具有的优点是，电动真空泵的运行参数连续地由驱控模块监测。如果当前的运行参数与运行参数的预设额定值有偏差，则通知驱控模块电动真空泵有可能出现故障。

在此，借助对驱动电路部件的直接控制并且由其反应确定各当前存在的运行参数的大小，由此能够将代表给各个部件的控制指令的输入信号与代表各部件的反应的输出信号进行比较。因此，可以借助额定值/实际值的比较由驱控模块持续地确定电动真空泵以及驱动电路的部件的运行参数的偏差。

按照本发明的一种实施形式，所述主控制器设计用于将所述第一信息和第二信息用于第一评估并且将所述第一评估的结果提供作为第三信息，其中，所述第三信息说明是否存在电动真空泵的故障运行，其中，所述故障运行包括：

-所述驱动电路中出现过载，

-所述驱动电路中的电压过大或者过小，

-所述电动真空泵中出现堵塞，

-所述驱控模块的驱动电路中出现故障，和/或

-用于电动真空泵的供电线路出现断路或者短路的状态。

这具有的优点是，驱控模块能够在对驱动电路中的故障状态初始评估以及接下来的风险估计之后确定电动真空泵是否出现故障运行，所述故障状态例如为驱动电路中存在过载和/或电压过大和/或过小、电动真空泵出现机械故障状态、驱控模块的驱动电路中出现故障和/或用于电动真空泵的供电线路出现断开（即中断）或者（接地）短路的状态，其中，电动真空泵接地。该确定过程的结果随后可作为可调取的信息。作为电动真空泵的故障运行，驱动电路和/或电动真空泵的运行参数的额定状态的分类信息可以由机动车的其它控制单元接收并且在该处进一步得到处理。

按照本发明的一种实施形式，所述主控制器还设计用于接收所述第一信息和/或第二信息。

这具有的优点是，主控制器可以在驱动电路和/或电动真空泵的运行参数的层面上引入第一调节性措施。例如，如果主控制器接收到电动真空泵中的当前电流强度过大的信息，则主控制器可以例如限制接通电流。如果主控制器接收到电动真空泵阻塞的信息，则主控制器可以在估计有风险之后关闭电动真空泵。因此，在对电动真空泵和/或驱动电路所探测到的运行参数偏差进行内部威胁分析和风险评估之后，主控制器可以在驱动电路和/或电动真空泵的层面上引入第一调节性措施，以便排除电动真空泵和/或驱动电路的部件的功能故障。

按照本发明的一种实施形式，所述主控制器设计用于在所述第三信息包括电动真空泵的运行出现故障的情况下引入适当的应对措施，其中，所述应对措施包括：

-关闭所述电动真空泵，和/或

-限制可提供给所述真空泵的电流的大小。

因此，驱控模块有利地具有在出现功能故障时由其自身调节驱动电路和/或电动真空泵的能力。由此避免了危险状况的升级。由于驱控模块将关于电动真空泵存在功能故障或者失灵的信息提供给机动车的其它控制单元，这些控制单元可以引入其它措施以补偿制动助力失灵。例如，其它控制单元可以启动液压操作制动系统。由此显著降低了在行驶中出现威胁生命安全的危险情况的风险。

按照本发明的一种实施形式，所述驱控模块还设计用于接收用于激活所述电动真空泵的第一请求信号和用于激活所述主控制器的第二请求信号。

这具有的优点是，用于激活泵的第一请求信号意味着可以提供用于电动真空泵的额定激活的额定信号，随后可以将所述额定信号与反应电动真空泵的实际状态的实际信号进行比较。此外，有利地确保了在电动真空泵处于激活状态时主控制器也处于激活状态，因此主控制器可以在电动真空泵运行期间执行连续的监测功能。

按照本发明的一种实施形式，所述驱控模块设计用于基于主控制器的由第一或者第二请求信号引起的反应和/或基于所述电动真空泵的由第一或者第二控制信号引起的第一反应将驱控模块的状态确定为第四信息。

这具有的优点是，驱控模块本身的运行也持续地受到安全监控。因此，驱控模块本身受到连续的功能监测，由此确保实际也对可被分类为安全相关系统的电动真空泵的运行进行安全检验。安全监控的功能监测的这种机理能够遵守ASIL（汽车安全完整性等级，Automotive Safety IntegrityLevel）C级的安全要求。由此提高了按照ISO标准26262的可靠性程度。

按照本发明的一种实施形式，所述驱控模块设计用于将所述第一、第二、第三和/或第四信息用于第二评估并且将所述第二评估的结果提供作为第五信息，其中，所述第五信息说明电动真空泵的驱控中是否存在故障运行，其中，所述第一和第二开关设计用于对电动真空泵进行驱控。

这具有的优点是，通过评估进行驱控的部件和实施控制指令的部件之间的相互作用对电动真空泵的运行进行持续的功能监测。这又提高了电动真空泵的安全监控的可靠性并且同时将驱控模块的故障运行限制在主控制器的故障运行。

按照本发明的一种实施形式，所述驱控模块还包括安全控制器，其中，所述安全控制器设计用于接收第五信息并且在所述第二评估得出主控制器的运行出现故障的情况下使电动真空泵去激活并且引入用于补偿失灵的电动真空泵的措施，其中，所述安全控制器设计用于在制动助力方面将所述电动真空泵的去激活和用于补偿失灵的电动真空泵的措施的引入提供作为第六信息。

这具有的优点是，在主控制器故障运行时，外部安全控制器能够进行安全监控，所述外部安全控制器通过主控制器对电动真空泵的安全监控进行功能监测。因此，这种安全控制器可以通过主控制器实现关于电动真空泵的安全监控的备份功能。即使在通过安全控制器本身检测到真空泵的故障运行的情况下，安全控制器本身可以设计用于在进行威胁分析和风险评估之后将电动真空泵去激活和/或引入用于补偿电动真空泵失灵的适当措施以恢复制动助力的备选方案。由此可以显著提高安全相关系统即电动真空泵的安全监控可靠性。由此可以实现ASIL C级的最高安全要求。

就此而言，安全控制器是具有专门集成的硬件和软件功能的微型控制器，其用于监测和控制另一微型控制器，在此是安全相关系统的驱控模块的主控制器。

按照本发明的一种实施形式，所述主控制器设计用于将所述第一、第二、第三、第四和/或第五信息发送至机动车的逻辑控制单元，并且所述安全控制器设计用于将所述第六信息发送至机动车的逻辑控制单元。

这具有的优点是，能够以冗余的并且因此以可靠的方式借助两个不同的逻辑信息信号连续地将关于安全相关系统和/或电动真空泵的故障运行的信息告知机动车的其它控制单元。由此提高了在机动车的这些其它控制单元处得到关于安全相关系统（例如电动真空泵）的状态的可靠信息的可能性。由此降低了出现可能导致引入不需要的甚至是有威胁的措施的错误信息的可能性。因此提高了驾驶安全性。

按照本发明的一种实施形式，所述驱控模块和/或所述安全控制器设计用于将所述第一控制信号、第二控制信号、所述第一、第二、第三、第四、第五、第六信息、所述第一和/或第二请求信号编码为二进制信号进行发送。

这具有的优点是，以二进制格式给出了关于信息传输接口的较高的兼容性。关于电动真空泵运行状态、关于电动真空泵运行参数、关于电动真空泵是否故障运行、关于驱控模块状态和/或关于主控制器故障运行的信息能够以简单的方式传递给机动车的其它控制单元。为了增大安全性和信息内容的变化范围，可以在编码为二进制信号时不局限于两个值，而是也将这两个状态之间随时间的变化定义为信息。

因此，例如，形式为以高频在电位值0和1之间交替的信息信号的请求信号可能表示请求电动真空泵的激活。反之，在请求信号中，以低频在电位值0和1之间的交替可能表示请求结束电动真空泵的激活。以低频在电位值0和1之间交替的信息信号可以用作表示电动真空泵处于激活状态的指示输出信号。通过以高频在电位值0和1之间交替的信息信号可以表示电动真空泵不再处于激活状态。因此，对于用于对各请求的实施进行反馈的信息信号，可以分别使用在电位值0和1之间的信号交替的“相反的”频率（高/低）。

由此实现的信息广度和提高的区分信息信号的可能性提高了监控系统的可靠性，并且提高了例如检测到驱动电路中的短路、电池失效、控制设备失灵和/或例如电动真空泵的其它故障运行状态的可能性。因此提高了机动车行驶中的安全性。

附图说明

以下根据附图进一步阐述本发明的优选实施例。在附图中：

图1示出具有用于控制和监测电动真空泵的驱控模块的框图；

图2示出用于控制电动真空泵的请求信号的时间进程和主控制器的输出信号的时间进程，其具有关于电动真空泵和驱控模块的实际状态的信息。

具体实施方式

图1示出具有用于控制和监测机动车的电动真空泵102的驱控模块100的框图。驱控模块100从机动车的控制单元132获得用于开启泵激活的第一请求信号122。驱控模块100或者主控制器130应通过激活信号116保持恒定的电位而已经处于准备接收和控制的激活状态下。由此，主控制器130向第一开关104发送第一控制信号108，所述第一开关例如可以设计为高端开关。主控制器130向第二开关106发送第二控制信号110，所述第二开关例如可以设计为低端开关。在此，第一开关104设计用于接通高于真空泵102的运行电压的预设电压水平的电源电压。第二开关106设计用于接通低于真空泵102的电压水平的电源电压。

所谓的高端开关（High-Side-Schalter）接通正的运行电压，但是尽管如此还是能够通过接地参考信号来控制。

在由现有技术已知的实施形式中，低端开关承担附加的保护和监测功能。在此处描述的本发明的实施形式中，该保护和监测功能已经由主控制器承担，因此低端开关不必在这方面起支持性的作用。

主控制器130设计用于评估驱动电路126和128的部件的反应以便确定电动真空泵102的以及第一开关104和第二开关106的状态。通过评估所确定的运行参数和驱动电路部件的各状态可诊断是否存在电动真空泵102和/或第一开关104或者第二开关106的故障运行状态。主控制器130可以接收并且进一步处理关于泵马达的诊断112。例如，主控制器130可以将关于第二开关106的运行状态的信息、关于真空泵是否无故障或者有故障地运行的诊断和/或关于驱控模块是否无故障或者有故障地运行的信息以二进制信号120传输至外部控制单元132。

在本发明的一实施例中，驱控模块例如可以具有低端开关和高端开关。通过智能地接通这两个开关的输出级并且通过同时测量驱动电路内部的电压和电流，主控制器可以识别电动真空泵102的尤其是真空泵电机的、驱动电路的线路126和128的以及驱控模块的状态。由此驱控模块例如可以检测到驱动电路中的过载、驱动电路中的电压过大或者过小、电动真空泵的堵塞和/或驱动电路的供电线路126和128中的其它故障。在通过主控制器130进行威胁分析和风险评估之后，主控制器130引入相应的调节性措施，例如在驱动电路中存在过载时、在驱动电路中存在电压过大或者过小时或者在识别出电动真空泵被堵塞时关闭电动真空泵102。如果主控制器130例如检测到驱动电路的供电线路126、128系统中存在故障，主控制器可以在进行威胁分析和风险评估之后可选地关闭电动真空泵102。在检测到电动真空泵102内部的电流强度过高时，主控制器130可以限制接入电流。

通过使通往驱控模块的接口标准化以及通过对不同泵的配置，可以将统一的并且成本低廉的驱控模块用于机动车内的所有泵。

在附加的安全控制器（未在图1中示出）的一可能的应用中，通过驱控模块100对电动真空泵102的安全监控可以持续地监测电动真空泵102的运行。在驱控模块100对电动真空泵102的安全监控失灵的情况下，所述安全控制器可以承担该安全监控功能。在驱控模块100失灵或者故障运行时，能够可靠地防止例如“泵持续运行”的情况。安全控制器同样地可以如驱控模块100那样在电动真空泵102故障运行的情况下引入调节性的应对措施。

图2在上部区域示出用于在激活驱控模块100的同时激活或者去激活电动真空泵102的请求信号122（IN_High）的时间进程。

在图2的下部区域示出驱控模块100的输出信号（OUT_DIAG）的时间进程，其中，已编码的二进制信号和/或已编码的二进制信号时序是一信息，所述信息关于：

–电动真空泵102的运行阶段，

–电动真空泵102的运行是否无故障或者有故障的第一评估，

–驱控模块100是否无故障地或者有故障地运行的第二评估。

通过在图2的下部区域示出的输出信号120（OUT_DIAG），为机动车的外部控制单元提供对于决定是否需要针对例如电动真空泵的失灵引入应对措施来说与决策相关的信息。同时，通过将这些输出信号转换为机动车驾驶员可理解的表现形式，这些输出信号也可以作为向机动车驾驶员传送信息的基础。

如图2所示，例如形式为以高频在电位值0和1之间交替的信息信号的请求信号（IN_High）可能表示请求电动真空泵的激活（Request Pumpon）。反之，在请求信号中，以低频在电位值0和1之间的交替可能表示请求结束电动真空泵的激活（Request Pump off）。以低频在电位值0和1之间交替的信息信号可以用作表示电动真空泵处于激活状态（Pump on）的指示输出信号（OUT_DIAG）。以高频在电位值0和1之间交替的信息信号可以表示电动真空泵不再处于激活状态（Pump off）。因此，对于用于对各请求（IN_High）的实现进行反馈的信息信号（OUT_DIAG），可以分别使用在电位值0和1之间的信号交替的“相反的”频率（高/低）。

由此实现的信息广度的提高和所提供的区分信息信号的可能性提高了监控系统的可靠性，并且提高了例如检测到驱动电路中的短路、电池失效、控制设备失灵和/或例如电动真空泵的其它故障运行状态的可能性。因此提高了机动车行驶中的安全性。

因此，所述驱控模块100可以在系统层面、硬件和软件层面上确保ISO标准26262所要求的安全规定，从而对安全相关系统如电动真空泵进行可靠的安全和功能监测。

附图标记清单

100   驱控模块

102   电动真空泵

104   第一开关

106   第二开关

108   第一控制线路

110   第二控制线路

112   用于诊断传输的线路

114   第一驱动线路

116   第二驱动线路

118   用于将信息传输至外部控制单元的线路

120   具有诊断结果的输出信号

122   请求信号

124   请求信号

126   驱动电路

128   驱动电路

130   主控制器

132   控制单元

Claims (11)

1.一种用于机动车制动助力的电动真空泵（102）的驱控模块（100），包括主控制器（130）和用于运行所述电动真空泵（102）的驱动电路（126、128），其中，所述驱动电路（126、128）包括第一开关（104）和第二开关（110），所述第一开关（104）设计用于接通高于所述真空泵（102）的运行电压的预设电压水平的电源电压，所述第二开关设计用于接通低于所述真空泵（102）的电压水平的电源电压，

其中，所述主控制器（130）设计用于借助第一控制信号控制所述第一开关（104）并且借助第二控制信号控制所述第二开关（110），所述驱控模块（100）设计用于基于所述电动真空泵（102）的由第一或者第二控制信号引起的第一反应将所述电动真空泵（102）的状态确定为第一信息，所述驱控模块（100）设计用于将所述电动真空泵（102）的状态评估为该电动真空泵（102）的无故障运行或者故障运行。

2.根据权利要求1所述的驱控模块（100），其中，所述驱控模块（100）设计用于基于所述电动真空泵（102）的由第一或者第二控制信号引起的第一反应将所述电动真空泵（102）的运行参数确定为第二信息，其中，所述运行参数包括：

-所述电动真空泵（102）的电压水平，

-所述电动真空泵（102）所接收的电流的大小，

-所述第一开关的温度，和/或

-所述第二开关的温度。

3.根据权利要求2所述的驱控模块（100），其中，所述主控制器（130）设计用于将所述第一信息和所述第二信息用于第一评估并且将所述第一评估的结果提供作为第三信息，其中，所述第三信息说明是否存在所述电动真空泵（102）的故障运行，其中，所述故障运行包括：

-所述驱动电路（126、128）中出现过载，

-所述驱动电路（126、128）中的电压过大或者过小，

-所述电动真空泵（102）中出现堵塞，

-所述驱控模块（100）的驱动电路（126、128）中出现故障和/或用于所述电动真空泵（126、128）的供电线路出现断路或者短路状态。

4.根据前述权利要求1至3之一所述的驱控模块（100），其中，所述主控制器（130）还设计用于接收所述第一信息和/或所述第二信息。

5.根据权利要求3或4所述的驱控模块（100），其中，所述主控制器（130）设计用于在所述第三信息包括所述电动真空泵（102）的运行出现故障的情况下引入适当的应对措施，其中，所述应对措施包括：

-关闭所述电动真空泵（102），和/或

-限制能提供给所述真空泵（102）的电流的大小。

6.根据权利要求1所述的驱控模块（100），其中，所述驱控模块（100）还设计用于接收用于激活所述电动真空泵（102）的第一请求信号（122）和用于激活所述主控制器（130）的第二请求信号（124）。

7.根据权利要求6所述的驱控模块（100），其中，所述驱控模块（100）设计用于基于所述主控制器（130）的由第一或者第二请求信号（122、124）引起的反应和/或基于所述电动真空泵（102）的由第一或者第二控制信号引起的第一反应将所述驱控模块（100）的状态确定为第四信息。

8.根据权利要求1至7之一所述的驱控模块（100），其中，所述驱控模块（100）设计用于将所述第一、第二、第三和/或第四信息用于第二评估并且将所述第二评估的结果提供作为第五信息，其中，所述第五信息说明所述电动真空泵的驱控中是否存在故障运行，其中，所述第一和第二开关设计用于对所述电动真空泵进行驱控。

9.根据权利要求8所述的驱控模块（100），其中，所述驱控模块（100）还包括安全控制器，其中，所述安全控制器设计用于接收所述第五信息并且在所述第二评估得出所述主控制器（130）的运行出现故障的情况下使所述电动真空泵（102）去激活并且引入用于补偿失灵的电动真空泵（102）的措施，其中，所述安全控制器设计用于在制动助力方面将所述电动真空泵（102）的去激活和用于补偿失灵的电动真空泵（102）的措施的引入提供作为第六信息。

10.根据前述权利要求1至9之一所述的驱控模块（100），其中，所述主控制器（130）设计用于将所述第一、第二、第三、第四和/或第五信息发送至机动车的逻辑控制单元，并且所述安全控制器设计用于将所述第六信息发送至机动车的逻辑控制单元。

11.根据前述权利要求1至10之一所述的驱控模块（100），其中，所述驱控模块（100）和/或所述安全控制器设计用于将所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第一、第二、第三、第四、第五、第六信息、所述第一请求信号和/或所述第二请求信号编码为二进制信号进行发送。

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