CN104583787A

CN104583787A - 用于诊断电路装置的设备

Info

Publication number: CN104583787A
Application number: CN201380036991.2A
Authority: CN
Inventors: H·施毛斯
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: US20150137828A1; DE102012212123A1; WO2014009207A1; US9658268B2; DE102012212123B4; CN104583787B

Abstract

本发明说明一种用于诊断电路装置的短路和/或断线的设备，其中所述电路装置包括至少两个并联的负载回路(10、20、30)。在本发明的设备中，在所述至少两个并联的负载回路(10、20、30)的公共的供电线路内连接用于提供代表在公共的供电线路内的电流的电流信号(V_{HS_CUR})的电流测量装置(40)。此外提供电压测量装置(50)，用于在各自开关元件的两个开关状态的情况下检测和提供每一个负载回路的节点电压(V1、V2、V3)。最后提供分析装置(60)，能够向它供给电流信号(V_{HS_CUR})和节点电压(V1、V2、V3)，其中分析装置构造用于，把所述电流信号变换为至少一个逻辑电流值(OC_HS、UC_HS)和把所述节点电压变换为逻辑电压值(LS_High、LS_Low)并且根据所述至少一个逻辑电流值(OC_HS、UC_HS)和所述逻辑电压值(LS_High、LS_Low)的预先给定的组合推断故障的类型和位置。

Description

用于诊断电路装置的设备

技术领域

本发明涉及一种用于诊断电路装置的短路和/或断线的设备。该诊断特别是包括确定对参考电位以及对供电电位的短路。被诊断的电路装置包括至少两个并联的负载回路。

背景技术

这种诊断设备例如在机动车中用于点火线圈或者喷油阀的起电的检验。点火线圈或者喷油阀，通称负载，在该示例性应用情况下连接到公共的电源。它们通过可选择的、通常在控制设备内设置的开关元件接通和断开，由此通过产生接地来闭合或者断开电流回路。如果开关元件在负载和接地之间设置，则称它为低侧开关元件。

在所述应用情况的诊断中存在这样的问题：不能通过在每一条负载路径中存在的电流或者电压测量来区分对参考电位的短路或者线路断开之间的线路诊断。因此这些情况的区分除每条负载路径的电流测量电阻外还需要附加的模拟的诊断布线。

作为用于识别线路故障的典型的处理方法使用所谓的排除方法。电流测量通常借助测量电阻(所谓的分流电阻)进行，该测量电阻在各自的负载路径中被提供在半导体开关元件和参考电位连接端子之间。当在开关元件接通的情况下期望的负载电流流过测量电阻时，能够排除对参考电位的短路以及负载和开关元件之间线路连接的断开。如果没有期望的电流流动，则要么存在对参考电位的短路，要么存在线路断开。仅使用电流信息不可能区分这两种故障情况。

因此为区分对参考电位的短路和线路断开典型地在负载和所属的开关元件之间的节点上连接诊断源，该诊断源的诊断电流显著小于标称负载电流。该诊断源可以选择地作为电压源或者电流源构造。为在对供电电压短路的情况下能够识别诊断电压的故障，该诊断电压典型地小于供电电压。

在线路断开的情况下在负载和开关元件之间的节点上的电压被调整到诊断电压的值。在对参考电位短路的情况下该节点上的电压降低到接近参考电位的值。因此通过电流和电压测量的信息的组合能够在负载路径的开关元件上区分对参考电位的短路和线路断开。

因此对该诊断的分析唯独根据在要诊断的负载路径上确定的测量值进行。由此引起诊断设备的高的耗费。

发明内容

本发明的任务在于，说明一种用于诊断电路装置的设备，其使得能够在简化的电路耗费的情况下可靠地区分不同的故障情况。

该任务通过根据权利要求1的特征的设备解决。有利的设计方案从从属权利要求产生。

本发明提供一种用于诊断电路装置的短路和/或断线的设备。所述诊断特别是包括对参考电位以及对供电电位的短路的确定。所述电路装置包括至少两个并联的负载回路。所述诊断设备包括电流测量装置和电压测量装置。

在本发明的设备中所述电流测量装置连接在至少两个并联的负载回路的一条公共的供电线路内，用于提供代表在该公共的供电线路内的电流的电流信号。所谓公共的供电线路在这里应该理解为对于所述并联的负载回路公共的供电线路。

诊断设备的电压测量装置设置的目的在于，在各自开关元件的两个开关状态下检测和提供每一个负载回路的节点电压。

此外提供分析装置，可以向它供给上述电流信号和上述节点电压，其中该控制装置构造用于，把所述电流信号变换为至少一个逻辑电流值和把所述节点电压变换为逻辑电压值，并且根据所述至少一个逻辑电流值和所述逻辑电压值的预先给定的组合推断故障的种类和位置。

本发明的诊断设备使得能够用数目减少了的测量装置区分上述故障情况。一方面这能够通过一个唯一的电流测量装置实现，它代替现有技术不是设置在各自的负载支路内而是设置在公共的供电线路内。与此相应还去掉了在现有技术中给各自电流测量装置分配的诊断设备。

故障情况和无故障情况(正常情况)的区分通过在各自开关元件的两个开关状态的情况下多个负载路径的电压信息的组合进行。通过各自逻辑电流值和电压值的逻辑结合，用于检测电流和电压的测量装置也不需要特别精确。本发明的设备使得能够通过它的结构方面的设计借助比较电路确定对电流值和电压值的陈述。不需要耗费的、精确的模拟测量。

在本发明的设备的一种设计方案中至少两个负载回路的并联电路连接在第一供电电位连接端子和参考电位连接端子之间。该设计方案产生于这种情况，即与已知的处理方法不同，电流测量装置不在各自的负载回路内提供在开关元件和参考电位连接端子之间。代之为它被提供在公共的供电线路内的“高侧”。特别是电流测量装置连接在第一供电电位连接端子和施加有供电电压的第二供电电位连接端子之间。

根据另一个设计方案每一个负载回路由负载和可控的开关元件组成的串联电路构成。只要诊断设备在机动车的环境中使用，该负载例如就可以是点火线圈或者喷油阀。然而本发明的诊断设备的使用不限于这些应用情况，以致所述负载也可以通过其他的部件构成。作为可控的开关元件优选使用半导体开关元件。在所述机动车应用的环境下通常使用IGBT(绝缘栅双极晶体管)或者MOSFET。这里可控的开关元件可以连接在负载和参考电位连接端子之间。这种连接作为低侧配置公知。

在另一个适宜的设计方案中，电流测量装置包括测量元件和差分放大器，其中可以给该差分放大器供给在测量元件上降落的电压，以便由此产生可向分析装置供给的电流信号。测量元件可以选择地作为电流测量电阻或者作为可控的开关元件构造，特别是作为半导体开关元件构造。以对一种专业人员熟知的方式在可控的半导体开关元件的情况下利用这种情况，即在半导体开关元件导通的情况下在负载段上由于不可避免的电阻能够截取与电流流动成比例的电压。

根据另一个适宜的设计方案分析装置包括电流分析单元，其被构造用于比较电流信号与第一阈值和第二阈值，其中与第一阈值的比较结果代表第一逻辑电流值，与第二阈值的比较结果代表第二逻辑电流值。在该设计方案中该电流分析单元优选可以作为窗口比较器构造。该电流分析单元进行通过电流测量装置的测量元件检测的电流与阈值的比较，使得根据逻辑电流值能够得出“没有电流(比标称负载电流小许多的电流)流动”、“大体流动着标称负载电流”、“比标称负载电流大许多的电流流动”的陈述。

结合下面要详细说明的分析装置的电压分析单元——其同样提供关于“该电压大体相应于供电电压”和“该电压显著低于供电电压”的二进制信息，能够以简单的方式不用耗费的模拟测量就确定上述故障情况。在一个优选的设计方案中提供的电压分析单元被构造为比较节点电压与第一阈值和第二阈值，其中与第一阈值的比较结果代表第一逻辑电压值，与第二阈值的比较结果代表第二逻辑电压值。

在根据本发明提供的电压分析单元中该电压分析单元也可以包括窗口比较器，由此能够用最少的装置进行比较。

另外适宜的是，可以通过多路复用器向电压分析单元的窗口比较器供给各自的节点电压，使得能够分开地做出关于每一个负载回路的电压的陈述。在这种情况下也可以进行为每一个负载回路确定的电压信息的结合，以便获得被诊断的电路装置的完整的状态说明。

附图说明

下面根据附图中的实施例详细阐述本发明。附图中：

图1表示本发明的用于诊断电路装置的短路和/或断线的设备的示意图，

图2表示在本发明的设备中使用的电流测量装置的第一变体，

图3表示在本发明的设备中使用的电流测量装置的第二变体，

图4表示示例的用于分析由电流测量装置检测的电流信号的分析装置，

图5表示在本发明的设备中提供的分析装置的电压分析单元。

具体实施方式

图1表示本发明的用于诊断电路装置的短路和/或断线的设备。特别是本设备适合确定对参考电位以及对供电电位的短路。这里特别是能够区分上述故障。

要诊断的电路装置一般包括至少两个并联的负载回路。在本实施例中示例性地示出三个并联的负载回路10、20、30。每一个负载回路10、20、30都用由负载11、21、31和可控的开关元件12、22、32组成的串联电路构成。负载11、21、31例如可以是机动车的点火线圈或者喷油阀。

负载回路10、20、30连接在第一供电电位连接端子1和参考电位连接端子3之间。这里各自负载回路10、20、30的可控的开关元件12、22、32位于所属的负载11、21、31和参考电位连接端子3之间。这种其中开关元件与参考电位连接端子耦合的电路配置称为低侧配置。在图1中示出电气分开的参考电位连接端子3可以在实际中施加在公共的地电位GND上。

电流测量装置40在对于并联的负载回路10、20、30的一条公共的供电线路内连接在第一供电电位连接端子1和第二供电电位连接端子2之间，用于提供代表该公共的供电线路内的电流的电流信号。在第二供电电位连接端子2上施加电压V_BAT。在第一供电电位连接端子上施加减小了在电流测量装置40上降落的电压的电压V_SUP。

电压测量装置50用于在各自开关元件12、22、32的两个开关状态的情况下(接通或者导通以及关断或者阻断)检测和提供每一个负载回路10、20、30的各自的节点电压V1、V2、V3。电压测量装置50因此与各自负载回路10、20、30的节点13、23、33连接。

可以向分析装置60供给上述电流信号和节点电压V1、V2、V3。分析装置60可以被构造用于把电流信号V_{HS_CUR}变换为至少一个逻辑电流值OC_HS或者UC_HS。另外，分析装置60被构造用于把节点电压V1、V2、V3变换为逻辑电压值LS_high或者LS_Low。根据一个或者多个逻辑电流值OC_HS、UC_HS和逻辑电压值LS_high、LS_Low的预先给定的组合能够推断故障的种类和位置。这里故障是对参考电位GND以及对供电电位V_SUP或者V_BAT的短路或者断线。

这里断线能够在负载11、21、31和节点13、23、33之间或者在负载11、21、31和电流测量装置或者第一供电电位连接端子1之间检测。其他线路内的断线不被监视或者不被检测。这是由于例如在机动车应用的环境中电流测量装置40、电压测量装置50、分析装置60以及可控的开关元件12、22、32设置在一个公共的控制设备内的缘故。这里负载11、21、31通过电缆束与控制设备连接。在这种情况下该电缆束包括至第一供电电位连接端子1以及至节点13、23、33的连接。关于在控制设备内设置的部件这里假定不存在故障，因为仅使用无故障的控制设备。与此相应地本发明建议的用于诊断电路装置的设备在运行期间、例如在机动车的运行期间使用，以便规律地在机动车的运行期间检验布线中的故障。

图2和3表示图1的电流测量装置40的替换的设计方案。电流测量装置40包括测量元件41，其中可以把在测量元件41上降落的电压供给差分放大器43。从在测量元件41上降落的电压产生向分析装置60供给的电流信号V_{HS_CUR}。测量元件41可以选择地作为电流测量电阻(分流电阻)或者作为可控的半导体开关元件、例如MOSFET构造。具有电流测量电阻的电流测量装置在图2中示出，具有MOSFET的电流测量装置在图3中示出。为进行控制在该MOSFET的栅极连接端子上施加控制信号HS_Cnfl。以一种专业人员熟知的方式在MOSFET接通的情况下也通过它的漏极-源极段发生电压降，该电压降通过差分放大器被检测并且放大。

图4表示图1的分析装置60的电流分析单元61。电流分析单元61包括第一和第二比较器62、63，它们可以作为窗口比较器连接或者构造。给比较器62、63的各自第一输入端供给电流信号V_{HS_CUR}。给比较器62和63的各自另一输入端供给阈值信号。给比较器62在它的第二输入端上供给的第一阈值V_{HS_OC_THD}具有大于图1中的符合规定地工作的电路装置的标称电流的阈值。给比较器63的第二输入端供给的第二阈值V_{HS_UC_THD}代表小于流过图1的电路装置的标称电流的阈值。由此得到：当流过该电路装置或者电流测量装置41的电流大于该标称电流时比较器62的第一逻辑电流值OC_HS反应并且输出第二信号。与此相应当流过电流测量装置40的电流小于标称电流时第二逻辑电流值UC_HS反应。逻辑电流值OC_HS和UC_HS可以以二进制方式通过逻辑“1”或者逻辑“0”代表。逻辑“1”例如相应于正比较，也就是说在比较器62的情况下电流信号V_{HS_CUR}大于阈值V_{HS_OC_THD}或者在比较器63的情况下电流信号V_{HS_CUR}小于阈值V_{HS_UC_THD}。

图5表示分析装置60的电压分析单元66。该电压分析单元同样包括两个比较器68、69，它们又作为窗口比较器连接。可以通过多路复用器67或者可控的开关67选择地给比较器68、69的各自第一输入端施加节点电压V1、V2、V3之一。在第一比较器68内进行与第一阈值V_{LS_High_THD}的比较，在第二比较器69内进行与第二阈值V_{LS_Low_THD}的比较。在比较器68的输出端上存在第一逻辑电压值LS_high供使用，在第二比较器的输出端上存在第二逻辑电压值LS_Low供使用。它们又可以作为逻辑“1”和逻辑“0”表示。于是当连接到第一输入端上的节点电压V1、V2或者V3与各自的第一或者第二阈值的比较为正时，例如在比较器68或者69的输出端上存在逻辑“1”。在另外的情况下在相关的比较器68、69的输出端上存在逻辑“0”。

代替在图5中表示的窗口比较器也可以使用简单的比较器，它使得能够与一个唯一的阈值比较。于是在这种情况下图5的比较器86、69的输出端通过一个唯一的输出端代替。于是输出端上的逻辑“0”相应于LS_Low＝“1”和LS_High＝“0”。输出端上的逻辑“1”相应于LS_Low＝“0”和LS_High＝“1”。

故障情况(上述类型的短路和/或断线)和正常情况的区分通过诊断信息的组合进行，该组合由至少一个逻辑电流值OC_HS和/或UC_HS和逻辑电压值LS_high和LS_Low组成。在这种情况下相应的逻辑电流值选择地关于相关的负载路径的接通的和断开的开关元件被确定。

下面详细阐述可能在电路装置中发生的不同的故障情况和正常情况。

情况1(SCB_HS)：公共的连接线路对V_BAT的短路的识别。当至少一个开关元件12、22、32接通，然而通过电流测量装置40检测不到任何电流流动时，可以识别到公共的供电线路、也就是说其内存在第一供电电位连接端子1的线路对V_BAT(也就是说对供电电位连接端子)的短路。另一个条件是，在半导体开关元件断开的情况下节点电压位于V_BAT的电平。为得到完整的全貌，必须一次性控制开关元件12、22、32的全部状态(ON/OFF，开/关)。由此产生下面的识别矩阵。

在该表和在下面的表中这里“State”表示一个或者多个开关元件LS1、LS2、LS3的状态，其中LS1相应于负载回路10内的开关元件12，LS2相应于负载回路20内的开关元件22，LS3相应于负载回路30内的开关元件32。1.、2.和3.表示选择地观察开关元件。“ON”表示接通的或者导通的开关元件。“OFF”表示关断的或者阻断的开关元件。如果在开关元件的该状态矩阵中包含“x”，则该开关元件的开关状态是任意的，也就是说该开关元件可以选择地为接通或者关断。“Symptoms”表示为观察的故障情况考虑的逻辑电流值或者电压值。索引“_10”、“_20”、“_30”在这里表示考虑的负载回路。“Diag”于是表示确定的故障情况(参见Symptoms)“所需要的”电流值和/或电压值。

情况2(SCB_LS_x，其中x＝10、20或30)：负载11、21、31对节点13、23、33的短路或者低欧姆的连接的识别。该故障情况被针对每一个负载回路10、20、30分开检验。例如如果在检验负载回路10时在开关元件12接通的情况下识别到在接通的开关元件12上的电压降超过最大值，则使它能够在比较器68上作为逻辑的“1”被看到。与负载回路10的检验同时，其余的负载回路20、30的开关元件22、32断开。其他的负载回路的检验以相应的方式进行。

情况3(SCG_HS)：其上施加供电电压V_SUP的供电线路对地电位GND的短路或者低欧姆的连接的识别。当在公共的供电线路内流过电流测量装置40的电流超过最大值时识别到这一故障情况。这一故障情况的识别在每一时间点进行，不依赖于一个或者多个开关元件12、22、32接通与否。电流超越最大值使得在第一逻辑电流值OC_HS的情况下能够看见逻辑“1”。

情况4(SCG_LS_x，其中x＝10、20或30)：当在故障的负载回路10、20或30内所属的开关元件12、22或32被关断然而节点13、23、33上的电压不在第一供电电位连接端子的电压电平即V_SUP时，识别到负载回路内对地电位GND的短路。这能够在相关的负载路径的第二逻辑电压值LS_Low的逻辑“1”中看到。对于该检验来说，不正被检验的负载路径的开关元件处于哪一种状态是不重要的。另一个条件是当所有的开关元件12、22、32被关断时流过电流测量装置40的电流不等于零。这意味着，第二逻辑电流值一定是逻辑“1”，因为流过电流测量装置的电流大于第二阈值V_{HS_DC_THD}。表中图示出三种可能的情况。因此负载回路中对参考电位的短路需要在第二逻辑电流值UC_HS下的逻辑“0”和在第二逻辑电压值LS_Low_x下的逻辑“1”。

情况5(OL_HS)：当所有开关元件12、22、32被关断，节点13、23、33上的所有电压都大体为0时，识别公共的供电线路至负载11、21、31的断线。这导致第二逻辑电压值LS_Low_10或者LS_Low_20或者LS_Low_30相应于逻辑“1”。另外(可选地)所有开关元件12、22、32都能够先后被接通然后被重新关断，其中在公共的供电线路内诊断不到流过电流测量装置40的电流。这使得能够在第二逻辑电流值UC_HS下看到逻辑“1”。接通和重新关断在下面的表中示出，其中在右半部分的第一列被检验的负载路径的开关元件被关断(“OFF”)并且为被检验的负载回路在随后的列中被接通(“ON”)。

情况6：当所属的开关元件12、22、32被关断但是所属的节点13、23、33上的节点电压V1、V2和V3不在第一供电电位连接端子1的电平即V_SUP时，识别到在一个负载回路10、20、30的负载路径内的断线。另一个条件是当所属的开关元件被接通时在公共的供电线路内没有电流流动。对于负载回路10的该负载路径(表的左列)这意味着，在关断开关元件12的情况下(在表中LS1)第二逻辑电压值LS_Low_10具有逻辑“1”。在接通开关元件12的情况下第二逻辑电流值UC_HS具有逻辑“1”。

对于以下情况，即应该确定断线是在公共的供电线路内还是在该负载回路的负载路径内存在，必须另外检验是否有电流流过两个另外的开关元件22(LS2)或者32(LS3)之一。如果在此在第二逻辑电流值UC_HS下表示出逻辑“0”，则断线在负载回路10的负载路径中存在。相反，如果该结果对另外两个负载路径同样是逻辑“1”，则断线在三个负载回路的节点和第一供电电位连接端子之间存在。

情况7：当各自的开关元件12、22、32被关断并且在公共的供电线路内通过电流测量装置未检测到电流的情况下，如果在负载11、21、31和所属的开关元件12、22、32之间的连接线上的电压位于电压V_SUP的电平，则识别到无故障的状态。另一个条件是，在接通一个开关元件的情况下在公共的供电线路内一定有大致期望的负载电流流动。这在下面的表内示出。

所述设备的优点在于，仅需要一个单个的在负载回路的公共的供电线路内设置的电流测量设备。此外不需要任何附加的诊断设备，如电流测量电阻或者诊断源。正常情况和故障情况的区分通过在各自开关元件的两个开关状态的情况下多个负载回路的电流和电压信息的组合进行。本发明的另一个优点在于，无论电压测量还是公共的供电线路内的电流测量都不必特别精确。对电流值和电压值的陈述借助比较电路确定，由此去掉了耗费的模拟测量。

Claims

1.用于诊断电路装置的短路和/或断线的设备，其中该电路装置包括至少两个并联的负载回路(10、20、30)，其中

-电流测量装置(40)连接在至少两个并联的负载回路(10、20、30)的公共的供电线路内，用于提供代表在该公共的供电线路内的电流的电流信号(V_{HS_CUR})；

-提供电压测量装置(50)，用于在各自开关元件(12、22、32)的两个开关状态下检测和提供每个负载回路(10、20、30)的节点电压(V1、V2、V3)；

-分析装置(60)，能够向该分析装置供给所述电流信号和所述节点电压(V1、V2、V3)，其中该分析装置构造用于，把所述电流信号变换为至少一个逻辑电流值(OC_HS、UC_HS)和把所述节点电压(V1、V2、V3)变换为逻辑电压值(LS_High、LS_Low)，并且根据所述至少一个逻辑电流值(OC_HS、UC_HS)和所述逻辑电压值(LS_High、LS_Low)的预先给定的组合推断故障的种类和位置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中至少两个负载回路(10、20、30)的并联电路连接在第一供电电位连接端子(1)和参考电位连接端子(3)之间。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中每一个负载回路(10、20、30)由负载(11、21、31)和可控的开关元件(12、22、32)组成的串联电路构成。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述可控的开关元件(12、22、32)连接在所述负载(11、21、31)和所述参考电位连接端子(3)之间。

5.根据上述权利要求之一所述的设备，其中所述电流测量装置(40)连接在第一供电电位连接端子(1)和施加有供电电压(V_BAT)的第二供电电位连接端子(2)之间。

6.根据上述权利要求之一所述的设备，其中所述电流测量装置(40)包括测量元件(41)和差分放大器(43)，其中能够给该差分放大器供给在所述测量元件(41)上降落的电压，以便由此产生可向所述分析装置(60)供给的电流信号(V_{HS_CUR})。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述测量元件(41)是电流测量电阻或者是可控的半导体开关元件。

8.根据上述权利要求之一所述的设备，其中所述分析装置(60)包括电流分析单元，该电流分析单元构造为比较所述电流信号(V_{HS_CUR})与第一阈值(V_{HS_OC_THD})和第二阈值(V_{HS_UC_THD})，其中与所述第一阈值(V_{HS_OC_THD})的比较结果代表第一逻辑电流值(OC_HS)，与所述第二阈值(V_{HS_UC_THD})的比较结果代表第二逻辑电流值(UC_HS)。

9.根据权利要求8所述的设备，其中电流分析单元(61)是窗口比较器。

10.根据上述权利要求之一所述的设备，其中所述分析装置(60)包括电压分析单元(66)，该电压分析单元构造为比较节点电压与第一阈值(V_{LS_High_THD})和第二阈值(V_{LS_Low_THD})，其中与第一阈值(V_{LS_High_THD})的比较结果代表第一逻辑电压值(LS_Hign)，与第二阈值(V_{LS_Low_THD})的比较结果代表第二逻辑电压值(LS_Low)。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述电压分析单元(66)包括窗口比较器。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其中能够通过多路复用器(67)向所述窗口比较器供给各自的节点电压。