CN105209999A - 用于对机电耗电器的电流进行调节的电路和方法 - Google Patents

用于对机电耗电器的电流进行调节的电路和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于对机电耗电器(106)的电流进行调节的电路(100)，其包括用于机电耗电器(106)的第一接线端(102)和第二接线端(104)。在此，第一接线端(102)能与第一供电电势(112)联接，并且第二接线端(104)的电势(114)能借助脉宽调制(PWM)来改变。电路(100)还包括测量设施(150)，其带有与第一接线端(102)联接的第一测量信号输入端(152)以及与第二接线端(104)联接的第二测量信号输入端(153)。在此，测量设施(150)构造用于获知与在第一与第二接线端(102)、(104)之间的电势差成比例的测量信号，以便在该测量信号的基础上调节用于机电耗电器的电流。

Description

用于对机电耗电器的电流进行调节的电路和方法
技术领域
本发明涉及对电负载进行诊断的领域，并且特别是涉及用于对机电耗电器的电流或电驱控的促动机构的电流或电驱控的致动器的电流进行调节的电路和方法。
背景技术
在很多技术领域中都使用例如形式为磁阀或磁线圈的电驱控的促动机构，它们例如用于驱控在机动车的离合器和变速器中的液压调节环节。促动机构通常用于将电信号转换成机械运动或其他物理参数(例如压力或温度)，并且可以因此被视为例如用于调节回路的机电调节环节。在此可以连续地执行测试，以便确保机电促动机构的功能性并且进而是调节回路的功能性。这些测试尤其可以包括对当前的电流值的测量以及电流值与已知的额定值的比较。这些值彼此间的显著偏差可以推断出错误。公开文献DE10134745A1示出了用于检验特别是低欧姆的磁线圈发生短路的方法和设备。
此外，可以期望控制或调节流过促动机构的电流，以防止出现功率波动。公开文献DE4329917A1公开了一种用于按周期地(getaktet)给机电耗电器供电的电路设施。
对电流的测量通常包含测量电阻(分流器)的使用，该测量电阻大多与机电耗电器，例如阀串联。分流器在此是低欧姆的电阻，它被用来测量电流。流过分流器的电流导致测得的与其成比例的电压降。为了测量很高的电流，分流器要在机械上坚固耐用地构造。用于电阻的材料是锰镍铜合金、康铜、铜镍锰合金(Isotan)、伊萨拜棱锰青铜(Isabellin)。目标是：比电阻的尽可能小的温度系数。但是，由于使用分流器使相应的电路的成本提高。此外，分流器需要其他资源，例如空间和附加的控制器引脚。此外，在诊断机电耗电器的错误时，在耗电器的正常运行与直至在运行期间通过50欧姆的接地短路(ShortCircuittoGround，SCG)之间都没有明显区别。
发明内容
因此存在如下需求，即，提供一种用于对机电耗电器的电流，例如电驱控的促动机构的电流进行调节的改进的设计方案。
具有独立权利要求的特征的电路和方法考虑到了这种需求。其他有利的实施方式和改进方案是从属权利要求的主题。
根据第一方面，本发明的实施例提供了一种用于对机电耗电器的电流或电驱控的促动机构的电流进行调节的电路。电路包括用于机电耗电器的第一接线端和第二接线端，其中，第一接线端能与第一(电)供电电势联接，并且其中，第二接线端的电势能借助脉宽调制(PulseWidthModulation，PWM)来改变。此外，电路还包括测量设施，该测量设施带有与第一接线端联接的第一测量信号输入端和与第二接线端联接的第二测量信号输入端。在此，测量设施构造用于获知同在第一与第二接线端之间的电势差成比例的测量信号，以便基于该测量信号对机电耗电器的电流，例如电驱控的促动机构的电流进行调节。
换而言之，机电耗电器可以安装在两个接线端之间的电流电路中，其中，通过两个接线端可以测量在耗电器上降落的电压，类似于在分流电阻上那样，并且接下来可以相应地调节流过耗电器的电流。在实施例中，机电耗电器可以是电驱控的机电促动机构。概念“促动机构”在此和致动器、调整环节、调整装置等意义相同。这些概念原则上可以指的是用于将电流转换成运动的装置，例如伺服马达。
电势可以理解为从固定的参考点起(例如“地线”)来计算的电压参数。与之相应地，供电电势例如可以理解为供电电压，例如电池电压，特别是电池直流电压。通过改变在第二接线端上的电势(通过脉宽调制)，可以调节或控制在机电耗电器上降落的电压(U)，并且因此经由关系式I＝U/R也调节或控制流过耗电器的电流(I)。
电路的部分可以经由一个或多个导电连接相互联接。如果电路的两个部分可以相互联接，那么在电路部分之间例如可以借助开关建立导电连接。例如可以经由也可以包括测量设施的微控制器对开关进行电控制，但机械的开关实施方案也是可行的。同样可以考虑的是如下实施方案，在这些实施方案中，可以经由光学的信号驱控开关。取代微控制器，也可以使用带有外围功能器件的其他处理器。对于测量设施来说，在此仅示例性地提到微控制器和处理器。PWM通常用于信息传递，尤其可以通过PWM来控制在技术系统中的能量转换器。利用数字电路，例如仅可以处理数字信号的处理器，可以按这种方式驱控模拟器件，例如马达。PWM是如下调制类型，在该调制类型中，技术参数(例如电流、电压)在两个值之间交替。在此，在恒定的频率下，对矩形脉冲的占空比，也就是形成矩形脉冲的脉冲宽度进行调制。
因为在实施例中由在耗电器的两个接线端之间的电压得出流过机电耗电器的电流，所以不再需要附加地装入特意为此构造的测量电阻。根据实施例，机电耗电器本身可以用作分流器。因此，电路整体上可以更节省空间且成本更低廉地制造。通过使用测量设施和能由该测量设施驱控的开关，可以产生反馈(回馈)环路，由此补偿了正常运行的干扰性偏差，并且可以提供改进的用于诊断错误的设计方案。
根据另一方面，实施例提供了一种用于对机电耗电器的电流进行调节的方法。在此，该方法包括将用于机电耗电器的第一接线端与第一供电电势联接的步骤以及借助PWM改变用于机电耗电器的第二接线端的电势。此外，该方法还包括借助测量设施获知同在第一与第二接线端之间的电势差成比例的测量信号的步骤，该测量设施带有与第一接线端联接的第一测量信号输入端并且带有与第二接线端联接的第二测量信号输入端。基于测量信号调节或控制流过机电耗电器的电流。
实施例例如可以使用在机动车中，以控制或调节促动机构。这就是说，根据另一方面也提供了一种车辆，其带有用于对机电耗电器的电流或电驱控的促动机构的电流进行调节的电路。
附图说明
下面结合附图详细阐释本发明的实施例。其中：
图1示出用于对机电耗电器的电流进行调节的传统的电路的对比示例；
图2示出电路的第一实施例，其带有用于对机电耗电器的电流进行调节的改进的设计方案；
图3示出图2的电路的详细的实施例；
图4和图5在关于PWM的图表中以提高的精度绘出流过机电耗电器的电流的计算结果；
图6示出用于对机电耗电器的电流进行调节的电路的实施例，其带有用于错误诊断的改进的设计方案；
图7示出用于对机电耗电器的电流进行调节的电路的实施例，其能够实现范围特别广泛的错误诊断；
图8示出用于对机电耗电器的电流进行调节的电路的实施例，其能够实现极为精确的错误诊断；
图9示出在使用图3的电路的情况下用于对机电耗电器的电流进行调节的方法的流程图；
图10示出在使用图6的电路的情况下用于对机电耗电器的电流进行调节的方法的经拓展的流程图；
图11示出在使用图7的电流的情况下用于对机电耗电器的电流进行调节的方法的经拓展的流程图；以及
图12示出在使用图8的电流的情况下用于对机电耗电器的电流进行调节的方法的经拓展的流程图。
现在参考附图更为详尽地说明不同的实施例，在这些附图中示出了一些示例性的实施例。在附图中，线、层和/或区域的厚度尺寸为了清楚起见而被夸大地示出。
在接下来对仅示出了一些示例性的实施例的附图的描述中，相同的附图标记可以表示相同或类似的组件。此外，对于在实施例中或在附图中多次出现的、但在一个或者多个特征方面被共同描述的组件和对象可以使用概括性的附图标记。只要在说明书中没有另外明示或者暗示出，那么用相同或概括性的附图标记来描述的组件或对象可以在一个、多个或所有特征方面，例如在它们的尺寸方面相同地实施，但是必要时也可以不同地构造实施。
尽管可以用不同的方式修正和修改实施例，但附图中的实施例被视为示例并且在此对其进行详尽描述。但要声明的是，这并不意味着实施例局限于各个公开的形式，而更确切地说应当覆盖全部的在本发明范围内的功能性和/或结构性的修正方案、等效方案和备选方案。相同的附图标记在所有附图说明中都表示相同或类似的元件。
要注意的是，被称为与其他元件“连接”或“联接”的元件可以与其他元件直接连接或直接联接，或可以存在处于它们之间的元件。而如果元件被称为与其他元件“直接连接”或“直接联接”，就不存在处于它们之间的元件。被用于描述元件之间的关系的其他概念都应当以类似的方式来解释(例如“处于之间”相对“直接处于它们之间”、“邻接”相对“直接邻接”等)。
在此使用的术语仅用于说明特定的实施例，而不应限制这些实施例。除文中明确地另有说明之外，在此所使用单数形式“一个”和“该”也涵盖了复数形式。此外要声明的是，在此所使用的表达，例如“包括”、“包含”、“具有”和/或“带有”说明了存在所提到的特征、整体、步骤、工序、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个特征、整体、步骤、工序、元件、组件和/或它们的组合。
只要不作其他限定，所有在此使用的概念(包含技术概念和科学概念)具有相同的意义，它们不会被实施例所属领域内的普通技术人员误解。此外要声明的是，例如在普遍使用的字典中限定的那些表达可以被解释为具有和它们在相关技术中的意义相同的意义，并且只要在此不作明确地限定，它们不被解释为理想化的或过于形式化的意义。
具体实施方式
为了调节机电耗电器，例如阀/促动机构/电磁铁，往往借助附加的测量电阻(Shunt，分流器)检测流过耗电器的电流。机电耗电器同样可以“受电压控制地”实施，其中，可以根据耗电器的供电电压，经由PWM来调节耗电器电流。PWM可以位于0％至100％之间。在这个范围内可以进行错误诊断，也就是说例如识别出“电池短路”和/或“阀断开”。区分不同的可能的错误很重要，以便在当前的错误下导入正确的错误反应并且使针对车间的错误搜索变得容易。尤其在危及安全的(sicherheitskritisch)应用中，这些错误情况也会导致不同的结果，更确切地说是危及/不危及的状态。尤其是，错误“接地短路”(GND)会导致危及的状态，这是因为在此机电耗电器(例如阀或线圈)被通电并且会随之导致不期望的动作。为了识别出这些错误情况，公知有不同的可行解决方案。为此，图1示出了一个示例。
图1示出了用于对机电耗电器106进行错误诊断的传统的电路10，该机电耗电器联接在电路100的第一接线端102与第二接线端104之间。第一接线端102经由(主)开关120与第一供电电势112联接。在此，第一供电电势112例如由电压源，特别是直流电压源，例如机动车电池来提供。第一供电电势例如可以是12V。此外，第一接线端102经由低通滤波器电路30(简称：低通)与在图1中未详细示出的测量设施的第一测量信号输入端152，例如微控制器联接。第二接线端104经由电阻110与第二供电电势113联接，该第二供电电势例如可以低于第一供电电势112，例如为5V。由此，可以经由接线端或端子102、104达到足够的电压降。此外，第二接线端经由第一(PWM)开关130与分流器22的第一接线端28连接，该分流器以其第二接线端位于参考电势116上，例如电接地。在接线端或节点28上测得的电压可以经由低通20输送给测量设施的另一测量信号输入端155，以便由此可以推断出流过耗电器106的电流。流过耗电器106的电流可以经由测量设施的控制开关130的控制接线端156来调节或控制。为此，经由控制接线端156将(数字的)经脉宽调制的控制信号(PWM信号)输送给开关130，该控制信号与此相应地将第二接线端的电势在“高”状态与“低”状态之间来回切换。为此，测量设施150(图2)例如可以具有PWM模块。为了安全，还可以与机电耗电器106并联地在接线端102与104之间接有续流二极管108。续流二极管通常用于防止例如在切断感性负载106时可能出现的过压。
也就是说，按照图1，机电耗电器106(例如阀)经由第一接线端102，例如插塞引脚连接到供电电势112或用于促动机构的额外的供电装置上，该额外的供电装置可以借助主开关120，例如半导体开关来接通和关断。对阀106的供电电压112的测量经由低通滤波器电路30的电阻元件和电容元件来进行。于是，与此相应地将PWM调整到供电电压112上。在包括第二接线端104的侧上，阀106经由第一开关130，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，MOSFET)来设定周期。
电路部分20应当能够实现如下诊断：经由分流器22，利用模数(AD)测量信号输入端155经由电阻电容环节(Resisitor-Capacitor-环节，RC-环节)测得电压降。根据通过第一控制信号输出端156经过第一开关(例如MOSFET)130调整出的PWM，可以预期流过分流器22的相应的电流。如果电流过高(以及因此电压也过高)，那么也许在第二接线端104上存在到电池的短路。如果测得的电流过低，那么第二接线端104可能具有到参考电势116(通常是地线)的短路，或负载被断开。在运行中，无法以这种评估识别出高欧姆的短路(直至例如50欧姆)。但是，利用根据图1的电路无法识别出负载断开(负载开路)与接地短路(ShortCircuittoGround，SCG)之间的区别，尤其是从接地短路可以具有数十欧姆的情况出发。但原则上也可以为此设置附加的电阻元件或电阻110。这些电阻必须高欧姆地实施，这是因为否则就会有过多的电流被返送会电压源114，例如内部产生的5伏电压源中。这种电路的优点在于，可以经由机电耗电器(阀)106识别出并联分路，例如两个阀的短路。这种方法例如在公开文献DE4329917A1中使用，或也在公开文献DE10134745A中使用，其中，在此分流器安装在第二接线端与MOSFET的沉降接线端(漏极)之间。如果在此应当测量经由分流器的电压，那么需要两个控制器输入端或附加的构件(Hardware，HW，硬件)。如果考虑到分流器以及附属于它的评估单元耗用了许多资源(成本、空间、控制器引脚布设等)，那么值得追求的是，减少所需的资源。尤其是对于危及安全的输入端而言，要求尽可能范围广泛的诊断。
如已经说明的那样，成本尤其由于附加的分流器22和例如通过运算放大器(OPV)对信号以及对电路的必要的准备而上升，以便可以将分流器的电阻以及因此的结构形状保持得尽可能小。此外，无法实现明确区分运行中的负载开路和SCG。也就是说，目标是能够以很少的资源(空间、成本等)实现相同的功能，以及找出能在顾及资源的情况下拓展诊断的解决方案。
图2示出用于对机电耗电器106，例如促动机构的电流进行调节的电路100的第一实施例。
电路100包括用于机电耗电器106的第一接线端102和第二接线端104，其中，第一接线端102能够与第一供电电势112联接，并且其中，第二接线端104的电势114能够借助PWM来改变。此外，电路100包括测量设施150，其带有与第一接线端102联接的第一测量信号输入端152和与第二接线端104联接的第二测量信号输入端153。测量设施150在此构造用于获知同在第一与第二接线端102与104之间的电势差成比例的测量信号，以便在该测量信号的基础上调节或控制机电耗电器106的电流。如在图1所示的电路中那样，第一开关130的接线端也与第二接线端104联接。但第一开关130的第二接线端直接与参考电势116联接或“接地”。第二供电电势113又经由电阻元件105与第二接线端104联接。
根据一些实施例，电路100例如可以构造为用于车辆的控制或调节电路，机电耗电器或促动机构106可以装入该车辆中。如已经在本文开头阐述的那样，机电耗电器或促动机构106例如可以是阀或机电线圈，但也可以是伺服马达。接线端102和104例如可以实施为插塞引脚。测量设施150可以优选实施为微控制器，但这原则上也可以是每一种带外围功能器件的处理器，其中，外围功能器件尤其可以包括不同的总线系统，例如控制器局域网络(CAN)、PWM输出端或模数转换器。在第一接线端102与供电电势112之间的联接可以按不同的方式实现：为此所使用的主开关120可以优选是半导体元件，例如晶体管，特别是MOSFET。但除了能电驱控的开关外，也可以考虑对光学的信号作出反应或能手动操作的开关。概念“联接”通常可以理解为导电连接的建立。测量信号可以包括针对流过促动机构106的电流的表征性的值，例如在端子102和104上的电压、电流强度或电流强度的变化。测量信号尤其也可以包括更复杂顺序的物理参数变化。
在实施例中，测量设施150的第一测量信号输入端152可以经由第一低通滤波电路30与第一接线端102联接。测量设施150的第二测量信号输入端153同样可以经由第二低通滤波器电路40与第二接线端104联接。第一低通滤波器电路30和第二低通滤波器电路40在图2中仅示意性地示出。低通滤波器电路可以实施为RC环节，其可以过滤出在限定的、特别高的频率范围内的电流和/或电压。低通可以接在极为敏感或极为昂贵的测量设施之前，以便例如抑制电压峰值(Peaks)，否则该电压峰值会不利地影响测量设施。低通30和40尤其可以设置用于避免或减小在各自的(模拟的)测量信号的模数(A/D)转换时出现的混叠效应。在此，当在要采样的信号中出现了高于奈奎斯特频率(等于采样频率的一半)的频率分量时就出现的错误被称为混叠效应。也就是说，低通30和40可以分别构造用于从测量信号中过滤出高于奈奎斯特频率的频率分量。
在实施例中，第一低通滤波器电路30和第二低通滤波器电路40基本上彼此相同地实施。换而言之，可以理解为低通滤波器电路的各个部件或构件，尤其是电阻或电容器，以和在另一低通滤波器电路/另一些低通滤波器电路中相同的数量以及相对彼此相同的布置存在。基本上彼此相同的实施此外还可以指的是，两个彼此对应的构件既在数量上也在质量上都具有同一(物理)特性。低通30和40的相同的实施可以明显减小相干性错误和公差相关性：两个(时间)信号的相干性意味着它们关于频率的线性相关性。如果两个最初相干的、经PWM调制的信号现在通过两个不同类型的低通，它们可能会由此改变成两个不同的类型，从而它们不再会被测量设施识别为是相干的。
由图2可知，在接线端102和106之间还可以并联有续流二极管108。续流二极管通常用于防止例如可能在切断感性直流电压负载时出现的过压。
此外，第二供电电势113经由电阻105与第二接线端104连接。第二接线端104的由此产生的电势114还用于之后的错误诊断。为了实现在第二接线端104上的PWM，开关130可以与第二接线端104联接，该开关例如实施为MOSFET并且可以经由测量设施150的第一控制信号输出端156来驱控。在开关130闭合的情况下，第二接线端104的电势114可被带到参考电势116上。参考电势116也可以被称为“地线”或“地”。与参考电势116的连接，也被称为“接地”，例如可以经由电路100的能导电的外包覆物或底部接触部来实现。通过PWM，第二接线端104的电势114因此可以在地线(“低”)与更高的例如与第二供电电势113相关的电势(“高”)之间切换。
图3示出了一个详细的实施例，其中，第一和第二低通滤波器电路30和40分别由电阻元件32、34、42和44以及电容元件36和46形成。电阻元件通常可以理解为如下电阻，在施加电流时，在这些电阻上实现或多或少地显著的电压降。降落的电压在此与欧姆电阻成比例。商业上通用的固定电阻的电阻值可以跨越数毫欧到吉欧范围的多个数量级。但除了固定电阻外，也可以使用与参数相关的电阻(光电阻、与电压或温度相关的电阻)或可调节的电阻。电容元件通常可以被称为电容器。电容器具有至少两个由绝缘区域分开的电极。电介质附加地位于该区域中。在实施例中，电容元件36和46由固定电容器形成。这些固定电容器由不同的材料(例如陶瓷电容器、塑料膜电容器等)并且以不同的结构形状制成。但实施例也包括可变电容器，例如微调电容器(Trimmer，微调器)或电容二极管。
在实施例中，第一低通滤波器电路30具有布置在第一接线端102与第一测量信号输入端152之间的第一电阻元件32以及由第二电阻元件34和第一电容元件36形成的第一并联电路，其中，第一并联电路布置在第一测量信号输入端152与参考电势116之间。与之类似地，第二低通滤波器电路40具有布置在第二接线端104与第二测量信号输入端153之间的第三电阻元件以及由第四电阻元件44和第二电容元件46形成的第二并联电路，其中，第二并联电路布置在第二测量信号输入端153与参考电势116之间。换而言之，电阻元件32或42分别与第一或第二接线端102或104以及与测量信号输入端152或153连接的节点38或48联接。此外，在此由电容元件36或46和电阻元件34或44构成的并联电路分别与连接至测量信号输入端152或153的节点38或48以及与参考电势116连接。但除了图3所示的作为所谓的一阶的无源低通的实施例之外，也可以使用有源低通和/或更高阶的低通。
如已经阐述的那样，在实施例中可以借助布置在第二接线端104与参考电势116之间的第一开关130提供PWM。该开关130例如可以具有晶体管。在图3所示的示例中，晶体管实施为MOSFET，其具有沉降接线端D1、控制接线端G1和源接线端S1。根据晶体管的结构类型，沉降接线端D1也被称为“漏极”或“集电极”，控制接线端G1也被称为“栅极”或“基极”并且源接线端S1也被称为“源极”或“发射极”。更精确地说，在所示的实施例中是n沟道MOSFET。通过从电极到基底的np结和返回到其他电极的pn结，实际上两个二极管线路依次联接，这两个二极管线路中有一个与所施加的电压的极性无关始终是截止的，这在示例中象征性地通过第一二极管132示出。第二二极管134和齐纳二极管136在实际应用中保护栅极以防过压。除了所示的实现为场效应晶体管之外，第一开关130例如也可以实现为带相应的外围电路的双极型晶体管。
在实施例中，第一开关130的控制接线端G1与测量设施150的提供了(数字)PWM信号的第一控制信号输出端156联接。如果第一开关130包括场效应晶体管，那么控制接线端G1例如可以是所谓的栅极，如果第一开关130包括双极型晶体管，那么控制接线端G1例如可以是基极接线端。
下面详细地解释并且通过数字示例更精确地阐释了根据图3的电路100：
取代根据图1的分流器22和评估单元，电路100使用RC滤波器(低通滤波器40)，其基本上与已经在测量用于负载106的供电电压112时使用的低通滤波器30相同，即，电容元件36基本上与电容元件46构造相同，电阻元件32基本上与电阻元件42构造相同且电阻元件34基本上与电阻元件44构造相同。低通滤波器30和40的基本上相同的实施方案有利于减小相干性错误(见上)和公差相关性。在第二测量信号输入端153上建立的信号同样输送给模数(A/D)输入端。现在利用电势112和114(“在负载之上”和“在负载之下”)可以确定在机电负载106上的电压降。因此可以说机电负载106被用作分流器。借助公式(F1)现在例如由测量设施150计算出电压关系：
(F1)[U_(152)-U_(153)]/U_(152)+1
用文字描述为：在第一测量信号输入端152上接收到的电压和在第二信号输入端153上接收到的电压的差除以在第一信号输入端152上接收到的电压，并且与值为1的常量相加。“+1”用于无量纲变换(Skalierung)，因此不会出现负值。因此在测量设施150中可以利用更为简单的数据类型来计算，这可以将在测量设施150中所需的计算时间保持得很小。正常情况下，计算[U_(第一接线端)-U_(第二接线端)]就足够用于模拟分流器。但通过观察已经发现，通过除法实现了更高的精度。作为证明，图4用于说明(在此现在没有+1的偏置；x轴；经调整的PWM，y轴；公式值)：
两条靠外的曲线172和174相应于在没有与在第一测量信号输入端152上接收到的电压相除的情况下的变化曲线(参看公式(F1))，两条靠内的曲线176和178相应于在进行相除的情况下的变化曲线。在这种考虑下，还施加有实际的纹波电流(“Ripple，纹波”)，也就是将具有正负峰值电压之间的1V的电压差的叠加的交流电流施加到提供了供电电势112的电池电压上。换而言之，在这个示例中，供电电势112不是恒定的电压，而是以1伏特的值进行波动。这种差别的原因在于，通过该相除几乎完全去除了在电池电压上的可能的纹波。
另一点在于，利用这种评估能抵抗电池电压波动(例如根据电池的状态或寿命)。在当前的实施例中，在“正常运行”中，也就是说通常可以是12V和24V的系统(电池波动在9V至17V之间)。评估由于形成比例的关系针对更小的电压和更大的电压也能正常工作。
供测量设施或微控制器150使用的针对这种评估的软件例如使用11个(但视需求而定地也可以是更多或更少的)支持点182和192，其中，针对每个支持点来说存在最小值192和最大值182。因此，在代表PWM的支持点182和192上撑开了一条“带”，这在图5中可以看到。这条带由上曲线180和下曲线190来限界。如果PWM处在PWM值之间，那么上限值和下限值例如线性地插入两个支持点之间。
如果通过公式(F1)获知的值在上曲线180之上，就识别出SCG错误。如果值在下曲线190之下，就识别出电池短路(Shortcircuittobattery，电池短路错误，SCB错误)。只有当在负载是非常高欧姆时(大于10欧姆)，才能将SCG与负载开路区分开来。如果负载仅在几欧姆的范围内，“更糟糕的错误”，即负载由于接地短路而无意中接通，被记录到错误存储器中，该错误存储器整合在测量设施150中或可以配属于该测量设施(未明确示出)。在当前的实施例中，在10.5欧姆的负载的情况下，利用这种布线，在0％的PWM时直至43欧姆都得到所谓的短路。负载越是高欧姆，就越能识别出更高欧姆的错误情况。在大于100欧姆的更高欧姆的负载下，可以附加地实现区分负载开路和接地短路。
概括而言，由分流器22反映出机电耗电器106。当然必须要注意的是，需要哪种精度(依赖于耗电器106的公差)或是否必须识别出并联分路。但是，尤其可以通过这种评估很好地识别出对高欧姆的接地短路的识别，这被视为是非常危及的，这是因为由此例如在变速器控制器中会无意地吸合离合器。例如可以使用电阻、阀、电磁铁、继电器等作为负载或耗电器106。
尽管在低欧姆的负载106的情况下，如果应识别出负载开路，就要扩展电路100。图6示出了针对电路100的变型方案的实施例，通过该变型方案提供了用于诊断错误的另一改进的设计方案。在一些实施例中，能通过错误信号激活的第二开关140可以布置在第一接线端102或第一供电电势112与参考电势116之间。第二开关140在此可以构造用于借助PWM来对第二接线端104的电势114进行改变，换而言之是设定周期。错误信号可以有不同的错误原因，由此根据电路100的使用，直接的、自动的反应会变得极为重要。
在实施例中，第二开关140可以具有与测量设施150的提供错误信号的第二控制信号输出端158联接的控制接线端G2。可以是用于开关140的经脉宽调制的控制信号的错误信号在此可以通过由测量设施150识别出错误而产生，从而第二开关140可以通过借助其控制接线端G2接收到错误信号而被打开或闭合。还可以考虑将例如和用于第一开关130相同的可行实施案用于第二开关140。作为示例又可以使用不同的半导体元件、场效应晶体管或双极型晶体管。出现的错误在此例如不仅可以是第一接线端102与第二接线端104之间的短路，而且可以是接地短路，但也可以是流过负载106的电流回路的中断。在接地短路(SCG)的情况下，负载106还可以继续通电，这可能引起意外的反应。这会导致对材料的严重损坏以及根据电路的应用领域甚至导致人员受伤，这可以通过测量设施150的立即反应来阻止。
在实施例中，测量设施150可以包括与第二接线端104联接的、接收电压信号的第三测量信号输入端154。电压信号在此可以具有第二接线端104的经脉宽调制的电势114的周期。换而言之，可以如下这样来描述错误识别的过程：
在通过测量设施150识别出错误时，首先可以打开第一开关130并且因此中断与地线116的接触。同时，测量设施150可以经由输出端158向第二开关140提供按周期的信号。在负载断开时，电势114现在可以在其最大值与参考电势116的最大值之间以由第二开关140预定的周期交替。在(此处实施为数字输入端的)第三测量信号输入端154上，现在可以接收形式为低值和高值的相同的周期，并且因此可以由测量设施150识别出负载开路错误。而如果在第一接线端102上出现了接地短路(SCG)，那么第二开关没有电影可以调制，这是因为在第一接线端102上存在与参考电势116持续的联接，并且电势114保持恒定。如果在第二接线端上出现了SCG，那么电势114持久地占据参考电势的值。在两种情况下，测量设施150根据实施方式经由测量信号输入端154要么仅接受低值，要么仅接受高值，并且由此识别出作为SCG的错误。
换而言之，如果现在识别出错误(例如SCG)，那么第一开关130或MOSFET被切断或打开，也就是说中断到地线116的联接。同样，主开关120被切断或打开。现在第二开关140被设定周期，即被交替地打开和闭合。如果错误是负载开路，那么相应的电压(例如5伏)经由在电压源113与第二接线端104之间的电阻元件或电阻105并且经由续流二极管108被设定周期，并且在第二开关140上经调整的PWM经由第三测量信号输入端154被识别出。如果存在接地短路，那么识别不到PWM。因此，可以利用根据图6的实施例来区分接地短路和负载开路。在此要注意的是所有示出的电阻的经很好协调的电阻比。
在一些实施例中，第三测量信号输入端154可以是测量设施150的数字输入端。在存在接线端102或104上的负载开路错误的情况下，第三测量信号输入端154例如可以接收由高值和低值构成的组合，也就是说矩形信号，其相应于施加在接线端104上的电流的周期。在存在SCG错误的情况下，在第三测量信号输入端154上要么施加恒定的电流，要么几乎不施加电流，因此也接收恒定的信号。也就是说，借助图6绘出的电路变型方案，现在可以区分负载断开和接地短路的错误诊断。
在实施例中，第三测量信号输入端154可以经由第三低通滤波器电路50与第二接线端104联接。在此，通过低通滤波器电路50也可以避免不期望的电压波动到达第三测量信号输入端154。附加或备选地，可以避免混叠效应。在实施例中，第三低通滤波器电路50由电阻元件52和54以及电容元件56形成。为此，可以考虑和已经用于第一低通滤波器电路30和第二低通滤波器电路40的电阻元件32、34、42和44以及电容元件36和46相同结构类型的电阻和电容器。在实施例中，第三低通滤波器电路50可以与第一低通滤波器电路30和/或第二低通滤波器电路40基本上相同地实施。换而言之，在此又将电阻元件52与第二接线端104和与第三测量信号输入端154连接的节点58联接，并且由电容元件56和电阻元件54构成的并联电路与同第三测量信号输入端154连接的节点58以及与参考电势116连接。在图6中，三个低通滤波器电路30、40、50实施为一阶无源低通。“基本上相同”在此意味着，首先是为全部三个低通滤波器电路30、40和50使用相同类型的低通，以及各个结构元件分别以相对彼此相同的布置且以相同的件数存在，并且彼此相应的结构元件也仅在制造公差的范围内彼此偏差。
在图7中示出了用于对电驱控的促动机构的电流进行调节的电路的另一变型方案。
在一些实施例中，测量设施150还包括接收电压信号的第四测量信号输入端155。在此，电压信号可以具有关于在能电控的促动机构106上降落的电压或穿流过该促动机构的电流的信息。换而言之，测量设施150可以根据图7执行另一测量，以便范围更广泛地构造错误诊断。
在实施例中，第四测量信号输入端155可以经由第四低通滤波器电路20与第一开关130的源接线端S1联接。如上面所描述的那样，源接线端S1根据晶体管类型的不同例如被称为源极接线端或发射极接线端。使用低通的优点已经提到过。
在实施例中，第四低通滤波器电路20可以具有布置在第一开关130的源接线端S1与参考电势116(例如地线)之间的、构造用于测量电流降落或电压降落的电阻元件22(分流器)。第四低通滤波器20可以附加地具有布置在第四测量信号输入端155与节点28之间的另一电阻元件24，节点28位于第一开关130的源接线端S1与构造用于测量电流降落或电压降落的分流器22之间。此外，第四低通滤波器电路20可以具有布置在参考电势116与节点27之间的另一电容元件26，节点27位于另一电阻元件24与第四测量信号输入端155之间。低通滤波器电路20可以在结构上不同于已经存在的低通滤波器电路30或40或50地实施。
在实施例中，测量设施150还可以构造用于借助通过第四测量信号输入端155接收的电压信号来修正同在第一接线端102与第二接线端104之间的电势差成比例的测量信号。因此，基于修正的测量信号可以通过测量设施150提供改进的PWM信号给第一开关130的控制输入端G1，从而通过第一开关130可以更好地调节在电驱控的促动机构106上降落的电流。换而言之，在这个变型方案中是由根据图1所示的比较示例的电路和在图3中描述的用于解决问题的电路和算法构成的组合，以便能够实现范围极为广泛的诊断。但是，经由分流器22的诊断与根据图3的诊断之间的主要区别在于：在经由分流器22诊断时，可以识别出越过负载106的短路。与负载106并联地例如还可以存在另一电负载。但在此应当同时储存负载106的温度模型。这无法通过根据图3的诊断识别出。但在图3和图6中描述的电路可以识别出接地短路(特别是在第二接线端104上例如0欧姆至40欧姆的接地短路)。
在根据图1的带有分流器22的变型方案中，这仅在如下情况下才是可行，即，用与图3和图6的示例相比要复杂得多的方式来实现算法。例如可以将极为精确地匹配的温度模型考虑在内，这是无法实现或至少是很难实现的。同样地，例如电压供应公差也可以不考虑在内，但这会要求更多的计算性能和更多的储存空间。附加地，实际上无法识别出在例如0欧姆至40欧姆的固定的PWM的情况下的连续不断的诊断。这包括在0欧姆至20欧姆的情况下的识别以及随后又在30欧姆至40欧姆的情况下的识别，这是因为正常情况下的值在20欧姆至30欧姆之间。因此，由现有技术和根据图3的电路构成的组合带来了局部简单的、但范围广泛得多的诊断。换而言之，两种诊断并不等同且仅具有特定的交集。这个交集对与安全相关的功能来说也是可信的，也就是说，就这方面检验诊断结果是否是能接受的、有说服力的和能实行的，这是因为交集可以由独立的诊断路径来产生。
在一些实施例中，测量设施150可以包括存储装置，该存储装置构造用于为了与实际的促动机构温度进行比较而储存电驱控的促动机构106的温度模型。换而言之，负载的温度模型可以储存在软件中。这导致了精度的提高并且使由负载和驱控器构成的设施也可以用于精确的要求。关于温度的信息可以允许推断出电阻，该电阻本身还与电流强度和电压相关。
图8示出了用于对机电耗电器106的电流进行调节的电路100的另一变型方案，该电路除了图3所示的特征之外还具有测量设施150所包括的存储装置160。
在一些实施例中，测量设施150还可以与构造用于确定实际的耗电器温度的温度传感器联接。测量设施150在此可以构造用于通过将实际的耗电器温度与电驱控的耗电器106的温度模型相比较而获知比较值。于是基于该比较值，可以通过测量设施150提供PWM信号给第一开关130的信号输入端G1。因此，可以通过第一开关130调节在电驱控的耗电器106上降落的电流。像例如集成半导体温度传感器那样的温度传感器例如可以经由电阻变化来获知温度，例如所谓的负温度系数电阻或正温度系数电阻，或者也可以提供能直接处理的电信号。换而言之，可以记录与对于耗电器106的来说预期的常见的运行温度的偏差。因此，如果不期望地出现了温度波动，那么可以进行极为精确的错误诊断。
根据另一权利要求，实施例提供了用于对机电耗电器的电流或电驱控的促动机构106的电流进行调节的方法，该方法在图9中示意性地示出。
方法200首先包括将用于机电耗电器106的第一接线端102与第一供电电势112联接202以及借助PWM改变204机电耗电器106的第二接线端104的电势114。此外，方法200还包括(借助测量设施150，该测量设施带有与第一接线端102联接的第一测量信号输入端152和与第二接线端104联接的第二测量信号输入端153)获知206同在第一接线端102与第二接线端104之间的电势差成比例的测量信号。最后，方法200包括基于测量信号的对于用于或流过机电耗电器106的电流进行调节208。
在一些实施例中，方法200附加地包括其他步骤，如图10所示那样。为此，通过测量设施150可以识别212错误，通过测量设施150产生213错误信号或按周期的PWM信号以及通过测量设施150的第二控制信号输出端158提供214按周期的信号。方法200同样可以包括：通过第二开关140的控制接线端G2接收215按周期的信号；对第二开关140重复激活216和去激活217；以及由此实现的借助通过第二开关140的按周期的信号对第二接线端104的电势114的改变218。最后，方法200还可以包括如下步骤，即，通过测量设施150的第三测量信号输入端154接收219电压信号，其中，电压信号具有第二接线端104由第二开关140设定周期的电势114的周期。
在多个实施例中，方法200还可以包括其他步骤，参看图11。这可以是：借助通过第四测量信号输入端155接收的电压信号通过测量设施150修正200测量信号，该测量信号同在第一接线端102与第二接线端104之间的电势差成比例；基于该经修正的测量信号通过测量设施150在第一开关130的控制输入端G1上提供222PWM信号；以及此外通过第一开关130对机电耗电器106的电流进行调节。
在其他实施例中，方法200也还可以包括其他方法步骤，参看图12。这些步骤可以是：通过存储装置160储存230机电耗电器106的温度模型；通过温度传感器确定232实际的耗电器温度或促动机构温度；以及通过测量设施150将实际的耗电器温度与电驱控的促动机构106的温度模型相比较234。此外，还可以包括：通过测量设施150获知236比较值；基于该比较值通过测量设施150在第一开关130的控制输入端G1上提供222PWM信号；以及通过第一开关130对机电耗电器106的电流进行调节208。
在前述描述、权利要求书和附图中公开的特征，无论是单独地还是以任意组合的方式，对于实现实施例的不同的设计方案来说都很有意义并且可以被实施。
尽管已结合设备描述了一些方面，但应当理解的是，这些方面也是对相应的方法的描述，从而设备的整体或结构元件也应当被理解为相应的方法步骤或方法步骤的特征。以此类推，结合方法步骤或作为方法步骤所描述的方面也是对相应的块或相应的设备的细节或特征的描述。
根据特定的实施要求，本发明的实施例可以在硬件中或软件中实施。可以通过使用数字存储介质，例如软盘、DVD、蓝光光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存、硬盘或另外的磁性的或光学的存储器来执行该实施方案，在该磁性的或光学的存储器上存储有与可编程硬件组件配合作用或者能配合作用以执行各个方法的电可读的电子控制信号。
可编程的硬件组件可以由处理器、计算机处理器(CPU＝CentralProcessingUnit，中央处理单元)、图像处理器(GPU＝GraphicsProcessingUnit，图像处理单元)、计算机、计算机系统、专用集成电路(ASIC＝Application-SpecificIntegratedCircuit，面向应用的集成电路)、集成电路(IC＝IntegratedCircuit)、单芯片系统(SOC＝SystemonChip，片上系统)、可编程的逻辑元件或带有微处理器的现场可编程逻辑门阵列(FPGA＝FieldProgrammableGateArray)形成。
因此，数字存储介质可以是机器可读或计算机可读的。也就是说，一些实施例包括具有可电子读取的控制信号的数据载体，该控制信号能够与可编程的计算机系统或可编程的硬件部件配合作用，从而执行在此所描述的方法之一。因此，实施例是记录用于执行在此所描述的方法之一的程序数据载体(或数字存储器或计算机可读的介质)。
本发明的实施例通常可以实施为带程序代码的程序、固件、计算机程序或计算机程序产品或者实施为数据，其中，程序代码或数据用于当在处理器上或可编程的硬件部件上运行该程序时执行所描述的方法之一。程序代码或数据例如也可以储存在可机器读取的载体或数据载体上。程序代码或数据也能够以源代码、机器代码或字节码以及其他中间代码的形式存在。
此外，另一实施例还是数据流、信号序列或一系列代表用于执行在此所描述的方法之一的程序的信号。数据流、信号序列或一系列信号例如可以被配置成以便可以通过数据通信连接，例如通过因特网或其他网络进行传输。因此，实施例也是代表数据的信号序列，它们适用于通过网络或数据通信连接进行传送，其中，数据表示程序。
根据一个实施例的程序可以在其执行期间例如通过以下方式实现所描述的方法之一，即，该程序读取储存位置或将一个或多个数据写入该程序，由此在必要时启动晶体管结构、放大器结构或其他电、光学、磁性或按其他工作原理运行的构件中的切换过程或其他过程。相应地，可以通过读取存储位置来检测、确定或测量数据、值、传感器值或程序的其他信息。因此，程序可以通过读取一个或多个存储位置而检测、确定或测量参数、值、测量值和其他信息，以及通过写入一个或多个存储位置而导致、引起或执行动作以及驱控其他设备、机器和部件。
上述实施例仅是本发明的原理的解释。应该理解的是，其他本领域技术人员也可以对在此所描述的设施和细节进行修改和改变。因此，本发明仅通过权利要求书的保护范围限定，但并不局限于在此根据说明书和对实施例的阐述所表示的特定的细节。
附图标记列表
20根据现有技术的低通滤波器电路
22分流器
24另一电阻元件
26另一电容元件
27节点
28节点
30第一低通滤波器电路
32第一电阻元件
34第二电阻元件
36第一电容元件
38节点
40第二低通滤波器电路
42第三电阻元件
44第四电阻元件
46第二电容元件
48节点
50第三低通滤波器电路
52第五电阻元件
54第六电阻元件
56第三电容元件
58节点
100电路
102第一接线端
104第二接线端
105在电势与第二接线端之间的电阻元件
106机电耗电器
108续流二极管
110附加的电阻元件
112第一供电电势
113第二供电电势
114第二接线端的电势
116参考电势
120主开关
130第一开关
D1沉降接线端(漏极/集电极)
G1控制接线端(栅极/基极)
S1源接线端(源极/发射极)
132第一二极管
134第二二极管
136齐纳二极管
140第二开关
G2控制接线端(栅极/基极)
150测量设施(微控制器)
152第一测量信号输入端
153第二测量信号输入端
154第三测量信号输入端
155第四测量信号输入端
156第一控制信号输出端
158第二控制信号输入端
160存储装置
172靠上的外部曲线
174靠下的外部曲线
176靠上的内部曲线
178靠下的内部曲线
180经过最大值支持点的靠上的曲线
182最大值支持点
190经过最小值支持点的靠下的曲线
192最小值支持点
200方法
202联接
204改变(电势)
206获知(测量信号)
208调节
212识别
213产生
214提供(按周期的信号)
215接收(按周期的信号)
216激活
217去激活
218改变(电势，通过第二开关)
219接收(电压信号)
220修正
222提供(PWM信号)
230储存
232确定
234比较
236获知(比较值)

Claims (15)

1.一种用于对机电耗电器(106)的电流进行调节的电路(100)，所述电路包括下列特征：
用于机电耗电器(106)的第一接线端(102)和第二接线端(104)，其中，所述第一接线端(102)能与第一供电电势(112)联接，并且其中，所述第二接线端(104)的电势(114)能借助脉宽调制(PulseWidthModulation，PWM)来改变；以及
测量设施(150)，所述测量设施带有与所述第一接线端(102)联接的第一测量信号输入端(152)和与所述第二接线端(104)联接的第二测量信号输入端(153)，其中，所述测量设施(150)构造用于获知同在所述第一接线端与所述第二接线端(102、104)之间的电势差成比例的测量信号，以便在所述测量信号的基础上调节用于所述机电耗电器(106)的电流。
2.按权利要求1所述的电路(100)，其中，所述第一测量信号输入端(152)经由第一低通滤波器电路(30)与所述第一接线端(102)联接，并且其中，所述第二测量信号输入端(153)经由第二低通滤波器电路(40)与所述第二接线端(104)联接。
3.按权利要求2所述的电路(100)，其中，所述第一低通滤波器电路和所述第二低通滤波器电路(30、40)基本上彼此相同地实施。
4.按前述权利要求中任一项所述的电路(100)，其中，所述脉宽调制借助布置在所述第二接线端(104)与参考电势(116)之间的第一开关(130)来提供。
5.按权利要求4所述的电路(100)，其中，所述第一开关(130)的控制接线端(G1)与所述测量设施(150)的提供PWM信号的第一控制信号输出端(156)联接。
6.按前述权利要求中任一项所述的电路(100)，其中，能通过错误信号激活的第二开关(140)布置在所述第一接线端(102)与参考电势(116)之间，其中，所述第二开关(140)构造用于借助脉宽调制来改变所述第二接线端(104)的电势。
7.按权利要求6所述的电路(100)，其中，所述第二开关(140)具有与所述测量设施(150)的提供所述错误信号的第二控制信号输出端(158)联接的控制接线端(G2)，其中，所述错误信号通过由所述测量设施(150)识别出错误来产生，从而所述第二开关(140)能通过由所述控制接线端(G2)接收错误信号来激活。
8.按权利要求7所述的电路(100)，其中，所述测量设施(150)包括与所述第二接线端(104)联接的、接收电压信号的第三测量信号输入端(154)，其中，所述电压信号具有所述第二接线端(104)的经脉宽调制的电势(114)的周期。
9.按权利要求8所述的电路(100)，其中，所述第三测量信号输入端(154)经由第三低通滤波器电路(50)与所述第二接线端(104)联接。
10.按权利要求9所述的电路(100)，其中，所述第三低通滤波器电路(50)与所述第一低通滤波器电路(30)和所述第二低通滤波器电路(40)基本上相同地实施。
11.按前述权利要求中任一项所述的电路(10)，其中，所述测量设施(150)还包括接收电压信号的另一测量信号输入端(155)，其中，所述电压信号包含关于流过所述机电耗电器(106)的电流的信息。
12.按权利要求11所述的电路(100)，其中，所述测量设施(150)构造用于借助通过所述另一测量信号输入端(155)接收的电压信号来修正同在所述第一接线端(102)与所述第二接线端(104)之间的电势差成比例的测量信号，从而基于修正的测量信号能通过所述测量设施(150)提供所述PWM信号给所述第一开关(130)的控制输入端(G1)，从而能通过所述第一开关(130)调节在所述耗电器(106)上降落的电流。
13.按前述权利要求中任一项所述的电路(100)，其中，所述测量设施(150)包括存储装置(160)，所述存储装置构造用于储存所述机电耗电器(106)的用于与实际耗电器温度相比较的温度模型。
14.按权利要求11所述的电路(100)，其中，所述测量设施(150)还与构造用于确定实际耗电器温度的温度传感器联接，其中，所述测量设施(150)构造用于通过将所述机电耗电器(106)的温度模型与所述实际耗电器温度相比较来获知比较值，从而在所述比较值的基础上能通过所述测量设施(150)提供所述PWM信号给所述第一开关(130)的控制输入端(G1)，从而能通过所述第一开关(130)调节用于所述机电耗电器(106)的电流。
15.一种用于对机电耗电器(106)的电流进行调节的方法(200)，所述方法包括下列特征：
将用于所述机电耗电器(106)的第一接线端(102)与第一供电电势(112)联接(202)；
借助脉宽调制改变(204)用于所述机电耗电器(106)的第二接线端(104)的电势(114)；
获知(206)同在所述第一接线端(102)与所述第二接线端(104)之间的电势差成比例的测量信号；以及
基于所述测量信号调节(208)用于所述机电耗电器(106)的电流。
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