CN108603917B - 用于检测断开负载的方法 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及一种方法，所述方法使得能够确立在包括受操控晶体管操控的电阻性的或电感性的负载的系统中负载断开或负载确实存在的诊断。根据本发明的方法预备测量在由闭合的操控晶体管和负载所形成的分支中的电流的强度，然后相继地将其与正阈值相比较，将其与负阈值相比较，并且最后相对于参考斜率来比较其在时间间隔∆t上为正的或为负的变化，以用于确定负载是否确实存在，或相反地确定是否存在断开负载的情形。本发明特别地被预备用于在汽车领域中实施，以用于使得能够对确立关于断开负载的情形存在与否的可靠诊断进行检测。

Description

用于检测断开负载的方法

本发明涉及一种用于检测“断开负载”情形发生的方法，所述“断开负载”情形对应于其中被由功率电子电路供电的电阻性或电感性负载断开连接的情形，或更宽泛地对应于其中在传输对所涉及的负载进行操控的信号的晶体管的输出与所述负载之间存在开路的情形。

在马达控制应用或任何电机控制应用或一般地无论是电感性还是电阻性的负载的控制的应用的上下文中，能够确定负载是否存在当然是关键的。

本发明在该上下文中涉及一种使得能够改善对如下诊断的确立的管控的方法：所述诊断目的在于在其中操控晶体管闭合——于是在现有技术中谈及“负载导通”，而当操控晶体管断开从而阻止操控信号向所述负载的任何传输的时候谈及“负载断开”——的情况下确定断开负载情形存在与否。

事实上，尤其是在汽车领域中，但是还在其中借助于电子电路——其中在最后，操控晶体管将操控信号传输到负载——来驱动电阻性或电感性的所述负载的其它技术领域中，检测断开负载情形的任何发生的能力是首要的。同样必要的是能够以可靠且迅速的方式实现该诊断。

因此，为了检测电路中的故障（诸如线缆的断裂或负载的断开连接），用于检测断开负载——根据本领域技术人员常用的英语术语的“OpenLoad”（开路负载）——的功能已经被开发。

实际上，根据现有技术，存在探究断开负载的两个情境：

·最常见地，断开负载的探究在“负载导通”下进行。在该情况下，负载被操控，并且寻求启动负载，也就是说使电流在由操控晶体管和负载所形成的分支中通过；

·还可以进行“负载断开”的断开负载的探究：在该情况下，也寻求使电流在负载中通过，但是一方面，它应当涉及非常“小”的电流，其不感应出负载的功能性（这可能是复杂的：尤其是，要被使得流通的电流应当优选地至少大于接触部的脱氧电流），并且另一方面，这需要附加电路的存在，所述附加电路包括外部电流源以用于生成所述小电流。

在这两种情况下，如果足够的电流有效地在负载中流通，并且因此在由操控晶体管和负载所形成的分支中流通，则可以确立存在负载的诊断。在相反的情况下，可能的是存在断开负载的情形。

在本发明的范围中，所提出的方法在“负载导通”下实施。

在该情况下，根据现有技术，已知有多种方法用于检测可能的断开负载，所实施的方法取决于负载的类型：电阻性的或电感性的。

在电阻性负载的情况下，操控晶体管是闭合的，寻求使电流在负载中通过。如果在操控晶体管的输出与负载之间测量到电流，并且如果该电流的强度大于预定的正阈值，则那么可以确立如下诊断，根据该诊断不存在断开负载。如果没有检测到任何大于预定的正阈值的强度的电流，则那么可以可能地确立如下诊断，根据该诊断存在断开负载的情形。

在电感性负载的情况下，要花费时间来在由操控晶体管和负载所形成的分支上建立可能的操控电流。由此，有必要在能够确立与可能的断开负载情形有关的诊断之前耐心等待一定的时间。实际上，当闭合操控晶体管的时候，如果负载存在，则它在电子电路中放电。如果操控晶体管断开，则负载在寄生或续流（de roue libre）二极管中放电。结果，如果当闭合所述操控晶体管的时候检测到在操控晶体管和负载之间的电流的方向的反转，则那么可以确立诊断，根据该诊断存在负载。相反，如果负载不存在（负载断开），则那么当操控晶体管断开的时候负载不在二极管中放电并且不能检测到电流的任何反转，从而使得能够确立断开负载的诊断。

第一方法——其在于寻求测量大于预定的正阈值的强度的电流——在电阻性负载的情况下足够有效。相反，如果涉及电感性负载，则对于确立有确信的诊断来说必要的时间是不利的，因为一般有必要在实施负载控制的时候立即或尽可能最快地认识到负载的断开与否的状态。

该矛盾在现有技术中引起许多不良的检测：断开的负载因此可能被诊断为如此：负载很好地存在，对于确立大于预定的正阈值的强度的电流来说必要的时间经证明为对于负载控制而言是太长的。

此外，在由操控晶体管和电感性负载所形成的分支中建立电流的时间中，可能的是：负载的控制已经使操控电流的方向反转，使得在检测到大于预定的正阈值的强度的电流之前所必需的时间可能甚至更多。

为了缓解该不便，多种方法已经被开发，并且属于最近的现有技术。为了限制对于确立断开负载的诊断而言必要的时间，这些技术预备在负载控制上施加影响，以用于以如下方式迫使它操控负载：所述方式使得能够更迅速地确立诊断。否则，通常需要——在应用的观点上潜在地长时间地——等待负载控制生成如下操控：所述操控使得能够处于允许确立断开负载诊断的条件中。

在于寻求测量大于预定的正阈值的强度的电流以便确立断开负载的诊断的该已知原理的重大不便因此在于：对于获得可靠的诊断的确立而言必需的大量时间和/或在通常由负载控制所生成的操控上施加影响以用于更迅速地获得使得能够确立这样的诊断的条件的必要性。

在电感性负载的情况下在于在操控晶体管的闭合/断开期间检测在由所述操控晶体管和负载所形成的分支上的电流的反转的第二类别的已知技术实施起来更复杂并且此外总是导致在能够确立可靠的诊断之前的潜在地长的时间。事实上，有必要的是负载被很好地充电以便当在使操控晶体管断开之后闭合所述操控晶体管的时候能够检测到其放电，并且因此检测到电流的反转。

否则，负载的检测是不可能的。此处同样地，因此有必要在确立可靠的诊断之前已经获得足够长的操控晶体管的闭合时间以用于使得能够对负载充电。

已知的解决方案如在先前的情况下那样在于等待必要的时间或在负载控制上施加影响。

因此存在对于如下方法的需要：所述方法由适配的装置实施，目的在于迅速地并且在不影响负载控制的情况下检测断开负载的情形。更确切地，根据本发明的方法目的在于使得能够迅速并且在不影响负载控制的情况下确立与断开负载的情形的存在与否有关的可靠的诊断。

为此，本发明的目的在于一种用于检测断开负载的方法，其用于提供诊断，根据所述诊断，在包括功率电子电路的系统中在给定时刻存在断开负载的情形或者不存在断开负载的情形，所述功率电子电路包括至少一个操控晶体管以用于确保操控电流向负载的传输，所述晶体管在闭合的定位上与所述负载形成分支，所述方法目的在于为了确立诊断而检测在所述分支上在所述晶体管和所述负载之间的断路的可能的存在，或者检测负载的断开连接，所述方法包括如下步骤，其中所述操控晶体管是闭合的：

i. 在时刻T处测量在由操控晶体管和负载所形成的分支上电流的强度，

ii. 将所测量的电流的强度与预定的第一正阈值进行比较，并且如果所测量的电流的强度大于第一正阈值，则提供诊断，根据该诊断在时刻T处不存在断开负载的情形；否则，方法通过步骤iii继续，

iii. 将所测量的电流的强度与预定的第二负阈值进行比较，并且如果所测量的电流的强度小于第二负阈值，则提供诊断，根据该诊断在时刻T处不存在断开负载的情形；否则方法通过步骤iv继续，

iv. 在所测量的电流的强度在时刻T处介于第二负阈值和第一正阈值之间的情况下，在稍后的时刻T+ΔT处测量在由操控晶体管和负载所形成的分支上的电流的强度，

v. 计算在时刻T和时刻T+ΔT之间所测量的电流的强度的变化ΔI，其为正的或负的，

vi. 将比值

的绝对值与参考斜率进行比较，并且

vii. 如果比值

的绝对值大于参考斜率，则提供诊断，根据该诊断在时刻T处不存在断开负载的情形；否则提供诊断，根据该诊断在时刻T处存在断开负载的情形。

因此，根据本发明的方法使得能够以迅速且可靠的方式并且在没有必要影响负载控制的情况下确立与断开负载的情形的存在与否有关的诊断。

根据实施例，步骤iv包括初始子步骤，所述初始子步骤在于将自从对操控晶体管的闭合的上一次操控以来经过的时间与对于闭合所述操控晶体管而言必要的时间进行比较，并且如果所述经过的时间小于对于闭合操控晶体管而言必要的时间，则提供信息，根据该信息，没有能够实现任何诊断，并且否则继续步骤iv。

根据实施例，在步骤i结束时，如果所测量的电流的强度大于功率电子电路的限制电流，则提供诊断，根据该诊断在时刻T处不存在断开负载的情形。

根据实施例，在步骤i结束时，如果所测量的电流的强度大于由负载或由功率电子电路所支持的最大电流的强度，使得所述测量的电流对应于过电流，则提供诊断，根据该诊断在时刻T处不存在断开负载的情形。

根据实施例，根据本发明的方法包括步骤viii，所述步骤viii在于提供信息，根据该信息，如果在前述步骤之一处没有提供任何诊断，则没有能够实现任何诊断。

根据实施例，负载是电阻性负载。

根据实施例，负载是电感性负载。

本发明的目的还在于一种直流马达的操控系统，其包括功率电子电路，所述功率电子电路包括操控晶体管，所述操控晶体管能将操控信号传输给所述直流马达，所述系统此外包括：用于测量在由操控晶体管和马达所形成的分支上的电流的强度的装置；以及比较装置，其被适配用于实施诸如上文中简要描述的方法。

本发明的目的还在于一种机动车辆，其包括至少一个直流马达，其包括诸如上文中简要描述的直流马达的操控系统。

根据实施例，直流马达是喷射器，其在于由螺线管构成的电感性负载。

在阅读随后的描述时，本发明将被更好地理解，所述描述仅仅是作为示例给出的，并且参考随附附图，在附图中：

-图1表示示出根据本发明的用于检测断开负载的方法的步骤的示图；

-图2表示根据本发明的使得能够实施用于检测断开负载的方法的电子电路的示例的原理示意图。

应当注意到各图以详细的方式展现了本发明以用于使得能够从中进行实施，所述各图当然还能够用于更好地限定本发明。

提出本发明主要是为了用于在集成于机动车辆中的系统中检测断开的负载的应用。然而，本发明目的还在于其它的应用，尤其是为了在任何类型的应用中检测断开的负载，以用于使得能够确立在包括对电阻性或电感性负载、尤其是直流小马达进行操控的电子电路的系统中存在负载或负载断开的诊断。

参照图1，本发明目的在于改善对如下的诊断的确立的管控：所述诊断与在其中功率电子电路生成最后经由通过线缆连到电阻性或电感性负载的操控晶体管而被传输到所述负载的操控信号的系统中断开负载情形的存在与否有关。

实际上，所述操控晶体管在所考虑的电路中可以是独特的，或者可以是如下的操控晶体管：所述操控晶体管除了其它方面之外还能例如在H桥中将操控信号传输到所述负载。

用于把与操控信号对应的电流传输到负载的操控晶体管与所述负载一起形成分支。

在本发明的范围中，期望在“负载导通”的上下文中、也就是说在其中给出操控晶体管的闭合操控的上下文中确立断开负载的诊断，以用于使得能够测量在所述分支中以及因此在负载中流通的电流的强度，如果所述负载确实存在的话。

如在图1的示图中示出的，基于对在由操控晶体管和负载所形成的分支中流通的电流的强度的一个或多个测量来相继地实现多个测试。

在其处要求确立关于可能的断开负载情形的诊断的时刻t时，测量（MES1）由操控晶体管和负载所形成的分支中的电流的强度。

将该电流与预定的第一正阈值进行比较（CP1）.

于是实施第一测试TEST1：如果在时刻t处所测量的电流的强度大于预定的正阈值，则确立诊断DIAG1，根据该诊断DIAG1，负载确实存在。测量（MES1）电流、将其与第一正阈值进行比较（CP1）以及在电流强度大于正阈值的情况下确立负载存在的诊断DIAG1的这些步骤与现有技术一致。

根据本发明，在其中在由操控晶体管和负载所形成的分支中所测量的电流的强度不大于正阈值的情况下，预备与预定的第二阈值的新的比较（CP2），所述预定的第二阈值此次为负，以用于考虑负载正在运转当中——例如对于马达而言，在反方向上旋转——的可能性。

于是实施第二测试TEST2：如果在时刻t处所测量的电流的强度小于预定的负阈值，也就是说也是负的并且在绝对值上大于预定的负阈值，则确立诊断DIAG1，根据该诊断DIAG1负载确实存在。

在相反的情况下，如果在时刻t处测量的在由操控晶体管和负载所形成的分支中的电流的强度事实上介于第二负阈值和第一正阈值之间，则本发明预备实现在稍微在时刻t之后的时刻t+Δt处对同一分支中的电流的强度的第二测量（MES2），以便测量分支中的电流强度根据时间的变化。

于是执行对在时刻t和时刻t+Δt之中以及所测量的强度的变化Δi之间的比值的计算（CAL），然后实现在该比值与参考斜率之间的比较（CP3）。

以此方式，通过比值

来对在分支中测量的电流的强度根据时间的演进——无论所述演进是正的还是负的——进行体现的斜率被与预定的参考斜率比较。如果比值

在绝对值上大于参考斜率，则那么这意味着分支中的电流的强度以示出负载存在的方式演进。

因此，如果比较TEST3示出比值

大于参考斜率，则确立诊断DIAG1，根据该诊断DIAG1负载确实存在。

在相反的情况下，如果比较TEST3示出比值

小于参考斜率，则确立诊断DIAG2，根据该诊断DIAG2，存在断开负载的情形。

此外明确的是：在测量（MES1）步骤之后，根据本发明的方法可以预备如下：如果所测量的电流的强度大于电子电路或负载的限制电流，或者如果所测量的电流的强度相似于所考虑的系统的上下文中的过电流，则那么直接确立诊断DIAG1，根据该诊断DIAG1负载确实存在。

此外，在其中没能实现任何诊断的情况下，方法预备提供信息，根据该信息，没有能够确立任何诊断。

特别地，根据按本发明的方法的实施方式，可以预备测量自从对操控晶体管的闭合的上一次操控以来经过的时间，并且如果该时间小于对于所述晶体管完成其闭合而言必要的时间，则那么方法预备提供信息，根据该信息，没有能够确立任何诊断。

图2示出使得能够实施根据本发明的方法的电子电路的实现示例。

因此，CTRL组件负责确立并且提供系统中负载断开或负载确实存在的诊断，或者提供信息，根据该信息，没有能够确立任何诊断。

根据所表示的实施例，比较器COMP4首先负载验证自从对操控晶体管的闭合的上一次操控以来经过的时间确实大于对于所述晶体管完成其闭合而言必要的时间。

然后，通过监控电阻RI，测量在由操控晶体管和负载（未表示）所形成的分支中的电流的强度，并且该信息被经由电容C1“存储”。

比较器COMP1和COMP2相继地实现与第一正阈值和与第二负阈值的比较，如先前已经描述的那样。如果所测量的电流的强度介于第二负阈值与第一正阈值之间，则在稍微在时刻t之后的时刻t+Δt处重新被测量在由操控晶体管和负载所形成的分支中的电流的强度在，并且该信息被经由电容C2“存储”。

在借助于经适配的组件DELTA_I计算了电流在时间间隔Δt期间的变化Δi之后，经由比较器COMP3将该变化Δi与参考斜率进行比较。如果比值

大于预定的参考斜率，则那么分支中的电流的变化被认为使得能够确立诊断DIAG1，根据该诊断DIAG1负载确实存在。

在相反的情况下，如果比值

小于参考斜率，则确立诊断DIAG2，根据该诊断DIAG2，存在断开负载的情形。

此外，根据在图2中作为说明而表示的实施例，被通过在图中由箭头SW_CT符号表示的经适配的组件控制的开关SW1和SW2使得能够在适当的时刻利用与在时刻t处测量的电流的强度成比例的电压来对电容C1充电，然后利用与在时刻t+∆t处测量的电流的强度成比例的电压来对电容C2充电，并且最后在必要的情况下，计算电流变化∆i及其与参考斜率的比较。

明确的是图2中所表示的电路作为这样使得能够测量在分支中的电流的强度的正的变化。然而，附加的比较器的添加——这样的添加在本领域技术人员的范围内——使得能够测量电流的强度的负的变化，以便以最优的方式实施根据本发明的方法。

因此，本发明此外目的在于一种用于操控直流马达的系统，其集成了能实施前述方法的该类型的电子电路。

总而言之，本发明涉及一种方法，所述方法使得能够确立在包括由操控晶体管操控的电阻性的或电感性的负载的系统中负载断开或负载确实存在的诊断。

根据本发明的方法预备测量在由闭合的操控晶体管和负载所形成的分支中的电流的强度，然后相继地将其与正阈值相比较、将其与负阈值相比较、并且最后将其在时间间隔∆t上的、或者是正或者是负的变化相对于参考斜率进行比较，以用于确定负载是否确实存在，或者相反地确定是否存在断开负载的情形。

本发明特别地被预备用于在汽车领域中实施，以用于使得能够确立关于断开负载的情形存在与否的可靠的诊断，这典型地是在电感性负载的控制情境中（所述电感性负载诸如机动车辆的马达的喷射器（其典型地由螺线管构成）），又或在例如对空气进入的节气门进行操控的直流马达的控制的情境中。

此外明确的是本发明不限制于上述示例并且能够有对于本领域人员可获得的众多变形。

Claims (10)

1.一种用于检测断开负载的方法，其用于提供诊断，根据该诊断，在包括功率电子电路的系统中在给定时刻存在断开负载的情形或者不存在断开负载的情形，所述功率电子电路包括至少一个操控晶体管以用于确保操控电流向负载的传输，所述晶体管在闭合的定位上与所述负载形成分支，所述方法目的在于为了确立诊断而检测在所述分支上在所述晶体管和所述负载之间的断路的可能的存在，或者检测负载的断开连接，所述方法包括如下步骤，其中所述操控晶体管是闭合的：

i. 在时刻T处测量在由所述操控晶体管和所述负载所形成的分支上电流的强度，

ii. 将所测量的电流的强度与预定的第一正阈值进行比较，并且如果所测量的电流的强度大于第一正阈值，则提供诊断，根据该诊断在时刻T处不存在断开负载的情形；否则，所述方法通过步骤iii继续，

iii. 将所测量的电流的强度与预定的第二负阈值进行比较，并且如果所测量的电流的强度小于第二负阈值，则提供诊断，根据该诊断在时刻T处不存在断开负载的情形；否则，所述方法通过步骤iv继续，

iv. 在所测量的电流的强度在时刻T处介于第二负阈值和第一正阈值之间的情况下，在稍后的时刻T+ΔT处测量在由所述操控晶体管和所述负载所形成的分支上的电流的强度，

v. 计算在时刻T和时刻T+ΔT之间所测量的电流的强度的变化ΔI，其为正的或负的，

vi. 将比值

的绝对值与参考斜率进行比较，并且

vii. 如果比值

的绝对值大于参考斜率，则提供诊断，根据该诊断在时刻T处不存在断开负载的情形；否则提供诊断，根据该诊断在时刻T处存在断开负载的情形。

2.根据权利要求1所述的用于检测断开负载的方法，其特征在于步骤iv包括初始子步骤，所述初始子步骤在于将自从对所述操控晶体管的闭合的上一次操控以来经过的时间与对于闭合所述操控晶体管而言必要的时间进行比较，并且

如果所述经过的时间小于对于闭合所述操控晶体管而言必要的时间，则提供信息，根据该信息，不实现任何诊断；以及

如果所述经过的时间不小于对于闭合所述操控晶体管而言必要的时间，则继续步骤iv。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的用于检测断开负载的方法，其特征在于在步骤i结束时，如果所测量的电流的强度大于所述功率电子电路的限制电流，则提供诊断，根据该诊断在时刻T处不存在断开负载的情形。

4.根据权利要求1和2中任一项所述的用于检测断开负载的方法，其特征在于在步骤i结束时，如果所测量的电流的强度大于由所述负载或由所述功率电子电路所支持的最大电流的强度，使得所述测量的电流对应于过电流，则提供诊断，根据该诊断在时刻T处不存在断开负载的情形。

5.根据权利要求1和2中任一项所述的用于检测断开负载的方法，其特征在于所述方法包括步骤viii，所述步骤viii在于提供信息，根据该信息，如果在前述步骤之一处没有提供任何诊断，则没有能够实现任何诊断。

6.根据权利要求1和2中任一项所述的用于检测断开负载的方法，其特征在于所述负载是电阻性负载。

7.根据权利要求1至2中任一项所述的用于检测断开负载的方法，其特征在于所述负载是电感性负载。

8.一种直流马达的操控系统，其包括功率电子电路，所述功率电子电路包括操控晶体管，所述操控晶体管能将操控信号传输给所述直流马达，其特征在于，所述系统包括：用于测量在由所述操控晶体管和所述马达所形成的分支上的电流的强度的装置；以及比较装置（COMP1、COMP2、COMP3），其被适配用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

9.一种机动车辆，其包括至少一个直流马达，其特征在于它包括根据权利要求8所述的直流马达的操控系统。

10.根据权利要求9所述的机动车辆，其特征在于所述直流马达是喷射器，其在于由螺线管构成的电感性负载。

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