CN111465867B - 用于检验用于操控负载的输出级的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检验用于操控负载的输出级的方法，其中输出级为了操控负载能够切换到第一开关状态（200）中或到第二开关状态中，其中在第一开关状态（200）中能够执行对第一故障状态的检验（210）和其中在第二开关状态中能够执行对第二故障状态的检验，其中如果输出级在第一开关状态中运行（200），输出级在第一操控持续时间中被切换（221）到第二开关状态中，执行（222）对第二故障状态的检验并且输出级在第一操控持续时间之后又被切换（227）回到第一开关状态中，和/或其中如果输出级在第二开关状态中运行，输出级在第二操控持续时间中被切换到第一开关状态中，执行对第一故障状态的检验并且输出级在第二操控持续时间之后又被切换回到第二开关状态中。

Description

用于检验用于操控负载的输出级的方法

技术领域

本发明涉及用于检验用于操控负载的输出级的方法以及用于执行所述方法的计算单元和计算机程序。

背景技术

用于操控负载的电路装置可以具有高压侧支路或低压侧支路。借助所谓的高压侧开关可以将与地连接的负载与供电电压源连接或与所述供电电压源分离。而借助低压侧开关可以将与供电电压连接的负载与地连接或与所述地分离。为此目的，开关晶体管可以被设置为对应的开关，例如MOSFET晶体管。

这种电路装置常常应用于机动车领域中。例如，在机动车中可以设置有负载，所述负载可以通过输出级中的低压侧开关由控制设备操控。这种负载例如可以被用于机动车的车辆功能、如用于喷油（Einspritzung）、供暖、前或后窗玻璃加热、通风、空调、室内照明等等。

常常这种输出级除了操控负载之外也被用于识别负载的故障状态。作为这种故障状态，可以存在线缆断裂、即未连接的负载（英语Open Load（开路负载）），即通往负载的线路中断。负载在此情况下例如未与对应的高压侧开关或低压侧开关连接。作为故障状态，也可以存在负载与地或与供电电压源的短路。

发明内容

根据本发明提出具有独立权利要求的特征的用于检验用于操控负载的输出级的方法以及用于执行所述方法的计算单元和计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求以及随后的描述的主题。

输出级尤其被设置为用于操控负载的电路装置。适宜地，输出级具有一个或多个开关，所述开关分别尤其构成为开关晶体管，例如构成为MOSFET。输出级可以构成为具有高压侧支路或高压侧开关的高压侧输出级，以便将与地连接的负载与供电电压源连接或与该供电电压源分离。替代地或附加地，输出级可以构成为具有低压侧支路或低压侧开关的低压侧输出级，尤其以便将与供电电压连接的负载与地连接或与地分离。

输出级可以为了操控负载而被切换到第一开关状态中或第二开关状态中。尤其，输出级可以在所述开关状态中的一个开关状态中是激活的或接通的并且在另一开关状态中是禁用的或截止的。视输出级的开关状态而定，负载在此例如可以要么被激活或被操控要么被禁用或未被操控。

在第一开关状态中，可以执行对第一故障状态的检验。在第二开关状态中可以执行对第二故障状态的检验。这种故障状态尤其是对电池短路、对地短路或线缆断裂（英语Open Load）。如果输出级切换在第一开关状态中，则在此尤其并不容易地可能的是，执行对第二故障状态的检验。反之亦然，如果输出级在第二开关状态中运行，则不能容易地执行对第一故障状态的检验。

如果输出级在第一开关状态中运行，则输出级在预先给定的和/或可预先给定的第一操控持续时间中切换到第二开关状态中并且执行对第二故障状态的检验。在第一操控持续时间之后，输出级又被切换回到第一开关状态中。替代地或附加地，如果输出级在第二开关状态中运行，则以对应的方式将输出级在预先给定的和/或可预先给定的第二操控持续时间中切换到第一开关状态中并且执行对第一故障状态的检验。在第二操控持续时间之后，输出级又被切换回到第二开关状态中。

通过该方法提供如下可能性：与输出级当前在哪个开关状态中运行无关地始终执行对输出级的所有可能的故障状态的检验。如果输出级因此例如在第一开关状态中运行，则在该方法的范围内然而可以以低耗费的不复杂的方式执行对第二故障状态的检验。类似地，如果输出级例如在第二第一开关状态中运行，则可以低耗费地并且不复杂地执行对第一故障状态的检验。尤其因此实现连续地监控或检验输出级。

通过该方法可以及早地识别出故障状态并且可以引入对应的对策，以便消除故障状态并且避免对输出级、负载或其他元件的损害。此外，对于该方法而言尤其不需要附加的硬件或附加的元件，使得不需要输出级的结构上的改造。该方法因此可以以简单的和结构上低耗费的方式在输出级中被实施，例如以便对所述输出级进行改型。

有利地，第一操控持续时间和第二操控持续时间分别被预先给定，使得负载的运行状态不因来回切换而改变。适宜地，这些操控持续时间可以分别被视为并不对负载的运行状态产生影响的持续时间。因此，适宜地保证：输出级的开关状态的转变并不对负载或对负载的操控产生负面影响，并且负载并不不期望地受影响并且尤其并不不期望地被禁用或激活。如果输出级例如在第一开关状态中运行并且负载在该第一开关状态的过程中例如被操控或激活，则适宜地短时间地进行到第二开关状态中的操控，使得负载在此始终保持激活并且未被禁用。如果输出级例如在第二开关状态中运行并且负载在此例如是禁用的，则适宜地短时间地进行到第一开关状态中的操控，使得负载由此不被激活。此外，第一操控持续时间和第二操控持续时间分别被预先给定，使得尤其总系统被置于稳定状态中并且适宜地实现对应的检验的有说服力的鲁棒的诊断结果。尤其，第一操控持续时间和第二操控持续时间分别可以在外部预先给定或参数化。

优选地，输出级借助具有第一脉冲宽度或脉冲持续时间的第一脉冲或测试脉冲在第一操控持续时间中切换到第二开关状态中。替代地或附加地，输出级借助具有第二脉冲宽度或脉冲持续时间的第二脉冲或测试脉冲在第二操控持续时间中切换到第一开关状态中。类似于上述的描述，所述脉冲的脉冲宽度或脉冲持续时间适宜地被预先给定为窄的，使得负载的状态不改变并且负载因此不被无意地操控。此外，脉冲宽度或脉冲持续时间尤其被选择为宽的，使得总系统被置于稳定状态中并且可以获得鲁棒的诊断结果。尤其，第一脉冲宽度或脉冲持续时间和第二脉冲宽度或脉冲持续时间分别可以在外部预先给定或参数化。

优选地，第一故障状态或第二故障状态是对地短路或对电池短路或线路断裂。如开头所解释的那样，在线缆断裂（Open Load）的情况下，通往负载的线路中断，使得负载例如不与输出级的对应的高压侧或低压侧开关连接。

根据一种优选的实施方案，第一开关状态是接通状态并且第一故障状态是对地短路。第二开关状态优选地是关断状态并且第二故障状态是对电池短路和/或线缆断裂。尤其，仅仅在输出级截止或禁用时才能执行对电池短路和/或线缆断裂的检验。尤其仅仅在输出级有效（aktiv）时才能执行对地短路的检验。如果输出级因此在接通的有效状态中运行，则在该方法的范围内优选地在对应的预先给定的操控持续时间中转变到禁用状态中，以便执行对电池短路和/或线缆断裂的检验。如果输出级在关断的禁用状态中运行，则有利地在该方法的范围内在对应的预先给定的操控持续时间中转变到激活状态中，以便执行对地短路的检验。

易于理解的是，在不限制一般性的情况下优选地第二开关状态也可以是接通状态并且第一开关状态也可以是关断状态。因此优选地第二故障状态可以是对地短路并且第一故障状态可以是对电池短路和/或线缆断裂。

优选地，在检验第一故障状态和/或第二故障状态的过程中确定并且评估分压器上的电压和/或执行过电流监控。如上面所解释的那样，尤其仅仅在输出级截止或禁用时才能执行对电池短路和/或线缆断裂的检验。该检验尤其基于对输出级输出端处的诊断分压器的评估。尤其，为此目的确定并且评估这种分压器上的电压，尤其经受阈值比较。对地短路的检验尤其仅仅在输出级有效时才能执行。尤其，过电流监控可以被用于该检验。

例如在DE102016204806A1中描述了用于探测在输出级中的故障的可能性，关于更详细的细节参考该文献。

有利地，输出级使用在机动车中，尤其使用在机动车的控制设备中。尤其，输出级在此被用于操控机动车功能。因此，负载例如可以被用于机动车的车辆功能、如用于喷油、供暖、前或后窗玻璃加热、通风、空调、室内照明等等。

本发明特别有利地可以应用在感性负载中，因为这些负载具有一定的电惯性并且仅仅时延地跟随操控信号的改变。因此，操控信号的短时间转换这里并不对负载的运行状态（例如电磁执行器激活）产生影响。

本发明特别有利地也可以应用在阻性热负载中，因为这些负载同样具有一定的电惯性并且仅仅时延地跟随操控信号的改变。因此，操控信号的短时间转换并不对负载的运行状态（例如供暖热）产生影响。

根据本发明的计算单元、例如机动车的控制设备尤其以编程技术被配置用于执行根据本发明的方法。

该方法以计算机程序形式的实施也是有利的，因为这引起特别小的成本，尤其在执行的控制设备还被用于其他任务并且因此总归存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁、光学和电存储器、诸如硬盘、闪速存储器、EEPROM、DVD以及其他等等。经由计算机网络（互联网、内部网等）下载程序也是可能的。

本发明的其他的优点和设计方案从说明书和所附的附图中得出。

借助附图中的实施例示意性地示出了本发明并且在下文中参照附图描述本发明。

附图说明

图1a和1b示意性地分别示出用于操控负载的输出级，在根据本发明的方法的优选的实施方式的过程中可以检验所述输出级的故障状态。

图2和3作为框图分别示意性地示出根据本发明的方法的优选的实施方式。

具体实施方式

在图1a中示意性地示出了用于操控负载102的输出级电路100，在根据本发明的方法的优选的实施方式的过程中可以检验所述输出级的故障状态。

例如，输出级100和负载102可以使用在机动车中。输出级在此尤其可以集成到机动车的控制设备中。负载102例如可以构成为后窗玻璃加热装置形式的阻性热负载并且输出级100或对应的控制设备可以被设置用于操控后窗玻璃加热装置。

负载102连接在输出级100的电路端子101上并且此外与地连接。供电电压源104、例如具有12V的电压值的机动车电池连接在输出级100的电势端子103上。

输出级100在此示例中被设置为高压侧输出级，以便将电路端子101并且因此将负载102与供电电压源104连接或将电路端子101并且因此将负载102与供电电压源104彼此分离。

为此目的，输出级100具有开关110，该开关构成为具有控制端子或栅极端子111、源极端子112和漏极端子113的MOSFET。该开关可以经由控制端子111借助控制信号114来操控，所述控制信号可以在输出级100的控制输入端115上接收。

易于理解的是，输出级100还可以具有其他元件、例如电容器或缓冲电容器。

输出级100也可以构成为低压侧输出级，以便将负载102与地连接。对应的低压侧输出级102示意性地在图1b中示出，其中在图1a和1b中相同的附图标记表示相同或结构相同的元件。

负载102在此在图1b的示例中连接在电路端子101与供电电压源104之间。电势端子103与地连接。开关110因此用于将电路端子101并且因此将负载102与地连接或将电路端子101并且因此将负载102与地彼此分离。

在根据本发明的方法的优选的实施方式的范围内，执行对输出级的故障状态的检验，所述方法在图2中示意性地作为框图示出。

后续的解释纯粹示例性地涉及如在图1a中示出的高压侧输出级，但是以类似的方式和方法也适用于如在图1b中所示出的低压侧输出级。

输出级100在步骤200中在第一开关状态中有效地运行，即通过对应的控制信号114使开关110闭合，以便将负载102与供电电压源104连接。

在该第一有效开关状态中，可以执行对负载102对地短路的检验210。为此目的，执行过电流监控。在此，在步骤211中检测输出级100中的电流强度值，并且在步骤212中与允许的最大值进行比较。如果检测到的电流强度值位于最大值之下，则在步骤215中评价：不存在对地短路。

而如果检测到的电流强度值超过最大值，则在步骤213中评价：存在对地短路，并且在步骤214中执行对应的故障措施，例如在控制设备中可以创建故障记录并且可以经由机动车的车载计算机输出警告消息。

在输出级100的第一有效开关状态中，并不是容易地可能的是，执行对负载102对电池104的短路或对线缆断裂的检验。因此，在该方法的范围内如下执行对这两个故障状态的检验220。

在步骤221中，输出级100在第一操控持续时间中从第一有效开关状态被切换到第二禁用开关状态中。为此目的，将对应的控制信号114以第一脉冲宽度的第一测试脉冲的形式施加到控制输入端115上，使得开关110在第一操控持续时间中断开并且将负载102与供电电压源104分离。

于是，在步骤222中确定输出级输出端上的分压器的电压值并且在步骤223中与阈值进行比较。根据比较结果要么在步骤224中评价：存在对电池短路和/或线缆断裂，要么在步骤226中评价：这两个故障状态中的任何一个都不存在。

类似于步骤214，在所识别出的故障状态中在步骤225中执行对应的措施，例如创建故障记录并且输出警告消息。如果在步骤226中评价：这两个故障状态中的任何一个都不存在，则输出级在第一操控持续时间到期之后在步骤227中又被激活并且开关110又被闭合。

如果输出级并不如在步骤200中那样在第一激活开关状态中运行，而是在第二禁用开关状态中运行，如随后关于图3所解释的那样，图3类似于图2示意性地作为框图示出根据本发明的方法的优选的实施方式，则在本方法的范围内检验输出级100的故障状态同样是可能的。

后续的解释也纯粹示例性地涉及高压侧输出级，但是也应以类似的方式和方法适用于低压侧输出级。

在步骤300中，输出级100在第二禁用开关状态中运行，开关110因此是断开的并且负载104与供电电压源104分离。

在第二禁用开关状态中，可以执行对负载102对电池104短路或对线缆断裂的检验310。在此，在步骤311中类似于步骤222确定输出级输出端上的分压器的电压值并且在步骤312中与阈值进行比较。根据比较结果要么在步骤313中评价：存在对电池短路和/或线缆断裂，或者在步骤315中评价：所述故障状态中的任何一个都不存在。在所识别出的故障状态中，在步骤314中作为故障措施创建故障记录并且输出警告消息。

由于在输出级100的第二禁用开关状态中不能容易地执行对地短路的检验，所以在本方法的范围内如下执行对该故障状态的检验320。

在步骤321中，输出级110在第二操控持续时间中被切换到第一开关状态中，其方式是：将对应的控制信号114以第二脉冲宽度的第二测试脉冲的形式施加到控制输入端115上，使得开关110在第二操控持续时间中被闭合并且负载102与供电电压源104连接。

于是，通过如下方式执行过电流监控：在步骤322中检测输出级100中的电流强度值并且在步骤323中与允许的最大值进行比较。如果检测到的电流强度值超过最大值，则在步骤324中评价：存在对地短路，并且在步骤325中创建故障记录并且输出警告消息。

如果检测到的电流强度值位于最大值之下，则在步骤326中评价：不存在对地短路。在第二操控持续时间之后，输出级100在步骤327中又被切换到第一开关状态中并且开关110又被断开。

Claims (10)

1.一种用于检验用于操控负载(102)的输出级(100)的方法，

其中所述输出级(100)为了操控所述负载(102)能够切换到第一开关状态(200)中或切换到第二开关状态(300)中，

其中在所述第一开关状态(200)中能够执行对第一故障状态的检验(210)并且其中在所述第二开关状态(300)中能够执行对第二故障状态的检验(310)，

其中如果所述输出级(100)在所述第一开关状态中运行(200)，所述输出级(100)在第一操控持续时间中被切换(221)到所述第二开关状态中，执行(222)对所述第二故障状态的检验，并且所述输出级(100)在所述第一操控持续时间之后又被切换(227)回到所述第一开关状态中，和/或

其中如果所述输出级(100)在所述第二开关状态中运行(300)，所述输出级(100)在第二操控持续时间中被切换(321)到所述第一开关状态中，执行(322)对所述第一故障状态的检验，并且所述输出级在所述第二操控持续时间之后又被切换(327)回到所述第二开关状态中，

其中所述第一操控持续时间和所述第二操控持续时间分别被预先给定，使得所述负载(102)的状态在所述第一操控持续时间期间和在所述第二操控持续时间期间不改变，其中所述第一操控持续时间和/或所述第二操控持续时间分别在外部被预先给定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

所述输出级(100)借助具有第一脉冲宽度的第一脉冲在所述第一操控持续时间中被切换(221)到所述第二开关状态中，和/或

所述输出级借助具有第二脉冲宽度的第二脉冲在所述第二操控持续时间中被切换(321)到所述第一开关状态中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一故障状态或所述第二故障状态是对地短路或对电池短路或线路断裂。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一开关状态是接通状态，所述第二开关状态是关断状态，所述第一故障状态是对地短路并且所述第二故障状态是对电池短路和/或线缆断裂。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中在检验所述第一故障状态和/或所述第二故障状态的过程中确定并且评估(222，223，311，312)分压器上的电压和/或执行(211，212，322，323)过电流监控。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述输出级(100)被使用在机动车中。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述输出级(100)被使用在机动车的控制设备中。

8.一种计算单元，所述计算单元被配置用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。

9.根据权利要求8所述的计算单元，其中第一脉冲宽度和/或第二脉冲宽度能够在外部预先给定。

10.一种机器可读的存储介质，所述存储介质具有存储在其上的计算机程序，当所述计算机程序在计算单元上被实施时，所述计算机程序促使所述计算单元执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。