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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einheit zum Erfassen einer physikalischen
Größe und insbesondere
eine Einheit zum Erfassen eines hydraulischen Drucks, welche eine
Fehlerdiagnosefunktion bezüglich
einer fehlerhaften Versorgungsspannung aufweist.
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Stand der
Technik
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Ein
an einem Fahrzeug angebrachtes hydraulisches Bremssystem ist gewöhnlich mit
einem Drucksensor versehen, um einen Druck zu erfassen, der von
dem System verarbeitet wird. Die Drucksensoreinheit weist beispielsweise
eine Anordnung auf, um Druck in einer Bremsleitung durch einen hydraulischen
Drucksensor in ein Spannungssignal zu wandeln und das Spannungssignal über beispielsweise eine
Pufferschaltung und einen Verstärker
an eine externe Steuereinheit wie beispielsweise eine ECU (elektronische
Steuereinheit) auszugeben. Bisher sind eine Mehrzahl von hydraulischen
Drucksensoren in demselben Bremsleitungssystem angeordnet worden,
um eine Zuverlässigkeit
der Drucksensoreinheit bezüglich
der Erfassung zu verbessern. Unter den Spannungen von jedem hydraulischen
Drucksensor werden die Spannungsdifferenzen erfasst, um die Differenzen
durch eine externe Steuereinheit mit einem vorbestimmten Wert zur
Fehlerdiagnose des hydrauli schen Bremssystems zu vergleichen. Demgegenüber besteht
ein aktueller Bedarf an einer Drucksensoreinheit mit einer Fehlerdiagnosefunktion,
welche bezüglich
der Mehrzahl von hydraulischen Drucksensoren die gleiche Höhe eines
Erfassungsvermögens
aufweist. Als eine der oben vorgestellten Drucksensoreinheiten ist
bisher eine Drucksensoreinheit mit einer Fehlerdiagnosefunktion
hergestellt worden, um eine Trennung einer Verkabelung bzw. eines
Kabelbaums (gewöhnlich
für eine Versorgungsleitung,
eine Signalleitung und eine Erdungsleitung), welche die Drucksensoreinheit
und die externe Steuereinheit verbindet, und einen fehlerhaften
Kontakt an der Verkabelung (z.B. verknüpfendes Verbindungsteil, Lötanteil)
zu erfassen. In der Drucksensoreinheit ähnlich der obigen Beschreibung kann
eine Anordnung ähnlich
der nachstehenden sein. Es wird beispielsweise die Spannungsdifferenz zwischen
der Versorgungsleitung und der Erdungsleitung überwacht. Fällt die Differenz unter einen
vorbestimmten Wert, wird die externe Steuereinheit bezüglich eines
Störereignisses
informiert, indem die Ausgangsspannung der Sensoreinheit als ein
Störsignal
von einem normalen Ausgangsspannungsbereich aus dem normalen Bereich
heraus gezielt verschoben wird. Fällt die Spannungsdifferenz
unter den vorbestimmten Wert, ist es bei dieser Anordnung jedoch
unmöglich,
die Ursache des Spannungsabfalls aufzuklären, und zwar, ob der Abfall
aufgrund des Spannungsabfalls der Versorgungsleitung (durch Erhöhung der
Versorgungsleitungsimpedanz) oder aufgrund der Spannungserhöhung der
Erdungsleitung (durch Erhöhung
der Erdungsleitungsimpedanz) bewirkt wird. Wird das Störsignal
entweder auf eine Oberspannungsseite oder eine Unterspannungsseite eingestellt,
führt dies
dazu, dass das Störsignal
in einen normalen Ausgangsspannungsbereich des Drucksensors fällt, was
dazu führt,
dass eine Bewertung, ob die Störung
stattgefunden hat oder nicht, unmöglich wird.
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Unter
Berücksichtigung
des obigen Problems ist die nachstehende Sensoreinheit zum Erfassen
einer physikalischen Größe (nachstehend
als Sensoreinheit bezeichnet) geschaffen worden (z.B. JP 2001-183164).
Die Sensoreinheit weist eine Versorgungsüberwachungsschaltung und eine
Oszillatorschaltung auf. Überwacht
wird die Spannungsdifferenz zwischen der Versorgungsleitung und
der Erdungsleitung. Fällt
die Spannungsdifferenz unter einen vorbestimmter Wert, gibt die
Versorgungsüberwachungsschaltung
ein Störsignal
aus und die Oszillatorschaltung nimmt als Reaktion auf das Störsignal den
Betrieb auf und gibt abwechselnd zu vorbestimmten Perioden ein Signal
mit einem hohem Pegel (nachstehend als H-Pegel-Signal bezeichnet) und
ein Signal mit niedrigem Pegel (nachstehend als L-Pegel-Signal bezeichnet)
aus.
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Die
garantierte Betriebsspannung des in der
JP 2001-183164 offenbarten
Sensors zur Erfassung einer physikalischen Größe (nachstehend als Sensor bezeichnet)
liegt bei circa 3V. Wird die Versorgungsspannung unter 3V gesenkt,
wird es für
den Sensor folglich unmöglich,
das Störsignal
auszugeben. Dies führt
dazu, dass ein fehlerhafter Zustand der Versorgungsspannung, welcher
durch einen fehlerhaften Kontakt an einem Verbindungsabschnitt der
Versorgungsleitung und/oder der Erdungsleitung verursacht wird,
nicht in einem großen
Spannungsbereich erfasst werden kann, was zu einer geringeren Zuverlässigkeit
der Fehlerdiagnosefunktion führt.
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Die
vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung des Problems geschaffen
worden, das vorstehend unter Berücksichtigung
des Standes der Technik beschrieben worden ist. Es ist folglich
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensoreinheit zu schaffen,
welche dazu geeignet ist, einen fehlerhaften Zustand der Versorgungsspannung über einen
großen
Spannungsbereich zu erfassen, und demgemäß eine Sensoreinheit vorzusehen,
welche eine derartige Funktion aufweist, dass ein Fehler in der
Einheit in einer zuverlässigen
weise bestimmen werden kann.
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Um
die obige Aufgabe zu erzielen, ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung eine Alarmeinheit vorgesehen, welche in einem elektrischen
System mit einer angelegten Versorgungsspannung enthalten ist, wobei
die Alarmeinheit aufweist: eine erste Spannungsauswerteschaltung,
welche die Versorgungsspannung derart auswertet, dass sie die Versorgungsspannung
mit einer von der Versorgungsspannung unabhängigen Referenzspannung vergleicht,
um dadurch ein Störzustandssignal
auszugeben, wenn die Versorgungsspannung unter einer ersten vorbestimmten
Spannung liegt; eine zweite Spannungsauswerteschaltung, welche in einem
vorbestimmten Spannungsbereich arbeitet, in welchem die erste Spannungsauswerteschaltung
bezüglich
ihres Betriebes unempfindlich ist, wobei die Spannungsauswerteschaltung
die Versorgungsspannung derart auswertet, dass sie die Versorgungsspannung
mit einer oberen Grenze des vorbestimmten Spannungsbereichs vergleicht,
um dadurch das Störzustandssignal
auszugeben, wenn die Versorgungsspannung unter der oberen Grenze liegt,
welche kleiner als die erste vorbestimmte Spannung ist; und eine
Alarmsignalausgabeschaltung, welche ein Alarmsignal als Reaktion
auf das ausgegebene Störzustandssignal
ausgibt.
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Die
Konfiguration gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf alle elektrischen Systeme
an wendbar, welche eine Energie- bzw. Spannungs- bzw. Stromversorgung
aufweisen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Sensoreinheit
vorgesehen, welche in einem elektrischen System mit einer angelegten
Versorgungsspannung enthalten ist, wobei die Sensoreinheit eine
Sensorschaltung aufweist, welche eine physikalische Größe erfasst,
um ein Sensorsignal als Reaktion auf die erfasste physikalische Größe auszugeben,
wobei die Sensoreinheit aufweist: eine erste Spannungsauswerteschaltung,
welche die Versorgungsspannung derart auswertet, dass sie die Versorgungsspannung
mit einer von der Versorgungsspannung unabhängigen Referenzspannung vergleicht,
um dadurch ein Störzustandssignal
auszugeben, wenn die Versorgungsspannung unter einer ersten vorbestimmten
Spannung liegt; eine zweite Spannungsauswerteschaltung, welche in einem
vorbestimmten Spannungsbereich arbeitet, in welchem die erste Spannungsauswerteschaltung
bezüglich
ihres Betriebes unempfindlich ist, wobei die Spannungsauswerteschaltung
die Versorgungsspannung derart auswertet, dass sie die Versorgungsspannung
mit einer oberen Grenze des vorbestimmten Spannungsbereichs vergleicht,
um dadurch das Störzustandssignal
auszugeben, wenn die Versorgungsspannung unter der oberen Grenze liegt,
welche kleiner als die erste vorbestimmte Spannung ist; und eine
Alarmsignalausgabeschaltung, welche eine Alarmsignal als Reaktion
auf das ausgegebene Störzustandssignal
ausgibt.
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Vorzugsweise
weist die Sensoreinheit gemäß dem zweiten
Aspekt ferner eine Ausgangsschaltung auf, die eine Sensorausgangsspannung
in Abhängigkeit
des von der Sensorschaltung ausgegebenen Sensorsignals ausgibt,
wenn die Versorgungsspannung über
der ersten vorbestimmten Spannung liegt, und ebenso die Ausgangsschaltung derart sperrt,
dass diese die Sensorausgangsspannung als Reaktion auf eine Ausgabe
des Störzustandssignals
nicht ausgeben kann, so dass die Alarmsignalausgabeschaltung das
Alarmsignal vorsieht, wenn die Versorgungsspannung kleiner oder gleich
der ersten vorbestimmten Spannung ist.
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Die
Versorgungsspannung fällt
ab, wenn wenigstens entweder die Versorgungsleitung oder die Erdungsleitung, über welche
die Sensoreinheit von einem externen Steuersystem mit Energie versorgt wird,
an einem Verbindungsabschnitt einen fehlerhaften Kontakt aufweist.
Fällt die
Versorgungsspannung unter einen vorbestimmten Wert, wird das Störzustandssignal
von der ersten Spannungsauswerteschaltung ausgegeben, was dazu führt, dass
das Alarmsignal als Reaktion auf das Störzustandssignals von der Ausgangsschaltung
ausgegeben wird. Die erste Spannungsauswerteschaltung weist einen Komparator
auf, um das Störzustandssignal
auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der Versorgungsspannung
und der von der Versorgungsspannung unabhängigen Referenzspannung auszugeben.
Demgemäß wird eine
genaue Auswertung durchgeführt,
ob die Versorgungsspannung unter der vorbestimmten Spannung liegt
oder nicht. Ferner weist das von der Ausgangsschaltung ausgegebene Alarmsignal
mit einer vorbestimmten Spanne eine höhere Spannung als die maximale
Spannung der auf das Sensorsignal reagierenden Sensorausgangsspannung
auf. Das Sensorsignal wird in der Ausgangsschaltung verstärkt. Dies
führt dazu,
dass sich das Alarmsignal deutlich von der Sensorausgangsspannung
unterscheidet, welche von der Ausgangsschaltung ausgegeben wird,
was zu einer genauen Erfassung eines fehlerhaften Zustands der Versorgungsspannung
führt.
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Wird
die Versorgungsspannung andererseits unter die Betriebspannung des
Komparators gesenkt, gibt die zweite Spannungsauswerteschaltung das
Störzustandsignal
als Reaktion auf den Betrieb eines Schaltelements aus, was dazu
führt,
dass das Alarmsignal von der Ausgangsschaltung ausgegeben wird.
Folglich wird ein fehlerhafter Zustand der Versorgungsspannung durch
den Betrieb der ersten Spannungsauswerteschaltung und der zweiten Spannungsauswerteschaltung
in einem großen Spannungsbereich
erfasst. Demgemäß wird eine
zuverlässige
Fehlerdiagnosefunktion zum Erfassen eines fehlerhaften Zustands
der Versorgungsspannung realisiert.
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Vorzugsweise
kann der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Klemmschaltung
aufweisen, welche die Sensorausgangsspannung von der Ausgangsschaltung
bei einem sich von der Alarmsignalspannung unterscheidenden Spannungspegel
festklemmt. Die Klemmschaltung ist dazu ausgelegt, dass ihr Betrieb
stoppt, wenn das Störzustandsignal
ausgegeben wird.
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Die
Klemmschaltung, wird derart eingesetzt, dass sie die maximale von
der Ausgangsschaltung ausgegebene Spannung unterhalb der Spannung des
Alarmsignals mit einer vorbestimmten Spanne festklemmt. Folglich
ist eine eindeutige Erfassung im Hinblick auf die Differenz zwischen
dem Alarmsignal und der auf das Sensorsignal reagierenden, von der Ausgangsschaltung
ausgegebenen Sensorausgangsspannung zu jeder Zeit ausnahmslos erzielt.
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Der
Betrieb der Klemmschaltung wird gestoppt, wenn das Störzustandssignal
ausgegeben wird. Folglich kann eine nachteilige Auswirkung der Klemmschaltung
auf das Alarmsignal vermieden werden.
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Ferner
vorzugsweise ist die Alarmsignalspannung in dem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung eine ge teilte Spannung, welche durch Teilen
einer Ausgangsspannung einer von der Sensoreinheit unabhängigen stabilisierten
Energieversorgung mittels Widerstandsverhältnissen zwischen einem Pull-up-Widerstand
und einer Mehrzahl von Teilerwiderständen in der Ausgangsschaltung
erzeugt wird, wobei der Pull-up-widerstand dazu ausgelegt ist, eine
Signalleitung der Ausgangsschaltung und die stabilisierte Energieversorgung
zu verbinden.
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Die
geteilte Spannung wird als das Alarmsignal ausgegeben, selbst wenn
die Versorgungsspannung einen Wert von fast Null oder nahe Null
annimmt.
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Der
zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dazu geeignet, auf
eine Sensoreinheit angewandt zu werden, welche einen fehlerhaften
Zustand ihrer Versorgungsspannung in einem großen Bereich der Versorgungsspannung
erfasst.
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Dies
führt dazu,
dass ein Alarmsignal, welches einen fehlerhaften Zustand der Versorgungsspannung
anzeigt, in einem. großen
Spannungsbereich der Versorgungsspannung von einem. Nullpegel bis
zu einer vorbestimmten Normalspannung bzw. Normspannung effektive
ausgegeben werden kann. Demgemäß kann eine
Fehlerdiagnosefunktionszuverlässigkeit
einer Sensoreinheit zum Erfassen eines fehlerhaften Zustands der
Versorgungsspannung erhöht
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist aus der nachfolgend gegebenen detaillierten
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung deutlicher ersichtlich, welche jedoch nicht genommen
werden sollten, um die Erfindung auf die bestimmte Ausfüh rungsform
zu beschränken,
sondern lediglich zu dem Zwecke der Erklärung und des Verständnisses
dient.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 ein Blockdiagramm einer
Schaltung von der Ausführungsform;
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2A eine Draufsicht eines
Halbleitersensors von der Ausführungsform;
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2B einen Querschnitt eines
Halbleitersensors von der Ausführungsform
entlang einer Linie A-A aus 2A;
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3 ein Blockdiagramm einer
Drucksensorschaltung von der Ausführungsform;
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4 eine Beziehung zwischen
einem von einen hydraulischen Drucksensor erfassten Druck und einer
von einer Ausgangsschaltung ausgegebenen Ausgangsspannung;
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5 eine Beziehung zwischen
einer von einer Ausgangsschaltung ausgegebenen Ausgangsspannung
Vout (V) und einer Versorgungsspannung V.
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben. 1 zeigt
eine Schaltungsanordnung und den betreffenden elektrischen Aufbau
des Hauptteils einer Drucksensoreinheit für ein an einem Fahrzeug angebrachtes
hydraulisches Bremssystem. Die Drucksensoreinheit 1 (entspricht
der Sensoreinheit zum Erfassen einer physikalischen Größe) ist
wie gezeigt über
eine Verdrahtung bzw. Verkabelung mit einer externen Steuereinheit
ECU 2 verbunden.
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2A und 2B zeigen ein Beispiel eines Aufbaus
einer Halbleiterdrucksensoreinheit 101, welche auf der
Grundlage eines Konzepts der vorliegenden Erfindung hergestellt
worden ist. 2A zeigt
eine Draufsicht und 2B einen
Querschnitt des Halbleiterdrucksensors 101, wobei der Querschnitt
entlang einer Linie A-A in der 2A verläuft.
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Der
Halbleiterdrucksensor 101 ist, wie in 2A gezeigt, auf einem Siliziumsubstrat 104 gefertigt.
Das Siliziumsubstrat 104 weist eine N-typ-Epitaxieschicht 104b auf
einem P-typ-Siliziumsubstrat 104a auf. Der mittlere Teil
des P-typ-Siliziumsubstrats 104a ist verdünnt, und
der mittlere Teil und die N-typ-Epitaxieschicht 104b bilden
eine dünne
Membran 105.
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Piezowiderstandelemente
G1 bis G4 sind auf der dünnen
Membran 105 durch Diffundieren einer P-typ-Dotierungssubstanz
in der dünnen
Membran 105 gefertigt. Wird die Membran belastet, werden die
Membran 105 und die Piezowiderstandelemente G1 bis G4 deformiert,
was dazu führt,
dass sich beispielsweise Widerstände
der Piezowiderstandselemente G1 und G2 erhöhen und sich die der G3 und G4
verringern. Die Piezowiderstandelemente G1 bis G4 sind derart verbunden,
dass sie eine in 3 gezeigte
Brückenschaltung
bilden.
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In
der Brückenschaltung
wird einem Knotenpunkt der Piezowiderstandelemente G1 und G3 von einer
Konstantstromquelle 6 ein Konstantstrom Ia zugeführt. Wird
die Membran 105 belastet, erhöht sich die Spannung Vpl an
dem Knotenpunkt der Piezowiderstandelemente G1 und G3, und verringert
sich demgegenüber
an dem Knotenpunkt der Piezowiderstandelemente G2 und G4. Ein Differenzwert Vp1-Vp2 ist
nahezu proportional der auf die Membran 105 ausgeübten Belastungsstärke.
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Die
Spannungsdifferenz Vp1-Vp2 wird durch eine Differenzverstärkerschaltung 2 verstärkt und
die verstärkte
Spannung Vo wird ausgegeben. Es gibt viele Differenzverstärkerschaltungstypen.
Die in 3 gezeigte Differenzverstärkerschaltung
weist zwei Operationsverstärker
OP2 und OP3 und vier Widerstände
R3 bis R6 auf. Die Spannungen Vp1 und Vp2 an den Knotenpunkten in
der Brückschaltung
liegen entsprechend an den nichtinvertierenden Eingangsanschlusspunkten
des OP2 und des OP3 an. Die Widerstände R3 bis R6 liegen zwischen
dem Ausgangsanschlusspunkt des OP2 und einem wechselseitigen Verbindungsknoten
NVref, an dem die Spannung um eine Normspannung Vref höher als
die der Erdung ist, in Reihe. Ein Ende des Widerstands R3 ist ebenso
mit dem Ausgangsanschlusspunkt des Operationsverstärkers OP2
verbunden und das andere Ende ist mit dem invertierenden Eingangsanschlusspunkt
des OP2 verbunden. Ferner ist ein Ende des Widerstands R5 mit dem
Ausgangsanschlusspunkt des Operationsverstärkers OP3 verbunden und das
andere Ende ist mit dem invertierenden Eingangsanschlusspunkt des
OP3 verbunden. Eines der Enden des Widerstands R6 ist mit dem wechselseitigen
Verbindungsknoten Nvref verbunden. Die Spannungsdifferenz zwischen
dem Ausgangsanschlusspunkt des Operationsverstärkers OP2 und dem wechselseitigen
Verbindungsknoten Nvref ist die Ausgangsspannung Vo der Differenzverstärkerschaltung 2.
Hat jeder der Widerstände
R3 bis R6 den gleichen Wert, wird die Ausgangsspannung Vo = 2(Vp1-Vp2).
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In
der externen Steuereinheit ECU 2 ist eine stabilisierte
Energieversorgung 3 dazu vorgesehen, eine Ausgangsspannung
der in dem Fahrzeug angebrachten Batterie +B in eine vorbestimmte
Spannung (5V in dieser Ausführungsform)
zu wandeln. Ein Ausgangsanschlusspunkt P von der stabilisierten
Energieversorgung 3 ist über eine Versorgungsleitung
L1 mit dem Versorgungsanschlusspunkt +Vcc von der Drucksensoreinheit 1 verbunden.
Es sind ebenso ein Signaleingangsanschlusspunkt S, welcher die der
erfassten physikalischen Größe (Druck)
entsprechenden Sensorausgangsspannung empfängt, und ein Erdungsanschlusspunkt
E in der ECU 2 vorgesehen. Es sind ein Signalausgangsanschlusspunkt
Q und ein Erdungsanschlusspunkt GND in der Drucksensoreinheit 1 über eine
Signalleitung L2 und eine Erdungsleitung L3 mit dem Signaleingangsanschlusspunkt
S und dem Erdungsanschlusspunkt E verbunden. Ferner ist der Anschlusspunkt
S der ECU 2 über einen
Pull-up-Widerstand 4 mit dem Ausgangsanschlusspunkt P der
stabilisierten Energieversorgung 3 verbunden.
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1 zeigt die Drucksensoreinheit 1,
welche aufweist: eine Ausgangsschaltung 5, eine Klemmschaltung 6,
eine Versorgungsüberwachungsschaltung 7,
eine Sensorschaltung M und eine Verstärkungsschaltung N. Die Ausgangsschaltung 5 weist einen
Operationsverstärker 8 auf,
welcher die Funktionalität
eines invertierenden Verstärkers
aufweist, und gibt das verstärkte
Spannungssignal Vout an den Signalausgangsanschlusspunkt Q aus.
Der Operationsverstärker 8 ist
dazu ausgelegt, das Sensorsignal über einen Widerstand 9 (dient
als Spannungsteiler) an dem invertierenden Eingangsanschlusspunkt
(–) und
eine Normspannung (0,5Vcc in dieser Ausführungsform) an dem nichtinvertierenden
Eingangsanschlusspunkt (+) zu empfangen. Es ist ebenso ein Widerstand 10 (dient
als Spannungsteiler) als negative Rückkopplung mit dem Verstärker 8 verbunden. Obwohl
nicht gezeigt, beinhaltet der Verstärker 8 einen Bipolartransistor,
welcher einen Open-Kollektor-Ausgangsanschlusspunkt
an der Ausgangsstufe aufweist. Der Verstärker 8 ist dazu ausgelegt,
den Bipolartransistor gezielt zu sperren (Ausgangssperrfunktion),
wenn ein Eingangssignal an dem ausgabegesperrten Anschlusspunkt
FD auf einen L-Pegel (niedriges Niveau) gesenkt wird. Der Verstärker 8 ist ein
Operationsverstärkertyp,
welcher von einer einzigen Energiequelle versorgt wird. Die Energie
wird über
den Versorgungsanschlusspunkt +Vcc zugeführt.
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Ein
hydraulischer Drucksensor (nicht gezeigt), welcher dazu ausgelegt
ist, den Druck in einer Bremsleitung zu erfassen, arbeitet, wenn
Energie über
den Versorgungsanschlusspunkt +Vcc zugeführt wird und gibt eine Sensorsignalspannung
entsprechend dem erfassten Druck aus. Die Sensorsignalspannung wird über den
Widerstand 9 an den invertierenden Eingangsanschlusspunkt
(–) des
Operationsverstärkers 8 angelegt,
nachdem die Sensorsignalspannung in ein Sensorausgangssignal gewandelt
worden ist, welches durch eine Verschiebung zu der Niederspannungsseite
umgekehrt proportional zum Anstieg des erfassten Drucks gekennzeichnet
ist. Das Wandeln der Sensorsignalspannung wird von einer Signalverarbeitungsschaltung durchgeführt, welche
beispielsweise eine Differenzverstärkerschaltung aufweist. Der
Betrag der Sensorausgangssignalverschiebung zu einer Niederspannungsseite
liegt in der Ordnung von 1V. Die Änderung der Sensorsignalspannung
des hydraulischen Drucksensors ist direkt proportional zu der Änderung der
Versorgungsspannung, und zwar mit dem gleichen Verhältnis zwischen
der Sensorsignalspannung und der Versorgungsspannung. Das heißt, die
Sensorsignalspannung weist der Versorgungsspannung gegenüber eine
ratiometrische Charakteristik auf. Dies führt dazu, dass die Änderung
der an den Operationsverstärker 8 anzulegenden
Signalausgangsspannung ebenso direkt proportional zu der Änderung
der Versor gungsspannung ist. Das heißt, das Sensorausgangssignal
ist der Versorgungsspannung gegenüber ebenso ratiometrisch.
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Eine
an dem nichtinvertierenden Eingangsanschlusspunkt (+) des Operationsverstärkers 8 anzulegende
Normspannung ist eine geteilte Spannung, welche durch eine Spannungsteilerschaltung unter
Verwendung der Versorgungsspannung an dem Versorgungsanschlusspunkt
+Vcc erzeugt wird (nicht gezeigt). Die Normspannung wird über eine Pufferschaltung
an die nachfolgenden Stufe ausgegeben.
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Eine
Klemmschaltung 6 ist dazu vorgesehen, die von der Ausgangsschaltung 5 ausgegebene Sensorausgangsspannung
Vout bei einer vorbestimmten oberen Spannungsgrenze festzuklemmen. Die
Klemmschaltung 6 weist eine bekannte Schaltung auf. Die
Schaltung 6 weist auf: eine Spannungsteilerschaltung 11 zum
Teilen der Versorgungsspannung an dem Versorgungsanschlusspunkt
+Vcc; npn-Bipolartransistoren 12 und 13 zum Bilden
einer Stromspiegelschaltung; eine Konstantstromschaltung 14;
einen npn-Bipolartransistor 15, welcher durch eine von
der Spannungsteilerschaltung 11 erzeugten Ausgangsspannung
basisvorgespannt ist; einen npn-Bipolartransistor 16 zum
Festklemmen der Sensorausgangsspannung, wobei der Transistor 16 durch
den Transistor 13 einen Basisstrom zugeführt bekommt;
und Widerstände 17, 18 und 19.
Der Emitter des Transistors 16 ist mit dem Signalausgangsanschlusspunkt
Q verbunden. Der Kollektor des Transistors 16 ist über den
Widerstand 19 mit einem Erdungsanschlusspunkt verbunden.
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In
der Klemmschaltung 6, gemäß dem oben beschriebenen Aufbau,
wird der Transistor 16 leitend (ON-Zustand), wenn die Spannung
an dem Signalausgangsanschlusspunkt Q (Emit terspannung des Transistors 16) über der
durch die Spannungsteilerschaltung 11 erzeugten geteilten
Spannung liegt. Das Festklemmen wird auf das Einschalten (leitender ON-Zustand)
des Transistors 16 hin erzielt. In dieser Ausführungsform
ist die Klemmungsspannung von der Klemmschaltung auf eine Spannung
eingestellt, die unter einer Fehlerdiagnosesignalspannung (ungefähr 4,6V;
dies wird später
erläutert;
das Fehlerdiagnosesignal entspricht dem Alarmsignal der vorliegenden
Erfindung) mit einer vorbestimmten Spanne liegt, wie beispielsweise
4,3V, was 0,3V unter 4,6V liegt.
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Die
Versorgungsüberwachungsschaltung 7 ist
zum Überwachen
der Versorgungsspannung (Spannung an dem Versorgungsanschlusspunkt +Vcc)
vorgesehen. Die Schaltung 7 weist eine erste Spannungsauswerteschaltung 20 und
eine zweite Spannungsauswerteschaltung 21 auf.
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Die
erste Spannungsauswerteschaltung weist auf: eine Konstantspannungsquelle 22,
welche eine von der Versorgungsspannung unabhängige konstante Spannung erzeugt;
eine erste Spannungsteilerschaltung 23, welche eine Normspannung
Vref erzeugt, indem sie die Ausgangsspannung von der Schaltung 22 teilt;
eine zweite Spannungsteilerschaltung 24, welche eine der
Versorgungsspannung proportionale Überwachungsspannung Vd erzeugt;
und einen Komparator 25, welcher die Normspannung Vref
und die Überwachungsspannung
Vd vergleicht. Der Komparator 25 weist einen Operationsverstärkertyp
auf, der von einer einzigen Energiequelle versorgt wird, wobei der
Operationsverstärker
einen Bipolartransistor beinhaltet, der einen Open-Kollektor-Anschlusspunkt
in der Ausgangsstufe aufweist. Der Komparator 25 wird über den
Versorgungsanschlusspunkt +Vcc mit Energie versorgt.
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Die
erste Spannungsauswerteschaltung 20 ist dazu ausgelegt,
ein Störzustandssignal
auszugeben, wenn die Versorgungsspannung unter die untere Grenze
der Betriebsspannung (z.B. 5 ± 0,25V)
des Operationsverstärkers 8 in
der Ausgangsschaltung 5 fällt. Unter Berücksichtigung
einer Spanne bezüglich eines
zufälligen
Fehlers wird in dieser Ausführungsform
eine in der Versorgungsspannung auftretende und als eine Störung zu
bewertenden Spannung auf einen Wert unter 4,5V eingestellt. Dies
ist die untere Grenze der vorbestimmten Versorgungsspannung. Mit
anderen Worten, die erste Spannungsauswerteschaltung 20 ist
dazu ausgelegt, das Störzustandssignal
auszugeben, wenn die Versorgungsspannung 10% unter die normale Versorgungsspannung
(5V) fällt,
d.h. die untere Grenze der vorbestimmten Versorgungsspannung.
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Der
Komparator 25 wird praktisch wie folgt konfiguriert. Der
Transistor in der Ausgangsstufe des Komparators 25 sperrt
(OFF-Zustand), wenn Vref ≤ Vd
ist, was dazu führt,
dass der Komparator 25 einen hochohmigen Zustand annimmt.
Demgegenüber wird
der Transistor in der Ausgangsstufe leitend (ON-Zustand), wenn Vref > Vd ist, was dazu führt, dass
der Komparator 25 in einen niederohmigen Zustand geschaltet
wird, was einen Störzustand
anzeigt. Um diesen Schaltvorgang durchzuführen, wird die Beziehung zwischen
der Normspannung Vref und der Überwachungsspannung
Vd derart eingestellt, dass Vref > Vd
ist, wenn die Versorgungsspannung unter 4,5V gesenkt wird. In einer
in der Praxis umgesetzten Schaltung weist der Komparator 25 einen Rückkopplungswiderstand
auf, um eine Hysterese aufzuweisen.
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Der
Ausgangsanschlusspunkt (Kollektor des Transistors in der Ausgangsstufe)
des Komparators 25 ist mit dem ausgabegesperrten Anschlusspunkt FD
des Operationsverstär kers 8 in
der Ausgangsschaltung 5 und den Basen der Transistoren 12 und 13 in
der Klemmschaltung 6 verbunden. Demgemäß gibt der Komparator 25 ein
dem Störzustand
entsprechendes L-Pegel-Signal (Erdungsspannung + Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung,
nachstehend als "VCEsat" bezeichnet; von
dem Ausgangsstufentransistor) aus, wenn eine Störung in der Versorgungsspannung
aufgetreten ist (in dem Fall, in dem die Versorgungsspannung unter
4,5V liegt). Danach wird ein Eingangssignal zu dem ausgabegesperrten
Anschlusspunkt FD des Verstärkers 8 in
der Ausgangsschaltung 5 auf den L-Pegel gesenkt, was dazu
führt, dass
der Verstärker 8 in
einen Ausgabesperrzustand geschaltet wird. Zusätzlich werden die Basisspannungen
der Transistoren 12 und 13 in der Klemmschaltung 6 auf
den L-Pegel gesenkt,
und der Betrieb der Transistoren 12 und 13 wird
gezielt gestoppt, was dazu führt,
dass der Betrieb der Klemmschaltung 6 gestoppt wird.
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Die
erste Spannungsauswerteschaltung 20 gemäß der obigen Konfiguration
ist dazu geeignet, den Störzustand
der Versorgungsspannung genau auszuwerten, wenn die Versorgungsspannung
unter 4,5V fällt.
Der den Komparator 25 bildende Operationsverstärker arbeitet
jedoch nicht, wenn die Versorgungsspannung unter circa 1,4V fällt, weil
dies außerhalb
des Betriebsbereichs des Verstärkers
liegt. wird die Versorgungsspannung unter 1,4V gesenkt, wird folglich
das Auswerten des Störzustands
unmöglich.
Aus diesem Grund und dem obigen Problem entgegenwirkend, wird die
zweite Spannungsauswerteschaltung 21 eingesetzt.
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Die
zweite Spannungsauswerteschaltung 21 ist dazu ausgelegt,
das Störzustandsignal
auszugeben, wenn die Versorgungsspannung unter beispielsweise 2V
abgesenkt wird, welches eine Spannung ist, die sich aus dem Hinzufügen einer
vorbestimmten Spanne zu der unteren Grenze der Betriebsspannung
des Operationsverstärkers
ergibt. Die Schaltung 21 weist auf: eine Spannungsteilerschaltung 26, welche
eine erste Serienschaltung aus beispielsweise drei Dioden 26a und
Widerstände 26b und 26c in Serie
zueinander zwischen dem Versorgungsanschlusspunkt +Vcc und dem Erdungsanschlusspunkt aufweist;
eine zweite Serienschaltung, welche parallel zu der Spannungsteilerschaltung 26 liegt
und einen Widerstand 27 und einem Kollektor-Emitterpfad eines
npn-Bipolartransistors 28 aufweist; und eine dritte Serienschaltung,
welche ebenso parallel zu der Spannungsteilerschaltung 26 liegt
und einen Widerstand 29 und einen Kollektor-Emitterpfad
eines npn-Bipolartransistors 30 (entspricht einem Schaltelement)
aufweist. Die Basis des Transistoren 28 ist zusätzlich mit
dem Ausgangsanschlusspunkt (gemeinsamer Knotenpunkt der widerstände 26b und 26c)
von der Spannungsteilerschaltung 26 verbunden, und die
Basis des Transistors 30 ist mit dem Kollektor des Transistors 28 verbunden.
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Die
Teilerschaltung 26 ist gemäß nachstehender Beschreibung
konfiguriert. Liegt die Versorgungsspannung über 2V, gibt die Spannungsteilerschaltung 26 eine
geteilte Spannung aus, die über der
Spannung der unteren Grenze liegt, um den Transistor 28 in
einen leitenden Zustand (ON-Zustand) zu schalten, und wird die Versorgungsspannung
unter 2V gesenkt, gibt die Schaltung 26 die geteilte Spannung
aus, um den Transistor 28 zu sperren (OFF-Zustand). Demgemäß wird der
Transistor 30 leitend (ON-Zustand) gehalten, wenn die Versorgungsspannung über 2V liegt
und das H-Pegel-Signal (der gleiche Spannungspegel an dem Versorgungsanschlusspunkt
+Vcc) wird von dem Kollektor des Transistors 30 ausgegeben.
Wird die Versorgungsspannung unter 2V gesenkt, wird von dem Kollektor
des Transistors 30 jedoch ein L-Pegel-Signal (Erdungsspannung
+ VCEsat des Transistors 30) ausgegeben, weil der Transistor
als Reaktion auf das Sperren (OFF-Zustand) des Transistors 28 leitend (ON-Zustand)
wird.
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Der
Kollektor des Transistors 30, d.h. der Signalausgangsanschlusspunkt
der zweiten Spannungsauswerteschaltung 21, ist mit dem
ausgabegesperrten Anschlusspunkt FD des Operationsverstärkers 8 in
der Ausgangsschaltung 5 und den Basen der Transistoren 12 und 13 in
der Klemmschaltung 6 verbunden. Erfasst die zweite Spannungsauswerteschaltung 21 eine
auftretende Störung
(in dem Fall, in dem die Versorgungsspannung unter 2V liegt), wird
demgemäß der Operationsverstärker 8 in der
Ausgangsschaltung 5 in einen Ausgabesperrzustand geschaltet,
und zwar als Reaktion auf das L-Pegel-Störzustandssignals, welches von
dem Kollektor des Transistors 30 ausgegeben wird, wobei
zur gleichen Zeit die Klemmschaltung 6 als Reaktion auf die
Basisspannungen der Transistoren 12 und 13, welche
auf einen L-Pegel gesenkt worden sind, den Betrieb stoppt.
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Unter
Bezugnahme auf 4 werden
nachstehend die Funktionen der obigen Schaltungen beschrieben. Die
Figur zeigt eine Beziehung zwischen dem durch den hydraulischen
Drucksensor erfassten Druck und der Sensorausgangsspannung Vout
von der Ausgangsschaltung 5.
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Wenn
die ECU 2 mit Energie versorgt wird, wird die Ausgangsspannung
(die Spannung ist 5V) der stabilisierten Energieversorgung 3 zwischen
dem Versorgungsanschlusspunkt +Vcc und dem Erdungsanschlusspunkts
GND über
die Versorgungsleitung L1 und die Erdungsleitung L3 an das Drucksensorsystem 1 angelegt,
um dadurch das Drucksensorsystem 1 einzuschalten. Sind
die Versorgungsleitung L1 und die Erdungsleitung L3 normal verbunden,
ist die Spannung an dem Anschlusspunkt +Vcc in der Drucksensoreinheit 1 gleich
5V. Während der
normalen Zustände
wird die Sensorausgangsspannung Vout, welche ein invertiertes und
verstärktes
Signal des Sensorausgangssignals (das Sensorausgangssignal verschiebt
sich zu einer Minusseite, und zwar umgekehrt proportional zum Anstieg
des erfassten Drucks) ist, von der Ausgangsschaltung 5 ausgegeben.
Wie in 4 gezeigt, steigt
die Sensorausgangsspannung Vout proportional zum Anstieg des erfassten
Drucks. Die Sensorausgangsspannung Vout wird jedoch bei 4.3V durch
die Klemmschaltung 6 festklemmt, um nicht über 4,3V
hinaus zu steigen.
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Weisen
die Versorgungsleitung L1 und/oder die Erdungsleitung L3 demgegenüber einen
fehlerhaften Kontakt an einem Verbindungsteil auf und wird daraus
folgend die Versorgungsspannung der Drucksensoreinheit 1 unter
4,5V gesenkt, wird die Versorgungsspannung durch die erste Spannungsauswerteschaltung 20 in
der Versorgungsüberwachungsschaltung 7 als
ein vorhandener Störzustand
gedeutet. Daraufhin gibt der Komparator 25 in der ersten Spannungsauswerteschaltung 20 das
Störzustandssignal
(L-Pegel-Signal) aus. Das Störzustandssignal wird
dem ausgabegesperrten Anschlusspunkt FD des Operationsverstärkers 8 in
der Ausgangsschaltung 5 und den Basen der Transistoren 12 und 13 in der
Klemmschaltung 6 zugeführt.
Demgemäß wird der
Transistor in der Ausgangsstufe des Verstärkers 8 in der Ausgangsschaltung 5 gezielt
gesperrt (OFF-Zustand), was dazu führt, dass der Verstärker 8 in
den Ausgabesperrzustand geschaltet wird. Die Transistoren 12 und 13 in
der Klemmschaltung 6 werden ebenso gezielt gesperrt (OFF-Zustand),
was dazu führt,
dass der Transistor 16 gesperrt (OFF-Zustand) gehalten
wird, was dazu führt,
dass der Betrieb der Klemmschaltung 6 stoppt.
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Die
Spannung an dem Signalausgangsanschlusspunkt Q wird beim Sperren
des Transistors in der Ausgangstufe des Operationsverstärkers 8 (der Open-Kollektor-Ausgangsanschlusspunkt
ist im hochohmigen Zustand) in eine geteilte Spannung umgeschaltet,
die durch Teilen der Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung
(5V) der stabilisierten Energieversorgung 3 und der Eingangsspannung
des invertierten Eingangsanschlusspunkts (–) in dem Verstärker 8 erzeugt
wird, und zwar durch einen Pull-up-widerstand 4 in der
ECU 2, und einen Eingangswiderstand 9 und einen
Rückkopplungswiderstand 10 in
der Ausgangsschaltung 5. In dieser Ausführungsform sind die Widerstandverhältnisse zwischen
dem Pull-up-Widerstand 4, dem Eingangswiderstand 9 und
dem Rückkopplungswiderstand 10 dazu
ausgelegt, dass die Spannung an dem Signalausgangsanschlusspunkt
Q gleich 4,6V wird, wenn das Sensorausgangssignal gleich OV (Null
Volt) ist. Wird die Versorgungsspannung der Drucksensoreinheit 1 unter
4,5V gesenkt, wird dann das Spannungssignal von circa 4,6V, d.h.
ein eine aufgetretene Störung
anzeigendes Fehlerdiagnosesignal (entspricht einem fehlerbedingten
Signal) an die ECU 2 gegeben. Das Fehlerdiagnosesignal
mit einer vorbestimmten Spanne (ungefähr 0,3V) weist eine höhere Spannung
als die maximale Sensorausgangsspannung Vout (4,3V) auf.
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Ferner
wird der Transistor 30 in der zweiten Spannungsauswerteschaltung 21 leitend
(ON-Zustand), wenn die Versorgungsspannung der Drucksensoreinheit 1 unter
2V fällt,
und das Störzustandssignal
wird von der Schaltung 21 ausgegeben. Danach wird das Störzustandssignal
an den ausgabegesperrten Anschlusspunkt FD des Operationsverstärkers 8 in
der Ausgangsschaltung 5 und an die Basen der Transistoren 12 und 13 in
der Klemmschaltung 6 ausgegeben. Dies führt dazu, dass der Operationsverstärker 8 in
der Ausgangsschaltung 5 in einen Ausgabesperrzustand geschaltet
wird und ebenso die Klemmschaltung 6 den Betrieb stoppt.
Demgemäß wird das
Fehlerdiagnosesignal an die ECU 2 gegeben.
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Durch
die vorliegende Erfindung werden die folgenden Vorteile erzielt.
Die erste Spannungsauswerteschaltung 20 weist den Komparator 25 auf.
Der Komparator 25 ist dazu ausgelegt, dass er das Störzustandssignal
auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der Überwachungsspannung Vd und
der konstanten Normspannung Vref ausgibt. Die Spannung Vd wird durch
Teilen der Versorgungsspannung erzeugt. Die Spannung Vref ist ferner
von der Versorgungsspannung unabhängig. Dies führt dazu,
dass eine genaue Auswertung, ob die Versorgungsspannung unter die
vorbestimmte Spannung (4,5V) fällt oder
nicht, ermöglich
wird. Ferner weist die von der Ausgangsschaltung 5 ausgegebene
Fehlerdiagnosespannung mit einer vorbestimmten Spanne (ungefähr 0,3V)
eine höhere
Spannung (ungefähr
4,6V) als das Maximum der Sensorausgangsspannung Vout (4,3V) auf.
Die Spannung Vout wird ausgegeben, nachdem das Sensorausgangssignal
in der Ausgangsschaltung 5 verstärkt worden ist. Demgemäß ist es
möglich,
das Fehlerdiagnosesignal klar von der Sensorausgangsspannung Vout
zu unterscheiden, was zu einer zuverlässigen Erfassung des fehlerhaften
Zustands der Versorgungsspannung führt.
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Weil
die Klemmschaltung 6 derart eingesetzt wird, dass sie die
von der Ausgangsschaltung 5 ausgegebene Sensorausgangsspannung
Vout bei einer oberen Spannungsgrenze festklemmt, ist es immer möglich, das
Fehlerdiagnosesignal von der Sensorausgangsspannung Vout unumschränkt zu unterscheiden.
Zusätzlich
hat die Klemmschaltung keine unerwünschte Auswirkung auf die Spannung
des Fehlerdiagnosesignals, da die Klemmschaltung den Betrieb stoppt,
wenn das Fehlerdiagnosesignal ausgegeben worden ist.
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Ebenso
wird das Störzustandssignal
von der zweiten Spannungsauswerteschaltung 21 als Reaktion
auf den Betrieb des Transistors 30 in der Schaltung 21 ausgegeben,
wenn die Versorgungsspannung unter den Betriebsbereich (2V) des
Komparators 25 fällt.
Dies führt
dazu, dass das Fehlerdiagnosesignal von der Ausgangsschaltung 5 ausgegeben wird.
Demgemäß ist es
möglich,
ein fehlerhaftes Signal der Versorgungsspannung effektive in einem
großen
Spannungsbereich zu erfassen, um dadurch eine zuverlässige Fehlerdiagnose
zum Erfassen eines fehlerhaften Zustands der Versorgungsspannung
zu erzielen.
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In
dieser Ausführungsform
wird die geteilte Spannung, welche durch Teilen der Ausgangsspannung
der stabilisierten Energieversorgung 3 in der ECU 2 mittels
des Pull-up-Widerstands 4 in
der ECU 2, und des Eingangswiderstands 9 und des
Rückkopplungswiderstands 10 in
der Ausgangsschaltung 5 erzeugt wird, als das Fehlerdiagnosesignal
ausgegeben, wenn der Open-Kollektor-Ausgangsanschlusspunkt der Ausgangsschaltung 5 in
einen hochohmigen Zustand geschaltet wird. Danach wird die geteilte
Spannung als das Fehlerdiagnosesignal unter Verwendung der stabilisierten
Energieversorgung 3 in der ECU 2 ausgegeben, selbst
wenn die Versorgungsspannung derart gesenkt wird, dass sie einen
Wert nahe Null aufweist. Demgemäß kann das Fehlerdiagnosesignal
effektive und in einem großen Bereich
ausgegeben werden, welcher in einem Bereich von nahe Null bis zu
einer vorbestimmten Spannung der Versorgungsspannung liegt. Dies
führt dazu,
dass eine zuverlässige
Fehlerdiagnose zum Erfassen eines fehlerhaften Zustands der Versorgungsspannung
erzielt werden kann.
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(Ausgestaltungen)
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Die
vorliegende Erfindung kann in anderen speziellen Ausgestaltungen
realisiert werden, ohne von dem Geist oder den wesentlichen Eigenschaften abzuweichen.
Die vorliegende Erfindung ist deshalb in jeder Hinsicht als beispielhaft
und nicht beschränkend
anzusehen, wobei der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung eher
durch die beigefügten
Ansprüche
als durch die vorhergehende Beschreibung gekennzeichnet ist und
alle Änderungen,
welche den gleichen Sinngehalt aufweisen und in einen Äquivalenzbereich
der Ansprüche
fallen, deshalb als darin miteinbezogen verstanden werden sollen.
Es ist Fachleuten möglich,
viele weitere modifizierte oder verbesserte Ausführungsformen zu realisieren.
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Die
Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Drucksensoreinheit
beschränkt,
die auf das an einem Fahrzeug angebrachte hydraulische Bremssystem
angewandt wird. Die Erfindung ist ebenso auf viele andere Sensoreinheiten
anwendbar, welche das Sensorausgangssignal als Reaktion auf die
erfasste physikalische Größe verwenden.
Die Klemmschaltung kann bei Bedarf verwendet/angeordnet werden.
Es ist ebenso offensichtlich, dass die Schaltungsanordnung in der
Ausgangsschaltung 5 nicht auf den Typ des Operationsverstärkers 8 beschränkt ist,
welcher die Funktionalität
eines invertierenden Verstärkers
aufweist.