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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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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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2. 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 hydraulischen 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 3 V. Wird die Versorgungsspannung unter 3 V 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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Aus der
DE 198 08 349 A1 ist ferner ein Sensor zur Erfassung einer physikalischen Größe bekannt, der dazu ausgelegt ist, einen Fehlerzustand zu ermitteln, bei dem eine normale Ermittlung der physikalischen Größe nicht möglich ist, auch wenn die Ausgangsspannung innerhalb eines normalen Ausgangsspannungsbereichs liegt. Derartige Fehlerzustände liegen gemäß der
DE 198 08 349 A1 beispielsweise vor, wenn eine Oszillatorschaltung kein normales Referenzfrequenzsignal ausgibt oder die Frequenz des von der Oszillatorschaltung ausgegebenen Referenzfrequenzsignals nicht innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs liegt. Für diese Fälle weist der Sensor nach der
DE 198 08 349 A1 eine Selbsttestschaltung auf, die solche Fehlerzustände ermittelt und ein Signal ausgibt, das eine solche Fehlerermittlung anzeigt.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird ferner auf die
US 5 675 317 A , die einen Restdrucksensor und eine Restdrucksensorüberwachungsvorrichtung beschreibt, die
GB 1 439 929 A , die Antiblockiersysteme für Straßenfahrzeuge betrifft, und die
US 5 257 210 A , die sich auf einen Prozessor zur Verarbeitung von Sensorsignalen zur Gewinnung eines gewünschten Übertragungsverhaltens bezieht, verwiesen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensoreinheit bereitzustellen, die einen fehlerhaften Zustand der Energieversorgung über einen großen Spannungsbereich erfassen und ein entsprechendes Alarmsignal sicher ausgeben kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoreinheit nach dem Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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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 die Sensoreinheit 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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Die erfindungsgemäße Sensoreinheit kann einen fehlerhaften Zustand ihrer Versorgungsspannung in einem großen Bereich der Versorgungsspannung erfassen.
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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 den beiliegenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung deutlicher ersichtlich, welche jedoch nicht genommen werden sollten, um die Erfindung auf die bestimmte Ausführungsform 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 einem 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 Vp1 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 (5 V 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 12 und eine Erdungsleitung 13 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 (0,5 Vcc 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 1 V. 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 Versorgungsspannung 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 nachfolgende 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 (Emitterspannung 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 4,6 V; dies wird später erläutert; das Fehlerdiagnosesignal entspricht dem Alarmsignal der vorliegenden Erfindung) mit einer vorbestimmten Spanne liegt, wie beispielsweise 4,3 V, was 0,3 V unter 4,6 V 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 ± 0,25 V) 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 4,5 V 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 (5 V) 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 4,5 V 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 Operationsverstärkers 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 4,5 V 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 4,5 V fällt. Der den Komparator 25 bildende Operationsverstärker arbeitet jedoch nicht, wenn die Versorgungsspannung unter circa 1,4 V fällt, weil dies außerhalb des Betriebsbereichs des Verstärkers liegt. Wird die Versorgungsspannung unter 1,4 V 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 2 V 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 2 V, 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 2 V 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 2 V 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 2 V 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 2 V 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 5 V) der stabilisierten Energieversorgung 3 zwischen dem Versorgungsanschlusspunkt +Vcc und dem Erdungsanschlusspunkts GND über die Versorgungsleitung L1 und die Erdungsleitung 13 an das Drucksensorsystem 1 angelegt, um dadurch das Drucksensorsystem 1 einzuschalten. Sind die Versorgungsleitung L1 und die Erdungsleitung 13 normal verbunden, ist die Spannung an dem Anschlusspunkt +Vcc in der Drucksensoreinheit 1 gleich 5 V. 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 4,3 V durch die Klemmschaltung 6 festklemmt, um nicht über 4,3 V hinaus zu steigen.
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Weisen die Versorgungsleitung L1 und/oder die Erdungsleitung 13 demgegenüber einen fehlerhaften Kontakt an einem Verbindungsteil auf und wird daraus folgend die Versorgungsspannung der Drucksensoreinheit 1 unter 4,5 V 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 (5 V) 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 4,6 V wird, wenn das Sensorausgangssignal gleich 0 V (Null Volt) ist. Wird die Versorgungsspannung der Drucksensoreinheit 1 unter 4,5 V gesenkt, wird dann das Spannungssignal von circa 4,6 V, d. h. ein eine aufgetretene Störung anzeigendes Fehlerdiagnosesignal (entspricht einem fehlerbedingten Signal) an die ECU 2 gegeben. Das Fehlerdiagnosesignal mit einer vorbestimmten Spanne (ungefähr 0,3 V) weist eine höhere Spannung als die maximale Sensorausgangsspannung Vout (4,3 V) 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 2 V 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 (4,5 V) fällt oder nicht, ermöglicht wird. Ferner weist die von der Ausgangsschaltung 5 ausgegebene Fehlerdiagnosespannung mit einer vorbestimmten Spanne (ungefähr 0,3 V) eine höhere Spannung (ungefähr 4,6 V) als das Maximum der Sensorausgangsspannung Vout (4,3 V) 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.
