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Hintergrund der Erfindung
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1. Erfindungsfeld
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Die vorliegende Erfindung betrifft Strommessungen in Verbindung mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) wie etwa Strommessungen wahrend eines Ruhemodusbetriebs der ECU.
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2. Stand der Technik
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Die Funktionalität und Komplexitat eines Fahrzeugs oder einer anderen Einrichtung, die eine elektronische Steuereinheit (ECU) benotigt, nehmen stets zu. Da immer mehr Einrichtungen eine elektronische Steuerung und entsprechende Operationen benotigen, nehmen die Anzahl der ECUs in Fahrzeugen und der Verkabelungs- und Kostenaufwand für die entsprechenden Operationen zu.
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Um die Kosten und die Systemkomplexitat in Grenzen zu halten, konnen ein ECU-Netzwerkbetrieb uber Bussysteme (virtuelle Wahrnehmung, verteilte Intelligenz und Funktionen), eine starkere Integration der ECUs (mehr Funktionen pro ECU) und/oder ein Ersetzen von Relais durch Leistungshalbleiter vorgesehen werden. Um diese Kosteneinschrankungen zu realisieren, ist jedoch ein Bus fur die Steuerung der ECUs erforderlich, wobei die ECUs und die gesteuerten Module konstant mit Strom versorgt werden müssen, um Bussignale empfangen zu können.
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Die ECUs können in einem aktiven und in einem inaktiven Zustand betrieben werden. Der aktive Zustand entspricht der normalen Stromversorgung der ECU und dem vollen Betrieb der Module. Der inaktive Zustand wird gewöhnlich als Ruhemodus bezeichnet, wobei die ECU in diesem Modus minimal mit Strom versorgt wird, sodass die Module inaktiv sind, aber einen minimalen Strom erhalten, um den Empfang von Bussignalen und den Betrieb in Reaktion auf die Bussignale zu ermöglichen.
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Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass Module und andere Einrichtungen der ECU entweder bei der Installation oder danach aus verschiedenen Gründen wie etwa elektrostatischer Entladung, mechanischer Spannung, interner/externer Korrosion und/oder anderen Einwirkungen beschädigt werden können. Derartige Defekte lassen sich bei aktiver ECU einfach feststellen, weil die mit dem defekten Modul assoziierte Funktion verloren geht. Defekte, die mit keinem direkten Verlust des Moduls einhergehen oder während des Ruhemodus im inaktiven Zustand der Module auftreten, werden gewöhnlich erst festgestellt, wenn das Modul ausfällt oder die ECU aktiviert wird.
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Die
DE 691 03 793 T2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Fehlfunktionen in einem von einem Solenoid gesteuerten Stellantrieb eines Getriebes.
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Die
DE 199 27 389 A1 bezieht sich auf eine Schaltung zum Detektieren eines unzulässig hohen Stroms in einer Endstufe, die eine zwischen einem ersten und einem zweiten Stromversorgungsanschluss liegende Serienschaltung eines ersten Halbleiterbauelements mit einem zweiten Halbleiterbauelement enthält. Die Schaltung umfasst einen Vergleicher, der den an dem Halbleiterbauelement auftretenden Spannungsabfall mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht.
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Die
DE 2 143 552 A beschreibt ein Verfahren zur Messung der elektrischen Parameter eines nebengeschlossenen Stromkreisabschnitts.
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Die
US 4,394,655 A beschreibt ein bidirektionales interaktives System zum Ermitteln und Anzeigen einer vorbestimmten Betriebsbedingung, wie beispielsweise einer Verbrennung.
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Die
US 5,721,530 A beschreibt ein Zonenüberwachungssystem, dass einen Störzustand der einzelnen Zonen mittels Alarm meldet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektronische Steuereinheit zur Verfügung zu stellen, die eine Bestimmung eines Fehlerzustandes eines mit der Steuereinheit verbundenen Moduls ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den technischen Merkmalen des Anspruchs 1. Ein Fahrzeug mit einer verbesserten elektronischen Steuereinheit gemäß der Erfindung ist mit den technischen Merkmalen des Anspruchs 10 beschrieben. Der Anspruch 14 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen eines Fehlerzustandes mit der erfinderischen Steuereinheit.
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Weiterbildungen der Erfindung sind durch die technischen Merkmale der Unteransprüche gegeben.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert. In der folgenden Beschreibung werden bestimmte Merkmale der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung verdeutlicht.
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1 zeigt eine elektronische Steuereinheit (ECU) fur ein Fahrzeug gemaß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausfuhrungsform(en)
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1 zeigt eine elektronische Steuereinheit (ECU) für ein Fahrzeug gemaß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die ECU 10 kann eine Anzahl von Modulen 12–18 umfassen. Die Module 12–18 konnen selbst Steuereinrichtungen oder andere Funktionselemente mit Fahigkeiten zum Steuern und/oder Durchführen einer Anzahl von Operationen fur Fahrzeugsubsysteme sein. 1 zeigt eine ECU 10 fur ein Fahrzeug, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschrankt ist und die ECU 10 auch mit nicht-Fahrzeuganwendungen und anderen Einrichtungen assoziiert sein kann.
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Die ECU 10 kann eine beliebige Anzahl von Modulen umfassen und ist hier beispielhaft mit einem Spannungsreglermodul 12, einem Mikrocontrollermodul 14, einem Schrittmotormodul 16 und einem High-Side-Schalter 18 gezeigt. Jedes dieser Module kann verwendet werden, um ein anderes der Module 12–18 oder ein Fahrzeugsubsystem zu steuern und/oder eine Anzahl von anderen Operationen durchzufuhren. Die Module 12–18 können auf einer Leiterplatte oder einem anderen elektrisch leitenden Medium 20 vorgesehen sein, das die Module und andere Leiterplattenkomponenten mit einer Fahrzeugbatterie 22 und einer Fahrzeugerde 24 verbindet.
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Der Spannungsregler 12 kann konfiguriert sein, um die interne ECU-Spannung auf einem ECU-Leistungsbus 26 zu regeln, der für die Stromversorgung von einem oder mehreren der Module 12–18 mit einer stabilisierten Spannung verwendet wird. Ein oder mehrere Kondensatoren 30–32 können vorgesehen sein, um die durch den Spannungsregler 12 geregelte Batteriespannung zu filtern und zu glätten. Der Mikrocontroller 14 kann verwendet werden, um Operationen der ECU 10 und/oder Operationen von anderen Elementen, die eine logische Verarbeitung erfordern, zu steuern, wobei diese Elemente auf der Leiterplatte 20 enthalten sein können oder aus der Entfernung mit derselben kommunizieren. Der Schrittmotor 16 kann verwendet werden, um Motoroperationen von Fahrzeugsubsystemen wie etwa Sitzmotoren, Türmotoren usw. zu steuern. Der Schalter 18 kann verwendet werden, um verschiedene Fahrzeugsysteme wie etwa Scheinwerfer, Klimaanlagen, Unterhaltungssysteme usw. mit der Stromversorgung zu verbinden.
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Die Module 12–18 können zwischen dem ECU-Leistungsbus 26 und einem ECU-Erdbus 36 verbunden werden. Der ECU-Leistungsbus 26 empfängt die Leistung direkt von einer Batterie oder anderen Fahrzeugleistungsquellen und verteilt sie zu einem oder mehreren der Module 12–18. Der ECU-Erdbus 36 kann verwendet werden, um die Leiterplatten-Erdseite der Module 12–18 mit der Fahrzeugerde 24 zu verbinden. Die Leiterplatte 20 kann einen gemeinsamen Leistungseingang und einen gemeinsamen Erdausgang umfassen. Der Strom für die Versorgung der ECU 10 und der assoziierten Module 12–18 und Komponenten kann von der Fahrzeugbatterie über den ECU-Leistungsbus 26 durch die Module 12–18 zu der ECU-Erde 36 und zu der Fahrzeugerde 24 fließen.
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Die ECU 10 kann einen zweiten Mikrocontroller 40, einen Vergleicher 42, einen Transistor 44 und einen Nebenschluss 46 umfassen. Diese und/oder andere Komponenten konnen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die ECU-Strommessung zu bewerkstelligen. Wie weiter unten ausfuhrlicher beschrieben, kann die ECU-Strommessung stattfinden, während sich die ECU 10 in einem Ruhemodus befindet, sodass eine Fehlererfassung durchgeführt werden kann, während die ECU 10 allgemein inaktiv ist. Der Mikrocontroller 40 ist als separate Einrichtung gezeigt, wobei seine Funktionen aber auch in dem anderen Mikrocontroller 14 und/oder in einem der anderen Module oder in einer der anderen Einrichtungen der ECU 10 integriert sein können.
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Die ECU 10 befindet sich allgemein im aktiven Modus, wenn das Fahrzeug fahr- oder betriebsbereit ist (die Zündung eingeschaltet ist, wobei jedoch der Motor oder ein anderes Fahrsystem ausgeschaltet sein kann). In diesem Zustand wird Betriebsleistung zu den Modulen 12–18 zugefuhrt, sodass die Module 12–18 bei korrektem Betrieb ihre vorgesehenen Zwecke erfüllen konnen.
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Die ECU befindet sich im inaktiven Modus, der allgemein als Ruhemodus bezeichnet wird, wenn sie nur minimal mit Strom versorgt wird, sodass die Module 12–18 inaktiv sind, aber einen minimalen Strom erhalten, damit sie die Bussignale empfangen und auf dieselben reagieren konnen. In dem Ruhemodus wird der Stromverbrauch des Fahrzeugs zum Beispiel auf einen Wert gesenkt, den die Batterie uber eine bestimmte Zeitdauer zufuhren kann, wobei optional alle direkt mit Strom versorgten ECUs ihren Stromverbrauch senken mussen. Nur die Signalerfassung (von Sensoren oder Bussen wie CAN) kann aktiv sein.
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Wahrend des Ruhemodus kann die ECU 10 mit einem minimalen Strom von etwa 100 mA versorgt werden, der kontinuierlich oder intermittierend zugefuhrt wird. Dieser minimale Strom reicht jedoch nicht aus, um die gewohnlichen ECU-Betriebsfähigkeiten der ECU 10 wahrend des aktiven Modus zu unterstutzen.
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Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass die Module und anderen Einrichtungen der ECU entweder bei der Installation oder danach aus verschiedenen Gründen wie etwa durch eine elektrostatische Entladung, eine mechanischen Spannung, eine interne/externe Korrosion und/oder einen anderen Einfluss beschadigt werden konnen. Wenn die ECU aktiv ist, können diese Defekte einfach aufgrund des Funktionsverlustes des defekten Moduls festgestellt werden. Defekte, die mit keinem direkten Verlust des Moduls einhergehen oder wahrend des Ruhemodus im inaktiven Zustand der Module auftreten, werden gewöhnlich erst festgestellt, wenn das Modul ausfällt oder die ECU aktiviert wird.
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Defekte, die mit keinem Verlust des Moduls einhergehen oder während des Ruhemodus auftreten und erst bei Ruckkehr zum aktiven Modus festgestellt werden können, lassen sich gemaß der vorliegenden Erfindung erfassen. Insbesondere werden gemaß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung derartige Defekte auf der Basis des ECU-Stroms erfasst, sodass die vorliegende Erfindung derartige gefährliche Bedingungen wahrend des aktiven Modus oder während des Ruhemodus erfassen kann, wobei die Komponenten optional nicht aus dem Ruhemodus aufgeweckt oder in anderer Weise aktiviert zu werden brauchen.
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Der ECU-Strom kann gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Basis des an dem ECU-Erdbus 36 empfangenen Stroms gemessen werden. Wie gezeigt, kann der Nebenschluss 46 zwischen der ECU-Erde 36 und der Fahrzeugerde 24 vorgesehen sein. Während des aktiven Betriebs kann der Mikrocontroller 40 (im Folgenden als „Steuereinrichtung 40” bezeichnet) den Transistor 44 steuern, der ein beliebiger, geeigneter steuerbarer Schalter sein kann, der den Nebenschluss 46 kurzschließen kann, sodass der über den ECU-Erdbus 36 geführte Strom den Nebenschluss 46 umgeht und auf den Fahrzeugerdbus 24 geführt wird, um den Spannungsabfall über den Nebenschluss 46 zu beseitigen.
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Die Steuereinrichtung 40 kann den Transistor 44 öffnen, sodass Strom durch den Nebenschluss 46 fließt, bevor er die Fahrzeugerde 24 erreicht. Der Spannungsabfall über den Nebenschluss 46 kann gemessen werden, um den ECU-Strom zu bestimmen und die Fehlerbedingungen zu beurteilen. Die Steuereinrichtung 40 kann im Ruhemodus oder im aktiven Modus zwischen dem Fuhren von Strom zu dem Erdbus 36 über den Nebenschluss 46 und dem Umgehen des Nebenschlusses 46 schalten. Auf diese Weise kann die vorliegende Erfindung defekte Module oder andere ECU-Defekte auf der Basis des Spannungsabfalls über den Nebenschluss 46 erfassen.
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Der Vergleicher 42 kann den Spannungsabfall über den Nebenschluss 46 bei normalen Modusbedingungen mit dem aktuellen Spannungsabfall vergleichen. Wenn der aktuelle Spannungsabfall größer als der normale Schwellwert ist, kann der Vergleicher 42 ein Signal ausgeben, das eine entsprechende Fehlerbedingung angibt. Der Vergleicher 42 kann einen fixen Schwellwert und/oder einen variablen Schwellwert verwenden, der optional durch die Steuereinrichtung 40 gesteuert wird, um annehmbare und nicht annehmbare Spannungspegel in Abhangigkeit davon zu erfassen, ob die ECU 10 im aktiven Modus oder im Ruhemodus betrieben wird.
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Das Signal aus dem Vergleicher 42, das einen Defekt oder keinen Defekt angeben kann, kann zu einem anderen System in dem Fahrzeug und/oder zu einem anderen Element der ECU 10 gegeben werden, um eine Korrektur einzuleiten. Optional kann die Steuereinrichtung wahrend des aktiven und/oder inaktiven Modus eines oder mehrere der Module 12–18 herunterfahren und/oder das Aufwachen von einem oder mehreren der Module 12–8 verhindern, wenn fehlerhafte ECU-Operationen aus der Nebenschlussspannung bestimmt werden. Anderungen in dem Strom der ECU 10 konnen also auf der Basis der entsprechenden Spannung uber den Nebenschluss 46 erfasst und gemessen werden. Damit kann die vorliegende Erfindung den ECU-Strom in der ECU 10 messen.
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Eine Erhöhung des ECU-Erdstroms wahrend des Modus kann auf eine Anzahl von Fehlerbedingungen in der Leiterplatte 20 oder in den Modulen 12–18 zurückgefuhrt werden. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass die Art und der Umfang der Bedingungen hier nicht erläutert zu werden brauchen, da alle derartigen Fehler eine Erhohung des ECU-Erdstroms mit sich bringen. Diese Erhohung wahrend des Ruhemodus feststellen zu können, kann hilfreich sein, um eine Warnung auszugeben und/oder Korrekturen einzuleiten, bevor zu dem aktiven Modus zuruckgekehrt wird.
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Der Vergleicher 42 kann eine Glattungs-/Filterschaltung 48 umfassen, um das Eingangssignal von dem Nebenschluss 46 zu glatten. Der Vergleicher 42 kann eine Bezugsspannung 50 für den Vergleich mit dem Nebenschluss 46 umfassen. Die Bezugsspannung 50 kann in Abhangigkeit von den Modulen 12–18 geandert und/oder angepasst werden, um eine Anpassung an den Typ oder die Menge der Module in der ECU 10 vorzunehmen. Die Komponenten fur die ECU-Strommessung der vorliegenden Erfindung konnen relativ kostengünstige Komponenten sein, die mit relativ geringen Auswirkungen auf die Systemkosten auf der Leiterplatte 20 vorgesehen werden können. Die vorliegende Erfindung kann durch verschiedene Konfigurationen fur eine ECU-Strommessung realisiert werden.
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Anstelle des Vergleichers 42 konnen komplexere und/oder logisch funktionierende Elemente verwendet werden, wobei jedoch der relativ einfache Betrieb und die entsprechend niedrigen Kosten des Vergleichers 42 vorteilhaft sind. Die Funktionen des Vergleichers 42 konnen jedoch lediglich auf binare Operationen beschrankt sein, sodass der Vergleicher 42 unter Umständen nur das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Fehlerbedingung, aber nicht die Quelle der Stromerhöhung im Ruhemodus angeben kann. Die Steuereinrichtung 40 kann jedoch derart konfiguriert sein, dass eines oder mehrere der Module 12–18 ein- und ausgeschaltet werden, um auch bei einem binaren Betrieb des Vergleichers 42 die fehlerhafte Quelle auf der Basis der entsprechenden Spannungsabfalle isolieren zu können. Dazu muss unter Umstanden weiterhin der durch den Vergleicher 42 verwendete Spannungsschwellwert in Entsprechung mit den aktiven und inaktiven Modulen 12–18 variiert werden. Wenn zusatzliche Systemkosten zulassig sind, können optional zusatzliche Vergleicher, Schalter und Nebenschlusse vorgesehen werden, um eine Identifikation der Fehlerquelle zu ermöglichen, wobei die zusatzlichen Einrichtungen etwa mit verschiedenen Teilen der ECU assoziiert werden.
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Es wurden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft fur die Erfindung sind, die durch verschiedene alternative Formen realisiert werden kann. Die Figur ist nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei einige Merkmale vergroßert oder verkleinert dargestellt sein können, um Details von bestimmten Komponenten hervorzuheben. Die hier beschriebenen spezifischen Aufbau- und Funktionsdetails sind nicht einschrankend, sondern als beispielhafte Basis für die Anspruche und/oder als beispielhafte Basis fur den Fachmann aufzufassen, der die die Erfindung auf verschiedene Weise realisieren kann.
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Es wurden Ausfuhrungsformen der Erfindung beschrieben und gezeigt, wobei die Erfindung nicht auf die beschriebenen und gezeigten Ausführungsformen beschrankt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschrankend, wobei Änderungen an derselben vorgenommen werden konnen, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
