DE102007050298A1

DE102007050298A1 - Verfahren zum Erkennen eines Lastabfalls

Info

Publication number: DE102007050298A1
Application number: DE200710050298
Authority: DE
Inventors: Frank Hettrich; Yannick Chauvet
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-04-23
Also published as: WO2009053161A1; CN101836355A; CN101836355B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Lastabfalls einer Einrichtung (80), die mit 50) verbunden ist, bei dem der Lastabfall mit mindestens einem Komparator (68) des Steuergeräts (50), der zugleich zum Erkennen eines Kurzschlusses ausgebildet ist, detektiert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät (50), das eine H-Brückenschaltung (52) und mindestens einen Komparator (68) aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Lastabfall einer mit der H-Brückenschaltung (52) des Steuergeräts (50) verbundenen Einrichtung (80) mit dem mindestens einen Komparator (68), der zugleich zur Kurzschlusserkennung ausgebildet ist, zu detektieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Lastabfalls, ein Steuergerät, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
Stand der Technik
Die Abgas-Gesetzgebung verlangt im Motorbetrieb eine ständige Überwachung und Diagnose der abgasrelevanten Motorfunktionen. Es soll dabei unter anderem überwacht werden, ob abgasrelevante Einrichtungen, wie z. B. Drosselklappen oder Abgasrückführungsklappen, noch korrekt mit dem Motorsteuergerät verbunden sind oder nicht. Fehlermöglichkeiten sind üblicherweise unterbrochene Kabel, die z. B. durch Motorvibrationen verschlissen sind oder durch unsachgemäße Montage keine Verbindung haben. Wenn eine derartige Einrichtung mit dem Motorsteuergerät ordnungsgemäß verbunden ist, fällt an dem bspw. als Motorsteuergerät ausgebildeten Steuergerät eine entsprechende Last an. Eine unterbrochene Verbindung zu einer vom Steuergerät gesteuerten Motorfunktion bzw. Motorkomponente wird im folgenden als Lastabfall bezeichnet. Die Fehlerdiagnose wird auch OPL-Diagnose (open-load-diagnosis) genannt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Lastabfalls einer Einrichtung, die mit einer H-Brückenschaltung eines Steuergeräts verbunden ist. Bei Ausführung des Verfahrens wird der Lastabfall mit mindestens einem Komparator des Steuergeräts, der zugleich zum Erkennen eines Kurzschlusses ausgebildet ist, detektiert.
In Ausgestaltung kann der Lastabfall durch den mindestens einen Komparator und weiterhin über eine Auswertelogik eines Auswertemoduls des Steuergeräts, wobei diese Auswertelogik mit dem mindestens einen Komparator verbunden ist, zeitdiskret detektiert werden.
Somit kann der mindestens eine Komparator, der typischerweise in dem Steuergerät vorhanden ist und zum Erkennen des Kurzschlusses ausgebildet ist, eine zusätzliche Funktion, nämlich das Erkennen des Lastabfalls der Einrichtung, durchführen.
Durch diese funktionelle Erweiterung des mindestens einen Komparators ist es möglich, im Rahmen einer Diagnose, bei der ein Nachweise des Lastabfalls erfolgt, eine Funktionstüchtigkeit der mit dem Steuergerät verbundenen Einrichtung zu überprüfen. Falls im Rahmen des Verfahrens ein Lastabfall detektiert wird, bedeutet dies, dass an der H-Brückenschaltung eine durch den mindestens einen Komparator nachweisbare Last anliegt und die Einrichtung üblicherweise ordnungsgemäß funktioniert. Für den Fall, dass keine durch den mindestens einen Komparator nachweisbare Last anliegt, ist eine Verbindung, bspw. eine Zuleitung, zwischen dem Steuergerät und der Einrichtung unterbrochen. Weiterhin kann dies bedeuten, dass die Einrichtung nicht mehr funktioniert. Falls die Verbindung unterbrochen oder zumindest gestört sein sollte, bedeutet dies, dass das Steuergerät mit der Einrichtung keine Signale oder Informationen zur Kontrolle und somit zur Steuerung und/oder Regelung bzw. Überwachung der Einrichtung austauschen kann, so dass die Einrichtung in ihrer Funktionstüchtigkeit eingeschränkt ist.
Üblicherweise weist die H-Brückenschaltung bzw. eine H-Brücke vier Schaltelemente auf, wobei jeweils zwei derartige Schaltelemente an vertikalen bzw. vertikal orientierten Brückenleitung miteinander verbunden sind. Die Einrichtung ist an einer ersten vertikalen Brückenleitung sowie an einer zweiten vertikalen Brückenleitung mit der H-Brückenschaltung und somit auch dem Steuergerät verbunden. Somit ist jeweils ein Anschlusskontakt der Einrichtung entlang einer der beiden vertikalen Brückenleitungen zwischen jeweils zwei Schaltelementen angeordnet.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass durch ein erstes hochseitiges (zweites niedrigseitiges) Schaltelement der H-Brückenschaltung eine Stromrichtung festgelegt wird und mit einem zweiten niedrigseitigen (ersten hochseitigen) Schaltelement, das dem ersten Schaltelement innerhalb der H-Brückenschaltung diagonal gegenüber angeordnet ist und somit liegt, ein Signal bereitgestellt wird. Somit ist je nach Definition das erste hochseitige (niedrigseitige) Schaltelement in einer ersten vertikalen Brückenleitung und das zweite niedrigseitige (hochseitige) Schaltelement in einer zweiten vertikalen Brückenleitung der H-Brückenschaltung angeordnet.
Zum Erkennen des Lastabfalls ist vorgesehen, dass der Lastabfall über einen Wert einer Spannung, der in der vorliegenden Ausführungsform an der zweiten vertikalen Brückenleitung des zur Bereitstellung des Signals vorgesehenen zweiten Schaltelements anliegt, detektiert wird. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine zum Nachweis des Lastabfalls vorgesehene Komparator mit der zweiten vertikalen Brückenschaltung verbunden ist. So dass dieser mindestens eine Komparator die Spannung entlang der zweiten vertikalen Brückenleitung abgreifen kann.
In weiterer Ausgestaltung ist auch eine bezüglich der Benennung der Schaltelemente und vertikalen Brückenleitungen vertauschte Funktionsweise des Verfahrens möglich. Demnach ist vorgesehen, dass das erste hochseitige (niedrigseitige) Schaltelement zum Festlegen der Stromrichtung in der zweiten vertikalen Brückenleitung angeordnet ist, folglich ist das zweite niedrigseitige (hochseitige) Schaltelement zur Bereitstellung des Signals in der ersten vertikalen Brückenleitung dem ersten hochseitigen (niedrigseitigen) Schaltmodul gegenüberliegende angeordnet. Bei einer derartigen Aufteilung der Funktionen ist vorgesehen, dass der mindestens eine Komparator an der ersten vertikalen Brückenleitung angeschlossen ist.
Um unterschiedliche Funktionsweisen realisieren zu können, kann das Steuergerät zwei Komparatoren aufweisen, die zum Nachweis des Lastabfalls sowie zum Erkennen des Kurzschlusses ausgebildet sind. Bei einer Ausführung des Verfahrens wird durch ein erstes (zweites) Schaltelement in der ersten (zweiten) vertikalen Brückenleitung die Stromrichtung festgelegt und mit dem zweiten (ersten) Schaltelement entlang der zweiten (ersten) vertikalen Brückenleitung das Signal, bspw. ein Signal zur Pulsweitenmodulation (PWM) bereitgestellt. Der Lastabfall wird typischerweise von dem mindestens einen Komparator immer an der zweiten (ersten) Brückenleitung, an der auch das zweite (erste) Schaltelement zur Bereitstellung des Signals angeordnet ist, abgegriffen.
Zum Erkennen bzw. Nachweisen des Lastabfalls, wobei geprüft wird ob eine Last und somit die Einrichtung vorhanden ist, ist vorgesehen, dass die Last und somit die Einrichtung vorhanden ist, wenn die durch den mindestens einen Komparator entlang der zweiten (ersten) vertikalen Brückenleitung abgegriffene Spannung einen betragsmäßig maximalen Wert, in der Regel einen Wert einer Batteriespannung U_BAT, aufweist. Falls diese durch den mindestens einen Komparator abgegriffenen Spannung den Wert null aufweisen sollte, ist die Last nicht mehr vorhanden, und somit die Einrichtung mit dem Steuergerät nicht mehr verbunden oder ggf. defekt.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens, ist das erste bzw. hochseitige (zweite bzw. niedrigseitige) Schaltelement, das zum Festlegen der Stromrichtung ausgebildet ist, leitend und das diagonal gegenüberliegende zweite bzw. niedrigseitige (erste bzw. hochseitige) Schaltelement, das zum Bestellen des Signals ausgebildet ist, nicht leitend.
Das erfindungsgemäße Steuergerät weist eine H-Brückenschaltung und mindestens einen Komparator auf. Dabei ist das Steuergerät dazu ausgebildet, einen Lastabfall einer mit der H-Brückenschaltung des Steuergeräts verbundenen Einrichtung mit dem mindestens einen Komparator, der zugleich zur Kurzschlusserkennung ausgebildet ist, zu detektieren.
Die genannten Komponenten des Steuergeräts können derart verbunden sein, dass der mindestens eine Komparator mit mindestens einer der beiden vertikalen Brückenleitungen der H-Brückenschaltung verbunden ist und zur Detektion des Lastabfalls dazu ausgebildet ist, eine an dieser mindestens einen vertikalen Brückenleitung anliegenden Spannung abzugreifen. Üblicherweise ist die Einrichtung an beiden vertikalen Brückenleitungen der H-Brückenschaltung angeschlossen.
Außerdem kann der mindestens eine Komparator in einer anwendungsspezifischen Schaltung angeordnet und bspw. als Überstromkomparator ausgebildet sein.
Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, sämtliche Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen, wobei einzelne Komponenten des Steuergeräts dazu ausgebildet sein können, einzelne Schritte des beschriebenen Verfahrens auszubilden. Weiterhin können Funktionen des Steuergeräts oder mindestens einer Komponente des Steuergeräts als Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden.
Das weiterhin vorgesehene Computerprogramm mit Programmcodemitteln ist dazu ausgebildet, alle Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem vorgestellten Steuergerät, ausgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, ist dazu geeignet, alle Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem erfindungsgemäßen Steuergerät, ausgeführt wird.
Mit der Erfindung ist es u. a. möglich, eine Lastabfallerkennung in H-Brücken bzw. H-Brückenschaltungen mit H-Brückenansteuerbausteinen, in der Regel den Schaltelementen, die üblicherweise als Transistoren ausgebildet sind, mit integrierter oder externer MOSFET-Endstufe zu vereinfachen. Statt einer zeitkontinuierlichen Erfassung über Strommessverstärker und Komparatoren kann die Erkennung oder eine Erfassung des Lastabfalls zeitdiskret erfolgen. Hierbei werden dieselben Komparatoren verwendet, die ohnehin für die Kurzschlusserkennung zur Verfügung stehen bzw. dafür bereits benötigt werden. Es wird für die Lastabfalldiagnose damit kein zusätzlicher Komparator oder Strommessverstärker benötigt.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Nutzung der im ASIC (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis) bereits vorhandenen Überstrom-Komparatoren zur Detektion des Lastabfalls vorgesehen. Folglich kann auf eine aufwendige Stromerfassung im ASIC oder eine externe Stromerfassung verzichtet werden.
Mit dieser im Rahmen der Erfindung realisierten Vereinfachung ist typischerweise keine sonderlich hohe Messgenauigkeit erforderlich. Durch die zeitliche Aufteilung bzw. Diskretisierung können die bereits vorhandenen Überstrom-Komparatoren verwendet werden. Da die ansonsten zur Erkennung des Lastabfalls erforderlichen elektronischen Bauteile nunmehr überflüssig sind, können Kosten verringert werden.
Bei einer Überstromerkennung kann ein Kurzschluss der Batterie bzw. ein Kurzschluss nach Masse erkannt werden, der das Steuergerät bzw. die Leistungschalter beschädigen kann. Eine Variante eines Messprinzips ist einer Messung des Stroms über einen Einschaltwiderstand R_DSON der Leistungsschalter ähnlich, und kann sowohl bei internen wie externen Leistungsschaltern durchgeführt werden. Hierbei ist aber keine hohe Genauigkeit erforderlich, zumal der Kurzschlussstrom relativ hoch ist und damit ein deutliches Messsignal liefert. Daher sind hierfür Komparatoren ausreichend. Wird ein maximaler Messwert überschritten, schaltet die Steuerung die Leistungsschalter ab, um eine Beschädigung des Steuergeräts zu verhindern.
Bei einer OPL-Diagnose (open load diagnosis) gemäß bisher bekanntem Prinzip wird dagegen nicht unbedingt ein größerer, insbesondere normaler Betriebsstrom ausgewertet, sondern unter Umständen ein aus Funktionssicht ebenso völlig normaler aber doch kleiner Laststrom. Nun muss bei bisherigem Prinzip die Strommessung so genau sein bzw. ausgelegt werden, dass keine unberechtigte OPL-Fehlermeldung erfolgt. Soll z. B. ein Steller bzw. Aktor der technischen Einrichtung sehr sanft angefahren werden, kann dies unter Umständen Schwierigkeiten bereiten. Mit der vorliegenden Erfindung kann in Ausgestaltung die OPL-Diagnose unabhängig von den Lasttrömen durchgeführt werden und bietet daher definiertere Diagnose-Bedingungen als die im Stand der Technik genutzten Vorgehensweisen.
Für das Steuergerät können in alternativer Ausgestaltung H-Brückenschaltungen bzw. H-Brücken eingesetzt werden, bei denen mit den hochseitigen in einer alternativen Ausgestaltung Schaltern oder Schaltelementen bzw. High Side-Schaltern die PWM (Pulswertmodulation) durchgeführt und bei denen die niedrigseiten Schaltern bzw. Low Side-Schaltern die Richtung des fließenden Stroms vorgegeben werden. Das beschriebene Diagnose-Prinzip lässt sich entsprechend durch Vertauschen der Aufgabe der Schaltelemente, d. h. von den hochseitigen zu den niedrigseitigen Schaltern und umgekehrt hier ebenfalls anwenden.
Bei diesem Prinzip können die Komparatoren für die Kurzschlusserkennung wie erwähnt auch für die OPL-Erkennung verwendet werden, weil beides in der Regel nicht zeitgleich erfolgt. Bei leitendem Low Side-Schalter wird der Komparator für die Kurzschlussüberwachung verwendet. Hierbei darf eine Komparatorschwelle nicht überschritten werden, sonst erfolgt eine Kurzschlussmeldung. Bei nichtleitendem Low Side-Schalter wird der Komparator für die OPL-Diagnose verwendet. Hierbei darf die Komparatorschwelle nicht unterschritten werden, sonst erfolgt eine OPL-Fehlermeldung.
Es ist vorgesehen, dass eine H-Brücke bzw. eine H-Brückenschaltung, wie sie als eine Komponente des beschriebenen Steuergeräts ausgebildet ist, vier gleichartige elektronische Bauteile bzw. Schaltelemente aufweist, die bspw. als Transistoren ausgebildet sein können. Dabei sind diese Schaltelemente an Eckpunkten einer Schleife angeordnet, die im Uhrzeigersinn einer obere horizontale Brückenleitung eine rechte vertikale Brückenleitung, eine untere horizontale Brückenleitung sowie eine linke vertikale Brückenleitung aufweist. Dabei sind ein erstes und ein zweites Schaltelement über die linke vertikale Brückenleitung miteinander verbunden. Das erste und ein drittes Schaltelement sind über die obere horizontale Brückenleitung miteinander verbunden. Das zweite und ein viertes Schaltelement sind über die untere horizontale Brückenleitung miteinander verbunden. Außerdem sind das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement über die rechte vertikale Brückenleitung miteinander verbunden. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Einrichtung, für die der Lastabfall nachzuweisen oder zu erkennen ist, über Verbindungsstellen an der linken sowie der rechten vertikalen Brückenleitung mit der H-Brücke verbunden ist. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Komparator an der linken vertikalen Brückenleitung zwischen dem zweiten Schaltelement und der Anschlussstelle der Einrichtung an der linken vertikalen Brückenleitung mit der H-Brücke verbunden ist. In der weiteren Beschreibung ist vorgesehen, dass die beiden oberen Schaltelemente, d. h. das erste und das dritte Schaltelement, die über die obere horizontale Brückenleitung miteinander verbunden sind, als hochseitige Schalter bzw. Schaltelemente (High Side-Schalter) bezeichnet werden. Entsprechend werden die beiden unteren Schaltelemente, d. h. das zweite und das vierte Schaltelement, die über die untere horizontale Brückenleitung miteinander verbunden sind, als niedrigseitige Schalter (Low Side-Schalter) bezeichnet.
Die H-Brücke kann bei einer Anwendung derart eingesetzt werden, dass bei einem reinen Low Side-Schalter oder High Side-Schalter die OPL-Diagnose mittels Komparator und einer pull-down Stromquelle, bei der eine Signalleitung mit einem niedrigen Spannungspotential verbunden wird, oder einer pull-up Stromquelle, bei dem die Signalleitung mit einem höheren Spanungspotential verbunden wird, durchgeführt wird.
Hierbei wird das OPL-Diagnose-Verfahren in die H-Brücke übernommen. Möglich wird dieses Prinzip mit der Aktivierung der OPL-Diagnose zum richtigen Zeitpunkt bzw. im richtigen Betriebszustand.
In einer Variante kann eine Abfrage danach, ob eine Last vorhanden oder nicht vorhanden ist, wie nachfolgend beschrieben umgesetzt werden.
Bei einem Freilauf über beide High Side-Schalter liegt an einem Low Side-Drain und somit einer niedrigseitigen Senke die Spannung: U_BAT – I·R_DSON, d. h. Batteriespannung minus Strom mal Einschaltwiderstand, und an der anderen niedrigseitigen Senke die Spannung U_BAT + I·R_DSON, d. h. Batteriespannung plus Strom mal Einschaltwiderstand, an. Bei einem sog. Freilauf über Diode und Schalter, wenn der Freilauf-High Side-Schalter gesperrt ist, liegt an einem Low Side-Drain U_BAT – I·R_DSON, am anderen Low Side-Drain U_BAT + Diodenspannung, bspw. bei induktiver Last, an. In beiden Fällen spricht der zum Nachweis des Lastabfalls vorgesehene Komparator der Low Side nicht an, da die Spannung bei beiden auf nahezu U_BAT liegt. Somit ist dies ein möglicher Nachweis dafür, dass die Last vorhanden ist und somit die Einrichtung noch funktioniert.
Wenn an einer Halbbrücke die Last fehlt, weil sie bspw. abgefallen ist, liegt bei dem Freilauf über beide High Side-Schalter annähernd U_BAT an den Lastanschlüssen bzw. -pins an, weil beide High Side-Schalter leitend sind. Eine Lastabfallerkennung ist in diesem Betriebszustand nicht möglich.
Bei Freilauf über Diode und Schalter ist in einer Halbbrücke bzw. einer vertikalen Brückenleitung der High Side-Schalter leitend und in der anderen vertikalen Brückenleitung bzw. Halbbrücke gesperrt. In der Halbbrücke mit leitendem High Side-Schalter kann somit keine Diagnose erfolgen. In der Halbbrücke mit nichtleitendem High Side-Schalter, kann eine Diagnose erfolgen wenn der Low Side-Schalter nichtleitend wird bzw. ist. Die High Side-Diagnose-Stromquellen in den Halbbrücken müssen abgeschaltet und nur die Low Side-Diagnose-Stromquelle eingeschaltet sein. Die Low Side Stromquelle zieht wegen des hochohmigen High Side-Schalters bei fehlender Last den Low Side-Drain der Halbbrücke auf Masse und der zughörige Low Side-Komparator meldet Lastabfall, so dass u. a. auf diese Weise nachgewiesen werden kann, dass die Last abgefallen und demnach die Einrichtung beschädigt oder vom Steuergerät getrennt ist.
Beim Betrieb einer induktiven Last in der H-Brücke, die mit vorstehend erwähnter Funktion ausgestattet ist, ist im Freilauf gegenüber der Batteriespannung eine getaktete Spannung an einem der beiden Lastanschlüsse von mindestens 1 V, d. h. U_BAT + 1 V gegenüber der Masse (GND) zu messen. Dies ist bspw. so, weil der Freilauf teilweise über die High Side-Schalter-Body-Diode läuft. Ist ein ASIC (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis) nicht mit dieser Diagnose-Funktion ausgestattet, ist dieser Spannungs-Peak nicht zu messen oder ist nur sehr kurz. Wird die Pulsweitenmodulation mit 0% eingestellt, kann der Diagnose-Strom gemessen werden. Eine zuvor geladene Kapazität würde sich durch die pull-down Stromquelle schneller entladen.
Die über das Verfahren realisierbare Funktion kann in allen H-Brücken-Treibern und vollintegrierten H-Brückenbausteinen in einen ASIC integriert werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines Steuergeräts.
2 zeigt in schematischer Darstellung ein Detail einer weiteren Ausführungsform eines Steuergeräts bei Durchführung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung.
Ausführungsform der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Das in 1 in einer ersten Ausführungsform dargestellte Steuergerät 2 (ECU) ist mit einer als Verbraucher vorgesehenen Einrichtung 4 verbunden. Das Steuergerät 2 weist als Komponenten einen Mikrocontroller 6, ein unter anderem zum Glätten von Signalen vorgesehenes Modul 8, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung 10 (ASIC) sowie eine H-Brückenschaltung 12 auf. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 10 umfasst eine serielle periphere Schnittstelle 14 (SPI), ein Diagnosemodul 16, ein Treibermodul 18, ein Mess- und Überwachungsmodul 20, sowie ein Schaltmodul 22 zur Bereitstellung einer "EN", einer "DIR", sowie einer Pulsweitenmodulation (PWM) auf.
Dabei umfasst dieses Schaltmodul 22 ein erstes elektronisches Bauelement "MESST2", ein zweites elektronisches Bauelement "MESST4" sowie einen Ein/Aus-Multiplexer (I/O MUX). Die H-Brückenschaltung 12 umfasst einen ersten Transistor 24 (T₁), einen zweiten Transistor 26 (T₂), einen dritten Transistor 28 (T₃), einen vierten Transistor 30 (T₄) und zwei Shunt-Widerstände 32. Diese H-Brückenschaltung 12 ist über eine obere Brückenleitung zwischen dem ersten Transistor 24 und dem dritten Transistor 28 an einer Batteriespannung U_BAT angeschlossen. Über eine untere Brückenleitung zwischen den beiden Shunt-Widerständen 32 ist die H-Brückenschaltung 12 auf Masse gelegt. Weiterhin ist die H-Brückenschaltung 12 über einen ersten Anschlusspunkt 34 an einer linken Brückenleitung zwischen dem ersten und dem zweiten Transistor 24, 26 und über eine zweite Anschlusstelle 36 entlang einer rechten Brückenleitung zwischen dem dritten und dem vierten Transistor 28, 30 mit der Einrichtung 4 verbunden.
Mit dem hier gezeigten Steuergerät 2 ist eine konventionelle Stromerfassung der Einrichtung 4 mit den Bausteinen der H-Brückenschaltung 12 unter Nutzung externer MOSFETs möglich.
Dabei wird die Lastabfallerkennung über eine relativ aufwendige Strommessung durchgeführt. Hierzu wird bei H-Brücken-Treibern mit integrierten Leistungsendstufen intern die Spannung über einen R_DSON-Widerstand bzw. Einschalt-Widerstand von internen Leistungsendstufe, bspw. einem Leistungs-MOSFETs, oder über einen Widerstand einer Endstufe im leitenden Zustand gemessen. Bei externen Endstufen erfolgt die Strommessung hier über die zusätzlichen zur Messung vorgesehenen Shuntwiderstände 32. Der vom Steuergerät 2 gemessene Laststrom durch die zu überwachende als Motorkomponente ausgebildete Einrichtung 4 darf einen Mindestwert nicht unterschreiten. Ist eine Verbindung zu der Einrichtung 2 und somit Last unterbrochen, kann kein Laststrom mehr fließen, der Mindestwert wird folglich unterschritten. Das Steuergerät erkennt über, die Strommessung den fehlenden Lasstrom und somit den Fehler.
In 2 ist in schematischer Darstellungsform ein Detail eines Steuergeräts 50, das zur Durchführung einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, dargestellt.
Dieses Steuergerät 50 umfasst eine H-Brückenschaltung 52 sowie ein Mess- und Überwachungsmodul 54.
Die H-Brückenschaltung 52 umfasst als elektronische Schaltelemente einen ersten Transistor 54 (T₁), einen zweiten Transistor 56 (T₂), einen dritten Transistor 58 (T₃) sowie einen vierten Transistor 60 (T₄). Weiterhin umfasst die H-Brückenschaltung 52 eine obere horizontale Brückenleitung 62 zwischen dem ersten und dem dritten Transistor 54, 58, wobei diese obere horizontale Brückenleitung 62 mit einer Batteriespannung U_BAT verbunden ist, so dass der erste und zweite Transistor 54, 58 hier als hochseitige Schalter bzw. High-Side Schalter ausgebildet sind. Eine untere horizontale Brückenleitung 64 zwischen dem zweiten und vierten Transistor 56, 60 liegt auf Masse. Innerhalb der H-Brückenschaltung 52 wird eine Stromrichtung 59 über den dritten Transistor 58, ein Takt einer pulsweiten Modulation 57 über den zweiten Transistor 56 und ein Freilauf 55 über den ersten Transistor 54 bereitgestellt, so dass der zweite und vierte Transistor 56, 60 als niederseitige Schalter bzw. Low-Side Schalter ausgebildet sind.
Das Mess- und Überwachungsmodul 54 weist eine digitale Auswerteeinheit 66, einen Komparator 68 zur Durchführung einer Lastabfalldiagnose sowie zur Kurzschlusserkennung, eine Diagnose-Stromquelle 69 und einen Schalter 70 auf. Über eine Verbindungsleitung 72 sind der Komparator 68 und der Schalter 70 über eine erste Anschlusstelle 74 an einer linken vertikalen Brückenleitung 76 der H-Brückenschaltung 52 zwischen dem ersten und zweiten Transistor 54, 56 angeschlossen. Über eine zweite Anschlussstelle 78 entlang der linken vertikalen Brückenleitung 76 zwischen der ersten Anschlußstelle 74 und dem ersten Transistor 54 wird eine Verbindung zu einer zur Bereitstellung einer Last ausgebildeten Einrichtung 80 bereitgestellt. Es ist vorgesehen, dass diese Einrichtung 80 weiterhin an einer dritten Anschlusstelle 82 an einer rechten vertikalen Brückenleitung 84 zwischen dem dritten und vierten Transistor 58, 60 mit der H-Brückenschaltung 52 verbunden ist.
Die digitale Auswerteeinrichtung 66 mit der Auswertelogik ist dazu ausgebildet, den Komparator 68, wie auch üblicherweise vorgesehen, in einem ersten Betriebsmodus zur Durchführung einer Kurzschlusserkennung zu betreiben. Weiterhin ist die Auswerteeinrichtung 66 dazu ausgebildet, den Komparator 68 zusätzlich in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, so dass durch den Komparator 68 eine Lastabfallerkennung der Einrichtung 80 durchführbar ist. Somit umfasst die H-Brückenschaltung 52 zwei horizontale Brückenleitungen, nämlich die obere und die unteren Brückenleitung 62, 64, sowie zwei vertikale Brückenleitungen 76, 84.
Mit einem der zwei auch als High Side-Schalter bezeichneten ersten oder dritten Transistoren 54, 58 wird im Normalbetrieb die Stromrichtung in der H-Brückenschaltung 52 vorgegeben. Dieser High Side-Schalter ist dabei ständig durchgeschaltet. In vorliegender Ausführungsform wird mit dem dritten Transistor 58 im Dauerbetrieb die Stromrichtung von der rechten vertikalen Brückenleitung 84 zur linken vertikalen Berückenleitung 76 und somit von der rechten zur linken Halbbrücke vorgegeben. Mit dem dem dritten Transistor 58 diagonal gegenüberliegenden Low Side-Schalter wird in der gegenüberliegenden linken Halbbrücke bzw. vertikalen Brückenleitung 84 das PWM-Signal zur Pulswertenmodulation erzeugt. Im Beispiel ist dies der zweite Transistor 56. Öffnet der für die PWM zuständige Low Side-Schalter bzw. zweite Transistor 56, muss der Strom in Richtung U_BAT freilaufen. Um Verlustleistung zu sparen, soll dazu nach Ablauf einer gewissen Verzögerungszeit bzw. Totzeit der zweite High Side-Schalter, hier der erste Transistor 54, öffnen und der Freilaufstrom über diesen zweiten High Side-Schalter nach U_BAT freilaufen. Die Totzeit ist notwendig, um zu verhindern, dass kurzzeitig beide Transistoren in der gleichen Halbbrücke, hier der ersten und zweiten Transistor 54, 56 der linken vertikal Brückenleitung 76, eingeschaltet sind und ein hoher Querstrom fliesst. Während der Totzeit fliesst der Freilauf-Strom über eine Diode des zweiten High Side-Schalters, d. h. des ersten Transistors 54.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung eines Lastabfalls der Einrichtung 80 werden die in dem hier als Treiber für die H-Brückenschaltung 52 ausgebildeten Mess- und Überwachungsmodul standardmäßig vorhandene Komparator 68 und Diagnose-Stromquelle 69 verwendet.
Die Lastabfall-Diagnose soll nun zu einem Zeitpunkt erfolgen währenddessen nur ein High Side-Schalter, in diesem Fall der dritte Transistor 58, für die Richtungsvorgabe des Stroms leitend ist. D. h. der PWM Low Side-Schalter, zur Bereitstellung des PMW-Signals hier der zweite Transistor 56, ist im momentanen PWM-Zyklus soeben nichtleitend geworden und der Freilauf-High Side-Schalter, im Beispiel der erste Transistor 54, wegen der Totzeit noch nicht leitend. Ist eine Last vorhanden bzw. korrekt angeschlossen, stellt sich oberhalb des PWM Low Side-Schalters, hier des zweiten Transistors 56, durch die Last eine Spannung der Batteriespannung U_BAT von z. B. 24 V, ein.
Über die in den aller meisten Fällen ausreichend niederohmige Last fliesst ausreichend Strom um den Lastanschlusspunkt oberhalb des Low Side-Schalters (zweiter Transistor 56) trotz der Diagnose Pull-Down-Stromquelle im integrierten Schaltkreis (IC) auf nahezu U_BAT zu halten. Wird nun die Last z. B. durch einen Kabelbruch im Kabelbaum unterbrochen, dann wird der Lastanschlusspunkt oberhalb des Low Side-Schalters (zweite Transistor 56) abgeklemmt. Die interne Stromquelle 69 wird dann den Lastanschlusspunkt gegen die Masse ziehen. Die Komparator-Schwelle für OPL wird unterschritten, die Auswertelogik in der Auswerteschaltung 66 wird einen OPL-Fehler erkennen. Auf diese Weise kann übrigens nicht nur ein OPL-Fehler diagnostiziert werden, sondern auch ein Kurzschluss nach Masse auf der PWM-Halbbrücke, bspw. auf der linken Halbbrücke.
Es ist vorgesehen, dass die Diagnose zu einem Zeitpunkt erfolgt, währenddessen nur der eine High Side-Schalter, in diesem Fall der dritte Transistor 54, leitet. Würde z. B. der gegenüberliegende High Side-Schalter auch leiten, wäre eine OPL-Erkennung nicht möglich, da der Anschlusspunkt nach U_BAT gezogen wird, egal ob eine Last vorhanden ist oder nicht. D. h. die Diagnose muss z. B. während der Totzeit erfolgen, wenn der PWM-Low Side-Schalter, nun der zweite Transistor 56, gerade gesperrt und der Freilauf-High Side-Schalter, im vorliegenden Beispiel der erste Transistor 54, noch nicht leitend ist.
Eine weitere, einfache und nahezu gleichwertige Möglichkeit ist, für die Diagnose immer mal wieder für einen PWM-Zyklus den Freilauf-High Side-Schalter nicht einzuschalten. Der Freilauf wird dann bei vorhandener Last über die Diode des Schalters erfolgen, was mit etwas mehr Verlustleistung verbunden ist. Weil dies aber nur gelegentlich erfolgen würde, ist dies in den meisten Fällen vertretbar.
Für eine alternative Ausgestaltung einer H-Brückenschaltung, bei der vorgesehen ist, dass über die High-Side-Schalter die Pulsweitenmodulation bereitgestellt wird und über die Low-Side-Schalter die Stromrichtung vorgegeben wird, kann durch Austauschen der Schaltelemente, d. h. des ersten durch den zweiten Transistors 54, 56 sowie des dritten durch den vierten Transistors 58, 60 die Diagnose des Lastabfalls der Einrichtung 80 in analoger Weise durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Lastabfalls einer Einrichtung (80), die mit einer H-Brückenschaltung (52) eines Steuergeräts (50) verbunden ist, bei dem der Lastabfall mit mindestens einem Komparator (68) des Steuergeräts (50), der zugleich zum Erkennen eines Kurzschlusses ausgebildet ist, detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Lastabfall zeitdiskret detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mit einem ersten hochseitigen Schaltelement der H-Brückenschaltung (52) eine Stromrichtung festgelegt und mit einem zweiten diagonal gegenüber liegenden Schaltelement der H-Brückenschaltung (52) ein Signal bereitgestellt wird, so dass der Lastabfall über einen Wert einer Spannung an einer vertikalen Brückenleitung (76, 82), in der das zur Bereitstellung des Signals vorgesehene zweite Schaltelement innerhalb der H-Brückenschaltung (52) angeordnet ist, detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem eine Last vorhanden ist, wenn die Spannung einen betragsmäßig maximalen Wert aufweist, und bei dem die Last nicht vorhanden ist, wenn die Spannung den Wert null aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Wert für die Spannung entlang der vertikalen Brückenleitung (76, 82) über den mindestens einen Komparator (68) abgegriffen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit dem eine Funktionstüchtigkeit der Einrichtung (80) überprüft wird.
Steuergerät, das eine H-Brückenschaltung (52) und mindestens einen Komparator (68) aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Lastabfall einer mit der H-Brückenschaltung (52) des Steuergeräts (50) verbundenen Einrichtung (80) mit dem mindestens einem Komparator (68), der zugleich zur Kurzschlusserkennung ausgebildet ist, zu detektieren.
Steuergerät nach Anspruch 7, bei dem der mindestens eine Komparator (68) mit mindestens einer der beiden vertikalen Brückenleitung (76, 82) der H-Brückenschaltung (52) verbunden und zur Detektion des Lastabfalls dazu ausgebildet ist, eine an dieser mindestens einen vertikalen Brückenleitung (76, 82) anliegende Spannung abzugreifen, wobei vorgesehen ist, dass die Einrichtung (80) an beiden vertikalen Brückenleitungen angeschlossen ist.
Steuergerät nach Anspruch 7 oder 8, bei dem der mindestens eine Komparator (68) in einer anwendungsspezifischen Schaltung angeordnet ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der mindestens ein Komparator als Überstrom-Komparator ausgebildet ist.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät (50) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät (50) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, ausgeführt wird.