DE102008004202A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses und/oder Unterbrechung einer elektrischen Leitung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses und/oder Unterbrechung einer elektrischen Leitung Download PDF

Info

Publication number
DE102008004202A1
DE102008004202A1 DE102008004202A DE102008004202A DE102008004202A1 DE 102008004202 A1 DE102008004202 A1 DE 102008004202A1 DE 102008004202 A DE102008004202 A DE 102008004202A DE 102008004202 A DE102008004202 A DE 102008004202A DE 102008004202 A1 DE102008004202 A1 DE 102008004202A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal pattern
line
signal
voltage
electrical conduction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102008004202A
Other languages
English (en)
Inventor
Christian Erbe
Rainer Zuschlag
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102008004202A priority Critical patent/DE102008004202A1/de
Publication of DE102008004202A1 publication Critical patent/DE102008004202A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G01R31/007Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks using microprocessors or computers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung der Funktionsfähigkeit einer elektrischen Leitung durch Einspeisung und Wiedererkennung eines modulierten Signals.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung bzw. einem Verfahren zur Erkennung eines Kurzschluss und/oder einer Unterbrechung einer elektrischen Leitung in einem Fahrzeug nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
  • Aus der DE 43 082 80 A1 ist bereits ein Verfahren zur Überwachung der elektrischen Verbindung zwischen einem Potentiometer und einer Auswerteelektronik mit Hilfe einer rechteckförmigen Wechselspannung bekannt. Es ist bekannt, dass die Intaktheit bzw. Funktionsfähigkeit eines elektrischen Leiters dadurch geprüft werden kann, dass er mit einer Konstantspannung beaufschlagt wird, welche zurückgemessen wird (Konstantspannungsverfahren). Entspricht die zurückgemessene Spannung nicht mehr dem Wert der Konstantspannung, so liegt ein Fehlerfall vor, beispielsweise ein Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung. Gibt es nun jedoch Störungen, die dieses Spannungspotenzial beeinflussen, z. B. EMV-Einstrahlung, so ist die Falschpositiverkennung eines Fehlers möglich.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass die Intaktheit bzw. Funktionsfähigkeit einer elektrischen Leitung auch dann geprüft werden kann, wenn Störungen vorliegen. So besitzen Leitungen abhängig von beispielsweise ihrer Länge und Lage eine Antennenwirkung, die die Einkopplung von Störungen möglich macht, beispielsweise durch EMV-Strahlung oder durch parallel liegende Leitungen und Übersprechen. Erfindungsgemäß soll nun ein Signalmuster in die Leitung eingebracht werden, welches sich von potenziellen Störungen derart unterscheidet, dass das Signalmuster trotz Störung noch erkennbar ist. Solange dies der Fall ist, bedeutet das, dass die Leitung an und für sich intakt ist, das heißt, keinen Kurzschluss, z. B. nach Masse oder zur Batteriespannung hin, aufweist oder gar ein Leitungsabriss bzw. eine Leitungsdurchtrennung erfolgt ist.
  • Das Signalmuster kann an verschiedenen Stellen, bzw. auch durch verschiedene Komponenten in das System eingebracht werden. Genauso kann die Erkennung des Signalmusters an verschiedenen Stellen, bzw. Komponenten im System stattfinden.
  • Durch die in den abhängigen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens bzw. Vorrichtung möglich.
  • Vorteilhaft ist die Verwendung eines zweistufigen PWM-Signals, das – nicht zwingend, aber idealerweise – symmetrisch um eine Mittenspannung Ausschläge ins Positive bzw. Negative aufweist, weil dadurch eine symmetrisch Auswertung durchgeführt werden kann und schaltungstechnisch eine einfachere Umsetzung möglich ist.
  • Vorteilhaft ist die Überlagerung mehrerer Signalmuster bzw. die Verwendung eines Codes, beispielsweise einer klassischen PWM-Codierung von Bits, die dann den entsprechenden Code darstellen. Die Wahl eines geeigneten Codes dient dazu, die Wahrscheinlichkeit auf nahezu null zu minimieren, dass eine potenzielle Störung trotz Leitungsdefekts zufällig das Codemuster nachbildet.
  • Vorteilhaft ist die Aufmodulierung des erfindungsgemäßen Signalmusters auf das bereits bekannte Konstantspannungsverfahren – diese wurde bereits in der Würdigung des Standes der Technik erwähnt – da zusammen mit diesem eine Redundanz bzw. Plausibilisierung ermöglicht wird. Außerdem kann hierdurch zwischen Kurzschlüssen und Leitungsabriss unterschieden werden. Je nach schaltungstechnischer Realisierung würde ohne diese Konstantspannung das Fehlerbild für einen Kurzschluss bzw. manche Arten von Kurzschlüssen ohne Leitungsabriss identisch aussehen.
  • Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Anwendung des Verfahrens, insbesondere dann, wenn die Prüfung mittels des Konstantspannungsverfahrens bereits durchgeführt wurde, diese einen Fehler meldet und das erfindungsgemäße Verfahren zur Plausibilisierung Anwendung findet. Da das erfindungsgemäße Verfahren möglicherweise eines höheren Aufwands, insbesondere bei Realisierung mittels eines Mikrocontrollers eines erhöhten Rechenbedarfs bedarf, ist die generelle Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens über den gesamten Testzeitraum möglicherweise unerwünscht.
  • Vorteilhaft ist, wenn die Leitung nicht zum Zwecke der Datenübertragung dient, da das erfindungsgemäße Signalmuster die Datenübertragung stören könnte. Für den Fall, dass doch eine Datenübertragung gewünscht ist, empfiehlt es sich, Maßnahmen zu ergreifen, dass das Signalmuster die Datenübertragung nicht beeinflusst, beispielsweise die Wahl eines unterschiedlichen Frequenzbereiches für das Prüfungssignalmuster und die Daten. Auch sind unterschiedliche Modulationsverfahren zwischen den Daten und dem erfindungsgemäßen Signalmuster, bzw. andere Verfahren denkbar. Die Eignung des Verfahrens für Leitungen, die der Energieübertragung dienen, hängt von den Anforderungen an diese Übertragung ab und der Wahl der elektrischen Parameter des Signalmusters. Denkbar ist die erfindungsgemäße Prüfung durch ein hochfrequentes Signalmuster, welches am Ende der Übertragungsstrecke durch einen Tiefpass herausgefiltert wird, sofern das hochfrequente Signalmuster überhaupt eine Störung des Systems bewirken würde. Ggf. müssten für das Verfahren dann auch höhere Leistungen verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat Vorteile entsprechend den Vorteilen des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
  • Vorteilhafterweise wird das Signalmuster durch Verstimmen bzw. Schalten eines Elements eines Spannungsteilers erzeugt. Der Schaltungsaufbau des Konstantspannungsverfahrens kann so im wesentlichen beibehalten werden und erlaubt eine einfache Kombination beider Verfahren. Jedoch ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für sich alleine oder mit anderen Verfahren kombiniert anwendbar. Auch muß die Einspeisung, bzw. Modulation nicht zwingend mittels eines Spannungsteilers erfolgen.
  • Vorteilhafterweise kann durch die Realisierung mithilfe einer Brückenschaltung und der damit gegebenen Symmetrie, bzw. Teilsymmetrie ein redundantes Auswerteverfahren hergestellt werden, das der Plausibilisierung dient, um Falschpositiverkennungen zu vermeiden. Dabei stellt die zu überprüfende bzw. überwachende Leitung den Brückenzweig der Brückenschaltung dar. Weiterhin ist vorteilhaft, dass so zwischen Kurzschlüssen und Leitungsabriss unterschieden werden kann. Beispielsweise kann über die im Ausführungsbeispiel verwendeten Fensterkomparatoren herausgefunden werden, ob erstens ein Kurzschluss nach Masse vorliegt, das ist der Fall, wenn beide Komparatoren ihre untere Schwelle unterschreiten, oder zweitens einen Kurzschluss nach einer Up-Spannung, beispielsweise der Batteriespannung vorliegt, das ist der Fall, wenn beide Komparatoren ihre obere Schwelle überschreiten oder drittens der Fall der Leitungsunterbrechung eingetreten ist, das ist der Fall, wenn einer der Fensterkomparatoren seine untere Schwelle unter- und der andere seine obere Schwelle überschreitet. Die Brückenschaltung darf hierbei nicht abgestimmt sein, da sonst über den Brückenzweig kein Stromfluss stattfinden würde und ein Leitungsabriss somit nicht erkannt werden würde, da sich das Spannungspotenzial nicht ändern würde. Der geringe Stromfluss – von in einem bestimmten Ausführungsbeispiel von beispielsweise 2 bis 5 mA – bietet gleichzeitig einen Korrosionsschutz an den Übergangskontakten.
  • Vorteilhafterweise ist eine Einspeisung der Konstantspannung und die Rückmessung auch am selben Leitungsende möglich, ggf. kann so eine zusätzliche Messleitung zum anderen Ende für einen Abgriff eingespart werden, wenn am anderen Ende lediglich der andere Spannungsteiler der Brückenschaltung verbaut wird. Für das erfindungsgemäße Signalmuster gilt dies nur eingeschränkt, da der Code im Falle gleichseitiger Einspeisung und Messung erkennbar bliebe, das Signalmuster hätte nur eine andere Amplitude, aufgrund der abgerissenen Verbindung zur anderen Brückenhälfte (zum Spannungsteiler).
  • Vorteilhafterweise wird die Brückenschaltung kreuzsymmetrisch angeordnet, wodurch sich die Mittenspannung zwischen Up-Spannung und Masse ausprägt und weiterhin die Elemente zur Auswertung, wie beispielsweise die Komparatorschaltung und die Werte eines möglichen Widerstandsnetzwerks symmetrisch ausgelegt werden können und sich dadurch ggf. Synergien im Schaltungsaufbau ergeben.
  • Die erfindungsgemäße Modulierung wird demnach durchgeführt, indem die Widerstände einer Halbbrücke symmetrisch beeinflusst werden.
  • Der Umgang mit Spannungen in den Vorteilen und Ausführungsbeispielen ist nicht einschränkend, genauso kann das Verfahren auch mit anderen elektrischen Parametern praktiziert werden, beispielsweise mit Strom. Hierbei würde das Signalmuster mittels eines Stromes eingeprägt und dieser zurückgemessen und ausgewertet anstatt einer Spannung. Elektrotechnisch wird sich aber die Spannung in der Regel als der geeignete Parameter herausstellen.
  • Begriffserläuterungen
  • Eine (elektrische) Leitung ist ein physikalisches Medium zur Übertragung elektrischer Ströme und Spannungen. Elektrische Leitungen bestehen aus elektrischen Leitern, in der Regel Kupfer oder Aluminium, sowie isolierenden Umhüllungen oder Aufhängungen. Umhüllte Leitungen werden auch als Kabel bezeichnet. Im Gegensatz zu Leiterbahnen auf Leiterplatten, Stromschienen und Hohlleitern sind elektrische Leitungen oft zumindest geringfügig beweglich und überwinden signifikante Entfernungen. Der Begriff elektrische Leitung ist jedoch nicht scharf abzugrenzen. Als Leitung im Sinne der Erfindung gelten auch elektrisch leitende Leitungsabschirmungen.
  • Ein Signal enthält im allgemeinen eine Bedeutung und kann zur Übertragung einer Nachricht genutzt werden. Im Sinne der Erfindung ist ein sogenanntes elektrisches Signal gemeint, als welches man die zeitabhängige Variation einer elektrischen Größe (Strom oder Spannung) auf einer Leitung bezeichnet. Das elektrische Signal dient in der Regel zur Übertragung von Informationen in analoger oder digitaler Form (z. B. Sensorspannungen, Motoransteuerung, Leitungscodes zur digitalen Datenübertragung etc.). Wird ein Signal zur Auswertung von Information genutzt, nennt man es Nutzsignal. Behindert es die Übertragung nützlicher Information, so heißt es Störsignal: In diesem Fall enthält es selbst keine verwertbare Information. Ein Signal als allgemeinerer Begriff kann auch beide Komponenten beinhalten.
  • Im speziellen kann ein sogenanntes digitales Signal vorkommen, das die Menge {0,1} bzw. die Wahrheitswerte {wahr, falsch} oder die Zustände {an, aus} abbildet. Über Tupel, d. h. Bitfolgen, von elementaren digitalen Signalen kann jede Form von digitalen Daten kodiert werden. Der Begriff Muster bezeichnet allgemein gleichbleibende Merkmale, die einer sich wiederholenden Sache zugrundeliegen, die zur gleichförmigen Wiederholung (Reproduktion) bestimmt sind. Die Darstellung der digitalen Werte geschieht über Signalmuster.
  • Mit dem Begriff Code wird eine digitale Zeichenfolge bezeichnet, die dem erfindungsgemäßen Zweck dient. Bei der Wahl der Zeichenfolge empfiehlt es sich, diese so zu wählen, dass eine mögliche Störung nur möglichst unwahrscheinlich diese Zeichenfolge nachbilden kann und somit eine Falsch-Positiv Erkennung auslöst. Abhängig von der Signalcodierung sind beispielsweise für eine einfache PWM-Codierung dauerhafte 0 oder 1-Folgen ungeeignet. Möglicherweise ist gleichmäßiges Alternieren zwischen 0 und 1 wenig zweckmäßig, da eine gleichphasig oszillierender Störeinfluss zum selben Ergebnis führen könnte.
  • Das Ergebnis eines Tests ist falsch positiv, wenn fälschlicherweise angezeigt wird, das gesuchte Ergebnis sei gefunden. Jede Art von Algorithmus, der etwas nachweisen soll, hat eine Tendenz solche Fehlalarme zu produzieren.
  • Die Modulation beschreibt in der Nachrichtentechnik einen Vorgang, bei dem ein zu übertragendes Nutzsignal (der Informationsträger) in ein sogenanntes Trägersignal verändert (moduliert) und damit in ein, für die Übertragung über ein bestimmtes Medium, geeignetes Frequenzband umgesetzt wird. Auch eine Konstantspannung ist als Träger möglich. Anhand der übertragbaren Eingangssignale unterscheidet man zwischen analogen und digitalen Modulationsverfahren.
  • Eng verwandt mit der digitalen Modulation ist die Leitungscodierung, die eine Anpassung eines digitalen Nutzsignals an einen Übertragungskanal, hier eine Leitung, zur Aufgabe hat, dabei aber keine Umsetzung vom Basisband in ein höheres Trägerfrequenzband vornimmt. Der Leitungscode bzw. -kode legt bei der digitalen Kommunikation fest, wie ein Signal auf der physikalischen Ebene übertragen wird. Dabei werden bestimmte Pegelfolgen, etwa Lichtintensitäten auf Glasfasern oder Spannungen oder Ströme auf elektrischen Leitungen, binären Bitsequenzen im Datenstrom zugeordnet.
  • Ein Modul ist eine Komponente einer Software und/oder Hardware, bestehend aus einer Folge von Verarbeitungsschritten und Datenstrukturen. Inhalt eines Moduls ist häufig eine wiederkehrende Berechnung oder Bearbeitung von Daten, die mehrfach durchgeführt werden muss. Sie dient der Ausführung einer bestimmten abgeschlossenen Funktion, kann selber aber in der Realisierung isoliert auftreten oder auch integriert, beispielsweise als Hardwarebestandteil in einem Steuergerät oder als Softwaremodul in einem Prozessor.
  • Der Begriff Einheit wird vorliegend synonym mit dem Begriff Modul, bzw. Komponente verwendet.
  • Eine Brückenschaltung oder H-Schaltung (auch H-Brücke) bezeichnet eine elektrische Schaltung, bei der in der Grundform fünf Zweipole in Form des Großbuchstabens H zusammengeschaltet sind. Die Querverbindung heißt Brückenzweig. Eine Brückenschaltung aus Widerständen kann man als Parallelschaltung zweier Spannungsteiler interpretieren, zwischen deren Ausgangsklemmen der Brückenzweig liegt. Der Vorteil der Brückenschaltung gegenüber einem einzelnen Spannungsteiler besteht darin, dass man die Spannung und den Strom im Brückenzweig je nach Einstellung der Widerstände nicht nur in der Höhe sondern auch in der Polarität verändern kann. Hierbei wird bei Brückenschaltungen zwischen Viertel-(ein Widerstand variabel), Halb-(zwei Widerstände variabel) und Vollbrücken (vier Widerstände variabel) unterschieden.
  • Der Leitungszustand unterteilt sich in gut (= funktionsfähig) und schlecht (nicht funktionsfähig). Letzterer kann verursacht sein durch Kurzschlüsse, insbesondere nach Masse oder einer Up-Spannung (z. B. der Versorgungsspannung) sowie Openload-Zuständen, beispielsweise verursacht durch das Durchtrennen, Abriss, Demontage, Beschädigung oder Korrosion der Leitung oder Kontaktverbindungen.
  • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf,
  • 2 ein mögliches Testsignal mit Komparatorgrenzen,
  • 3 die Übertragung eines Signalmusters,
  • 4 eine schematische Grundvorrichtung,
  • 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung mittels einer Brückenschaltung,
  • 6 ein Hardwarekonzept, in dem das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Vorrichtung integriert ist mit dem bekannten Konstantspannungsverfahren und einer geeigneten Diagnosefunktionalität.
  • In der 1 ist der Verfahrensablauf gezeigt in der Ausprägung, dass das erfindungsgemäße Verfahren erst dann angewandt wird, wenn das bekannte Konstantspannungsverfahren einen Fehler meldet. Meldet dieses eine Abweichung von der Sollspannung 11, wird ein Signalmuster aufgeschaltet bzw. aufmoduliert oder anstelle der Konstantspannung verwendet 12. Das Signalmuster wird zurück gemessen 13 und geprüft, ob der übertragene Code bzw. das Signalmuster noch erkennbar ist 14. Meldet auch dieses Verfahren einen Fehler 16, so können entsprechende Maßnahmen durchgeführt werden, die das Auslösen eines Personenschutzsystems oder das adaptive Anpassen von Auslöseparametern für ein solches 15 bewirken. Ist der Code hingegen noch erkennbar 17, so ist von der Auslösung einer Schutzvorrichtung für den Leitungsabriss abzusehen, alternativ können stattdessen andere Maßnahmen eingeleitet werden, einfacher Weise beispielsweise eine fortlaufende Überwachung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es im Zweig 17 dargestellt ist.
  • In 2 ist ein Testsignal dargestellt, in diesem Fall ein zweistufiges PWM-Signal. Hier ist ein Konstantspannungsniveau von 6 Volt angenommen, um das das PWM-Signal um 1 Volt auf maximal 7 bzw. minimal 5 Volt schwankt 22. Wie dieses Signal möglicherweise generiert werden kann, ist in 5 dargestellt. Der wenigstens eine Komparator prüft nun, ob das Signal innerhalb der Grenzen 23 in diesem Beispiel 4 bzw. 8 Volt bleibt. Die Grenzen des Komparators können beispielsweise durch ein Widerstandsnetzwerk mit den Werten C, D und E 24, analog zur 5, erzeugt werden. Im Falle eines Kurzschluss der zu testenden Leitung nach Masse, würde die untere Grenze bei 4 Volt unterschritten, im Falle eines Kurzschluss nach beispielsweise Batteriespannung wird die obere Schwelle von 8 Volt überschritten und der Komparator gibt eine entsprechende Meldung. Da mögliche Störungen diese Signale überlagern können, müssen die Komparatorschwellen so gewählt werden, dass die Signalpegel des Testsignals plus die Störsignal nicht zu einer Auslösung führen. Dies ist im Einzelfall bei der Entwicklung des jeweiligen Systems abzuschätzen.
  • In 3 ist ein Beispiel für eine Signalmusterübertragung dargestellt. So wird auf der einen Seite der zu testenden Leitung ein Signalmuster 31 eingespeist, welches durch Störungen oder Verschleifungen verzerrt wird und beispielsweise zu einem Signal 32 mutiert. Beispielhaft ist hier grafisch dargestellt, ein verschleiftes Signal, bei dem der Code noch erkennbar ist und somit gezeigt werden kann, dass die entsprechende Leitung noch intakt ist.
  • In 4 ist die erfindungsgemäße Basisvorrichtung gezeigt. In die zu prüfende Leitung 41 wird ein Signalmuster 42 eingespeist und auf der anderen Seite abgegriffen 43. Es existiert eine Auswertevorrichtung 44, die prüft, ob der Code noch erkennbar ist. Praktischerweise kann die Auswertevorrichtung mit Hilfe eines Mikroprozessors oder Mikrocontrollers realisiert werden, der gleichzeitig die Einspeisung bzw. Generation des Testsignals initiiert und andererseits das zurück gemessene Signal auswertet, da er ja direkt den Vergleich mit dem gesendeten durchführen kann.
  • In 5 ist eine Vorrichtung gezeigt, die die Erfindung mittels einer Brückenschaltung realisiert. Die zu prüfende Leitung 51 stellt dabei den Brückenzweig dar. Die Widerstände 52 prägen auf die zu prüfende Leitung 51 ein bestimmtes Spannungsniveau ein. In der gezeigten Anordnung einer symmetrischen Brückenschaltung beträgt die eingeprägte Spannung den Mittelwert zwischen der Up-Spannung 55, beispielsweise der Batteriespannung, und der Bezugsspannung, in der Regel der Masse 56. Zur Überprüfung existieren wenigstens ein Fensterkomparator 54, dessen Fenstergrenzen bzw. Spannungswerte beispielsweise über ein Widerstandsnetzwerk 53 eingestellt wird. Die Komparatorgrenzen müssen nicht zwingend über konstante Widerstände fest vorgegeben werden, sondern können auch anderweitig, beispielsweise dynamisch über Kennfelder festgelegt werden.
  • In anderen denkbaren Ausführungsformen können die hardwaretechnisch eigenständigen Fensterkomparatoren auch durch Schaltungen aus Standardkomparatoren ersetzt werden, oder alternativ auch unter Zuhilfenahme wengistens eines Mikroprozessors realisiert werden. Die Einstellung des Widerstandsnetzwerks 53 können dann ggf. auch über Software, bzw. Konfiguration erfolgen.
  • Wie aus 2 auch ersichtlich, sollten die Widerstandswerte so gewählt werden, dass im Fehlerfalle, das heißt Kurzschluss bzw. Leitungsabriss, diese Grenzen über- bzw. unterschritten werden. Beispielsweise würden sich für die Widerstände folgende Werte eignen: A = 1 kΩ, B = 3 kΩ, C, D, E = 1 kΩ. Das führt bei einer angenommenen Up-Spannung, einer Batterieversorgungsspannung von beispielsweise 12 Volt, dazu, dass die Komparatorgrenzen im unteren Fall bei 4 Volt, im oberen Fall bei 8 Volt zum Liegen kommen. Bei einem Kurzschluss würden diese Grenzen ohnehin über- bzw. unterschritten werden, bei einem Leitungsabriss jedoch wirkt nur noch eine Seite der Brücke wie ein Spannungsteiler und führt bei einem Verhältnis von 1:3 bzw. auf der anderen Seite der Brücke wäre das 3:1, zu einem Spannungsniveau von 9 Volt bzw. auf der anderen Seite 3 Volt, auf der zu prüfenden Leitung 51 und würde somit die Komparatorschwellen durchbrechen. Bei dieser intelligenten Anordnung ist es sogar unerheblich, an welcher Stelle der Leitung 51 der Komparator das Signal misst. Dies gilt jedoch nur für das Konstantspannungsverfahren.
  • Erwartetes Fehlerbild im obigen Beispiel für Abriss bei Verwendung eines Komparators auf jeder Seite der zu überwachenden Leitung:
    Komparator 54a: Unterschreiten der unteren Grenzschwelle (4V)
    Komparator 54b: Überschreiten der oberen Grenzschwelle (8V)
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren der Aufmodulierung eines Signalmusters empfiehlt es sich, zur Modulation einen, zwei oder ggf. auch vier Elemente der Brückenschaltung zu verstimmen, also sozusagen durch eine Voll-, Halb- bzw. Viertelbrücke zu realisieren. Im genannten Beispiel werden die Widerstände in einer Halbbrücke asymmetrisch, wechselweise verstimmt, d. h. entweder den Widerstand A1 oder den Widerstand A2, um das mehrstufige Signal 21 zu generieren, wie in 2 dargestellt. Alternativ könnten auch die Widerstände B1 und B2 wechselweise verstimmt werden. Bei der Auslegung ist darauf zu achten, dass diese Verstimmung nicht dazu führt, die Komparatorgrenzen zu über- bzw. unterschreiten. Entsprechend müsste das Widerstandsnetzwerk 53 ausgelegt werden (siehe Beschreibung 2).
  • Bei einem Kurzschluss jeglicher Art verhält sich das System genauso wie bei einer reinen Konstantspannungsprüfung. Im Falle des Leitungsabrisses würde an einem Komparator 54 im genannten Beispiel nur eine Halbwelle des Signals, wie in 2 dargestellt, ankommen, welche um einen Betrag, abhängig von den Werten der Widerstände 52 und 53 verschoben ist. Welche Halbwelle das ist, hängt davon ab, auf welcher Seite der Leitung, an welchem Ende des Brückenzweigs also, der Komparatorabgriff stattfindet. Das heißt, auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Leitungsabriss detektiert werden, unabhängig von der Stelle des Komparatorabgriffs, solange die Verstimmung auf beiden Seiten der Brücke erfolgt. Im Falle einer Viertelbrücke beispielsweise, würde man in jedem Fall am anderen Ende als dem der Einspeisung/Verstimmung der zu prüfenden Leitung einen Komparatorabgriff benötigen. Die Verwendung mehrerer Komparatoren kann darüber hinaus auch zur Plausibilisierung der Ergebnisse und der Funktionsfähigkeit der Komparatoren selber dienen.
  • Der erfindungsgemäße Gedanke ist theoretisch auch durch andere Bauelemente als Widerstände realisierbar. Für den erfindungsgemäßen Gedanken ebenfalls unerheblich ist die Art der Verstimmung eines oder mehrerer Elemente der Brückenschaltung. Ob nun Teilwiderstände geschaltet, einem Potentiometer ähnlich kontinuierlich verstellbar, oder mit zusätzlichen Lasten gearbeitet wird, ist unerheblich.
  • In der 6 ist eine Vorrichtung gezeigt, die exemplarisch dazu dienen kann, in einem Kraftfahrzeug das Durchtrennen einer stromführenden Leitung, in diesem Fall einer Batterieversorgungsleitung, zu erkennen. Ein Durchtrennen dieser Leitung, beispielsweise wenn diese am Unterboden verbaut ist und das Fahrzeug auf einem Gegenstand aufsetzt, soll dadurch erkannt werden, dass ein um die Versorgungsleitung angebrachter Leitungsschirm 601 durch das erfindungsgemäße Verfahren geprüft wird. In einem denkbaren Anwendungsfall möchte man vermeiden, dass die Batterieleitung aufgescheuert wird und durch entstehenden Funkenflug, beispielsweise eine gleichzeitig beschädigte Benzinleitung, bzw. das austretende Benzin entzündet wird. Als Maßnahme in diesem Fall kann beispielsweise das Absprengen einer Batterieklemme und somit unmittelbare Spannungsfreiheit im System durchgeführt werden. Der Leitungsschirm 601, dient in diesem speziellen Anwendungsfall nicht der Daten- oder Energieübertragung, sondern ist für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen. Die Schaltung aus 5 ist hier in 6 integriert. Die Widerstände der Brücke sind durch 602, das Widerstandsnetzwerk für die Komparatorschwellen durch 603, die Komparatoren durch 604, die Messzuleitung zu den Komparatoren durch 621, die obere Komparatorgrenze durch das Potenzial auf Leitung 622, die untere durch das Potenzial auf 623 dargestellt.
  • Die Verschaltung des Anwendungsbeispiels in 6 geht aus der Zeichnung hervor, im Folgenden wird nun auf die Signalwirkzusammenhänge eingegangen. Die Ergebnisse der Komparatoren 604 werden in einem UND-Gatter 605 zusammengeführt, um die Komparatorergebnisse auf Plausibilität zu prüfen. Alternativ wäre an dieser Stelle auch eine Auswerteschaltung denkbar, die die Art des Fehlers, das heißt ein Kurzschluss oder einen Abriss einer Leitung oder auch welche Art eines Kurzschluss ermittelt. Der Fehlerzustand wird im Flip-Flop-Register 606 festgehalten und über ein ODER-Gatter 607 wird sichergestellt, dass entweder direkt das Signal der Komparatoren oder das gespeicherte Signal des Flip-Flops als Fehlermeldung bereitgestellt wird. Das Flip-Flop 606 dient dazu, im Fehlerfall den Fehlerzustand über einen längeren Zeitraum aktiviert zu lassen, da manche Personenschutzsysteme 611 eine gewisse Zeit lang benötigen, um auszulösen. Alternativ bzw. zusätzlich ist hier auch eine Schaltung denkbar, die auswertet, wie lange das Fehlersignal von den Komparatoren anliegt. Über das später erläuterte UND-Gatter 608 wird das Signal an eine Highside-Endstufe geleitet, und die Aktivierung dieses führt im Normalfall zur Auslösung des Personenschutzsystems 611, beispielsweise einem Zündelement zum Absprengen der Batterieklemme.
  • Im Ausführungsbeispiel ist noch eine Vorrichtung dargestellt, die das Personenschutzsystem auch über einen anderen Pfad auslösen kann. Ausgehend von einem Safety-Controller 614 könnte über Firing-Loop-ICs 612 und 613 eine Ansteuerung stattfinden. Dies kann beispielsweise in einem Airbag-Steuergerät sinnvoll sein, um im Rahmen der Auslösung eines Airbags auch die Batterieklemmen abzusprengen. Um die Energieversorgung für eine gewisse Zeit auch bei abgesprengter Batterieklemme aufrecht zu erhalten, ist noch eine Energiereserve 615 vorgesehen. Diese kann technisch beispielsweise durch einen Kondensator realisiert werden. Zusätzlich hat der Safety-Controller 614 noch die Möglichkeit, über einen Ansteuerpfad die Lowside-Endstufe 610 über den Schalter 616 freizugeben oder zu verriegeln. Eine Verriegelung ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn Fahrsituationen auftreten, in denen eine Batterieabsprengung nicht erfolgen soll.
  • In dem Ausführungsbeispiel sind die Endstufen 609, 610 mit diskreten Bauelementen ausgeführt. Eine alternative Ansteuerung unter Zuhilfenahme der FLICs 612, 613 statt der Endtufen 609, 610 ist auch denkbar, eine Trennung ist jedoch vorteilhaft, da so 2 Hardwarepfade zur Auslösung realisiert sind. Andernfalls müsste das Sicherheitskonzept geändert werden.
  • Die Einheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 630 (Durchführungseinheit) kann idealer Weise durch einen Mikrocontroller realisiert werden. Dieser kann beispielsweise über digitale Ausgänge die Schalter 631 ansteuern und dadurch das modulierte Signal bzw. Signalmuster erzeugen, derart, dass ein Code übertragen werden kann, der sich von einer potenziellen Störung möglichst stark unterscheidet. Zur Generierung des in 2 dargestellten Signalmusters wird der eine Schalter zur Erzeugung der oberen Halbwelle des PWM-Signals und der andere Schalter zur unteren Halbwelle des PWM-Signals angesteuert. Ob die Abfolge von Halbwellen bzw. PWM-Signalen oder auch anderen Signalmustern korrekt erfolgt ist, kann über die Kanäle 632, die beispielsweise an ADC-Eingängen eines Mikrocontrollers 630 angeschlossen sind, überprüft werden.
  • Bei Ansteuerung der Schalter 631 muss sich folglich über die Spannungsteilerverhältnisse von 602 das korrekte Signalmuster ausbilden. Ist der Brückenzweig, also die zu testende Leitung 601 nun durchtrennt, so ist, wie schon in 5 beschrieben, an jedem der beiden ADC-Kanäle nur jeweils eine der Halbwellen sichtbar. Die Durchführungseinheit 630 muss nicht als abgeschlossene Einheit für sich stehen, sondern kann Teil einer größeren Vorrichtung sein, beispielsweise einem Mikrocontroller, der gleichzeitig noch andere Aufgaben übernimmt, beispielsweise auch der Hauptcontroller eines Airbag-Steuergeräts.
  • Es ist zusätzlich optional noch ein weiteres Signal 633, angeschlossen an einen ADC-Kanal, denkbar, der der Durchführungseinheit 630 darüber Aussage geben kann, ob die Komparatoren 604 einen Fehler des Konstantspannungsverfahrens erkannt haben. Dies kann dazu dienen, dass die Durchführungseinheit erst dann mit der Anwendung bzw. der Berechnung des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt, wenn ein möglicher Fehler erkannt wird, vorteilhafterweise dann, wenn die Einheit 630 sich Ressourcen teilen muss, beispielsweise wenn die Funktionalität in einem Gesamtmikrocontroller integriert ist.
  • Für das in 6 dargestellte Gesamtsystem soll noch das Verfahren bzw. die Vorrichtung für die Diagnose dargestellt werden: Die Diagnosefunktionalität kann mehrere Elemente beinhalten, bei denen es allesamt aber darauf ankommt, das Personenschutzsystem 611 nicht wirklich anzusteuern, da während der Durchführung der Diagnose kein Ernstfall vorliegt. Das ist z. B. in der Initialisierungsphase des Steuergeräts, beim Spannungsgrundtest, beim Zündtest oder beispielsweise auch bei der Testsequenz für die Batterieleitungsdiagnose der Fall.
  • Es existiert eine Diagnoseeinheit 640, die nicht von der Durchführungseinheit 630 getrennt sein muss, sondern beispielsweise auch in einem gemeinsamen Mikrocontroller mittels Software realisiert sein kann. Ausgehend von der Diagnoseeinheit 640, die einen Überblick über die Diagnoseaktivitäten hat bzw. diese selber durchführt, wird beispielsweise folgender Test durchgeführt: Es können Schalter 641 aktiviert werden, die das Widerstandsnetzwerk 602 für die Komparatorgrenzen derart überbrücken bzw. verstimmen, dass die Auslösegrenzen so gesetzt sind, dass auch ohne Vorliegen eines Fehlers an der Leitung 601 die Komparatoren ausgelöst werden. Auf diese Weise kann der Fehlerpfad von 604 bis 608 auf Funktionsfähigkeit getestet werden. Um nun ein tatsächliches Ansteuern der Highside-Endstufe 609 zu vermeiden, wird das UND-Gatter 608 durch die Diagnoseeinheit 640 gesperrt. Sollten sich in einem möglichen Fehlerfall die Signale 632 und 633 gegenseitig plausibilisieren, so gibt auch 640 über 642 sowohl das UND-Gatter 608 als auch die Lowside-Endstufe 610 frei, so dass das Personenschutzsystem 611 aktiviert werden kann. Ein direkter Ansteuerpfad des Flip-Flops 606 ermöglicht auch den Test des selbigen. Um sicherzugehen, dass das UND-Gatter 608 nicht fehlerhaft ist und ggf. auch ohne Anliegen einer Freigabe 642 die Highside-Endstufe ansteuert und somit tatsächlich zu einer Auslösung des Personenschutzsystems 611 gereicht, wird die Lowside-Endstufe 610 über das ODER-Gatter 643, das also dann aktiv ist, wenn eine der Diagnoseschalter 641 aktiviert sind, und somit den Schalter 644 verriegelt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4308280 A1 [0002]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Erkennung eines Kurzschluss und/oder einer Unterbrechung einer elektrischen Leitung für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalmuster auf die elektrische Leitung aufmoduliert wird, welches durch einen Leitungszustand beeinflusst wird, und dass in Abhängigkeit von dieser Beeinflussung die Erkennung stattfindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Signalmuster um ein mehrstufiges Signal handelt.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalmuster aus einer Überlagerung mehrerer Signalmuster, oder einem Code erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalmuster auf eine Konstantspannung/-strom aufmoduliert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung mittels des Signalmuster erst dann durchgeführt wird, wenn die Erkennung mittels Konstantspannung/-strom einen Fehler meldet.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung anderen Zwecken als einer Datenübertragung dient.
  7. Vorrichtung zur Erkennung eines Kurzschluss und/oder einer Unterbrechung einer elektrischen Leitung für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Komponente ein Signalmuster in die Leitung einspeist und wenigstens eine andere Komponente dieses durch den Leitungszustand beeinflusste Signalmuster erkennt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalmuster mittels Verstimmung oder Schalten wenigstens eines Elements eines Spannungsteilers und/oder einer Brückenschaltung moduliert wird.
  9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu überwachende Leitung den Brückenzweig einer unabgestimmten Brückenschaltung darstellt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Kreuzsymmetrie der Brückenschaltung ein symmetrischer Vergleich um eine Mittenspannung schaltungstechnisch realisiert ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente, die für die Modulierung vorgesehen ist, symmetrisch und/oder alternierend verändert wird.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung und/oder die Einspeisung des Signalmusters an jeder Seite des Brückenzweigs durchgeführt wird.
DE102008004202A 2008-01-14 2008-01-14 Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses und/oder Unterbrechung einer elektrischen Leitung Ceased DE102008004202A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008004202A DE102008004202A1 (de) 2008-01-14 2008-01-14 Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses und/oder Unterbrechung einer elektrischen Leitung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008004202A DE102008004202A1 (de) 2008-01-14 2008-01-14 Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses und/oder Unterbrechung einer elektrischen Leitung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008004202A1 true DE102008004202A1 (de) 2009-07-23

Family

ID=40785736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008004202A Ceased DE102008004202A1 (de) 2008-01-14 2008-01-14 Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses und/oder Unterbrechung einer elektrischen Leitung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008004202A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012215403A1 (de) 2012-08-30 2014-03-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Masseverbindung bei CFK-Fahrzeug
DE102016218599A1 (de) 2016-09-27 2018-03-29 Robert Bosch Gmbh Stromrichter, elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4308280A1 (de) 1993-03-16 1994-09-22 Vdo Schindling Verfahren zur Überwachung der elektrischen Verbindung zwischen einem Potentiometer und einer Auswerteelektronik und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4308280A1 (de) 1993-03-16 1994-09-22 Vdo Schindling Verfahren zur Überwachung der elektrischen Verbindung zwischen einem Potentiometer und einer Auswerteelektronik und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012215403A1 (de) 2012-08-30 2014-03-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Masseverbindung bei CFK-Fahrzeug
DE102016218599A1 (de) 2016-09-27 2018-03-29 Robert Bosch Gmbh Stromrichter, elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers
WO2018059808A1 (de) 2016-09-27 2018-04-05 Robert Bosch Gmbh Stromrichter, elektrisches antriebssystem und verfahren zum aufladen eines elektrischen energiespeichers
US11207983B2 (en) 2016-09-27 2021-12-28 Robert Bosch Gmbh Converter, electrical drive system, and method for charging an electrical energy store

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1909368B1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zur Isolationsüberwachung für Umrichteranwendungen
EP2585841B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer photovoltaikanlage
EP2887081B1 (de) Vorrichtung zur Isolationsüberwachung
DE102013207775B4 (de) Vorrichtung zum Erkennen einer Störung einer elektrischen Leitung
DE102012109749A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Lichtbogens in einem Gleichstromkreis
DE102012204788A1 (de) Steuerungsvorrichtung und Bordnetzsystem für ein elektromobiles Kraftfahrzeug mit einem Hochvolt-Bordnetz, bei dem die Überwachungsleitung als einer Teil einer Koaxialleitung realisiert ist, wobei ein anderer Teil der Koaxialleitung als Hochvolt-Leitung verwendet wird
DE102017112256A1 (de) Verfahren zur erkennung eines kontaktfehlers in einer photovoltaikanlage
EP1662264A1 (de) Vorrichtung zur Überwachung eines Leitungsnetzes, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes sowie Verfahren zum Überwachen eines solchen Leitungsnetzes
DE102019128441A1 (de) Anordnung und Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Sicherheitsverriegelung
DE102011118954B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Hochvoltanordnung
DE102018130575A1 (de) Überwachungsschaltung für ein Interlocksystem, Interlocksystem, Anordnung mit einem Interlocksystem und einer Funktionseinheit sowie Verfahren zum Betreiben eines Interlocksystems
DE102016100671A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kurzschlussüberwachung einer Drehstromlast
EP3188924B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines elektrischen netzwerks in einem schienenfahrzeug sowie schienenfahrzeug
DE19820207A1 (de) Vorrichtung zum Überprüfen der Antenne eines in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Systems, insbesondere Wegfahrsperrensystem
EP3696927A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur überwachung mehrerer stromabgänge in einem stromnetz
DE102014111416B4 (de) Absicherung einer Leitung
EP3451477A1 (de) Erkennen eines fehlers in einem gleichstromübertragungssystem
WO2013091745A1 (de) Stromsensor
WO2013092066A1 (de) Schutzvorrichtung, verfahren und energieversorgungssystem
DE4112996A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur funktionsueberwachung eines elektrischen verbrauchers
EP3042805B1 (de) Vorrichtung zum überwachen eines bordnetzes
DE102008004202A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses und/oder Unterbrechung einer elektrischen Leitung
DE19906932B4 (de) Binäreingabegerät
WO2004102760A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erkennung von störlichtbögen
EP3422027B1 (de) Vorrichtung, verfahren, herstellverfahren für das testen von kabelbäumen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final