DE102011118080B4

DE102011118080B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Detektion eines Magnetspulenstroms

Info

Publication number: DE102011118080B4
Application number: DE102011118080.3A
Authority: DE
Inventors: Paul Schliebe
Original assignee: ZF Active Safety US Inc
Current assignee: ZF Active Safety US Inc
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2023-08-31
Anticipated expiration: 2031-11-05
Also published as: US20120112771A1; DE102011118080B8; US9778310B2; DE102011118080A1

Abstract

Steuerschaltung (20) zum Erfassen eines Stromflusses durch eine Spule (L), mit:mindestens einer Spule (L), die ein erstes Ende und ein zweites Ende hat;einem ersten elektronischen Schalter (12) mit einem Eingangsanschluss, der mit einer Spannungsversorgung (V+) verbindbar ist, und einem mit dem ersten Ende der Spule (L) verbundenen Ausgangsanschluss;einem zwischen dem zweiten Ende der Spule (L) und Masse geschalteten zweiten elektronischen Schalter (T);einem zwischen dem ersten Ende der Spule (L) und Masse geschalteten Kondensator (C), wobei der Kondensator (C) aufgeladen wird, wenn der erste elektronische Schalter (12) sich in einem leitenden Zustand befindet, und entladen wird, wenn der erste elektronische Schalter (12) sich in einem nicht-leitenden Zustand befindet; undeiner mit einem Ende der Spule (L) verbundenen Rückkopplungsschaltung (VD), wobei die Rückkopplungsschaltung (VD) dazu betriebsfähig ist, einen Entladungspfad für den Kondensator (C) bereitzustellen und die Abnahmerate der Kondensatorladung zu überwachen, um zu bestimmen, dass in der Steuerschaltung (20) eine Störung vorhanden ist, wenn die Abnahmerate übermäßig groß ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme, die Magnetspulen aufweisen, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen kleiner unerwünschter Magnetspulenströme.
1 zeigt eine für mehrere Magnetspulen verwendete typische herkömmliche Steuerschaltung 10. Die Schaltung 10 weist einen gemeinsamen High-Side-FET (Feldeffekttransistor) 12 mit einem mit einer Spannungsversorgung V+ verbundenen Drain-Anschluss auf. Der Source-Anschluss des High-Side-FET 12 ist mit einem hochpotentialseitigen Ende jeder von mehreren mit L₁ bis L_N bezeichneten Magnetspulen verbunden. Das niedrigpotentialseitige Ende jeder der Magnetspulen ist mit dem Drain-Anschluss eines zugeordneten Low-Side-FET verbunden, die entsprechend mit T₁ bis T_N bezeichnet sind. Der Source-Anschluss jedes Low-Side-FET ist mit Masse verbunden. Die Steuerschaltung 10 weist außerdem mehrere mit R₁ bis R_N bezeichnete Widerstände auf, deren Widerstandswerte wesentlich höher sind als diejenigen der Magnetspulen. Jeder der Widerstände R₁ bis R_N ist zu einer entsprechenden der Spulen L₁ bis L_N parallel geschaltet, um die Erfassung einer offenen Spule zu ermöglichen. Die Gate-Anschlüsse des High-Side-FET 12 und der Low-Side-FETs T₁ bis T_N sind über eine geeignete Schaltung (nicht dargestellt) mit einem Controller 14 verbunden, um den Controller-Ausgangsspannungspegel dem zum Schalten der FETs erforderlichen Spannungspegel anzupassen. Der Controller weist typischerweise einen Mikroprozessor und einen Algorithmus auf. Der Mikroprozessor spricht auf den Algorithmus an, um Signale zum selektiven Schalten der einzelnen FETs zwischen ihrem leitenden und ihrem nicht-leitenden Zustand zu erzeugen. Durch Schalten des High-Side-FET 12 in seinen leitenden Zustand wird allen Low-Side-FETs T₁ bis T_N Spannung zugeführt, so dass ein Schalten eines ausgewählten Low-Side-FETs in einen leitenden Zustand ermöglicht, dass Strom durch die zugeordnete Magnetspule fließt.
Die Schaltung 10 weist ferner mehrere Spannungsrückkopplungsschaltungen auf, die auf Wunsch zum Erfassen unerwünschter Aktivierungen einer Magnetspule oder von Fehlfunktionen einer zu aktivierenden Magnetspule verwendet werden. Auf der linken Seite in 1 ist eine High-Side-Spannungsrückkopplungsschaltung als eine Spannungsteilerschaltung VD_F dargestellt, die die den Hochpotentialseiten der Magnetspulen L₁ bis L_N zugeführte Spannung überwacht. Der Widerstandswert der Spannungsteilerschaltung VD_F ist wesentlich höher als derjenige der Magnetspulen. Die Rückkopplungsspannung ist mit V_FBY bezeichnet und wird dem Controller 14 zugeführt. Wenn der High-Side-FET 12 sich in einem leitenden Zustand befindet, wird am Mittelpunkt der Spannungsteilerschaltung VD_F eine hohe Rückkopplungsspannung V_FBY auftreten. Wenn der High-Side-FET 12 sich in einem nicht-leitenden Zustand befindet, wird am Mittelpunkt der Spannungsteilerschaltung VD_F eine niedrige Rückkopplungsspannung V_FBY auftreten. Die in 1 dargestellte Konfiguration der Spannungsteilerschaltung VD_F dient lediglich zur Erläuterung, und es kann ein beliebiges anderes herkömmliches Spannungsüberwachungsverfahren verwendet werden.
Wie ebenfalls in 1 dargestellt ist, sind mehrere Spulenspannungsteilerschaltungen VD₁ bis VD_N zwischen dem Niedrigpotentialende jeder Magnetspule und Masse geschaltet. Die Spulenspannungsteilerschaltungen VD₁ bis VD_N überwachen durch V_FB1 bis V_FBN bezeichnete individuelle Spulenrückkopplungsspannungen, die dem Controller 14 zugeführt werden. Wenn der High-Side-FET 12 sich in seinem leitenden Zustand befindet und ein ausgewählter Low-Side-FET T_N sich in seinem nicht-leitenden Zustand befindet, wird am Mittelpunkt der zugeordneten Spannungsteilerschaltung VD_N eine hohe Rückkopplungsspannung V_FBN auftreten. Wenn der High-Side-FET 12 und ein ausgewählter Low-Side-FET T_N sich in ihren leitenden Zuständen befinden, wird am Mittelpunkt der zugeordneten Spannungsteilerschaltung VD_N eine niedrige Rückkopplungsspannung V_FBN auftreten. Wenn der High-Side-FET 12 und ein ausgewählter Low-Side-FET T_N sich in ihren nicht-leitenden Zuständen befinden, wird am Mittelpunkt der zugeordneten Spannungsteilerschaltung VD_N eine niedrige Rückkopplungsspannung V_FBN auftreten. Auch hier ist die Verwendung der Spannungsteilerschaltungen VD₁ bis VD_N zum Überwachen der Spulenrückkopplungsspannungen lediglich im erläuternden Sinne zu verstehen, und es können andere herkömmliche Verfahren zum Überwachen der Spulenrückkopplungsspannungen verwendet werden.

Wie vorstehend beschrieben wurde, fließt, wenn sowohl der High-Side-FET 12 als auch ein ausgewählter Low-Side FET, wie beispielsweise T₂, in ihre leitenden Zustände geschaltet sind, ein großer Strom durch die zugeordnete Magnetspule L₂, so dass dem Controller 14 eine entsprechende niedrige Rückkopplungsspannung V_FB2 zugeführt wird. Wenn der Low-Side-FET T₂ in seinen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird, wird ein kleiner Strom durch L₂ und VD₂ fließen und es wird dem Controller 14 eine entsprechende hohe Rückkopplungsspannung V_FB2 zugeführt. Bei Abwesenheit einer Fehlfunktion oder Störung würden die Pegel der Rückkopplungsspannungen V_FBY und V_FB2 anzeigen, dass die FETs 12 und T₂ und die Spule L₂ korrekt funktionieren. Eine Störung, die verursacht wird, wenn eine Spule L₂ sich im offenen oder kurzgeschlossenen Zustand befindet oder ein Low-Side-FET T₂ sich im offenen oder kurzgeschlossenen Zustand befindet oder einen Leckstrom erzeugt, kann durch die Rückkopplungsspannung V_FB2 erfasst werden, wenn die überwachten Spannungen nicht erwarteten Spannungswerten entsprechen, wie in der folgenden Tabelle dargestellt ist.

Rückkopplungsspannung U_FBY	Low-Side-FET T_Y Angewiesener Zustand
Rückkopplungsspannung U_FBY	EIN	AUS
HOCH	OFENER FET	GUT
MITTEL	KURZGESCHLOSSENE SPULE	OFFENE SPULE oder FET MIT LECKSTROM
NIEDRIG	GUT	KURZGESCHLOSSENER FET

Die Widerstände R₁ bis R_N, die zu den Spulen L₁ bis L_N parallel geschaltet sind, und die Spulenspannungsteilerschaltungen VD₁ bis VD_N ermöglichen es, eine offene Spule von einem kurzgeschlossenen Low-Side-FET zu unterscheiden. Bei einer offenen Spule fließt der Strom durch den entsprechenden Widerstand, wobei der daraus resultierende Spannungsabfall bewirkt, dass die Rückkopplungsspannung niedriger ist als sie für einen ausgeschalteten FET erwartet wird, aber nicht so niedrig wie sie wäre, wenn der Low-Side-FET kurzgeschlossen ist. Obgleich hierdurch eine offene Spule erfasst werden kann, ist es dennoch innerhalb bestimmter Strombereiche schwierig, eine offene Spule von einem FET zu unterscheiden, in dem ein Leckstrom auftritt. Wenn der Leckstrom sehr klein ist, tritt über die Spule ein geringer Spannungsabfall auf, so dass die erhaltene Rückkopplungsspannung sehr nahe bei der Zufuhrspannung liegt und daher möglicherweise nicht erfassbar ist. Wenn der Leckstrom höher ist, aber immer noch relativ klein, liegt die Rückkopplungsspannung nahe bei der Spannung der offenen Spule und wird damit sehr schwer von derjenigen einer offenen Spule unterscheidbar.
In bestimmten Magnetspulensteuerungssystemen, wie beispielsweise in Antiblockiersystemen (ABS) und elektronischen Stabilitätssteuerungs(ESC)systemen, die in elektronisch gesteuerten Bremssystemen von Fahrzeugen verwendet werden, werden die Magnetspulen zum Betätigen von Ventilen verwendet, die den Fluss eines Bremsfluids während eines Bremssystembetriebs steuern. Ein durch eine Magnetspule fließender unerwünschter Leckstrom könnte zu einer teilweisen oder vollständigen Öffnung oder Schließung eines Ventils führen, was zu einem unerwünschten Fluss oder einer unerwünschten Blockierung von Bremsfluid führen könnte. Wenn dieser Zustand auftritt, ist es erforderlich, den High-Side-FET 12 auszuschalten, um den Leckstromfluss zu stoppen und unerwünschte Einwirkungen auf das Bremssystemverhalten zu verhindern. Weil der High-Side-FET allen Magnetspulen gemeinsam zugeordnet ist, werden durch Abschalten dieses FET auch alle Magnetspulen deaktiviert und damit alle elektronisch gesteuerten Bremssystemfunktionen, die eine Magnetspulenfunktion erfordern. Im Fall einer offenen Magnetspule fließt kein unerwünschter Strom, so dass der High-Side-FET nicht ausgeschaltet werden muss. Die anderen Magnetspulen, die korrekt funktionieren, werden nicht deaktiviert, so dass die einzigen elektronisch gesteuerten Bremssystemfunktionen, die deaktiviert werden müssen, diejenigen sind, die eine einwandfreie Funktion der betroffenen Magnetspule erfordern. Daher wäre es wünschenswert, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen solcher kleinen Ströme bereitzustellen, um einen Leckstrom von einer offenen Magnetspule unterscheiden zu können.
Technologischer Hintergrund kann beispielsweise der DE 28 38 994 A1 oder US 7 679 370 B2 entnommen werden.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen kleiner Magnetspulenströme.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Vorrichtung zum Steuern eines Stromflusses durch eine Spule vorgeschlagen, die mindestens eine Spule mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende und einen ersten elektronischen Schalter mit einem Eingangsanschluss, der dazu geeignet ist, mit einer Spannungsversorgung verbunden zu werden, und einem mit dem ersten Ende der Spule verbundenen Ausgangsanschluss aufweist. Ein zweiter elektronischer Schalter ist zwischen dem zweiten Ende der Spule und Masse angeschlossen, und ein Kondensator ist zwischen das erste Ende der Spule und Masse geschaltet. Der Kondensator wird aufgeladen, wenn der erste elektronische Schalter sich in einem leitenden Zustand befindet, und entladen, wenn der erste elektronische Schalter sich in einem nicht-leitenden Zustand befindet. Eine Rückkopplungsschaltung ist mit einem Ende der Spule verbunden und dazu betreibbar, einen Entladungspfad für den Kondensator bereitzustellen und die Abnahmerate der erhaltenen Kondensatorladung zu überwachen, um zu bestimmen, dass in der Steuerschaltung eine Störung vorhanden ist, wenn die Abnahmerate übermäßig groß ist.
Durch die vorliegende Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Erfassen eines Leckstromflusses durch eine Spule mit dem Schritt zum Bereitstellen der vorstehend beschriebenen Vorrichtung vorgeschlagen. Durch das Verfahren wird der erste elektronische Schalter in einen leitenden Zustand geschaltet, um den Kondensator in der Rückkopplungsschaltung aufzuladen. Durch das Verfahren werden dann sowohl der erste als auch der zweite elektronische Schalter in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet, während die Abnahmerate der Kondensatorladung überwacht wird, um zu bestimmen, ob ein übermäßiger Leckstrom durch die Spule fließt.
Anhand einer Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen werden Fachleuten verschiedene Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung deutlich.
Figurenliste

1 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen Steuerschaltung zum Steuern mehrerer Magnetspulen;
2 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung zum Steuern mehrerer Magnetspulen, die dazu in der Lage ist, kleine Magnetspulenströme zu messen;
3 zeigt einen die Funktionsweise der in 2 dargestellten Schaltung illustrierenden Graphen; und
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus für den Betrieb der in 2 dargestellten Schaltung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kostengünstige Schaltung, die die Erfassung kleiner Leckströme ermöglicht, die durch herkömmliche Einrichtungen nicht erfassbar sind. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 2 eine erfindungsgemäße Steuerschaltung 20 zum Steuern mehrerer Magnetspulen gezeigt, die in der Lage ist, Magnetspulenströme zu erfassen. In 2 dargestellte Bauteile, die in 1 dargestellten Bauteilen ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Durch die vorliegende Erfindung wird eine Einrichtung zum Erfassen von Leckströmen im Bereich von 150 bis 300 mA bereitgestellt, sie ist aber auch zum Erfassen von Leckströmen in anderen Bereichen anpassbar. Die Schaltung 20 ist in der Lage, zu bestimmen, ob eine Schaltung geeignet funktioniert, ohne dass eine teurere Stromrückkopplung zum Controller hinzugefügt werden muss.
Die Steuerschaltung 20 weist einen Kondensator C mit hoher Kapazität auf, die in der bevorzugten Ausführungsform im Bereich von etwa 1 bis 4,7 µF liegt. Die Erfindung kann jedoch auch mit einem Kondensator mit einem Kapazitätswert außerhalb des vorstehend erwähnten Bereichs realisiert werden. Der Kondensator C ist zwischen den Source-Anschluss des High-Side-FET 12 und Masse geschaltet. Der Kondensator C erfüllt auch eine sekundäre Filterfunktion zum Reduzieren von Leitungsemissionen bei einer Magnetspulenaktivierung. Obwohl in 2 nur ein Kondensator C dargestellt ist, ist klar, dass die Erfindung auch durch Anordnen mehrerer parallel geschalteter Kondensatoren zwischen dem Source-Anschluss des High-Side-FET 12 und Masse realisierbar ist. Die Spannungsteilerschaltung VD_F und die Spulenspannungsteilerschaltungen VD₁ bis VD_N vervollständigen den für die Erfassung von Leckströmen mit niedrigem Pegel erforderlichen Schaltkreis.
Die Schaltung 20 weist außerdem einen Controller 22 auf, der typischerweise einen (nicht dargestellten) Mikroprozessor und einen Algorithmus umfasst. Der Mikroprozessor spricht auf den Algorithmus an, um Signale zum Steuern der Schaltung zu erzeugen. Auf eine ähnliche Weise wie in 1 ist der Controller 22 über eine geeignete Schaltung (nicht dargestellt) mit den Gate-Anschlüssen des High-Side-FET 12 und der Low-Side-FETs T₁ bis T_N elektrisch verbunden, um den Controllerausgangssignalpegel dem zum Schalten der FETs erforderlichen Spannungspegel anzupassen. Der Controller 22 ist außerdem mit den Mittelpunkten der Spannungsteilerschaltung VD_F und der Spulenspannungsteilerschaltungen VD₁ bis VD_N elektrisch verbunden. Auch hier können, obwohl in 2 Spannungsteilerschaltungen dargestellt sind, auch andere herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen einer Rückkopplung zu entsprechenden Anschlüssen des Controllers 22 verwendet werden. Außerdem kann, obwohl in 2 nur ein einzelner Controller 22 dargestellt ist, die Erfindung auch mit einer Schaltung realisiert werden, die mehrere Controller aufweist (nicht dargestellt). Der Controller 22 ist dazu betriebsfähig, die FETs 12 und T₁ bis T_N gemäß einem Steueralgorithmus selektiv zwischen ihren leitenden und ihren nicht-leitenden Zuständen zu schalten, während darüber hinaus an den Mittelpunkten der Spannungsteilerschaltungen VD_F und VD₁ bis VD_N auftretende Rückkopplungsspannungen überwacht werden. Der Mikroprozessor und der Algorithmus, die vorstehend beschrieben wurden, sind dazu betriebsfähig, durch die Spulen L₁ bis L_N fließende Leckströme mit niedrigem Pegel zu erfassen.
Es wird nun die Funktionsweise der in 2 dargestellten Schaltung beschrieben. Wenn der High-Side-FET 12 anfangs in seinen leitenden Zustand geschaltet wird, wird der Kondensator C durch den vom Source-Anschluss des High-Side-FET 12 über den Kondensator C und direkt zur Masse fließenden Ladestrom schnell aufgeladen. Wenn dann der High-Side-FET 12 und die Low-Side-FETs T₁ bis T_N in ihre nicht-leitenden Zustände geschaltet werden, wird der Kondensator C über die Rückkopplungsschaltungen entladen. Der Anfangsleckstrom aus dem Kondensator ist durch die kombinierten parallelen Widerstände der Spannungsteilerschaltung VD_F und der Spulenspannungsteilerschaltungen VD₁ bis VD_N zur Masse und den relativ niedrigen Leckstrom der Low-Side-FETs T₁ bis T_N begrenzt, der typischerweise kleiner ist als 100 µA. Für eine Source-Spannung von 16V und typische Spannungsteilerschaltungen wäre ein typischer Anfangsstrom nicht höher als 3,8 mA. Der Ersatzwiderstand bei 16 V unter Berücksichtigung des FET-Leckstroms beträgt grob 4,2 kΩ. Dadurch wird veranlasst, dass die Spannung am Kondensator C aufgrund einer relativ großen Zeitkonstante von beispielsweise etwa 20 ms für einen 4,7µF-Kondensator relativ langsam abnimmt.
Ein relativ großer Leckstrom von 150 mA, der weitaus größer ist als ein typischer Leckstrom, wäre üblicherweise nicht ausreichend, um eine Bewegung eines Magnetspulenventilankers zu verursachen. Diese Leckstrommenge würde jedoch dazu führen, dass die Spannung 40-mal schneller als normal abnimmt. Die Differenz in der Spannungsabnahmerate könnte innerhalb von ein paar Millisekunden in allen N+1 Rückkopplungsspannungen für die N Low-Side-Magnetspulen-FETs T₁ bis T_N und den einen High-Side-FET 12 beobachtet werden. Weil die Erfassung innerhalb einer Programmschleife (Software Loop) erfolgen kann, die typischerweise 7 ms dauert, kann die Prüfung ausgeführt werden, ohne die Verfügbarkeit von Magnetspulen zu beeinflussen, falls diese während der nächsten Programmschleife aktiviert werden müssen.
Eine Serie von in 3 dargestellten Kurven zeigt die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung. Die Kurven setzen ein Steuersystem mit 12 Low-Side-Magnetspulen-FETs und einem High-Side-FET voraus, wobei die Spannungsabnahmerate innerhalb von ein paar Millisekunden für alle 13 Spannungsrückkopplungsschaltungen beobachtet wird, d.h. für die 12 Spulenspannungsteilerschaltungen VD_N und die eine High-Side-Spannungsteilerschaltung VD_F. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann, weil die Erfassung innerhalb einer Programmschleife, die typischerweise 7 ms dauert, ausgeführt werden kann, die Prüfung durchgeführt werden, ohne die Verfügbarkeit von Magnetspulen zu beeinflussen, falls diese während der nächsten Programmschleife aktiviert werden müssen. Unter den in 3 dargestellten Kurven sind die folgenden:

Die mit 24 bezeichnete Kurve stellt ein erwartete Nennspannungs(Voltage(nom))abnahme für den Fall dar, dass keine großen Leckströme vorhanden sind. Daher wird für die Nennspannungs(Voltage(nom))abnahmekurve 24 angenommen, dass Nenn-Widerstandswerte und kein FET-Leckstrom vorhanden ist;
Die mit 25 bezeichnete Kurve stellt eine erwartete minimale Spannungs(Voltage(min))abnahme für den Fall dar, dass große Leckströme vorhanden sind. Für die minimale Spannungs(Voltage(min))abnahmekurve 25 wird angenommen, dass Nenn-Widerstandswerte und maximale FET-Leckströme von jeweils etwa 100 µA vorhanden sind;
Die mit 26 bezeichnete Kurve stellt eine erwartete Spannungs(Voltage(det))abnahme dar, wobei angenommen wird, dass der Leckstrom dem 10-fachen nominalen Leckstrom und dem 6,8-fachen Minimum entspricht. Daher stellte die Kurve 26 den gewünschten Erfassungsschwellenwert dar;
Die mit 28 bezeichnete Kurve stellt eine erwartete Spannungs(Voltage(fail))abnahme dar, wobei angenommen wird, dass der Leckstrom wesentlich kleiner ist als ein Leckstrom von typischerweise 150 mA, durch den eine unerwünschte Reaktion verursacht werden könnte, die zu einer unerwünschten Bewegung eines Magnetspulenankers führt; und
Die übrigen mit 24', 25' und 28' bezeichneten Spannungskurven zeigen den Einfluss einer maximalen Softwareverzögerung von 1 ms zwischen der Anforderung einer Prüfung der Rückkopplungsspannungen und einer Deaktivierung des Controllerausgangssignals gemäß den vorstehenden nicht mit Strichindex versehenen Spannungsabnahmekurven. Die mit 24' bezeichnete Spannungskurve stellt eine erwartete nominelle Spannungsabnahme mit einer Verzögerung von 1 ms dar, während die mit 25' bezeichnete Spannungskurve eine erwartete minimale Spannungsabnahme bei Vorhandensein eines großen Leckstroms und einer Verzögerung von 1 ms darstellt. Außerdem stellt die mit 28' dargestellte Spannungskurve eine erwartete Spannungs(Voltage(fail)) abnahme dar, wobei angenommen wird, dass der Leckstrom wesentlich kleiner ist als ein Leckstrom, der eine unerwünschte Reaktion durch eine unerwünschte Bewegung eines Magnetspulenankers verursachen könnte, und eine Verzögerung von 1 ms vorliegt. Wie vorstehend beschrieben wurde, würde ein Leckstrom von 150 mA typischerweise zu der mit 28' bezeichneten Spannungskurve führen.

Anhand von 3 ist ersichtlich, dass zwischen der minimalen Spannungsabnahme 25 für einen ordnungsgemäßen Betrieb und der Spannungsabnahme 28 bei einer Fehlfunktion aufgrund eines großen Leckstroms, wenn die Rückkopplungsspannungen 2 ms nach der Anforderung zum Ausschalten des High-Side-FET ausgelesen werden und ein Spannungsschwellenwert V_T von 50% der Anfangsspannung verwendet wird, ein großer Abstand vorhanden ist. Dies ermöglicht in Kombination mit der Tatsache, dass N-Rückkopplungsspannungen vorhanden sind, eine robuste Erfassung selbst bei einer Softwareverzögerung von 1 ms. Daher wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erfassen eines Leckstroms vorgeschlagen, das das Überwachen der Rückkopplungsspannungspegel in der Steuerschaltung 20 nach dem Ablauf einer vorgegeben Zeitdauer T_t aufweist. Wenn irgendeine der überwachten Rückkopplungsspannungen kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert V_T, ist dies eine Anzeige für einen übermäßigen Leckstrom und es wird eine Fehlermeldung erzeugt. Die Erzeugung der Fehlermeldung kann dann dazu verwendet werden, das gesteuerte System zu deaktivieren und/oder eine Bedienungsperson z.B. durch Aufleuchten einer Warnlampe zu warnen. Erfindungsgemäß ist denkbar, dass der Test periodisch ausgeführt wird, weil hierfür eine Deaktivierung des High-Side-FET 12 erforderlich ist. Der Test benötigt jedoch nur eine Iteration des Systemcontrollers. Erfindungsgemäß kann der Test einmal pro Minute ausgeführt werden, der Test kann jedoch auch häufiger oder weniger häufig ausgeführt werden. Außerdem ist, weil der High-Side-FET 12 für einen Test deaktiviert sein muss, erfindungsgemäß angedacht, dass der Test nur dann ausgeführt wird, wenn keine Aktivierung der Magnetspulen erforderlich ist. Daher wird, wenn ein Systembetriebsmodus, wie beispielsweise die Verwendung des ABS-, TC-, ESC-Systems, usw., eine Aktivierung der Magnetspulenventile erfordert, die Ausführung des Tests unterdrückt.
Das vorstehend beschriebene Erfassungsverfahren beinhaltet einen Algorithmus, der in dem in 4 wiedergegebenen Ablaufdiagramm dargestellt ist. Der Einsprung in den Algorithmus erfolgt über einen Block 30 und schreitet zum Entscheidungsblock 31 fort, wo der leitende Zustand des High-Side-FET 12 geprüft wird. Die vorliegende Erfindung erfordert, dass der High-Side-FET leitend ist, um den Kondensator C vor dem Testbeginn aufzuladen. Daher wird, wenn festgestellt wird, dass der High-Side-FET 12 sich in einem nicht-leitenden Zustand befindet, der Algorithmus über einen Block 36 verlassen, und zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt ein erneuter Einsprung in den Algorithmus. Wenn im Entscheidungsblock 31 bestimmt wird, dass der High-Side-FET 12 sich in einem leitenden Zustand befindet, schreitet der Algorithmus zum Funktionsblock 32 fort, in dem ein Index N auf eins gesetzt wird, und tritt damit in eine erste Unterroutine ein, in der der Zustand der in der Schaltung 20 angeordneten Magnetspulen geprüft wird. Die Unterroutine schreitet zu einem Entscheidungsblock 34 fort, wo der FET_N geprüft wird, um festzustellen, ob er eingeschaltet ist. Weil die Leckstromerfassung nur dann ausgeführt wird, wenn alle FETs in der Schaltung 20 sich in einem nicht-leitenden Zustand befinden, kann der Test nicht ausgeführt werden, wenn der FET_N sich in einem leitenden Zustand befindet, so dass die Unterroutine den Algorithmus durch den Block 36 verlässt. Wenn im Entscheidungsblock 34 bestimmt wird, dass der FET_N sich in einem nicht-leitenden Zustand befindet, schreitet die Unterroutine zu einem Funktionsblock 38 fort, in dem der Index N um eins erhöht wird. Dann schreitet die Unterroutine zu einem Entscheidungsblock 40 fort. Im Entscheidungsblock 40 wird der aktuelle Wert von N mit der Gesamtzahl N_MAX von FETs in der Schaltung 20 verglichen, wobei N_MAX sowohl den High-Side-FET 12 als auch alle Low-Side-FETs T₁ bis T_N umfasst. Daher gilt für die Schaltung 20: N_MAX = N = N+1. Wenn N kleiner oder gleich N_MAX ist, sind nicht alle FET-Zustände geprüft worden, so dass die Unterroutine zum Entscheidungsblock 34 zurück springt. Wenn in Entscheidungsblock 40 N größer ist als N_MAX, ist der Zustand aller FETs geprüft und bestimmt worden, dass alle FETs sich in ihrem nicht-leitenden Zustand befinden. Daher verlässt der Algorithmus die erste Unterroutine, indem er zu einem Funktionsblock 42 fortschreitet. Es versteht sich, dass für die in 2 dargestellte beispielhafte Schaltung der Zustand des High-Side-FET 12 geprüft wird, wenn N = N+1 ist.
Beim Erreichen des Funktionsblocks 42 tritt der Algorithmus in eine zweite Unterroutine zur Zeitsteuerung des Teststarts ein. Im Funktionsblock 42 wird ein Zeitindex TIME auf eine Anfangszeit T₁ gesetzt, die als ein beliebiger Wert, einschließlich null, gewählt werden kann. Außerdem wird im Funktionsblock 42 der High-Side-FET 12 in einen nicht-leitenden Zustand umgeschaltet. Dieser Umschaltvorgang kann auftreten bevor, nachdem oder zum gleichen Zeitpunkt, zu dem die Anfangszeit gesetzt wird. Die Unterroutine schreitet dann zu einem Entscheidungsblock 44 fort, wo der Zeitindex TIME mit einem Zeitgeberschwellenwert T_t verglichen wird. Für das vorstehend unter Bezug auf 3 dargestellte Beispiel würde der Zeitgeberschwellenwert T_t auf zwei Millisekunden gesetzt, es können jedoch für den Zeitgeberschwellenwert T_t andere Werte verwendet werden. Wenn der Zeitindex TIME kleiner oder gleich dem Zeitgeberschwellenwert T_t ist, ist es nicht an der Zeit, den Testabschnitt des Algorithmus zu starten, so dass die Unterroutine zu einem Funktionsblock 46 fortschreitet, in dem der Zeitindex um einen Zeitinkrementwert T_DELTA erhöht wird. Die Unterroutine springt dann zum Entscheidungsblock 44 zurück. Wenn im Entscheidungsblock 44 bestimmt wird, dass der Zeitindex größer ist als der Zeitgeberschwellenwert T_t, ist es Zeit, den Testabschnitt des Algorithmus zu starten, woraufhin die Unterroutine zu einem Funktionsblock 48 fortschreitet und damit in eine dritte Unterroutine eintritt, in der der Algorithmus einen Test zum Erfassen von Leckströmen ausführt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Algorithmus durch Setzen sowohl der Anfangszeit T₁ als auch des Zeitgeberschwellenwertes T_t auf null die zweite Unterroutine umgeht.
Nach dem Einsprung in die dritte Unterroutine wird der Index N im Funktionsblock 48 erneut auf eins gesetzt. Dann schreitet die Unterroutine zu einem Entscheidungsblock 50 fort, in dem die dem Stromwert des Index N zugeordnete Rückkopplungsspannung V_FBN mit einem Spannungsschwellenwert V_T verglichen wird. Im vorstehend beschriebenen Beispiel wurde ein Spannungsschwellenwert V_T ausgewählt, der ungefähr der Hälfte der Größe der Versorgungsspannung V+ entspricht, es ist jedoch klar, dass auch andere Werte für den Spannungsschwellenwert V_T verwendet werden können, beispielsweise 25% der Versorgungsspannung V+ oder 75% der Versorgungsspannung V+. Wenn die Rückkopplungsspannung V_FBN kleiner ist als der Spannungsschwellenwert V_T, so ist dies ein Anzeichen für einen übermäßigen Leckstrom durch einen der FETs oder aufgrund einer anderen Ursache, z.B. eines Kurzschlusses, der sich auf dem Leiterplattensubstrat des Controllers 20 entwickelt, so dass die Unterroutine zu einem Funktionsblock 52 fortschreitet, wo ein Fehlerflag gesetzt wird. Dann wird die Unterroutine über Block 36 beendet.
Wenn im Entscheidungsblock 50 festgestellt wird, dass die Rückkopplungsspannung V_FBN größer oder gleich dem Spannungsschwellenwert V_T ist, so ist dies ein Anzeichen dafür, dass jeglicher Leckstrom durch den zugeordneten FET T_N kleiner oder gleich einem unkritischen Pegel ist, woraufhin die Unterroutine zu einem Funktionsblock 54 fortschreitet. In Funktionsblock 54 wird der Index N durch die Unterroutine um eins erhöht, woraufhin die Unterroutine zu einem Entscheidungsblock 56 fortschreitet. Im Entscheidungsblock 56 wird der aktuelle Wert des Index N mit der Gesamtzahl N_MAX von FETs in der Schaltung 20 verglichen. Wenn N kleiner oder gleich N_MAX ist, sind nicht alle FET-Leckströme geprüft worden und die Unterroutine springt für eine weitere Iteration zum Entscheidungsblock 50 zurück. Wenn in Entscheidungsblock 56 N größer ist als N_MAX, sind die Leckströme aller FETs geprüft worden und es ist festgestellt worden, dass alle Leckströme kleiner oder gleich einem unkritischen Pegel sind. Entsprechend verlässt der Algorithmus die dritte Unterroutine und schreitet zu einem Funktionsblock 58 fort. Im optionalen Funktionsblock 58 wird die Schaltung 20 als betriebsbereit betrachtet und ein entsprechendes Flag gesetzt. Dann wird der Algorithmus über Block 36 beendet. Es wird darauf hingewiesen, dass für die in 2 dargestellte beispielhafte Schaltung die Rückkopplungsspannung für die Spannungsteilerschaltung VD_F geprüft wird, wenn N = N+1 ist.
Es versteht sich, dass der in 4 dargestellte Algorithmus lediglich als exemplarisch betrachtet wird, und dass die Erfindung auch mit Algorithmen ausführbar ist, die sich von dem in der Figur dargestellten Algorithmus unterscheiden. Beispielsweise könnte der Algorithmus auch eine zusätzliche Unterroutine enthalten, gemäß der erforderlich ist, dass der übermäßige Leckstrom oder übermäßige Leckströme für eine vorgegebene Anzahl von Iterationen vorhanden sind, bevor das Fehlerflag gesetzt wird (nicht dargestellt). Alternativ könnten alle N+1 Rückkopplungsspannungen geprüft und die Gesamtzahl von Fehlfunktionen gezählt werden (nicht dargestellt). Der Versagensschwellenwert würde dann auf der Anzahl gezählter Fehlfunktionen basieren, wobei die Anzahl der Fehlfunktionen, die ein Versagen anzeigen, entweder eine feste Zahl oder eine variable Zahl sein kann. Beispielsweise könnte entschieden werden, dass ein Versagen vorliegt und das Fehlerflag gesetzt wird, wenn festgestellt wird, dass die Hälfte oder mehr der Spulen fehlerhaft funktionieren. Als Kriterium könnte aber auch weniger als die Hälfte verwendet werden. Durch Prüfen aller Rückkopplungsspannungen vor dem Setzen des Fehlerflags wird das System vor elektrischen Überschlägen oder Rauschen geschützt, die/das zu einem fehlerhaften Setzen des Fehlerflags führen kann. Alternativ könnte der Controller 22 die High-Side-Rückkopplungsspannung 10 aufeinanderfolgende Male abtasten, wobei dann, wenn 9 der 10 Abtastwerte kleiner sind als der Schwellenwert, ein Fehlerflag gesetzt würde, während dann, wenn weniger als 9 der 10 Abtastwerte kleiner sind als der Schwellenwert, das Fehlerflag nicht gesetzt würde (nicht dargestellt). In ähnlicher Weise kann zum Triggern des Setzens des Fehlerflags die Bedingung gewählt werden, dass weniger als 9 der 10 Abtastwerte kleiner sind als der Schwellenwert.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform für FETs beschrieben und dargestellt worden ist, ist klar, dass die Erfindung auch mit anderen elektronischen Schalteinrichtungen, z.B. mit Bipolartransistoren, in die Praxis umgesetzt werden kann. Außerdem ist es, obwohl bei Bremssteuerungssystemen die Magnetspulen typischerweise in einer elektronischen Steuereinheit (ECU) angeordnet sind, in der vorliegenden Erfindung auch denkbar, dass der Kondensator C innerhalb oder außerhalb der ECU angeordnet sein kann. Ferner ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Elektromagnetspulen beschränkt, sondern kann dazu verwendet werden, Leckströme durch jede Spule zu erfassen, die durch einen elektronischen Schalter ein- und ausgeschaltet wird. Schließlich ist es denkbar, dass der Test ausgeführt werden kann, um mehrere Abtastwerte jeder Rückkopplungsspannung durch Abtastungen zu lesen, die um eine vorgegebene Zeitdauer voneinander beabstandet sind (nicht dargestellt). Die zwischen den Abtastungen erhaltenen Spannungsunterschiede würden dann dazu verwendet, eine zeitliche Spannungsänderungsrate zu bestimmen. Die Spannungsänderungsrate würde dann mit einem Änderungsschwellenwert als Kriterium zum Setzen eines Fehlerflags verglichen.

Claims

Steuerschaltung (20) zum Erfassen eines Stromflusses durch eine Spule (L), mit: mindestens einer Spule (L), die ein erstes Ende und ein zweites Ende hat; einem ersten elektronischen Schalter (12) mit einem Eingangsanschluss, der mit einer Spannungsversorgung (V+) verbindbar ist, und einem mit dem ersten Ende der Spule (L) verbundenen Ausgangsanschluss; einem zwischen dem zweiten Ende der Spule (L) und Masse geschalteten zweiten elektronischen Schalter (T); einem zwischen dem ersten Ende der Spule (L) und Masse geschalteten Kondensator (C), wobei der Kondensator (C) aufgeladen wird, wenn der erste elektronische Schalter (12) sich in einem leitenden Zustand befindet, und entladen wird, wenn der erste elektronische Schalter (12) sich in einem nicht-leitenden Zustand befindet; und einer mit einem Ende der Spule (L) verbundenen Rückkopplungsschaltung (VD), wobei die Rückkopplungsschaltung (VD) dazu betriebsfähig ist, einen Entladungspfad für den Kondensator (C) bereitzustellen und die Abnahmerate der Kondensatorladung zu überwachen, um zu bestimmen, dass in der Steuerschaltung (20) eine Störung vorhanden ist, wenn die Abnahmerate übermäßig groß ist.
Schaltung (20) nach Anspruch 1, bei der die Rückkopplungsschaltung (VD) mit dem ersten Ende der Spule (L) verbunden ist, und bei der ferner die Rückkopplungsschaltung (VD) die Abnahmerate der Kondensatorladung durch Vergleichen einer erfassten Spannung mit einem Spannungsschwellenwert zu einem vorgegebenen Zeitpunkt überwacht, um zu bestimmen, ob in der Steuerschaltung (20) eine Störung vorhanden ist.
Schaltung (20) nach Anspruch 1, bei der die Rückkopplungsschaltung (VD) mit dem zweiten Ende der Spule (L) verbunden ist, und bei der ferner die Rückkopplungsschaltung (VD) die Abnahmerate der Kondensatorladung durch Vergleichen einer erfassten Spannung mit einem Spannungsschwellenwert zu einem vorgegebenen Zeitpunkt überwacht, um zu bestimmen, ob in der Steuerschaltung (20) eine Störung vorhanden ist.
Schaltung (20) nach Anspruch 3, bei der die Rückkopplungsschaltung (VD) ein Warnsignal erzeugt, wenn festgestellt wird, dass die erfasste Spannung niedriger ist als der Spannungsschwellenwert.
Schaltung (20) nach Anspruch 4, bei der das Warnsignal das Setzen eines Fehlerflags umfasst.
Schaltung (20) nach Anspruch 5, bei der die Rückkopplungsschaltung (VD) die Spannung periodisch erfasst, und bei der ferner das Fehlerflag gesetzt wird, wenn bestimmt wird, dass die erfasste Spannung für eine vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender Perioden niedriger ist als der Spannungsschwellenwert.
Schaltung (20) nach Anspruch 4, bei der die Steuerschaltung (20) in einem elektronischen Bremssystem eines Fahrzeugs angeordnet ist.
Schaltung (20) nach Anspruch 7, wobei das elektronische Bremssystem eine elektronische Steuereinheit aufweist, und wobei ferner die Steuerschaltung (20) innerhalb der elektronischen Steuereinheit angeordnet ist.
Schaltung (20) nach Anspruch 7, wobei das elektronische Bremssystem eine elektronische Steuereinheit aufweist, und wobei ferner der Kondensator (C) außerhalb der elektronischen Steuereinheit angeordnet ist.
Schaltung (20) nach Anspruch 3, mit mehreren Spulen (L) und mehreren zweiten Schaltern (T), wobei der Kondensator (C) zwischen dem ersten Ende jeder der Spulen (L) und Masse geschaltet ist, und wobei jeder der zweiten Schalter (T) zwischen dem zweiten Ende einer entsprechenden Spule (L) und Masse geschaltet ist, wobei die Schaltung (20) außerdem mehrere Rückkopplungsschaltungen (VD) aufweist, wobei jede der Rückkopplungsschaltungen (VD) mit dem zweiten Ende einer entsprechenden Spule (L) verbunden ist, um die Abnahmerate der Kondensatorladung durch Vergleichen einer erfassten Spannung mit einem Spannungsschwellenwert zu einem vorgegebenen Zeitpunkt zu überwachen, um zu bestimmen, ob in der Steuerschaltung (20) eine Störung vorhanden ist.
Schaltung (20) nach Anspruch 10, wobei die Abnahmerate der Kondensatorladung für jede der Rückkopplungsschaltungen (VD) sequenziell geprüft wird.
Schaltung (20) nach Anspruch 4, wobei die Rückkopplungsschaltung (VD) die Abnahmerate der Kondensatorladung periodisch überwacht, und wobei ferner nur dann bestimmt wird, dass in der Steuerschaltung (20) eine Störung vorhanden ist, wenn die Abnahmerate der Kondensatorladung für eine vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender Überwachungsperioden niedriger ist als der Spannungsschwellenwert.
Verfahren zum Erfassen eines Stromflusses durch eine Spule (L), mit den Schritten: (a) Bereitstellen: wenigstens einer Spule (L) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; eines ersten elektronischen Schalters (12) mit einem Eingangsanschluss, der mit einer Spannungsversorgung (V+) verbindbar ist, und einem mit dem ersten Ende der Spule (L) verbundenen Ausgangsanschluss; eines zwischen dem zweiten Ende der Spule (L) und Masse geschalteten zweiten elektronischen Schalters (T); eines zwischen dem ersten Ende der Spule (L) und Masse geschalteten Kondensators (C); und einer mit einem Ende der Spule (L) verbundenen Rückkopplungsschaltung (VD), wobei die Rückkopplungsschaltung (VD) dazu betriebsfähig ist, die Abnahmerate der Kondensatorladung zu überwachen; (b) Bringen des ersten elektronischen Schalters (12) in einen leitenden Zustand zum Aufladen des Kondensators (C); (c) Bringen des ersten und des zweiten Schalters (12, T) in einen nicht-leitenden Zustand; und (d) Überwachen der Abnahmerate der Kondensatorspannung durch die Rückkopplungsschaltung (VD) und Erzeugen eines Fehlersignals, wenn die Abnahmerate übermäßig groß ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abnahmerate in Schritt (d) durch Vergleichen der über den Kondensator abfallenden Spannung mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu einer vorgegebenen Zeit überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Rückkopplungsschaltung (VD) eine erste Rückkopplungsschaltung (VD) ist, die mit dem ersten Ende der Spule (L) verbunden ist, und wobei ferner die Schaltung (20) eine mit dem zweiten Ende der Spule (L) verbundene zweite Rückkopplungsschaltung (VD) aufweist, wobei die zweite Rückkopplungsschaltung (VD) auch dazu betriebsfähig ist, die Abnahmerate der Kondensatorladung zu überwachen, und wobei Schritt (d) das Überwachen der Abnahmerate der Kondensatorspannung durch die erste und/oder die zweite Rückkopplungsschaltung (VD) und das Erzeugen eines Fehlersignals aufweist, wenn eine der Abnahmeraten zu groß ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Schritt (d) das Überwachen der Abnahmerate der Kondensatorspannung und das Setzen eines Fehlerflags umfasst, wenn die überwachte Abnahmerate zu groß ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Schritte (b) bis (d) periodisch wiederholt werden, und wobei ferner das Fehlerflag in Schritt (d) nur dann gesetzt wird, wenn eine zu große Abnahmerate der Kondensatorspannung für eine vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender Überwachungsperioden erfasst wird.