DE102011120695B4 - Control device and method for its monitoring - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Überwachung der durch ein Bordstromnetz (4) eines Kraftfahrzeugs bereitgestellten Stromversorgung eines Steuergerät (2) mit einem ersten Eingang (12) und mit einem zweiten Eingang (18), – wobei die dem ersten Eingang (12) zugeführte Bordnetzspannung (U) mittels eines A/D-Wandlers (10) überwacht und ein Spannungswert (14) ermittelt wird, – wobei dem zweiten Eingang (18) über einen elektrischen Widerstand (22) die Bordnetzspannung (U) direkt oder über einen Spannungsregler (8) zugeführt wird, und – wobei der vom A/D-Wandler (10) ermittelte Spannungswert (14) anhand des Eingangssignals (26) am zweiten Eingang (18) verifiziert wird.Method for monitoring the power supply of a control device (2) provided by an on-board power system (4) of a motor vehicle with a first input (12) and with a second input (18), - wherein the vehicle electrical system voltage (U) supplied to the first input (12) an A / D converter (10) monitored and a voltage value (14) is determined, - wherein the second input (18) via an electrical resistance (22) the vehicle electrical system voltage (U) is supplied directly or via a voltage regulator (8), and - wherein the voltage value (14) determined by the A / D converter (10) is verified on the basis of the input signal (26) at the second input (18).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der durch ein Bordstromnetz eines Kraftfahrzeugs bereitgestellten Stromversorgung eines Steuergeräts sowie ein danach arbeitendes Steuergerät.The invention relates to a method for monitoring the power supply of a control device provided by an on-board power supply system of a motor vehicle and a subsequently operating control device.
Innerhalb eines Kraftfahrzeugs findet eine Vielzahl von Steuergeräten Verwendung, von denen jedes üblicherweise mit mindestens einem zugeordneten Aktuator und/oder Sensor verbunden ist. Das entsprechende Steuergerät steuert den Aktor bzw. wertet die gelieferten Sensordaten aus, wobei die Steuerung beispielsweise anhand der Sensordaten erfolgt. Häufig erfolgt jedoch die Steuerung aufgrund von Anforderungen, die von einem weiteren Steuergerät abgerufen werden. Hierfür ist es notwendig, die Steuergeräte mittels einer Datenleitung zu verbinden.Within a motor vehicle, a plurality of control devices are used, each of which is usually connected to at least one associated actuator and / or sensor. The corresponding control unit controls the actuator or evaluates the supplied sensor data, wherein the control takes place, for example, based on the sensor data. Often, however, the control is due to requests retrieved from another controller. For this purpose it is necessary to connect the control units by means of a data line.
Zur Reduzierung der Verkabelung innerhalb des Kraftfahrzeugs sind die Steuergeräte in der Regel mittels eines Hauptbus-Systems, beispielsweise eines CAN-Bus-Systems, verbunden. Hierbei existiert eine zentrale Datenleitung, mit der eine Anzahl von Steuergeräten verbunden ist. Auf dieser Datenleitung werden Botschaften übertragen. Anhand einer Angabe von einem Adressaten oder eines Adressatenkreises der Botschaft ist gewährleistet, dass das jeweils gewünschte Steuergerät auf die Botschaft reagiert.To reduce the wiring within the motor vehicle, the control devices are usually connected by means of a main bus system, such as a CAN bus system. In this case, there is a central data line to which a number of control devices are connected. Messages are transmitted on this data line. Based on an indication of an addressee or an addressee of the message is guaranteed that the respective desired controller responds to the message.
Die Stromversorgung der Steuergeräte erfolgt üblicherweise mittels eines Bordstromnetzes, welches von einer Fahrzeugbatterie gespeist wird. Die Fahrzeugbatterie selbst wird meist von einer Brennkraftmaschine oder von einer externen Spannungsquelle geladen. Aufgrund der Vielzahl von mit dem Bordstromnetz verbundenen Steuergeräte, deren Leistungsentnahme zeitlich nicht gleichbleibend ist, ist eine Bordnetzspannung des Bordstromnetzes nicht konstant, sondern weist eine Anzahl von Spannungsspitzen auf. Diese werden beispielsweise durch etwaige vorhandene Zündkerzen verstärkt.The power supply of the control units is usually carried out by means of an electrical system, which is powered by a vehicle battery. The vehicle battery itself is usually charged by an internal combustion engine or by an external voltage source. Due to the large number of connected to the on-board power supply control units whose power consumption is not constant in time, a vehicle electrical system voltage of the electrical system is not constant, but has a number of voltage spikes. These are for example amplified by any existing spark plugs.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur zuverlässigen Überwachung der Stromversorgung eines Kraftfahrzeug-Steuergerätes sowie ein danach arbeitendes Steuergerät anzugeben.The invention has for its object to provide a method for reliable monitoring of the power supply of a motor vehicle control unit and a subsequently operating control unit.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des danach arbeitenden Steuergerätes erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.With regard to the method, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1 and with respect to the operating thereafter control device according to the invention by the features of claim 3. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims.
Das Steuergerät wird im Betrieb von einem Bordstromnetz eines Kraftfahrzeugs versorgt, wobei das Bordstromnetz eine Bordnetzspannung aufweist. Hierbei ist das Steuergerät beispielsweise direkt oder indirekt über einen Spannungsregler elektrisch mit dem Bordstromnetz verbunden. Von dem Spannungsregler wird die Bordnetzspannung auf eine Spannung transformiert, mittels derer weitere Komponenten des Steuergeräts, wie zum Beispiel ein Microcontroller, betrieben werden können. Die mittels des Spannungsreglers erzeugte Spannung beträgt zweckmäßigerweise zwischen 1,5 V und 5 V. Die Bordnetzspannung beträgt insbesondere zwischen 12 V und 42 V und ist Schwankungen ausgesetzt, die beispielsweise von weiteren, von dem Bordstromnetz versorgten Verbrauchern oder einem Anlassvorgang einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs hervorgerufen werden.During operation, the control unit is supplied by an on-board power supply system of a motor vehicle, wherein the on-board power supply system has a vehicle electrical system voltage. In this case, the control unit is, for example, directly or indirectly electrically connected to the on-board power supply via a voltage regulator. From the voltage regulator, the vehicle electrical system voltage is transformed to a voltage by means of which further components of the control device, such as a microcontroller, can be operated. The voltage generated by means of the voltage regulator is expediently between 1.5 V and 5 V. The vehicle electrical system voltage is in particular between 12 V and 42 V and is subject to fluctuations caused, for example, by other consumers supplied by the vehicle electrical system or by a starting process of an internal combustion engine of the motor vehicle become.
Zur Vermeidung von Fehlfunktionen aufgrund dieser Spannungsschwankungen innerhalb des Steuergeräts weist dieses einen A/D-Wandler auf, welcher einen Spannungswert ermittelt und somit die Bordnetzspannung überwacht. Beispielsweise werden Teile des Steuergeräts abgeschaltet, wenn die Bordnetzspannung einen bestimmten Grenzwert über- oder unterschreitet. Wenn die Bordnetzspannung außerhalb eines bestimmten Betriebsspannungsbereichs liegt, werden insbesondere vergleichsweise wichtige Funktionen des Steuergeräts nicht ausgeführt, oder es wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Hierbei können beispielsweise die wichtigen Funktionen des Steuergeräts im Wesentlichen lediglich dann sicher ausgeführt werden, wenn die Bordnetzspannung innerhalb des bestimmten Betriebsspannungsbereichs liegt. Geeigneterweise wandelt der A/D-Wandler den Wert der zugeführten Bordnetzspannung in ein digitales Wort um, welches insbesondere von einem zentralen Microcontroller des Steuergeräts ausgelesen wird. Der Microcontroller steuert zweckmäßigerweise die wichtigen Funktionen.To avoid malfunctions due to these voltage fluctuations within the control unit, this has an A / D converter, which determines a voltage value and thus monitors the vehicle electrical system voltage. For example, parts of the control unit are switched off when the vehicle electrical system voltage exceeds or falls below a certain limit. If the vehicle electrical system voltage is outside of a certain operating voltage range, in particular comparatively important functions of the controller are not performed, or it will be an error message. In this case, for example, the important functions of the control device can essentially only be carried out safely if the vehicle electrical system voltage lies within the specific operating voltage range. Conveniently, the A / D converter converts the value of the supplied vehicle electrical system voltage into a digital word, which is read in particular by a central microcontroller of the control unit. The microcontroller expediently controls the important functions.
Die Umwandlung in das digitale Wort mittels des A/D-Wandlers erfolgt unter Zuhilfenahme einer Referenzspannungsquelle. Zweckmäßigerweise wird die Bordnetzspannung als Bruchteil der Referenzspannung ermittelt, wobei Intervalle von derartigen Bruchteilen zu einem einzigen bestimmten digitalen Wort zusammengefasst werden. Insbesondere sind die Intervalle im Wesentlichen gleich groß. Die Referenzspannungsquelle kann eine externe Spannungsquelle sein, dem A/D-Wandler wird also eine weitere elektrische Spannung zugeführt, welche im Wesentlichen konstant ist. Ebenso kann die Referenzspannungsquelle eine interne Spannungsquelle sein. Mit anderen Worten wird die Referenzspannung innerhalb des A/D-Wandlers erzeugt und bereitgestellt. Hierbei ist beispielsweise ein Pol der Referenzspannungsquelle gegen Masse geführt, insbesondere über einen Kondensator.The conversion into the digital word by means of the A / D converter takes place with the aid of a reference voltage source. Conveniently, the on-board voltage is determined as a fraction of the reference voltage, whereby intervals of such fractions are combined into a single specific digital word. In particular, the intervals are essentially the same size. The reference voltage source may be an external voltage source, the A / D converter is thus supplied with a further electrical voltage which is substantially constant. Likewise, the reference voltage source may be an internal voltage source. In other words, the reference voltage is generated and provided within the A / D converter. Here, for example, a pole of the reference voltage source is grounded, in particular via a capacitor.
Das Steuergerät weist einen zweiten Eingang auf, dem entweder die Bordnetzspannung direkt oder die etwaige, mittels des Spannungsreglers erzeugte elektrische Spannung zugeführt ist. Hierbei ist dem zweiten Eingang ein elektrischer Widerstand vorgeschalten, über den ein etwaiger elektrischer Strom von dem Bordstromnetz zu dem zweiten Eingang fließen kann.The control unit has a second input to which either the vehicle electrical system voltage is supplied directly or any electrical voltage generated by means of the voltage regulator. Here, the second input is preceded by an electrical resistance, via which a possible electric current can flow from the on-board power supply to the second input.
Anhand des an dem zweiten Eingang anliegenden Eingangssignals wird der mit dem A/D-Wandler ermittelte Spannungswert verifiziert. Insbesondere wird der ermittelte Spannungswert als im Wesentlichen fehlerfrei angesehen, wenn das Eingangssignal mit einem bestimmten Erwartungswert übereinstimmt. Dieser Erwartungswert kann zum Beispiel ein bestimmter Wert sein, oder durch weitere Funktionen und/oder in Abhängigkeit von aktuellen Anforderungen ermittelt werden. Beispielsweise ist der Erwartungswert von dem ermittelten Spannungswert abhängig.Based on the input signal applied to the second input, the voltage value determined using the A / D converter is verified. In particular, the determined voltage value is considered substantially error-free if the input signal matches a certain expected value. This expected value may be, for example, a specific value, or determined by further functions and / or in dependence on current requirements. For example, the expected value depends on the determined voltage value.
Aufgrund der Verifizierung des mit dem A/D-Wandlers ermittelten Spannungswerts ist ein sicherer Betrieb des Steuergeräts möglich. Ist beispielsweise der Spannungswert innerhalb des für den Betrieb des Steuergeräts zulässigen Bereichs und ist dieser mittels des Eingangssignals verifiziert worden, so können im Wesentlichen alle kritischen Funktionen des Steuergeräts ausgeführt werden. Falls der Spannungswert in dem zulässigen Bereich liegt, aber nicht verifiziert worden ist, also insbesondere wenn das Eingangssignal nicht mit dem Erwartungswert übereinstimmt, werden diese Funktionen unterbunden. Eine derartige Situation entsteht beispielsweise dann, wenn die Bordspannung auf einen vergleichsweise niedrigen Wert abgesunken ist, und zusätzlich die Referenzspannungsquelle des A/D-Wandlers defekt ist oder von der abgesunkenen Bordspannung beeinflusst wird.Due to the verification of the voltage value determined with the A / D converter, safe operation of the control device is possible. If, for example, the voltage value is within the range permissible for the operation of the control unit and this has been verified by means of the input signal, essentially all critical functions of the control unit can be carried out. If the voltage value is in the allowable range but has not been verified, ie, in particular if the input signal does not match the expected value, these functions are inhibited. Such a situation arises, for example, when the on-board voltage has fallen to a comparatively low value, and in addition the reference voltage source of the A / D converter is defective or is influenced by the sunken on-board voltage.
In einer geeigneten Ausführungsform der Erfindung ist dem elektrischen Widerstand eine Transistorschaltung vorgeschalten. Vorteilhafterweise umfasst die Transistorschaltung einen Kondensator, und insbesondere dient die Transistorschaltung der Verringerung des Ruhestroms des Bordstromnetzes. Auf diese Weise ist ein etwaiger Stromfluss über den zweiten Eingang reduziert und der Wirkungsgrad des Steuergeräts erhöht. Beispielsweise werden mittels der Transistorschaltung ebenfalls Spannungsspitzen abgefedert. Mit anderen Worten ist der Transistorschaltung die Bordspannung zugeführt, welche etwaige vorhandene Spannungsspitzen herausfiltert. Diese gefilterte Bordspannung wiederum ist dem elektrischen Widerstand zugeführt.In a suitable embodiment of the invention, the electrical resistance is preceded by a transistor circuit. Advantageously, the transistor circuit comprises a capacitor, and in particular the transistor circuit serves to reduce the quiescent current of the on-board power supply system. In this way, any current flow through the second input is reduced and the efficiency of the controller increases. For example, voltage spikes are also cushioned by means of the transistor circuit. In other words, the transistor circuit is supplied with the on-board voltage, which filters out any existing voltage peaks. This filtered on-board voltage in turn is supplied to the electrical resistance.
Vorteilhafterweise ist der von dem A/D-Wandler ermittelte Spannungswert verifiziert, wenn das Eingangssignal innerhalb eines bestimmten Wertebereichs liegt. Mit anderen Worten wird der von dem A/D-Wandler gemessene Spannungswert als gültig bezeichnet, wenn das Eingangssignal in dem Wertebereich liegt. Zweckmäßigerweise liegt der Wertebereich zwischen 1 V und 4 V und wird insbesondere mittels dieser Grenzen definiert. Beispielsweise ist an den zweiten Eingang ein Transistor angeschlossen, der lediglich dann eine Stromführung durch einen Hilfsstromkreis zulässt, wenn die dem zweiten Eingang zugeführte elektrische Spannung innerhalb dieses Werteberichs liegt. Ebenso könnte ein vergleichsweise ungenau arbeitendes Spannungsmessgerät, wie insbesondere ein zweiter A/D-Wandler, elektrisch mit dem zweiten Eingang verbunden sein und der Verifizierung dienen.Advantageously, the voltage value determined by the A / D converter is verified when the input signal lies within a certain range of values. In other words, the voltage value measured by the A / D converter is said to be valid when the input signal is in the value range. Advantageously, the value range is between 1 V and 4 V and is defined in particular by means of these limits. For example, a transistor is connected to the second input, which only allows current to pass through an auxiliary circuit when the voltage applied to the second input is within this value range. Likewise, a comparatively inaccurately working voltage measuring device, in particular a second A / D converter, could be electrically connected to the second input and serve for verification.
Alternativ zu der Verwendung des Wertebereichs ist es denkbar, dass der mittels des A/D-Wandlers ermittelte Spannungswert dann verifiziert ist, wenn die an dem zweiten Eingang anliegende Spannung unterhalb eines Schwellwerts liegt. Zweckmäßigerweise ist dieser Schwellwert kleiner als 16 V und beträgt zum Beispiel 10 V. Auf diese Weise kann eine Beschädigung oder eine Fehlfunktion des Steuergeräts aufgrund einer Überspannung innerhalb des Bordstromnetzes ausgeschlossen werden.Alternatively to the use of the range of values, it is conceivable that the voltage value determined by means of the A / D converter is then verified when the voltage applied to the second input is below a threshold value. Conveniently, this threshold is less than 16 V and is for example 10 V. In this way, damage or malfunction of the controller due to an overvoltage within the on-board power supply can be excluded.
In einer zweckhaften Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Eingang elektrisch mit einem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden, wobei der elektrische Widerstand insbesondere ein Bestandteil des Spannungsteilers ist. Insbesondere ist der Spannungsteiler gegen Masse geführt. Somit ist der Spannungsteiler direkt oder indirekt elektrisch einerseits mit dem Bordstromnetz und andererseits mit Masse verbunden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Eingangssignal am zweiten Eingang nicht die gesamte Bordspannung bzw. die von dem Spannungsregler erzeugte elektrische Spannung umfasst. Vielmehr ist das Eingangssignal kleiner, weshalb etwaige Messgeräte oder mit dem zweiten Eingang verbundene Elektronikbauteile vergleichsweise kostengünstig und einfach dimensioniert werden können.In an expedient embodiment of the invention, the second input is electrically connected to a tap of a voltage divider, wherein the electrical resistance is in particular a component of the voltage divider. In particular, the voltage divider is grounded. Thus, the voltage divider is directly or indirectly electrically connected on the one hand to the on-board power supply system and on the other hand to ground. In this way, it is ensured that the input signal at the second input does not include the entire on-board voltage or the voltage generated by the voltage regulator. Rather, the input signal is smaller, which is why any measuring devices or electronic components connected to the second input can be dimensioned relatively inexpensively and simply.
Zweckmäßigerweise ist der zweite Eingang an eine Z-Diode geführt, wobei die Z-Diode sich insbesondere an den Spannungsteiler anschließt oder ein Teils dessen ist. Die Z-Diode ist anodenseitig gegen Masse geführt, so dass das Eingangssignal einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet und eine Stabilisierung des Eingangssignals am zweiten Eingang erreicht ist. Mit dem zweiten Eingang verbundene elektronische Komponenten des Steuergeräts müssen daher nicht auf eine Überspannung ausgelegt werden. Conveniently, the second input is guided to a Zener diode, wherein the Zener diode is in particular connected to the voltage divider or is a part thereof. The Zener diode is grounded on the anode side so that the input signal does not exceed a certain limit and stabilization of the input signal at the second input is achieved. Therefore, electronic components of the control unit connected to the second input do not have to be designed for an overvoltage.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
In
Zwischen dem Versorgungseingang
Das Steuergerät
Die Bordnetzspannung U wird mittels eines A/D-Wandlers
In technischer Stromrichtung hinter dem Spannungsregler
Während des Betriebs wird der Microcontroller mittels der an dem Versorgungseingang
Wenn der ermittelte Spannungswert
In
In
Ferner ist der in der zweiten Ausführungsform an den zweiten Eingang
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiments described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with one another in other ways, without departing from the subject matter of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Steuergerätcontrol unit
- 44
- BordstromnetzBoard network
- 4a4a
- Pluspolpositive pole
- 4b4b
- Minuspolminuspol
- 66
- Versorgungseingangsupply input
- 88th
- Spannungsreglervoltage regulators
- 1010
- A/D-WandlerA / D converter
- 1212
- erster Eingangfirst entrance
- 1414
- Spannungswertvoltage value
- 1616
- Spannungsteilervoltage divider
- 1818
- zweiter Eingangsecond entrance
- 2020
- Abgrifftap
- 2222
- elektrischer Widerstandelectrical resistance
- 2424
- zweiter Widerstandsecond resistance
- 2626
- Eingangssignalinput
- 2828
- Z-DiodeZener diode
- 3030
- Transistorschaltungtransistor circuit
- UU
- BordnetzspannungBoard supply voltage
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