DE102019203314A1 - Steuergerät und Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Steuergerät einen Anschluss zum Anschließen einer Signalleitung aufweist, über die eine externe Einheit mit dem Anschluss des Steuergeräts verbindbar ist, wobei das Verfahren aufweist: Ausgeben eines Testsignals auf dem Anschluss, Empfangen eines reflektierten Testsignals an dem Anschluss, wobei das reflektierte Testsignal insbesondere wenigstens einen reflektierten Anteil des Testsignals aufweist, Ermitteln einer ersten Größe, die eine Qualität der Signalleitung charakterisiert, in Abhängigkeit des reflektierten Testsignals.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Steuergerät einen Anschluss zum Anschließen einer Signalleitung aufweist, über die eine externe Einheit mit dem Anschluss des Steuergeräts verbindbar ist.
  • Die Offenbarung betrifft ferner ein Steuergerät, das einen Anschluss zum Anschließen einer Signalleitung aufweist, über die eine externe Einheit mit dem Anschluss des Steuergeräts verbindbar ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Steuergerät einen Anschluss zum Anschließen einer Signalleitung aufweist, über die eine externe Einheit mit dem Anschluss des Steuergeräts verbindbar ist, wobei das Verfahren aufweist: Ausgeben eines Testsignals auf dem Anschluss, Empfangen eines reflektierten Testsignals an dem Anschluss, wobei das reflektierte Testsignal insbesondere wenigstens einen reflektierten Anteil des Testsignals aufweist, Ermitteln einer ersten Größe, die eine Qualität der Signalleitung charakterisiert, in Abhängigkeit des reflektierten Testsignals. Dadurch können effizient Informationen bezüglich der Qualität der Signalleitung ermittelt werden, aus denen auf ggf. vorhandene Störungen bzw. Fehler der Signalleitung (z.B. Leitungsschluss, Kurzschluss, Leerlauf, usw.) und - bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, s.u. - insbesondere auch einen Ort der Störung geschlossen werden kann.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Testsignal wenigstens einen Impuls mit einer Anstiegszeit im Pikosekundenbereich (z.B. zwischen einer Pikosekunde und 1000 Pikosekunden) oder im Nanosekundenbreich (z.B. zwischen einer Nanosekunde und 1000 Nanosekunden) aufweist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Impuls eine Breite von 200 Nanosekunden, ns, oder weniger aufweist, vorzugsweise von 100 ns oder weniger. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Impulsbreite einer Halbwertsbreite (FWHM, full width at half maximum) des Impulses entspricht, mithin bevorzugt die Halbwertsbreite (FWHM) des Impulses 200 ns oder weniger ist, vorzugsweise 100 ns oder weniger.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass dann, wenn das reflektierte Testsignal (z.B. ein Betrag einer maximalen Amplitude des reflektierten Testsignals bzw. des reflektierten Impulses) einen vorgebbaren ersten Schwellwert unterschreitet, darauf geschlossen wird, dass kein Fehler, insbesondere kein Kurzschluss oder kein Leerlauf, im Bereich der Signalleitung vorliegt.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass dann, wenn das reflektierte Testsignal einen vorgebbaren zweiten Schwellwert überschreitet, darauf geschlossen wird, dass ein Fehler, insbesondere ein Kurzschluss oder ein Leerlauf, im Bereich der Signalleitung vorliegt.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe eine Verzögerungszeit zwischen dem Ausgeben des Testsignals und dem Empfangen des reflektierten Testsignals charakterisiert. Hierzu kann bevorzugt z.B. eine Laufzeitmessung des (reflektierten) Testsignals TS, TSr ausgeführt werden.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der ersten Größe auf einen Ort eines Fehlers entlang der Signalleitung geschlossen wird, wobei insbesondere eine Ortsauflösung einen Meter oder weniger beträgt. Dabei wird bevorzugt vorteilhaft eine ermittelbare bzw. bekannte Signalausbreitungszeit von z.B. typischerweise 30cm pro ns (bzw. je nach Art der Leitung und des verwendeten Dielektrikums entsprechend weniger, z.B. etwa 20cm je Nanosekunde) genutzt.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass vor dem Ausgeben des Testsignals ein Pegel der Signalleitung auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt wird, insbesondere angehoben oder abgesenkt wird.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät eine Ansteuerschaltung, insbesondere einen Halbleiterschalter, weiter insbesondere Treibertransistor, zum Ansteuern der externen Einheit über die Signalleitung aufweist, wobei a) die Ansteuerschaltung, insbesondere der Treibertransistor, zum Ausgeben des Testsignals deaktiviert wird und/oder b) das Ausgeben des Testsignals in einer Betriebsphase des Steuergeräts ausgeführt wird, in der die Ansteuerschaltung, insbesondere der Treibertransistor, nicht angesteuert wird.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der Ansteuerschaltung, insbesondere dem Halbleiterschalter bzw. Treibertransistor, eine zweite Ansteuerschaltung, insbesondere ein zweiter Transistor, vorgesehen ist, die bzw. der zur Ausgabe des Testsignals an den Anschluss verwendbar ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist eine gemeinsame Ansteuerschaltung vorgesehen, die die Funktion der vorstehend genannten ersten und zweiten Ansteuerschaltung in sich vereinigt, mithin dazu ausgebildet ist, zumindest zeitweise die externe Einheit bzw. den Aktuator anzusteuern und zumindest zeitweise, insbesondere dem Prinzip gemäß den Ausführungsformen folgend, das Testsignal auszugeben.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das reflektierte Testsignal charakterisierende Informationen (z.B. wenigstens ein Spannungspegel des reflektierten Testsignals) mittels eines Komparators erfasst werden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein Zeitstempel erfasst wird, der beispielsweise einem Spannungspegel des reflektierten Testsignals zugeordnet wird. Ebenso ist ein Zeitstempel erfassbar, der einen (vorausgehenden) Zeitpunkt des Ausgebens des Testsignals charakterisiert.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Schritte des Aussendens, Empfangens und Ermittelns für eine vorgebbare Anzahl von Wiederholungen wiederholt werden, beispielsweise wenigstens fünfmal, insbesondere zehnmal.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein Voting-Prozess in Abhängigkeit der Ergebnisse der genannten Wiederholungen ausgeführt wird. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Voting-Prozess z.B. als „7-aus-10“ Voting-Prozess ausgeführt werden, bei dem z.B. dann auf einen Fehler auf der Signalleitung geschlossen werden kann, wenn bei den vorstehend genannten beispielhaft zehn Wiederholungen wenigstens sieben Wiederholungen ergeben haben, dass ein Fehler bzw. eine Abweichung der Qualität der Signalleitung von einer Referenzqualität vorliegt. Dadurch ergibt sich eine besonders große Robustheit gegen Störungen.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Steuergerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Steuergerät einen Anschluss zum Anschließen einer Signalleitung aufweist, über die eine externe Einheit mit dem Anschluss des Steuergeräts verbindbar ist, wobei das Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen ausgebildet ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät eine Ansteuerschaltung, insbesondere einen Halbleiterschalter, weiter insbesondere Treibertransistor, zum Ansteuern der externen Einheit über die Signalleitung aufweist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät, dazu ausgebildet ist, die Ansteuerschaltung, insbesondere den Treibertransistor, zum Ausgeben des Testsignals zu deaktivieren.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, das Ausgeben des Testsignals in einer Betriebsphase des Steuergeräts auszuführen, in der die Ansteuerschaltung, insbesondere der Treibertransistor, nicht angesteuert wird.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der Ansteuerschaltung, insbesondere dem Halbleiterschalter bzw. Treibertransistor, eine zweite Ansteuerschaltung, insbesondere ein zweiter Transistor, vorgesehen ist, die bzw. der zur Ausgabe des Testsignals an den Anschluss verwendbar ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die externe Einheit ein Aktuator oder Sensor, insbesondere für das Kraftfahrzeug, ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, in einem ersten Betriebszustand die externe Einheit, insbesondere den Aktuator bzw. Sensor, anzusteuern, z.B. mittels einer bzw. der Ansteuerschaltung, die beispielsweise ein entsprechendes Ansteuersignal für den Aktuator auf dem Anschluss zum Anschließen der Signalleitung ausgibt.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, in einem zweiten Betriebszustand, der von dem ersten Betriebszustand verschieden ist, das Testsignal auf dem Anschluss zum Anschließen der Signalleitung auszugeben. Nach dem Ausgeben des Testsignals können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die Schritte des Empfangens des reflektierten Testsignals und des Ermittelns der ersten Größe ausgeführt werden.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät den zweiten Betriebszustand wiederholt einnimmt, insbesondere periodisch und/oder nach dem Aktivieren (Initialisieren) des Steuergeräts und/oder auf Anforderung einer weiteren Einheit (z.B. anderes Steuergerät).
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen und/oder des Steuergeräts gemäß den Ausführungsformen zur Ermittlung des Orts eines Fehlers entlang der Signalleitung, wobei die Signalleitung insbesondere ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs mit einem Aktor bzw. Aktuator (oder Sensor oder einer sonstigen Komponente) des Kraftfahrzeugs verbindet.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Schutzansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
  • In der Zeichnung zeigt:
    • 1 schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Steuergeräts gemäß bevorzugten Ausführungsformen,
    • 2 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
    • 3 schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Steuergeräts gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
    • 4 schematisch Details einer Ansteuerschaltung gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
    • 5A, 5B, 5C jeweils schematisch ein reflektiertes Testsignal gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, und
    • 6 schematisch ein Zustandsdiagramm gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen.
  • 1 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Steuergeräts 100 gemäß bevorzugten Ausführungsformen. Das Steuergerät 100 ist beispielsweise für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, z.B. zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Bevorzugte Ausführungsformen sind jedoch nicht auf die Anwendung des Steuergeräts 100 im Kraftfahrzeugbereich beschränkt.
  • Das Steuergerät 100 weist einen Anschluss 110 zum Anschließen einer Signalleitung 200 auf, über die eine externe Einheit 300 (z.B. ein Aktuator eines Zielsystems wie z.B. einer Brennkraftmaschine) mit dem Anschluss 110 des Steuergeräts 100 verbindbar ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Steuergerät 100 über die Signalleitung 200 sowohl Energie (wie z.B. ein Ansteuersignal für den Aktuator 300) als auch Informationen (also z.B. (logische oder sonstige) Signale mit vergleichsweise geringer Signalenergie, die primär zum Informationsaustausch zwischen Steuergerät 100 und Aktuator 300 dienen) übertragen.
  • In realen System kann es vorkommen, dass im Bereich der Signalleitung 200 ein Fehler F auftritt, der eine zuverlässige Übertragung von Informationen und/oder Energie an die externe Einheit 300 beeinträchtigt oder sogar verhindert, z.B. ein Leitungsschluss, Kurzschluss, Leerlauf, usw..
  • Daher ist bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen das nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 2 beschriebene Verfahren vorgesehen, das folgende Schritte aufweist: Ausgeben 400 eines Testsignals TS (1) auf dem Anschluss 110, Empfangen 410 (2) eines reflektierten Testsignals TSr an dem Anschluss 110, wobei das reflektierte Testsignal TSr insbesondere wenigstens einen (insbesondere an dem Ort des Fehlers F) reflektierten Anteil des Testsignals TS aufweist, Ermitteln 420 einer ersten Größe G1 (1), die eine Qualität der Signalleitung 200 charakterisiert, in Abhängigkeit des reflektierten Testsignals TSr. Dadurch können effizient Informationen bezüglich der Qualität der Signalleitung 200 ermittelt werden, aus denen auf ggf. vorhandene Störungen bzw. Fehler F der Signalleitung 200 (z.B. Leitungsschluss, Kurzschluss, Leerlauf, usw.) und - bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, s.u. - insbesondere auch einen Ort der Störung geschlossen werden kann.
  • Beispielsweise weist die Signalleitung 200 gemäß 1 entlang ihrer Leitungskoordinate x ausgehend von dem Ort x0 (entsprechend dem Anschluss 110) bis zu dem Ort x1 (entsprechend dem Ort der weiteren Einheit 300) einen Fehler F bei dem Ort x2 > x0, x2 < x1 auf, also zwischen dem Anschluss 110 und der weiteren Einheit 300. An diesem Ort x2 treten daher z.B. Reflektionen des von dem Anschluss 110 ausgehenden Testsignals TS auf, vgl. das Bezugszeichen TSr, wobei Art (z.B. Phase) und Umfang (z.B. Amplitude) der Reflektionen bzw. des reflektierten Testsignals TSr insbesondere von der Art des Fehlers F (Leerlauf, Kurzschluss, bzw. allgemein nichtverschwindender Reflektionsfaktor) abhängen. Durch Auswertung (Schritt 420 des Ermittelns der ersten Größe G1) kann das Steuergerät 100 entsprechende Informationen über den Fehler F ermitteln.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen können die Schritte 400, 410, 420 ein oder mehrere Male wiederholt werden, vgl. Schritt 430 aus 2, wodurch die Robustheit des Verfahrens gesteigert wird.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Testsignal TS wenigstens einen Impuls mit einer Anstiegszeit im Pikosekundenbereich (z.B. zwischen einer Pikosekunde und 1000 Pikosekunden) oder im Nanosekundenbreich (z.B. zwischen einer Nanosekunde und 1000 Nanosekunden) aufweist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Impuls des Testsignals TS eine Breite von 200 Nanosekunden, ns, oder weniger aufweist, vorzugsweise von 100 ns oder weniger. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Impulsbreite einer Halbwertsbreite (FWHM, full width at half maximum) des Impulses entspricht, mithin bevorzugt die Halbwertsbreite (FWHM) des Impulses 200 ns oder weniger ist, vorzugsweise 100 ns oder weniger.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der Impuls z.B. im wesentlichen ein Rechteckimpuls, was eine besonders effiziente Erzeugung des Testsignals TS und effiziente Auswertung des reflektierten Testsignals TSr ermöglicht.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass dann, wenn das reflektierte Testsignal TSr (z.B. ein Betrag einer maximalen Amplitude des reflektierten Testsignals TSr bzw. des reflektierten Impulses) einen vorgebbaren ersten Schwellwert unterschreitet, mithin insbesondere keine wesentlichen Reflektionen des Testsignals TS auftreten, darauf geschlossen wird, dass kein Fehler, insbesondere kein Kurzschluss oder kein Leerlauf, im Bereich der Signalleitung 200 vorliegt.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass dann, wenn das reflektierte Testsignal TSr (z.B. ein Betrag einer maximalen Amplitude des reflektierten Testsignals TSr bzw. des reflektierten Impulses) einen vorgebbaren zweiten Schwellwert überschreitet, darauf geschlossen wird, dass ein Fehler, insbesondere ein Kurzschluss oder ein Leerlauf, im Bereich der Signalleitung 200 vorliegt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann daraufhin eine Fehlerreaktion eingeleitet werden.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe G1 (1) eine Verzögerungszeit zwischen dem Ausgeben 400 (2) des Testsignals TS (1) und dem Empfangen 410 (2) des reflektierten Testsignals TSr charakterisiert, also insbesondere eine Laufzeit des (reflektierten) Impulses auf der Signalleitung (von dem Anschluss 110 zu der Störstelle F am Ort x2 und z.B. wieder zurück zu dem Anschluss 110).
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der ersten Größe G1 auf den Ort x2 (1) eines Fehlers entlang der Signalleitung 200 geschlossen wird, wobei insbesondere eine Ortsauflösung einen Meter oder weniger beträgt. Dadurch kann die Störstelle auf der Signalleitung 200 präzise ermittelt werden, und es kann ggf. eine gezielte Reparatur der Signalleitung 200 eingeleitet werden.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass vor dem Ausgeben 400 (2) des Testsignals TS (1) ein Pegel der Signalleitung 200 auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt wird, insbesondere angehoben oder abgesenkt wird. Dadurch kann eine effiziente Übertragung des Testsignals TS und ein effizienter Empfang des reflektierten Testsignals TSr sichergestellt werden.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät 100 (1) eine Ansteuerschaltung, insbesondere einen Halbleiterschalter, weiter insbesondere Treibertransistor, zum Ansteuern der externen Einheit 300 über die Signalleitung 200 aufweist, wobei z.B. a) die Ansteuerschaltung, insbesondere der Treibertransistor, zum Ausgeben des Testsignals TS deaktiviert wird und/oder b) das Ausgeben 400 des Testsignals TS in einer Betriebsphase des Steuergeräts 100 ausgeführt wird, in der die Ansteuerschaltung, insbesondere der Treibertransistor, nicht angesteuert wird.
  • 3 zeigt hierzu schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Steuergeräts 100a gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Beispielsweise kann auch das Steuergerät 100 aus 1 eine Konfiguration 100a gemäß 3 aufweisen.
  • Das Steuergerät 100a weist eine Recheneinrichtung 102 auf, wenigstens eine der Recheneinrichtung 102 zugeordnete Speichereinrichtung 104 zur zumindest zeitweisen Speicherung eines Computerprogramms PRG, wobei das Computerprogramm PRG insbesondere zur Steuerung eines Betriebs des Steuergeräts 100, 100a bzw. insbesondere zur Ausführung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen (s. z.B. 2) ausgebildet ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist die Recheneinrichtung 102 wenigstens eines der folgenden Elemente auf: einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, einen digitalen Signalprozessor (DSP), einen programmierbaren Logikbaustein (z.B. FPGA, field programmable gate array), einen ASIC (anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis). Kombinationen hieraus sind bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch denkbar.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist die Speichereinrichtung 104 wenigstens eines der folgenden Elemente auf: einen flüchtigen Speicher 104a, insbesondere Arbeitsspeicher (RAM), einen nichtflüchtigen Speicher 104b, insbesondere Flash-EEPROM. Bevorzugt ist das Computerprogramm PRG in dem nichtflüchtigen Speicher 104b abgelegt.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist auch die erste Größe G1 (s. auch 1) zumindest zeitweise in der Speichereinrichtung 104 speicherbar.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist das Steuergerät 100a die vorstehend bereits erwähnte Ansteuerschaltung 106 zum Ansteuern der externen Einheit 300 über die Signalleitung 200 auf, wobei der Anschluss 110 (s. auch 1) z.B. einen Teil der Ansteuerschaltung 106 bildet.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der Ansteuerschaltung 106 eine zweite Ansteuerschaltung (nicht gezeigt) vorgesehen ist, die zur Ausgabe des Testsignals TS an den Anschluss 110 verwendbar ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist eine gemeinsame Ansteuerschaltung 106 vorgesehen, die die Funktion der vorstehend genannten ersten und zweiten Ansteuerschaltung in sich vereinigt, mithin dazu ausgebildet ist, zumindest zeitweise die externe Einheit 300 (1) bzw. den Aktuator mit einem dafür vorgesehenen Ansteuersignal AS (1) anzusteuern, und, zumindest zeitweise, insbesondere dem Prinzip gemäß den Ausführungsformen folgend, das Testsignal TS auszugeben.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die (gemeinsame) Ansteuerschaltung 106 auch dazu ausgebildet, das reflektierte Testsignal TSr zu empfangen, z.B. ebenfalls über den Anschluss 110.
  • 4 zeigt hierzu schematisch Details einer Ansteuerschaltung 106a gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Die Ansteuerschaltung 106a weist einen ersten Halbleiterschalter T1, insbesondere Transistor, z.B. Feldeffekttransistor (z.B. MOSFET) auf, der mit dem Anschluss 110 verbunden ist und dazu ausgebildet ist (z.B. unter Ansteuerung durch die Recheneinrichtung 102) ein Ansteuersignal AS (3) an die externe Einheit 300 auszugeben. Vorliegend ist die externe Einheit 300 mit einem ersten Anschluss 301 beispielsweise mit einem ersten Bezugspotential BP1, z.B. entsprechend einer Batteriespannung (z.B. 12 Volt Bordnetzspannung einer Kraftfahrzeug-Batterie), verbunden, und mit ihrem zweiten Anschluss 302 ist sie über die Signalleitung 200 (bzw. wenigstens eine Ader (nicht gezeigt) hiervon) und den Anschluss 110 mit einem ersten Anschluss T1D (z.B. einem Drain-Anschluss) des ersten Halbleiterschalters T1 verbunden. Auf diese Weise kann der erste Halbleiterschalter T1, der mit seinem Source-Anschluss T2S an ein zweites Bezugspotential BP2, z.B. das Massepotential, angeschlossen ist, als sog. lowside-Schalter verwendet werden, der entsprechend dem Ansteuersignal AS den zweiten Anschluss der externen Einheit 302 auf Masse schaltet.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist die Ansteuerschaltung 106a einen zweiten Halbleiterschalter T2 (z.B. ebenfalls einen MOSFET), auf, der mit seiner Schaltstrecke, insbesondere Drain-Source-Strecke, z.B. zwischen einem dritten Bezugspotential BP3 und dem Anschluss 110 angeschlossen ist. Dadurch kann der zweite Halbleiterschalter T2 ist (z.B. unter Ansteuerung durch die Recheneinrichtung 102) das Testsignal TS, z.B. einen Rechteckimpuls mit vergleichsweise (z.B. im Vergleich zu dem Ansteuersignal AS) geringer Impulsbreite (z.B. einige zehn Nanosekunden, z.B. 30 Nanosekunden) über den Anschluss 110 auf die Signalleitung 200 ausgeben. Das Testsignal TS wird an der Störstelle ST (4) zumindest teilweise reflektiert, wobei die Reflektion in Form des reflektierten Testsignals TSr empfangbar und wie vorstehend bereits beschrieben (vgl. z.B. 2) auswertbar ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind Widerstände R1, R2 vorgesehen, die bezüglich z.B. des ersten Bezugspotentials BP1 und des Massepotentials BP2 in Serie geschaltet sind und die Signalleitung 200 bzw. wenigstens eine Ader hiervon auf ein vorgebbares elektrisches Potential legen.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen entspricht das dritte Bezugspotential BP3 z.B. dem ersten Bezugspotential BP1.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das reflektierte Testsignal TSr charakterisierende Informationen (z.B. wenigstens ein Spannungspegel des reflektierten Testsignals TSr) mittels eines Komparators K, vgl. 4, erfasst werden. Hierzu ist ein erster Eingang KE1 des Komparators K mit dem Anschluss 110 verbunden bzw. verbindbar. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist ein zweiter Eingang KE2 des Komparators K auf ein vorgebbares elektrisches Referenzpotential gelegt bzw. legbar, z.B. mittels des die weiteren Widerstände R3, R4 aufweisenden Spannungsteilers. Bevorzugt weisen die weiteren Widerstände R3, R4 bei weiteren Ausführungsformen dieselben Widerstandswerte auf wie die Widerstände R1, R2.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Bezugspegel des Komparators K, vgl. den zweiten Eingang KE2, zumindest zeitweise geändert werden, um Kurzschlüsse auf der Signalleitung besser auswerten zu können. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist denkbar, den Ablauf der Schritte 400, 410, 420 gemäß 3 wenigstens zeitweise mit einem ersten Bezugspegel für den Komparator K auszuführen, der eine effiziente Ermittlung von z.B. Leerläufen ermöglicht, und wenigstens zeitweise mit einem von dem ersten Bezugspegel verschiedenen zweiten Bezugspegel für den Komparator K auszuführen, der eine effiziente Ermittlung von z.B. Kurzschlüssen ermöglicht. Auch bei diesen Varianten sind ein oder mehrere Wiederholungen der jeweiligen Abläufe optional ausführbar.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein Zeitstempel erfasst wird, der beispielsweise einem Spannungspegel des reflektierten Testsignals TSr zugeordnet wird, wobei der Zeitstempel z.B. den Eintreffzeitpunkt des reflektierten Testsignals TSr an dem Anschluss 110 bzw. dem Komparator K charakterisiert.
  • 5A, 5B, 5C zeigen jeweils schematisch einen zeitlichen Verlauf eines (reflektierten) Testsignals gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. 5A zeigt schematisch qualitativ ein mehrere Impulse aufweisendes Testsignal TS', wie es durch entsprechend pulsförmige Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters T2 (4) der Ansteuerschaltung 106a realisierbar ist, 5B zeigt ein reflektiertes Testsignal TSR1 im Falle eines Leerlaufs („offene Signalleitung 200“), und 5C zeigt ein reflektiertes Testsignal TSR2 im Falle eines Kurzschlusses.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Schritte des Aussendens 400, Empfangens 410 und Ermittelns 420 (2) für eine vorgebbare Anzahl von Wiederholungen wiederholt werden, beispielsweise wenigstens fünfmal, insbesondere zehnmal, vgl. den optionalen Schritt 430.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein Voting-Prozess in Abhängigkeit der Ergebnisse der genannten Wiederholungen 430 ausgeführt wird. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Voting-Prozess z.B. als „7-aus-10“ Voting-Prozess ausgeführt werden, bei dem z.B. dann auf einen Fehler F, ST auf bzw. im Bereich der Signalleitung 200 geschlossen werden kann, wenn bei den vorstehend genannten beispielhaft zehn Wiederholungen wenigstens sieben Wiederholungen ergeben haben, dass ein Fehler bzw. eine Abweichung der Qualität der Signalleitung 200 von einer Referenzqualität vorliegt. Dadurch ergibt sich eine besonders große Robustheit gegen Störungen.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. z.B. 4, ist vorgesehen, dass das Steuergerät 100, 100a, dazu ausgebildet ist, die Ansteuerschaltung 106, 106a, insbesondere den Treibertransistor T1, zum bzw. während des Ausgeben(s) des Testsignals TS zu deaktivieren, damit insbesondere keine Überlagerung von Ansteuerungssignalen AS und dem Testsignal TS auftritt.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, das Ausgeben des Testsignals in einer Betriebsphase des Steuergeräts auszuführen, in der die Ansteuerschaltung 106, 106a, insbesondere der Treibertransistor T1, nicht angesteuert wird.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. das beispielhafte Zustandsdiagramm aus 6, ist vorgesehen, dass das Steuergerät 100, 100a dazu ausgebildet ist, in einem ersten Betriebszustand BZ1 die externe Einheit 300, insbesondere den Aktuator, anzusteuern, z.B. mittels einer bzw. der Ansteuerschaltung 106, 106a, die beispielsweise ein entsprechendes Ansteuersignal AS für den Aktuator 300 auf dem Anschluss 110 zum Anschließen der Signalleitung 200 ausgibt.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät 100, 100a dazu ausgebildet ist, in einem zweiten Betriebszustand BZ2, der von dem ersten Betriebszustand BZ1 verschieden ist, das Testsignal TS auf dem Anschluss 110 zum Anschließen der Signalleitung 200 auszugeben. Nach dem Ausgeben 400 (2) des Testsignals TS können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die Schritte des Empfangens 410 des reflektierten Testsignals TSr und des Ermittelns 420 der ersten Größe G1 ausgeführt werden.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät 100, 100a den zweiten Betriebszustand BZ2 (6) wiederholt einnimmt, insbesondere periodisch und/oder nach dem Aktivieren (Initialisieren) des Steuergeräts und/oder auf Anforderung einer weiteren Einheit (z.B. anderes Steuergerät). Mögliche Zustandsübergänge zwischen den Zuständen BZ1, BZ2 sind in 6 mit den Bezugszeichen t12, t21 beschrieben.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Steuergerät 100, 100a einen dritten Betriebszustand BZ3 einnimmt, z.B. einen Fehlerzustand, vgl. den Zustandsübergang t23, in den ausgehend von dem zweiten Betriebszustand BZ2 übergegangen werden kann, wenn die erste Größe G1 bzw. eine Auswertung der ersten Größe G1 auf das Vorhandensein eines Fehlers im Bereich der Signalleitung 200 schließen lässt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann auch von dem dritten Betriebszustand BZ3 wieder in einen anderen Zustand BZ1, BZ2 übergegangen werden, vgl. die in 6 gestrichelten, nicht näher bezeichneten Pfeile.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen und/oder des Steuergeräts 100, 100a gemäß den Ausführungsformen zur Ermittlung des Orts x1 eines Fehlers F entlang der Signalleitung 200, wobei die Signalleitung 200 insbesondere ein Steuergerät 100, 100a eines Kraftfahrzeugs mit einem Aktor 300 bzw. Aktuator des Kraftfahrzeugs verbindet.
  • Nachstehend sind weitere bevorzugte Ausführungsformen und Aspekte beschrieben, die jeweils einzeln für sich oder in Kombination miteinander mit wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann ein Zeitgeberbaustein des Steuergeräts 100, 100a bzw. der Recheneinrichtung 102 verwendet werden, um dem empfangenen reflektierten Testsignal TSr bzw. wenigstens einem Teil hiervon einen Zeitstempel zuzuordnen. Auch dem ausgesendeten Testsignal TS kann auf diese Weise ein Zeitstempel zugeordnet werden, so dass aus der Laufzeit des empfangenen reflektierten Testsignals TSr z.B. der Ort x2 der Störung ermittelbar ist. Besonders bevorzugt weist das Steuergerät 100, 100a bzw. die Recheneinrichtung 102 bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen einen Zeitgeberbaustein („Timer“) auf, der eine zeitliche Auflösung im Bereich von 500 Pikosekunden, ps, oder weniger aufweist, z.B. 200 ps, insbesondere 50 ps.
  • Bevorzugte Ausführungsformen ermöglichen, eine Diagnose von Fehlern in den Signalen (Ein- und/oder Ausgänge) in einem Kraftfahrzeug, auf den Ort x2 des Fehlers F einzuschränken, wobei das vorstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf einen Anschluss 110 genannte Prinzip bei weiteren Ausführungsformen auch auf mehrere Anschlüsse des Steuergeräts 100, 100a angewandt werden kann.
  • Bevorzugte Ausführungsformen ermöglichen z.B., festzustellen, ob ein Fehler F nahe am Steuergerät 100, 100a oder am Aktuator bzw. Sensor 300 oder dazwischen ist, weil vorteilhaft eine Einschränkung des Fehlerortes x2 möglich ist. Je nach zeitlicher Auflösung bei dem Empfang des reflektierten Testsignals TSr kann die Ortsauflösung bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen 1 Meter, m, oder weniger betragen, z.B. 20 Zentimeter, cm.
  • Bevorzugte Ausführungsformen ermöglichen zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise eine Verbesserung der Diagnosefähigkeiten der Steuergeräte 100, 100a insbesondere von Kraftfahrzeugen, insbesondere im Betrieb und/oder in den Werkstätten. Weitere Vorteile: - geringere Kosten für eine präzise Fehleridentifikation z.B. im Kundendienst, - weniger ggf. fehlerhaft ausgetauschte Steuergeräte/Sensoren 300 und damit weniger Reparaturkosten, - insgesamt geringere Kosten, da weniger Rückläufer, z.B. muss ein Steuergerät 100 nicht mehr ausgetauscht werden, wenn bevorzugte Ausführungsformen anzeigen, dass der Ort x2 des Fehlers F, ST mehr als einen vorgebbaren Abstand von z.B. 50cm weg von der Quelle (z.B. Ansteuerschaltung 106, 106a) entfernt ist.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass die Ansteuerschaltung 106, 106a mittels wenigstens einer der folgenden Halbleitertechnologien realisiert wird: BCD (BIPOLAR-CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor )-DMOS (Double-Diffused Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)) oder HVCMOS (High Voltage CMOS). Insbesondere kann bei einer Realisierung mittels HVCMOS-Technologie ein optionales RC-Glied an dem Anschluss 110 gespart werden und es können dadurch höhere (Zeit- und damit Orts-) Auflösungen erreicht werden.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen eine diskrete Realisierung der Ansteuerschaltung 106, 106a vor, bei der sowohl die „Mittelspannungserzeugung“ als auch die Detektion (vgl. Komparator K) und der Transistor T1, T2 diskret ausgeführt werden.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen eine Integration der Ansteuerschaltung 106, 106a (insbesondere z.B. der Transistoren T1 und/oder T2) in die Recheneinrichtung 102 vor.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen den folgenden Ablauf vor: Abschalten des Treibertransistors T1 des Aktuators 300, oder Nutzung einer nicht angesteuerten Phase, Anschalten (bevorzugt impulsweise) des Transistors T2, insbesondere, um das Testsignal TS zu erzeugen, Messung mittels des Komparators K, wobei bevorzugt ein erster Zeitstempel einer (insbesondere durch das Testsignal TS bedingten) Signaländerung erfasst wird, Warten auf das ggf. zu empfangende reflektierte Testsignal TSr, Empfang bzw. Messung (bevorzugt mit zweitem Zeitstempel) der Reflexion (reflektiertes Testsignal TSr) mittels Komparator K, Ausrechnen der Zeitdifferenz zwischen erstem und zweitem Zeitstempel, optional: Wiederholen des Ablaufs, insbesondere mindestens 10 mal - und Voting z.B. „7 aus 10“ der Reflexionszeit -, was die Robustheit gegen Störungen weiter steigert.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen eine Ermittlung bzw. Berechnung der Entfernung der Störung F, ST durch Multiplikation der Reflexionszeit bzw. Zeitdifferenz mit der Signalausbreitungsgeschwindigkeit vor.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts (100; 100a), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (1000), wobei das Steuergerät (100) einen Anschluss (110) zum Anschließen einer Signalleitung (200) aufweist, über die eine externe Einheit (300) mit dem Anschluss (110) des Steuergeräts (100) verbindbar ist, wobei das Verfahren aufweist: Ausgeben (400) eines Testsignals (TS) auf dem Anschluss (110), Empfangen (410) eines reflektierten Testsignals (TSr) an dem Anschluss (110), wobei das reflektierte Testsignal (TSr) insbesondere wenigstens einen reflektierten Anteil des Testsignals (TSr) aufweist, Ermitteln (420) einer ersten Größe (G1), die eine Qualität der Signalleitung (200) charakterisiert, in Abhängigkeit des reflektierten Testsignals (TSr).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Testsignal (TS) wenigstens einen Impuls mit einer Anstiegszeit im Pikosekundenbereich oder im Nanosekundenbreich aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Impuls eine Breite von 200 Nanosekunden, ns, oder weniger aufweist, vorzugsweise von 100 ns oder weniger.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dann, wenn das reflektierte Testsignal (TSr) einen vorgebbaren ersten Schwellwert unterschreitet, darauf geschlossen wird, dass kein Fehler, insbesondere kein Kurzschluss oder kein Leerlauf, im Bereich der Signalleitung (200) vorliegt.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dann, wenn das reflektierte Testsignal (TSr) einen vorgebbaren zweiten Schwellwert überschreitet, darauf geschlossen wird, dass ein Fehler, insbesondere ein Kurzschluss oder ein Leerlauf, im Bereich der Signalleitung (200) vorliegt.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Größe (G1) eine Verzögerungszeit zwischen dem Ausgeben (400) des Testsignals (TS) und dem Empfangen (410) des reflektierten Testsignals (TSr) charakterisiert.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) auf einen Ort (x2) eines Fehlers (F) entlang der Signalleitung (200) geschlossen wird, wobei insbesondere eine Ortsauflösung einen Meter oder weniger beträgt.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei vor dem Ausgeben (400) des Testsignals (TS) ein Pegel der Signalleitung (200) auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt wird, insbesondere angehoben oder abgesenkt wird.
  9. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät (100) eine Ansteuerschaltung (106; 106a), insbesondere einen Treibertransistor (T1), zum Ansteuern der externen Einheit (300) über die Signalleitung (200) aufweist, und wobei a) die Ansteuerschaltung, insbesondere der Treibertransistor (T1), zum Ausgeben (400) des Testsignals (TS) deaktiviert wird und/oder b) das Ausgeben (400) des Testsignals (TS) in einer Betriebsphase des Steuergeräts (100) ausgeführt wird, in der der die Ansteuerschaltung, insbesondere der Treibertransistor (T1), nicht angesteuert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zusätzlich zu der Ansteuerschaltung, insbesondere dem Treibertransistor (T1), eine zweite Ansteuerschaltung, insbesondere ein zweiter Transistor (T2), vorgesehen ist, die bzw. der zur Ausgabe des Testsignals (TS) an den Anschluss (110) verwendbar ist.
  11. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das reflektierte Testsignal (TSr) charakterisierende Informationen mittels eines Komparators (K) erfasst werden.
  12. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schritte des Aussendens (400), Empfangens (410) und Ermittelns (420) für eine vorgebbare Anzahl von Wiederholungen wiederholt (430) werden, beispielsweise wenigstens fünfmal, insbesondere zehnmal.
  13. Steuergerät (100; 100a), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Steuergerät (100) einen Anschluss (110) zum Anschließen einer Signalleitung (200) aufweist, über die eine externe Einheit (300) mit dem Anschluss (110) des Steuergeräts (100) verbindbar ist, wobei das Steuergerät (100) zur Ausführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  14. Verwendung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder des Steuergeräts (100; 100a) nach Anspruch 13 zur Ermittlung des Orts (x2) eines Fehlers (F) entlang der Signalleitung (200), wobei die Signalleitung (200) insbesondere ein Steuergerät (100) eines Kraftfahrzeugs (1000) mit einem Aktor (300) des Kraftfahrzeugs (1000) verbindet.
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