DE10246107B4 - Method and circuit arrangement for fault monitoring of at least one electrical load - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Fehlerüberwachung elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, a) bei dem die Gleichspannung am Verbraucher mittels eines Messwiderstandes in wenigstens einer Spannungsmessung hoch- und/oder niederohmig gemessen wird und b) die Gleichspannung am Verbraucher zusätzlich in wenigstens einer Spannungsmessung mittelohmig mittels eines in einem Bereich zwischen im Vergleich zu dem Verbraucher hoch- und niederohmig liegenden Messwiderstandes gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der veränderbare Messwiderstand durch einen über einen steuerbaren Schalter in Reihe hinzuschaltbaren hochohmigen Widerstand und pro Verbraucher einen im Vergleich zum Verbraucher mittelohmigen Widerstand gebildet wird, wobei die Messung mit einem Messwiderstand mehrmals hintereinander wiederholt und der Messwiderstandswert in wenigstens einer folgenden Messung verändert wird.A method in which the DC voltage at the load is measured by means of a measuring resistor in at least one voltage measurement high and / or low impedance and b) the DC voltage at the load additionally in at least one voltage measurement medium impedance by means of a in one area is measured between high and low resistance compared to the consumer measuring resistor, characterized in that the variable measuring resistor is formed by a controllable switch in series hinzuschaltbaren high-resistance and per consumer a medium-resistance in comparison to the consumer, the measurement with a measuring resistor repeated several times in succession and the measuring resistance value is changed in at least one subsequent measurement.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Fehlerüberwachung elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a method and a circuit arrangement for fault monitoring of electrical consumers in a motor vehicle.
Derartige Verfahren und Schaltungsanordnungen werden beispielsweise in der Fahrzeugtechnik angewendet, um fehlerhafte elektrische Verbraucher detektieren zu können.Such methods and circuit arrangements are used, for example, in vehicle technology in order to be able to detect faulty electrical consumers.
Bei den in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges auftretenden Fehlern handelt es sich meist um Kurzschlüsse oder eine Leitungsunterbrechung in einem Verbraucher bzw. in einer Last inklusive deren Anschlüsse.The errors that occur in a vehicle electrical system of a motor vehicle are usually short circuits or a line interruption in a consumer or in a load including their connections.
Beispielsweise ist in der
Weiterhin ist aus der gattungsbildenden
In der Praxis treten jedoch auch häufig Fehler auf, die durch diese bekannten Verfahren und Schaltungsanordnungen nur schwer oder nicht detektierbar sind. Beispielsweise können bei Verbrauchern aufgrund eines Fehlers vergrößerte oder verkleinerte Innenwiderstände auftreten, ohne dass bereits ein Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung vorliegen muss.In practice, however, often occur on errors that are difficult or impossible to detect by these known methods and circuitry. For example, consumers may experience increased or decreased internal resistances due to a fault without the need for a short circuit or open circuit.
So können einzelne Wicklungen eines Motors (Lüftung, Stellmotor für verschiedenste Fahrzeugfunktionen, etc.), einzelne Bahnen einer Scheibenheizung, usw. kurzgeschlossen sein, und auf diese Weise den Innenwiderstand des (damit bereits defekten) Verbrauchers unerwünscht verringern und den Stromverbrauch entsprechend erhöhen.Thus, individual windings of an engine (ventilation, actuator for a variety of vehicle functions, etc.), individual tracks of a window heating, etc. may be shorted, and in this way undesirably reduce the internal resistance of the (thus already defective) consumer and increase the power consumption accordingly.
Ebenso kann beispielsweise der Innenwiderstand eines Verbrauchers inklusive seiner Zuleitung beispielsweise durch Korrosion unerwünscht erhöht werden, so dass die Funktionsfähigkeit des Verbrauchers beeinträchtigt wird.Likewise, for example, the internal resistance of a consumer including its supply, for example, be increased by corrosion undesirable, so that the operability of the consumer is impaired.
Zudem können speziell in Mehrfachspannungsbordnetzen, beispielsweise in einem kombiniertes 42 Volt/12 Volt Bordnetz, fehlerhafte Verbraucher zu Überspannungen bzw. Kurzschlüsse zwischen beiden Netzen führen, die sich nach außen weder als Kurzschluss noch als Leitungsunterbrechung darstellen.In addition, especially in multiple voltage on-board networks, for example, in a combined 42 volt / 12 volt electrical system, faulty loads can lead to overvoltages or short circuits between the two networks, which do not pose to the outside either as a short circuit or a line break.
Die
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die auch das Überwachen anderer Fehler als Kurzschluss oder Leitungsunterbrechung, wie vorstehend geschildert, ermöglichen.The present invention has for its object to provide a method and a circuit arrangement, which also allow the monitoring of other errors than short circuit or line interruption, as described above.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.This object is achieved by a method having the features of
Durch die Messung mit einem im Vergleich zum Innenwiderstand mittelohmigen Messwiderstand zusätzlich zu einer Messung mit einem hoch- und/oder niederohmigen Messwiderstand können auf einfache Weise Veränderungen des Innenwiderstandes eines Verbrauchers überwacht und detektiert werden.By measuring with a medium impedance in comparison to the internal resistance measuring resistor in addition to a measurement with a high and / or low impedance measuring resistor changes in the internal resistance of a consumer can be monitored and detected in a simple manner.
Hierbei kann die jeweilige Messung sowohl bei einem durch einen Bediener aktivierten Verbraucher als auch bei einem nicht aktivierten Verbraucher erfolgen. In this case, the respective measurement can take place both in the case of a consumer activated by a user and in the case of a consumer that is not activated.
Insbesondere bei einer Schaltungsanordnung mit einem zum Verbraucher in Reihe geschalteten Messwiderstand wird deutlich, dass nach der Erfindung auch kleinere Änderungen des Widerstandswertes eines Verbrauchers detektiert werden können.In particular, in the case of a circuit arrangement with a measuring resistor connected in series with the load, it becomes clear that, according to the invention, even smaller changes in the resistance value of a load can be detected.
In einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beispielsweise durch den Messwiderstand und den Verbraucher ein Spannungsteiler gebildet und der Spannungsabfall am Messwiderstand bzw. das Potential am Mittelabgriff mittels einer Messeinrichtung, beispielsweise eines A/D-Wandlers o. Ä., gemessen.In a circuit arrangement for carrying out the method according to the invention, a voltage divider is formed for example by the measuring resistor and the consumer and the voltage drop across the measuring resistor or the potential at the center tap by means of a measuring device, such as an A / D converter o. Ä., Measured.
Der Mittelabgriff liegt im Falle einer Messung mit einem hochohmigen Messwiderstand, beispielsweise einem Widerstandswert im kQ-Bereich, im Bereich eines Potentials X (niedriges Potential bei einer highside-Schaltung bzw. hohes Potential bei einer lowside-Schaltung), da der Spannungsabfall am Messwiderstand wesentlich, beispielsweise um den Faktor 100 bis 1000, größer ist als am Verbraucher. Demzufolge ist mit einem hochohmigen Messwiderstand nur ein Kurzschluss des Verbrauchers (gegen das jeweilige andere Potential) sicher detektierbar.In the case of a measurement with a high-impedance measuring resistor, for example a resistance value in the kQ range, the center tap is in the region of a potential X (low potential for a high-side circuit or high potential for a lowside circuit), since the voltage drop across the measuring resistor is essential , for example by a factor of 100 to 1000, is greater than at the consumer. Consequently, with a high-impedance measuring resistor only a short circuit of the consumer (against the respective other potential) can be reliably detected.
Wird dagegen mit einem im Vergleich zum Verbraucher mittelohmigen (also beispielsweise einen um den Faktor 10 kleineren bis um den Faktor 10 größeren Messwiderstand) gemessen, so liegt der Mittelabgriff auf einem Potential zwischen niedrigem und hohem Potential und ist sehr von einer Änderung des Spannungsabfalls am Verbraucher abhängig. Entsprechend kann aufgrund einer direkten Proportionalität auf einfache Weise auf eine die Spannungsänderung verursachende Änderung des (Innen-)Widerstandes des Verbrauchers geschlossen werden.On the other hand, if a medium-impedance (ie for example a smaller measuring resistor 10 times larger by a factor of 10) is measured with respect to the consumer, the center tap is at a potential between low and high potential and is very much affected by a change in the voltage drop across the load dependent. Accordingly, due to a direct proportionality can be concluded in a simple manner on a voltage change causing change in the (internal) resistance of the consumer.
Wird dagegen mit einem im Vergleich zum Verbraucher mittelohmigen (also beispielsweise einen um den Faktor 10 kleineren bis um den Faktor 10 größeren Messwiderstand) gemessen, so liegt der Mittelabgriff auf einem Potential zwischen niedrigem und hohem Potential und ist sehr von einer Änderung des Spannungsabfalls am Verbraucher abhängig. Entsprechend kann aufgrund einer direkten Proportionalität auf einfache Weise auf eine die Spannungsänderung verursachende Änderung des (Innen-)Widerstandes des Verbrauchers geschlossen werden.On the other hand, if a medium-impedance (ie for example a smaller measuring resistor 10 times larger by a factor of 10) is measured with respect to the consumer, the center tap is at a potential between low and high potential and is very much affected by a change in the voltage drop across the load dependent. Accordingly, due to a direct proportionality can be concluded in a simple manner on a voltage change causing change in the (internal) resistance of the consumer.
Gemäß der Erfindung wird eine Messung mit einem Messwiderstand mehrmals hintereinander wiederholt, so dass eine eventuelle Streuung der Messergebnisse gemittelt und Messfehler vermieden werden können.According to the invention, a measurement with a measuring resistor is repeated several times in succession, so that a possible scattering of the measurement results can be averaged and measurement errors can be avoided.
Hierbei wird der Messwiderstandswert in wenigstens einer der aufeinanderfolgenden Messungen beispielsweise von hoch- oder niederohmig auf mittelohmig verändert, so dass auch andere Fehler überwacht und detektiert werden können.Here, the measurement resistance value is changed in at least one of the successive measurements, for example, from high or low impedance to medium impedance, so that other errors can be monitored and detected.
Diese aufeinanderfolgenden Messungen bzw. Messfolgen können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung permanent oder intervallartig durchgeführt werden, wobei vorteilhafterweise der Stromverbrauch durch entsprechende Wahl der Intervall- und Pausenzeiten unter Berücksichtigung einer in Abhängigkeit einer für die notwendige Verfügbarkeit des Verbrauchers ausreichenden Abtastrate minimierbar ist.These sequential measurements or measurement sequences can be performed permanently or intermittently in a further embodiment of the invention, wherein advantageously the power consumption can be minimized by appropriate choice of the interval and pause times, taking into account a sufficient for the necessary availability of the consumer sampling rate.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Messwiderstand als veränderbarer Messwiderstand ausgebildet. Er umfasst hierbei einen im Vergleich zu einem jeweiligen Verbraucher mittelohmigen Widerstand mit einem über einen steuerbarer Schalter in Reihe hinzuschaltbaren hochohmigen Widerstand. Diese Reihenschaltung ist insgesamt parallel zu einem steuerbaren Schalter für den Verbraucher geschaltet. Die steuerbaren Schalter sind hierbei beispielsweise als Relais oder MOSFET-Transistor ausgebildet und weisen einen sehr geringen im mΩ-Bereich liegenden ”Schalterwiderstand” auf.In an advantageous embodiment of the invention, the measuring resistor is designed as a variable measuring resistor. In this case, it comprises a resistance which is medium-impedance in comparison to a respective consumer and has a high-impedance resistor which can be connected in series via a controllable switch. This series circuit is connected in total parallel to a controllable switch for the consumer. The controllable switches are in this case, for example, designed as a relay or MOSFET transistor and have a very low in the mΩ range "switch resistance" on.
Mittels einer derartigen Schaltung können auf einfache Weise alle drei Arten einer Messung (nieder-, mittel- und hochohmig) realisiert werden, wobei vorteilhafterweise ein bereits vorhandener steuerbarer Schalter, nämlich der beispielsweise in Form eines Steuergerätes vorhandene Schalter zum Schließen und öffnen des Verbraucherstromkreises bei Anforderung (als Einganssignal am Steuergerät) durch einen von einem Bediener betätigten Schalter oder Taster im Fahrzeuginneren zur Realisierung wenigstens einer Messart mitverwendet werden kann.By means of such a circuit, all three types of measurement (low, medium and high impedance) can be realized in a simple manner, advantageously an already existing controllable switch, namely the existing, for example in the form of a control unit switch for closing and opening the load circuit when required (as an input signal on the control unit) by an operator-operated switch or button in the vehicle interior for realizing at least one measurement can be used.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantageous embodiment of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments illustrated in the drawings.
In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
Diese steuerbaren Schalter sind üblicherweise neben anderen Komponenten Teil eines in einem Kraftfahrzeug meist mehrfach vorhandenen Steuergerätes
Weiterhin wird das am jeweiligen Mittelpotenzial
Wie aus
Die in
So zeigt Last
Anhand der Last
Anhand der Last
Im Folgenden wird beschrieben, wie anhand dieser Schaltungsanordnung die dargestellten Fehler überwacht und detektiert werden können. Jede der dargestellten Lasten
Für eine niederohmige Messung wird der jeweilige Lastschalter
Bei einer derartigen niederohmigen Messung fällt entsprechend an dem derart gebildeten niederohmigen Messwiderstand im 0- bzw. mO-Bereich keine oder nur eine sehr geringe Spannung ab, so dass der Mittelabgriff
Bei den vorstehend beschriebenen Fehlern
Bei einer hochohmigen Messung befinden sich die Schalter
Entsprechend fällt an diesem hochohmigen Messwiderstand von beispielsweise 3040 Ω eine um den Faktor 3040:3 hφhere Spannung ab, als an einem funktionsfähigen Verbraucher, mit einem Innenwiderstand von 30. An dem Mittelabgriff
Entsprechend kann durch diese Messung eine Änderung des normalen Innenwiderstandes eines Verbrauchers
Bei der erfindungsgemäßen mittelohmigen Messung wird dagegen bei geöffnetem Lastschalter
Vorteilhafterweise ist, wie dargestellt, der mittelohmige Messwiderstand größer, also beispielsweise 40O, als eine fehlerfreie Last von 3 Ω, so dass der Stromverbrauch wδhrend dieser Messung gering im Vergleich zu einem von einem Bediener aktivierten Normalstromverbrauch, also beispielsweise um den Faktor 40:3 geringer bleibt.Advantageously, as shown, the medium-impedance measuring resistor is larger, that is, for example 40O, than an error-free load of 3 Ω, so that the power consumption during this measurement is low compared to a user-activated normal power consumption, ie, for example, by a factor of 40: 3 lower remains.
Trotz dieses Faktors von etwa 10 kann nunmehr am Mittelabgriff
Da mit der Schaltungsanordnung gemäß
So ist es beispielsweise denkbar, im Fall eines von einem Bediener betätigten Schalters, dessen Signal über das Steuergerät den entsprechenden Lastschalter aktiviert und die entsprechende Last einschaltet, diese Last mehrmals, beispielsweise neunmal niederohmig und nur wenige Male, beispielsweise einmal mittelohmig zu messen bzw. zu testen. Hierbei ist vorteilhafterweise der für eine niederohmige Messung notwendige geschlossene Lastschalter
Für das Messen mit einem mittelohmigen Messwiderstand muss dagegen selbst bei einem von einem Bediener eingeschalteten Verbraucher zumindest kurzzeitig der entsprechende Lastschalter
Im abgeschalteten Zustand, also bei einem von einem Bediener nicht angeschalteten Gerät, befindet sich der jeweilige Lastschalter
Das in
Wegen der Umkehrung der Potenziale gilt das vorstehend für die erste Ausführungsform bezüglich der nieder- und hochohmigen Messung gesagte, allerdings unter Beachtung der Umkehrung der Potenziale – also Vertauschung von Hochpotenzial und Niedrigpotenzial bzw. 36 Volt und 0 Volt.Because of the reversal of the potentials, what has been said above for the first embodiment with regard to the low-resistance and high-resistance measurement applies, however, taking into account the reversal of the potentials - ie high potential and low potential or respectively 36 volts and 0 volts.
Auch bei der mittelohmigen Messung besteht zu der ersten Ausführungsform nur der Unterschied, dass der Spannungsausschlag entsprechend in Richtung des anderen Potenzials, aber in derselben Größenordnung bei einem entsprechenden Fehler, wie bei der ersten Ausführungsform auftritt. Die Fehler
Wie vorstehend erläutert, stellt sich am Abgriff
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer mittelohmigen Messung bei einer highside-Schaltung, bzw. dem Steuergerät mit highside-Schaltern, der mittelohmige Messwiderstand so gewählt werden, dass sich an der Last
In einem 42 Volt-Bordnetz mit einer 36 Volt-Batterie
Die gemäß der vorstehenden Ausführungen detektierbaren Fehler können selbstverständlich zwischengespeicher oder länger gespeichert werden, einer Auswertung unterzogen werden und beispielsweise bei einer Reparatur oder einer Wartung als Daten ausgelesen werden, um die Funktionsfähigkeit von Verbrauchern bzw. Leitungen mit Verbrauchern bezüglich aufgetretener Fehler bewerten zu können.Of course, the errors detectable according to the above statements can be buffered or stored for a longer time, subjected to an evaluation and read as data during a repair or maintenance, in order to be able to evaluate the functionality of consumers or lines with consumers with regard to errors that have occurred.
Beispielsweise ist es denkbar, dass bei aufgetretenen Lichtbögen, welche bei einer entsprechenden mittelohmigen Messung wieder abreißen bzw. gelöscht werden und demzufolge als Fehler beseitigt werden, der hierbei entstehende Spannungsanstieg als Ereignis ”Lichtbogen, welcher gelöscht wurde” (oder nur die entsprechenden Werte) in einem Speicher gespeichert werden, um zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen werden zu können. Bei vermehrtem Auftreten von Fehlern, welche jedoch nur temporärer Natur sind, kann so vorzeitig vor einem permanenten Auftreten der Fehler bei einer Wartung oder Reparatur reagiert werden und der entsprechende Verbraucher oder gar der gesamte Leitungsstrang ausgetauscht werden.For example, it is conceivable that arcing occurred, which are torn off or deleted at a corresponding medium-impedance measurement and are therefore eliminated as errors, the resulting voltage increase as an event "arc, which was deleted" (or only the corresponding values) stored in a memory in order to be able to be read out at a later time. In the event of an increase in the occurrence of errors, which however are only of a temporary nature, it is possible to prematurely react to a permanent occurrence of the errors during maintenance or repair and to replace the corresponding consumer or even the entire wiring harness.
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