DE10320717A1 - Plausibilisierung der Funktion eines Analog-Digital-Wandlers - Google Patents

Plausibilisierung der Funktion eines Analog-Digital-Wandlers Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Plausibilisierung der ordnungsgemäßen Funktion eines für sicherheitsrelevante Anwendungen ausgelegten Analog-Digital-Wandlers, mit einem Analog-Digital-Wandler, der aus einem analogen Eingangssignal ein digitales Signal bereitstellt, mit einer Steuereinheit, die aus dem analogen Eingangssignal ein Referenzsignal bereitstellt, mit einer einen Komparator aufweisenden Vergleichseinheit, die das analoge Eingangssignal mit dem Referenzsignal vergleicht und abhängig davon ein Vergleichssignal ausgibt, mit einer Auswerteeinheit, die durch Vergleich des digitalen Signals und des Vergleichssignals ein Differenzsignal ermittelt und die im Falle, dass das Differenzsignal einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, ein Fehlersignal ausgibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Plausibilisierung der ordnungsgemäßen Funktion eines für sicherheitsrelevante Anwendungen ausgelegten Analog-Digital-Wandlers.
  • Sicherheitsrelevante Steuer- und Regelungssysteme verwenden Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler), mittels denen ein analoges Eingangssignal in ein digitales Ausgangssignal gewandelt wird. Sicherheitsrelevante Steuer- und Regelungssysteme sind in der heutigen Kraftfahrzeugelektronik weit verbreitet und werden beispielsweise bei Anti-Blockiersystemen (ABS), Antriebsschlupfregelungssystemen (ASR, TCS), Motorsteuergeräten (ECU), Steuergeräte für Rückhaltesystemen (z.B. Airbag) etc. verwendet.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines sicherheitsrelevanten Steuergerätes für eine EGAS-Brennkraftmaschine näher ausgeführt werden, jedoch ohne die Erfindung auf diese Anwendungen zu beschränken. EGAS (elektronisches Gaspedal) bedeutet, dass die Drosselklappe bzw. die Einspritzanlage bei einer Brennkraftmaschine nicht mehr mechanisch, sondern elektrisch über die Stellung des Gaspedals angesteuert wird. So werden Brennkraftmaschinen mit mehr als einer Drosselklappe leichter synchronisierbar. EGAS-Systeme verwenden Komponenten, die mittels analogem Gebersignal die entsprechenden Fahrerwünsche und Lastinformationen, z.B. die jeweilige Stellung des Fahrpedals oder der Drosselklappe, an das Motorsteuergerät (ECU) weiterleiten. Die Umsetzung der Analogsignale in dem Steuergerät erfolgt durch eine Analog-Digital-Wandlung des entsprechenden analogen Gebersignals. Zur Plausibilisierung der analogen Signale werden meist redundante Signale verwendet. Problematisch daran ist allerdings, dass das eigentliche Signal und das dazu redundante Signal auf denselben Chip eingelesen werden, wodurch eine lineare Unabhängigkeit im Sinne der notwendigen Redundanz nicht mehr gewährleistet ist.
  • 1 zeigt anhand einer schematischen Blockdarstellung eine Anordnung, wie sie beispielsweise in von der Firma SIEMENS VDO vertriebenen Motorsteuergeräten implementiert ist und mittels der eine unabhängige Plausibilisierung eines AD-Wandlers für sicherheitsrelevante Anwendungen durchführbar ist. Dort ist ein Mikrocontroller 1 mit einem AD-Wandler 2 dargestellt, in welchen ein analoges Eingangssignal ADC1 eingekoppelt wird. Zur Plausibilisierung der Funktion des AD-Wandlers 2 weist das System eine Systemredundanz auf, bei der in einer Überwachungseinheit 3 ein zweiter AD-Wandler 4 integriert ist. In den zweiten AD-Wandler 4 wird parallel das Eingangssignal ADC1 eingekoppelt und von der Überwachungseinheit 3 erfasst. Die vom AD-Wandler 4 gewandelten digitalen Daten werden über eine Leitung 5 dem Mikrocontroller 1 zugeführt. Der Mikrocontroller 1 weist eine Vergleichseinheit 6 auf, über die die digitalen Ausgangssignale der beiden AD-Wandler 2, 4 miteinander verglichen werden können. Bei einer Abweichung der digitalen Ausgangssignale erzeugt der Mikrocontroller 1 ein Fehlersignal bzw. die Vergleichseinheit VERR.
  • Diese Plausibilisierung eines AD-Wandlers für sicherheitsrelevante Anwendungen wird insbesondere in der Kraftfahrzeugelektronik von den Automobilherstellern gefordert, indem sie den Zulieferern in die Pflichtenhefte geschrieben wird. Um sich nun von im wesentlichen funktionsgleichen Steuergeräten und Plausibilisierungseinrichtungen für AD-Wandler von Wettbewerberprodukten zu unterscheiden, kommt der Reduzierung der Kosten für solche Steuergeräte unter Beibehaltung der Sicherheitsfunktion bzw. Überwachungsqualität ein entscheidender Aspekt zu. Der eigens zur Plausibilisierung des AD-Wandlers 2 verwendete zusätzliche AD-Wandler 4 kommt dem Aspekt der Kostenreduzierung allerdings nicht entgegen, da dieser lediglich zur Plausibilisierung des eigentlichen AD-Wandlers 2 verwendet, sonst aber für die eigentliche Datenwandlung nicht weiter benötigt wird. Die Bereitstellung eines zusätzlichen AD-Wandlers 4 lediglich für die Plausibilisierung des eigentlichen AD-Wandlers 2 ist vergleichsweise teuer und bringt somit Kostennachteile für das gesamte Steuergerät mit sich.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen eine einfachere, insbesondere kostengünstigere Plausibilisierung eines sicherheitsrelevanten AD-Wandlers möglich ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, für die Plausibilisierung möglichst auf einen redundanten AD-Wandler zu verzichtet.
  • Die anordnungsbezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die verfahrensbezogene Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung besteht in der Einsparung eines schaltungstechnisch sehr aufwendigen und somit kostenintensiven AD-Wandlers zur Implementierung der Plausibilisierungsfunktion des ersten AD-Wandlers.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass zur Implementierung der Plausibilisierungsfunktion die ohnehin vorhandenen Hardware-Elemente vorteilhaft ausgenutzt werden können. Grundlage ist die entsprechende Verwendung eines ohnehin bei einem Mikrocontroller vorhandenen Ausgangs für ein PWM-Signal. In Verbindung mit einem einfachen Hardware-Integrator und einem kostengünstigen Komparator kann somit die Plausibilisierungsfunktion sehr einfach und kosten günstig implementiert werden. Der Hardware-Integrator kann z.B. durch ein kostengünstiges Tiefpassfilter oder ein RC-Glied, welches dem PWM-Ausgang des Mikrocontrollers nachgeschaltet ist, ausgebildet sein. Die Ankopplung der übrigen Elemente des Steuergerätes an den Mikrocontroller erfolgt weitestgehend unverändert, d.h. ohne Veränderung der Anschlüsse und Verdrahtung.
  • Das PWM-Signal, aus dem das Referenzsignal abgeleitet wird, kann hardwaremäßig oder durch eine Software-Funktion gebildet werden und mit geringer Wiederholrate von z.B. 50 Hz appliziert werden. Dieses Referenzsignal ist ein Maß für das in den Mikrocontroller eingekoppelte analoge Signal.
  • Das Signal, welches bei der erfindungsgemäßen Lösung, die Funktionalität der Plausibilisierung des redundanten AD-Wandlers nach dem Stand der Technik übernimmt, ist der Signaleingang des Komparators. Über den Referenzeingang des Komparators wird das Referenzsignal eingekoppelt, welches den Integrationsmittelwert des pulsweitenmodulierten PWM-Signals bildet. Vereinfacht dargestellt wird das pulsweitenmodulierte Spannungssignal als Ladezustand des Integrators aufgrund der mittleren Leistung des PWM-Signals abgebildet. In dem Komparator wird das über den Signaleingang eingekoppelte Signal mit dem Referenzsignal, welches von dem pulsweitenmodulierten Signal abgeleitet ist, verglichen. Der Komparator erzeugt daraus ein Vergleichssignal aus der Differenz des eingekoppelten analogen Signals und des Referenzsignals. Dieses Vergleichssignal wird in einer Steuer- und Auswerteeinheit des Mikrocontrollers mit dem vom AD-Wandler erzeugten digitalen Signal verglichen und ausgewertet.
  • In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung ist der Analog-Digital-Wandler und die Steuer- und Auswerteeinheit in einer programmgesteuerten Einheit, insbesondere einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor, implementiert. Zusätzlich kann auch die Funktion der Vergleichseinheit in dieser programmgesteuerten Einheit implementiert sein.
  • In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung weist der Komparator sehr lange Ansprechzeiten bis zu 40 msec, insbesondere im Bereich zwischen 1–40 msec, auf.
  • In einer sehr einfachen und zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Funktion des Komparators in einen Spannungsregler integriert. Damit ist nahezu kein schaltungstechnischer Zusatzaufwand für die Implementierung der Plausibilisierungseinheit erforderlich, da ein solcher Spannungsregler typischerweise bei integrierten Schaltungen vorhanden ist.
  • In einer sehr zweckmäßigen Ausgestaltung ist eine Entprellschaltung vorgesehen, die sicherstellt, dass im Falle eines erkannten Fehlers dieser für eine vorbestimmte Zeit vorhanden ist. Auf diese Weise wird ein statistischer, nur kurz anliegender Fehler nicht berücksichtigt.
  • Vorteilhafterweise wird ein Umschalten zwischen erstem und zweitem Betriebsmodus bei Über- bzw. Unterschreitung einer Schwelle erst nach einer zeitlichen Verzögerung durchgeführt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:
  • 1 das Blockschaltbild für eine bekannte Anordnung zur Plausibilisierung der Funktion eines AD-Wandlers;
  • 2 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Plausibilisierung der ordnungsgemäßen Funktion eines AD-Wandlers;
  • 3 anhand eines detaillierten Schaltbildes ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Implementierung der Steuer- und Auswerteeinheit;
  • 4 ein beispielhaftes Signal-Zeit-Diagramm für die in 3 dargestellten Signale.
  • In den 2 bis 4 sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Signale – sofern nichts anderes angegeben ist – gleich bezeichnet worden.
  • 2 zeigt in einer Blockdarstellung eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Plausibilisierung der ordnungsgemäßen Funktion eines AD-Wandlers für sicherheitsrelevante Anwendungen.
  • In 2 ist mit Bezugszeichen 10 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bezeichnet. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 10 kann beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. Die Schaltungsanordnung 10 weist eine programmgesteuerte Einheit 11, die beispielsweise als Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgebildet ist, auf. Die programmgesteuerte Einheit 11 enthält einen AD-Wandler 12 sowie eine Steuer- und Auswerteeinheit 13. Der AD-Wandler 12 ist am Eingang der programmgesteuerten Einheit 11 angeordnet. Der AD-Wandler 12 weist Eingänge 14 auf, über die analoge Signale ADC1, ADC2, ..., ADCX einkoppelbar sind. Die programmgesteuerte Einheit 11 weist ferner einen ersten Ausgang 15, an dem ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal VPWM abgreifbar ist, sowie einen zweiten Ausgang 16 auf, an dem ein Fehlersignal VERR abgreifbar ist. Die programmgesteuerte Einheit 11 weist ferner einen zusätzlichen Eingang 17 auf, über den ein Überwachungssignal VMON einkoppelbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 10 weist ferner eine Überwachungseinheit 18 auf, die eine Vergleichseinheit 19 enthält. Die Vergleichseinheit 19 ist im vorliegenden Bei spiel als Komparator ausgebildet. Der Komparator 19 weist einen Signaleingang 20 auf, über den das analoge Eingangssignal ADC1, welches auch dem AD-Wandler 12 zugeführt wird, einkoppelbar ist. Ferner enthält der Komparator 19 einen Referenzeingang 21, über den ein Referenzsignal VREF in den Komparator 19 einkoppelbar ist. Die Überwachungseinheit 18 weist einen Ausgang 22 auf, die mit dem Eingang 17 der Steuer- und Auswerteeinheit 13 gekoppelt ist. Ferner ist der Referenzeingang 21 mit dem Ausgang 15 der Steuer- und Auswerteeinheit 13 im vorliegenden Fall über ein Tiefpassfilter gekoppelt. Der Tiefpass 23 weist ein RC-Glied bestehend aus dem Widerstand 24 und dem Kondensator 25 auf.
  • Nachfolgend sei die Funktionsweise der Schaltungsanordnung 10 in 2 kurz erläutert. Der AD-Wandler 12 soll hinsichtlich des Analogsignals ADC1 auf seine ordnungsgemäße Funktion überwacht werden. Zu diesem Zwecke wird das analoge Signal ADC1 sowohl dem AD-Wandler 12 als auch dem Komparator 19 zugeführt. Der AD-Wandler 12 erzeugt daraus ein digitales, in 2 nicht dargestelltes Signal. Der Mikrocontroller 11 weist eine ebenfalls nicht dargestellte PWM-Einheit auf, die das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal VPWM aus dem analogen Signal ADC1 erzeugt. Das pulsweitenmodulierte Signal VPWM wird über den Tiefpass 23 integriert bzw. gemittelt und als Referenzsignal VREF dem Komparator 19 zugeführt. Der Komparator 19 vergleicht die beiden Signale ADC1, VREF und erzeugt ein Vergleichssignal VMON. Dieses wird der Steuer- und Auswerteeinheit 13 zugeführt, die das Vergleichssignal VMON mit dem vom AD-Wandler 12 erzeugten digitalen Signal vergleicht. Bei Nichtübereinstimmen dieser beiden Signale wird das Fehlersignal VERR erzeugt und ausgegeben.
  • 3 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Steuer- und Auswerteeinheit aus 2. Der Wert des analogen Signals ADC1 kann beispielsweise dem Wert entsprechen, der von einem Signalgeber für ein EGAS-Gaspedal erzeugt wurde.
  • Die Steuer- und Auswerteeinheit 13 enthält einen Block 30 zur Beaufschlagung eines Hysteresesignals VHYS auf das pulsweitenmodulierte Eingangssignal ADC1. Zu diesem Zwecke weist der Block 30 einen Additionsblock 31, in dem die beiden Signale ADC1, VHYS addiert werden, und einen zweiten Block 32, in dem das Hysteresesignal VHYS vom analogen Eingangssignal ADC1 abgezogen wird, auf. Den beiden Blöcken 31, 32 ist eine Schalteinheit 33 nachgeschaltet, über die jeweils eines der Ausgangssignale der Blöcke 31, 32 dem Ausgang 15 zuführbar ist.
  • Die Einheit zur Umwandlung des analogen Eingangssignals ADC1 in ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal VPWM ist der besseren Übersichtlichkeit in 3 nicht dargestellt worden.
  • Die Steuer- und Auswerteeinheit 13 weist ferner Schaltmittel 34 auf, über die der jeweilige Betriebsmodus bestimmbar ist. Zu diesem Zweck weist der Block 34 u.a. ein RS-Flip-Flop 35 auf, dessen Zustand den jeweiligen Betriebsmodus charakterisiert. Dem Schaltungsblock 34 wird neben dem analogen Signal ADC1 und dem Hysteresesignal VHYS auch ein Signal VTHD zugeführt, welches eine Schwelle vorgibt. Die Funktionsweise dieses Blocks 34 wird nachfolgend anhand von 4 noch detailliert beschrieben.
  • Ferner ist ein Komparator 36 vorgesehen, der eingangsseitig mit dem Eingang 17 und mit dem Ausgang des RS-Flip-Flops verbunden ist. Die Vergleichseinheit 36 vergleicht das Ausgangssignal des RS-Flip-Flops 35 mit dem Signal VMON des Komparators 19 und erzeugt bei Nichtübereinstimmen ein Fehler-Bit VERR, welches am Ausgang 16 ausgegeben wird. Zwischen dem Ausgang 16 und der Vergleichseinheit 36 ist ferner eine Entprellschaltung (anti bounce counter) 37 vorgesehen. Über die Entprellschaltung 37 wird sichergestellt, dass der Fehler für eine bestimmte Zeitdauer – z.B. 500 msec – dauerhaft vor liegt. Es wird damit vermieden, dass es aufgrund von statistischen Fehlern zu der Ausgabe eines Fehlersignals kommt.
  • Die in 3 dargestellte Realisierung der Steuer- und Auswerteeinheit 13 kann hardwaremäßig oder auch durch eine Software-Funktion in der programmgesteuerten Einheit 11 implementiert sein.
  • Die Funktion der in 3 dargestellten Steuer- und Auswerteeinheit 13 wird nachfolgend anhand des Signal-Zeit-Diagramms in 4 beispielhaft näher erläutert: Im oberen Diagramm bezeichnet die durchgezogene, in etwa sinusförmige Kurve das analoge Eingangssignal ADC1, aus dem das "gesampelten" Signal ADC1' erzeugt wird. Die Unterschiede zwischen den beiden Signalen ADC1 und ADC1' im linken Bereich der Kennlinie ergeben sich aufgrund von Hardware-Toleranzen. Ferner ist eine Schwelle VTHD vorgegeben, die zwei Betriebsmodi voneinander trennt. Der erste Betriebsmodus bezeichnet den Teillastbetrieb oder den Leerlauf, bei dem V < VTHD ist (unterer Signalbereich), wohingegen der zweite Betriebsmodus den Volllastbetrieb bezeichnet, bei dem V > VTHD ist (oberer Signalbereich). Der erste Betriebsmodus bezeichnet den überwachungsrelevanten Bereich. Ziel dieser Funktion ist die Bildung eines pulsweitenmodulierten Referenzsignals VPWM, welches am Ausgang 15 der Steuer- und Auswerteeinheit 13 abgreifbar ist. Dieses Referenzsignal VPWM soll in dem überwachungsrelevanten Betriebsmodus immer um eine Hysterese VHYS unterhalb des von dem Mikrocontroller 11 eingelesenen und gewandelten Analogsignals ADC1' liegen. Damit wird sichergestellt, dass bei einem im Fehlerfall im Vergleich mit der realen Spannung zu hohem Wandlerwert (und damit zu hohem Referenzsignal) der Komparator 19 die Überschreitung durch Kippen eines Zustandssignals VMON dies erkennt. Der Komparator 19 wertet dieses Zustandssignal VMON in der Funktion dahingehend aus, dass ein Anzeigen der Überschreitung als Fehler des AD-Wandlers 12 gewertet wird, und die Fehlerreaktion durch Ausgabe eines Fehlersignals VERR ausgegeben wird. Für den Fall, dass kein Fehler erkannt wird, wird dann im zweiten Betriebsmodus das pulsweitenmodulierte Referenzsignal VPWM um die eben beschriebene Hysterese über das eingelesene und gewandelte Analogsignal ADC' gelegt, wobei eine Prüfung der Wirksamkeit der Fehlererkennung durch Kontrolle der dann zwangsweise gesetzten Zustandsinformation zur Verhinderung eines sogenannten "schlafenden Fehlers" erfolgt. Wird in diesem Zusammenhang die Zustandsinformation nicht aktiv erkannt, erfolgt die gleiche Fehlerreaktion wie im ersten Betriebsmodus.
  • Im zweiten Betriebsmodus ist somit die Überwachung der Funktion des AD-Wandlers 12 nicht mehr gewährleistet (VMON = 0). Dies kann aber bewusst in Kauf genommen werden, da der berechtigt gesetzte Volllastbetrieb mit vorübergehend erweiterter Überwachungstoleranz zulässig ist. Nach Erkennung der Funktionsfähigkeit der Schaltungsanordnung kann wieder in den 1. Betriebsmodus gewechselt werden. Die Plausibilisierung der Funktion des AD-Wandlers kann unmittelbar im Anschluss daran wieder im ersten Betriebsmodus, d.h. im Teillastbetrieb oder Leerlauf, vorgenommen werden. Alternativ wäre es selbstverständlich auch denkbar, eine Plausibilisierung durch entsprechende Schaltungsmaßnahmen auch für den Vollastbetrieb vorzusehen. Jedoch wäre hier die entsprechende Hysterese auch für den Vollastbetrieb geeignet anzupassen. Dies ist aber deshalb nicht vorteilhaft, da im Vollastbetrieb die Signalamplituden sehr viel größer sind und damit auch die Hysterese einen deutlicheren Abstand zu dem eigentlichen Signal aufweisen müsste, um einen Fehler noch definiert erkennen zu können. Alternativ wäre auch denkbar, eine zweistufige Hysterese einzusetzen, bei dem im ersten Betriebsmodus die Hysterese einen geringeren Abstand zu dem analogen Signal ADC' aufweist als im zweiten Betriebsmodus.
  • Eine Hysterese ist deshalb zweckmäßig, um einen tatsächlichen Fehler definiert erkennen zu können. Mittels der Hysterese wird gewissermaßen eine Schwelle für die Fehlererkennung definiert, so dass schlafende Fehler, d.h. nicht bemerkte Fehler, von Schutzmechanismen verhindert werden. Die Umschaltung der Hysterese von dem ersten Betriebsmodus auf den zweiten Betriebsmodus, und umgekehrt, erfolgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung erst vorbestimmten Verzögerung Δt, nachdem das analoge Signal ADC1, ADC1' die Schwelle VTHD überschritten hat, um so ein Hin- und Herschalten zwischen erstem und zweitem Betriebsmodus zu verhindern.
  • Im Falle eines Fehlers des AD-Wandlers 12, der in 4 durch den Blitz angedeutet ist, stimmt das Eingangssignal ADC1 nicht mehr mit dem gesampelten analogen Signal ADC1' überein. Das PWM-Signal VPWM folgt dem gesampelten analogen Signal ADC1'. Der Komparator 19 vergleicht die beiden Signale VPWM, ADC1 miteinander und ermittelt eine Differenz VDIFF. Die Differenzspannung VDIFF ist so vorgegeben, dass sie die Hysterese mit berücksichtigt. Das heisst im linken Bereich der Kennlinie ist die Differenzspannung VDIFF so gewählt, dass trotz des durch die Hysterese sich ergebenden Unterschieds zwischen den Signale VPWM, ADC1 die Differenzspannung VDIFF unterhalb einer Fehlerschwelle liegt. Übersteigt die Differenzspannung VDIFF eine Fehlerschwelle, wie die im rechten Bereich der Kennlinie der Fall ist, wird das Überwachungssignal VMON auf "Null" gesetzt. Dieses Signal VMON wird in der Steuer- und Überwachungseinheit 13 verglichen und das Fehlersignal VERR wird auf "EINS" gesetzt.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. So ist die Erfindung nicht auf den Einsatz bei Steuergeräten für die Kraftfahrzeugelektronik beschränkt, sondern lässt sich bei sämtlichen Steuergeräten, bei denen aufgrund der Sicherheitsrelevanz eine Plausibilisierung des AD-Wandlers vorzunehmen ist, einsetzen. Auch ist die Erfindung nicht ausschließlich auf Steuergeräte zur Steuerung und Regelung des elektronischen Gaspedals (EGAS) einsetzbar, sondern lässt sich auch bei anderen, im Automobilbereich verwendeten Steuergeräten vorteilhaft einsetzen. Selbstverständlich ist die Erfindung zur Plausibilisierung für sämtliche AD-Wandlertypen einsetzbar.
  • Anhand der 3 und 4 wurde eine Umschaltung zwischen erstem Betriebsmodus und zweitem Betriebsmodus mit Beaufschlagung einer Hysterese dargelegt. Eine solche Ausgestaltung ist zweckmäßig und vorteilhaft, jedoch nicht notwendigerweise für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erforderlich. Auch ist zur Erzeugung eines Referenzsignals die Integration des pulsweitenmodulierten Signals mittels eines Tiefpassfilters nicht notwendigerweise erforderlich, allerdings zweckmäßig.
  • Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auf sehr einfache, jedoch nichtsdestotrotz sehr elegante Weise auf den Einsatz eines zusätzlichen AD-Wandlers zur Plausibilisierung des eigentlichen AD-Wandlers verzichtet werden kann.

Claims (18)

  1. Schaltungsanordnung zur Plausibilisierung der ordnungsgemäßen Funktion eines für sicherheitsrelevante Anwendungen ausgelegten Analog-Digital-Wandlers, mit einem Analog-Digital-Wandler (1), der aus einem analogen Eingangssignal (ADC1) ein digitales Signal erzeugt, mit einer Steuereinheit (11, 13), die aus dem analogen Eingangssignal ein Referenzsignal bereitstellt, mit einer einen Komparator (19) aufweisenden Vergleichseinheit (18), die das analoge Eingangssignal (ADC1) mit dem Referenzsignal (VREF) vergleicht und abhängig davon ein Vergleichssignal (VMON) ausgibt, mit einer Auswerteeinheit (13), die durch Vergleich des digitalen Signals und des Vergleichssignals (VMON) ein Differenzsignal ermittelt und die im Falle, dass das Differenzsignal einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, ein Fehlersignal (VERR) ausgibt.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11, 13) ein pulsweitenmoduliertes Signal (VPWM) bereitstellt, aus dem das Referenzsignal (VREF) erzeugbar ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Integrator (23) vorgesehen ist, der das pulsweitenmodulierte Signal (VPWM) integriert.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator (23) einen Tiefpassfilter (24, 25), insbesondere ein RC-Glied (24, 25) aufweist, welches zwischen einem PWM-Ausgang (15) der Steuereinheit (11, 13) und einem Referenzeingang (21) der Vergleichseinheit (18) angeordnet ist.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine programmgesteuerte Einheit (11), insbesondere ein Mikrocontroller oder Mikroprozessor, vorgesehen ist, welche den Analog-Digital-Wandler (12), die Steuereinheit (11, 13), die Auswerteeinheit (13) und/oder die Vergleichseinheit (18) enthält.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11, 13) eine Schaltung (30) zur Erzeugung einer Hysterese (VHYS) aufweist, welche das Referenzsignal (VREF) oder das analoge Signal (ADC1) mit einer Hysterese (VHYS) beaufschlagt.
  7. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltmittel (34, 35) vorgesehen sind, mittels der die Schaltungsanordnung in einen Normalbetrieb und einen ersten Betriebsmodus, insbesondere einen Überlastbetrieb, und/oder einen zweiten Betriebsmodus, insbesondere einen Unterlastbetrieb, schaltbar ist, wobei das Referenzsignal in dem Normalbetrieb unverändert ist, in dem ersten Betriebsmodus eine erste Hysterese (VHYS) von dem Referenzsignal (VREF) abgezogen ist und in dem zweiten Betriebsmodus eine zweite Hysterese (VHYS) auf das Referenzsignal (VREF) aufaddiert ist.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (19) Ansprechzeiten bis zu 40 msec, insbesondere im Bereich von 1 bis 40 msec, aufweist.
  9. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (19) in einem Spannungsregler integriert ist oder Bestandteil eines Spannungsreglers ist.
  10. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entprellungsschaltung (37) vorgesehen ist, die erst dann das Fehlersignal (VERR) ausgibt, wenn das Differenzsignal den vorgegebenen Schwellenwert ununterbrochen für eine vorbestimmte Zeit überschreitet.
  11. Verfahren zur Plausibilisierung der ordnungsgemäßen Funktion eines für sicherheitsrelevante Anwendungen ausgelegten Analog-Digital-Wandlers (12), bei dem: – aus einem analogen Eingangssignal (ADC1) ein digitales Signal erzeugt wird; – aus dem analogen Eingangssignal (ADC1) ein Referenzsignal (VREF) erzeugt wird, welches mit dem analogen Signal (ADC1) verglichen wird, wobei ein von dem Vergleich der beiden Signale abhängiges Vergleichssignal (VMON) erzeugt wird; – das digitale Signal und das Vergleichssignal (VMON) miteinander verglichen werden, wobei ein von dem Vergleich der beiden Signale abhängiges Differenzsignal erzeugt wird; – für den Fall, dass das Differenzsignal einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, ein Fehlersignal (VERR) ausgegeben wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal (VREF) aus einem pulsweitenmodulierten Signal (VPWM) gewonnen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem pulsweitenmodulierten Signal (VPWM) eine Mittelwertbildung und/oder eine Integration durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal (VREF) mit einer Hysterese (VHYS) beaufschlagt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Plausibilisierung einen Normalbetrieb, einen ersten Betriebsmodus, insbesondere einen Überlastbereich, und einen zweiten Betriebsmodus, insbesondere einen Unterlastbereich, aufweist, wobei das Referenzsignal (VREF) in dem Normalbetrieb unverändert bleibt, in dem ersten Betriebsmodus wird eine erste Hysterese (VHYS) von dem Referenzsignal (VREF) abgezogen und in dem zweiten Betriebsmodus wird eine zweite Hysterese (VHYS) auf das Referenzsignal (VREF) aufaddiert.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus kein Fehlersignal (VERR) ausgegeben wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus, und umgekehrt bei Über- bzw. Unterschreiten einer Schwelle (VTHD), die die beiden Betriebsmodi voneinander trennt, erst nach einer zeitlichen Verzögerung (Δt) durchgeführt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal (VERR) erst dann ausgegeben wird, wenn das Differenzsignal den vorgegebenen Schwellenwert ununterbrochen für eine vorbestimmte Zeit überschreitet.
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