DE112016002693T5

DE112016002693T5 - Masseverlustdetektionsschaltung

Info

Publication number: DE112016002693T5
Application number: DE112016002693.5T
Authority: DE
Inventors: Antonio Romero; Johannes Orth; Erik Hermann; J. Lindeman William
Original assignee: TRW Automotive GmbH; Lucas Automotive GmbH; Kelsey Hayes Co
Current assignee: ZF Active Safety GmbH; ZF Automotive Germany GmbH; ZF Active Safety US Inc
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-03-08
Also published as: US20180203054A1; CN109416382B; CN109416382A; US10794947B2; WO2017008057A1

Abstract

Eine Masseverlustdetektionsschaltung identifiziert einen fehlerhaften Masseanschluss in einem elektrischen Fahrzeugsystem, das ein Paar von redundanten Masseleitungen umfasst, die zwischen einer Fahrzeugbatterie/Gehäusemasse und einer elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden sind. Insbesondere ist eine erste Masseleitung zwischen der Batterie/Gehäusemasse und einem ersten ECU-Masseanschluss verbunden, während eine zweite Masseleitung zwischen der Batterie-/Gehäusemassestelle und einem zweiten ECU-Masseanschluss verbunden ist. Die ECU umfasst eine gemeinsame Masse, die mit ausgewählten elektronischen Komponenten assoziiert ist, die in der ECU umfasst sind. Eine erste Nebenschlusskomponente ist zwischen dem ersten ECU-Masseanschluss und der gemeinsamen Masse verbunden und eine zweite Nebenschlusskomponente ist zwischen dem zweiten ECU-Masseanschluss und der gemeinsamen Masse verbunden. Die Ströme durch die erste und die zweite Nebenschlusskomponente werden überwacht, um ein Stromungleichgewicht zu identifizieren, so dass ein fehlerhafter Masseanschluss in einer der ersten und der zweiten Masseleitung detektiert wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Anmeldung Nr. 62/190,068, eingereicht am 8. Juli 2015, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme berücksichtigt ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, dass redundante Masseleitungen in elektrischen Fahrzeugsystemen zwischen einer Fahrzeugbatterie oder Gehäusemasse und einer elektronischen Steuereinheit (ECU) des Fahrzeugs verwendet werden können. Dies ist bei Fahrzeugsicherheitssystemen besonders wichtig, wie z. B. bei Fahrzeugbremssystemen, Fahrzeugstabilitätssteuersystemen, Fahrzeuglenksystemen, Insassenrückhaltesystemen und Fahrerassistenzsystemen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf elektrische Fahrzeugsysteme und insbesondere auf Masseschaltungen für elektrische Fahrzeugsysteme. Die Erfindung bezieht sich auf eine Masseverlustdetektionsschaltung zum Identifizieren eines fehlerhaften Masseanschlusses in einem elektrischen Fahrzeugsystem, das ein Paar von redundanten Masseleitungen umfasst, die zwischen einer Fahrzeugbatterie/Gehäusemasse und einer elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden sind. Insbesondere ist eine erste Masseleitung zwischen der Batterie/Gehäusemasse und einem ersten ECU-Masseanschluss verbunden, während eine zweite Masseleitung zwischen der Batterie-/Gehäusemassestelle und einem zweiten ECU-Masseanschluss verbunden ist. Die ECU umfasst eine gemeinsame Masse, die mit ausgewählten elektronischen Komponenten assoziiert ist, die in der ECU umfasst sind. Eine erste Nebenschlusskomponente ist zwischen dem ersten ECU-Masseanschluss und der gemeinsamen Masse verbunden und eine zweite Nebenschlusskomponente ist zwischen dem zweiten ECU-Masseanschluss und der gemeinsamen Masse verbunden. Die erste und die zweite Nebenschlusskomponente können Spurwiderstände auf der ECU-Leiterplatte sein.
Die Ströme durch die erste und die zweite Nebenschlusskomponente werden überwacht, um einen fehlerhaften Masseanschluss in einer der ersten und der zweiten Masseleitung zu identifizieren. Wenn die Stromhöhe in einer der ersten und der zweiten Masseleitung null oder beinahe null beträgt oder unter eine vordefinierte Höhe fällt, wird ein Fehler identifiziert. Alternativ oder zusätzlich wird, wenn die Stromhöhen in der ersten und der zweiten Masseleitung sich um einen vordefinierten Betrag (oder einen relativen Prozentsatz) unterscheiden, ein Fehler identifiziert.
Diverse Aspekte dieser Erfindung gehen für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Zusammenschau mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaubild eines Beispiels eines elektrischen Fahrzeugsystems, das redundante Masseleitungen aufweist und die Masseverlustdetektionsschaltung der Erfindung verwendet.
2a ist ein vereinfachtes Schaubild, das die Komponenten der Massefehlerdetektionsschaltung in einem Normalbetrieb zeigt.
2b ähnelt 2a, zeigt jedoch einen Massefehlerzustand schematisch.
3 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Differenzverstärkerschaltung, die verwendet werden kann, um den Stromfluss in den redundanten Masseleitungen zu überwachen.
4 ist ein Ablaufschaubild, das ein beispielhaftes Verfahren zum Identifizieren eines Massefehlerzustands zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei in 1 ein Blockschaubild veranschaulicht ist, das eine beispielhafte Betriebsumgebung für eine Schaltung veranschaulicht, die die Merkmale der vorliegenden Erfindung darstellt. Insbesondere ist die gezeigte beispielhafte Umgebung ein elektronisch gesteuertes Fahrzeugbremssystem, das eine elektronische Steuereinheit (ECU) 10 zum Überwachen, Steuern, Betätigen oder anderweitigen Betreiben der diversen elektronischen Komponenten des Systems (z. B. Sensoren, Motoren, Solenoidventilspulen, Schalter usw.) umfasst. Die Erfindung stellt eine Masseverlustdetektionsschaltung 11 bereit, die über eine erste Masseleitung 13 und eine zweite Masseleitung 14 mit der Fahrzeugbatteriemasse 12 verbunden ist. Die Batteriemasse ist über die Masseverlustdetektionsschaltung 11 mit den diversen GND-Knoten der ECU verbunden. Vorzugsweise sind alle GND-Knoten mit einer einzelnen „Sternpunkt”-Masse 15 verbunden. Die Masseverlustdetektionsschaltung ist so betreibbar, dass sie einen Fehler (Freileitung, erhöhter Widerstand usw.) in einer oder beiden Leitungen 13 und 14 überwacht und detektiert.
Bei dieser bestimmten Ausführungsform weist die ECU auch wiederholte Stromleitungen 16 und 17 auf, die mit der Fahrzeugbatterie verbunden sind. Eine Doppeldiode 18 und ein High-side-Doppelstromschalter 19 stellen ein Verwaltungsverfahren für den Betrieb aus beiden dieser Stromleitungen oder nur einer dieser bereit, wenn es in 17 oder 18 zu einem Schaden kommt. Manche Komponenten, die in der ECU umfasst sind, bestehen aus ABS-Spulen 22 und Basisbremsspulen 23. Es sind auch Steuerbrücken 20, 21 zum Antreiben von Motoren sowie eine Gruppierung von Prozessoren, Logik und Stromreglern 24 vorhanden. Alle diese Vorrichtungen, die die ECU für das elektronisch gesteuerte Bremssystem bilden, werden zur Sternpunktmasse 15 bezogen.
Im Fall eines Schadens in nur einer der Masseleitungen 13 oder 14 bleiben die elektronischen ECU-Komponenten aufgrund der einzelnen Bezugsmasse 15 betreibbar, die durch den schadensfreien Leiter zur Batterie zurückführt. Die Masseströme sind in der Lage, über die schadensfreie Leitung zur Batteriemasse zurückzukehren, und die ECU erfährt unter Verwendung eines von der Masseverlustdetektionsschaltung 11 angewandten Detektionsverfahrens von dem Fehler. Auch wenn die Ausführungsform von 1 zwei getrennte Leitungsverbindungen (d. h. redundante Masseleiter) zwischen der Fahrzeugbatteriemasse und der Masseverlustdetektionsschaltung zeigt, wird verstanden, dass, da die Fahrzeugbatterie für gewöhnlich mit einer Gehäusemasse bei 12a verbunden ist, in manchen Fällen eine oder beide Leitungen 13 und 14 alternativ mit einer Gehäusemasse verbunden sein könnten.
2a zeigt weitere Details der Masseverlustdetektionsschaltung 11. Wie gezeigt, sind die Masseleitungen 13 (Masse 1) und 14 (Masse 2) von 1 einzeln mit ECU-Masseanschlüssen 13a und 14a verbunden. Die Anschlüsse 13a und 14a sind dann durch Nebenschlusskomponenten wie z. B. Stromerfassungswiderstände 27 bzw. 28 mit der einzelnen Sternpunkt-ECU-Schaltungsmasse 15 verbunden. Jeder Widerstand kann z. B. eine Spur mit sehr niedrigem Widerstand (z. B. 0,5 Milliohm) auf der ECU-Leiterplatte sein. Die Stromerfassungswiderstände 27 und 28 werden sodann ausgeglichen, so dass, wenn beide Masseleitungen 13 und 14 korrekt verbunden sind, die Ströme i1 und i2 ebenfalls ausgeglichen werden. Die Masseströme durch Leitungen 13 und 14 werden auf Fehler überwacht, indem ein separater Differenzverstärker 25 und 26 bereitgestellt wird, um die Spannung über jeden der Stromerfassungswiderstände 27 und 28 zu erfassen. Die Ausgänge der Differenzverstärker sind mit einer Mikrosteuereinheit 31 (die einen A/D-Wandler 29 und einen Mikroprozessor 30 umfasst) verbunden, die die erfassten Ströme überwacht und Statussignale bereitstellt, die indizieren, ob eine oder beide der Masse-1- und Masse-2-Anschlüsse fehlerhaft sind.
2b ähnelt 2a, mit der Ausnahme, dass die Leitung 14 (Masse 2) mit einem Schaden bei 14b gezeigt ist, so dass ein Differenzverstärker 26, der den jeweiligen Stromerfassungswiderstand 28 überwacht, einen Stromfluss von null oder verringerter Höhe detektiert. Die Mikrosteuereinheit 31 identifiziert einen fehlerhaften Masse-2-Anschluss, indem sie durch ihren A/D-Wandler 29 erkennt, dass der Strom i2 kleiner als der Strom i1 ist. Unter normalen Betriebsbedingungen sollten der Strom i1 und i2 beinahe gleich sein, vorausgesetzt, dass die Leiterlänge und der Widerstand der Leitungen 13 und 14 ähnlich sind.
3 ist eine schematische Schaltungsdarstellung, die die ausführliche Schaltungsanordnung veranschaulicht, die mit den Differenzverstärkern von 2a verknüpft ist. Die zwei Masseleiter, die mit der ECU verbunden sind, sind Leitungen 13 und 14 und die Sternmasse für die ECU-Schaltung ist ein Knoten 15. Ähnlich 2a und 2b ist die Sternmasse 15 über Stromerfassungswiderstände 27 bzw. 28 zu Masseanschlüssen 13 und 14 verteilt. Jeder Erfassungswiderstand ist Teil seiner eigenen Differenzverstärkerschaltung. Ein Operationsverstärker 25 ist so konzipiert, dass er die Spannungsdifferenz über den Stromerfassungswiderstand 27 verstärkt. Je größer die Strommenge ist, die durch den Widerstand 27 fließt, desto höher ist die Spannung an einem Knoten 41 im Vergleich zum Knoten 15. Ein Operationsverstärker 26 ist auf die gleiche Weise wie der Verstärker 25 konzipiert, er verstärkt jedoch die Spannungsdifferenz über den Stromerfassungswiderstand 28. Ein Eingangsvorwiderstand 32 und ein Kondensator 33 bilden ein Tiefpassfilter, das so konzipiert ist, dass es Rauschen, Stromunregelmäßigkeiten und ESD-Spitzen entfernt, die eine falsche Fehlerdetektion auslösen können. Ein Eingangsvorwiderstand 34 und ein Kondensator 35 bilden ein Tiefpassfilter auf der zweiten, nichtinvertierenden Klemme des Differenzverstärkers 25. Der Verstärker 26 enthält außerdem ein ähnliches Tiefpassfilter an jeder seiner Eingangsklemmen. Beide Verstärker weisen eine Verstärkung auf, die damit verknüpft ist, wie stark sie die geringe Spannung erhöhen, die über die Nebenschlusswiderstände 27 und 28 erfasst wird. Beim Verstärker 25 wird diese Verstärkung durch Eingangswiderstände 32, 36, 34 und 37 in Kombination mit einem Rückkopplungswiderstand 38 definiert. Der Verstärker 26 weist eine ähnliche Konfiguration von Eingangs- und Rückkopplungswiderständen auf. Leitungen 39 und 40 sind die Ausgänge des Differenzverstärkers, die sodann zum Analog-Digital-Wandler (ADC) 29 von 2 führen. Der ADC wandelt die von den Widerständen 27 und 28 erfasste Spannung in einen digitalen Messwert um, der vom Mikroprozessor interpretiert werden kann. Der Mikroprozessor entscheidet sodann, ob in einem der Masseleiter 13 oder 14 ein Fehlerzustand vorliegt.
4 ist ein Ablaufplanschaubild, das die Logik beim Detektieren eines Fehlerzustands darstellt. Die ersten erforderlichen Schritte sind das Messen der Masseströme i1 und i2 durch deren jeweilige Masseleitungen. Bei dem bestimmten Beispiel, das in den 2A, 2B und 3 gezeigt ist, sind die Masseströme durch die Spannung über zwei Nebenschlusswiderstände, einen für jede Masseleitung, dargestellt. Wenn einer der zwei gemessenen Ströme 0 oder beinahe 0 beträgt oder unter einem definierten Schwellenwert liegt, zeigt die Masseleitung, die einen anomal verringerten Stromfluss enthält, sodann wahrscheinlich irgendwo in ihrer Struktur eine vollständige oder Teilunterbrechung. Ein weiterer oder optionaler Zustand, den es zu prüfen gilt, ist die Beziehung zwischen den Strömen in jedem Masseleiter. Wenn beide Leiter korrekt funktionieren und sie so konzipiert sind, dass sie ähnliche Impedanzen aufweisen, sollte der Gesamtstrom, der von der ECU zur Batteriemasse zurückkehrt, zwischen beiden Masseleitungen sodann gleichmäßig aufgeteilt sein, wobei i1 = i2. Wenn der Strom i1 durch i2 geteilt wird, sollte das Ergebnis um einen Wert 1 liegen. Wenn das Ergebnis dieser Berechnung nicht nahe 1 liegt, ist in einem der Leiter in Bezug auf eine Stelle, an der ein erhöhter Widerstand herrscht, eine Anomalie vorhanden, die ein Ungleichgewicht bezüglich der Stromverteilung durch beide Masseleitungen verursacht.
Der Grundsatz und der Betriebsmodus dieser Erfindung wurden mit der bevorzugten Ausführungsform davon erläutert und veranschaulicht. Es sei jedoch verstanden, dass diese Erfindung anders als spezifisch erläutert und veranschaulicht ausgeübt werden kann, ohne sich vom Geist oder Umfang dieser zu entfernen.

Claims

Masseverlustdetektionsschaltung für ein Fahrzeug mit einer Batterie, die mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden ist, wobei die Batterie einen Minuspol aufweist, der mit einer Gehäusemasse verbunden ist, wobei die Schaltung umfasst: eine erste Masseleitung, die zwischen dem Minuspol oder der Gehäusemasse und einem ersten ECU-Masseanschluss verbunden ist; eine zweite Masseleitung, die zwischen dem Minuspol oder der Gehäusemasse und einem zweiten ECU-Masseanschluss verbunden ist; eine gemeinsame Masse, die mit ausgewählten elektronischen Komponenten assoziiert ist, die in der ECU umfasst sind; eine erste Nebenschlusskomponente, die zwischen dem ersten ECU-Masseanschluss und der gemeinsamen Masse verbunden ist; eine zweite Nebenschlusskomponente, die zwischen dem zweiten ECU-Masseanschluss und der gemeinsamen Masse verbunden ist; und eine Überwachungsschaltung zum Erfassen des Stroms durch die erste und die zweite Nebenschlusskomponente, um einen fehlerhaften Masseanschluss in einer der ersten und der zweiten Masseleitungen zu identifizieren.
Masseverlustdetektionsschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Nebenschlusskomponente Widerstände sind.
Masseverlustdetektionsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Widerstände Spurwiderstände sind, die sich auf einer ECU-Leiterplatte befinden.
Masseverlustdetektionsschaltung nach Anspruch 1, wobei der Komparator einen ersten Differenzverstärkerkoppler zum Überwachen des Stromflusses durch die erste Nebenschlusskomponente durch Erfassen der Spannung über die erste Nebenschlusskomponente und einen zweiten Differenzverstärker umfasst, der verbunden ist, um den Stromfluss durch die zweite Nebenschlusskomponente durch Erfassen der Spannung über die zweite Nebenschlusskomponente zu überwachen.
Masseverlustdetektionsschaltung nach Anspruch 1, wobei die ECU eine Komponente eines Fahrzeugsicherheitssystems ist.
Verfahren zum Detektieren eines Masseverlusts in einem elektrischen Fahrzeugsystem mit einer Batterie, die mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden ist, wobei die Batterie einen Minuspol aufweist, der mit einer Gehäusemasse verbunden ist, wobei das elektrische Fahrzeugsystem umfasst: eine gemeinsame Masse, die mit ausgewählten elektronischen Komponenten assoziiert ist, die in der ECU umfasst sind; eine erste Masseleitung, die zwischen dem Minuspol oder der Gehäusemasse und einer gemeinsamen ECU-Masse verbunden ist; und eine zweite Masseleitung, die zwischen dem Minuspol oder der Gehäusemasse und der gemeinsamen ECU-Masse verbunden ist; und wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Überwachen des Stroms in der ersten Masseleitung; (b) Überwachen des Stroms in der zweiten Masseleitung; und (c) Identifizieren eines fehlerhaften Masseanschlusses in Reaktion auf den in den Schritten (a) und (b) überwachten Strom.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Strom in Schritt (a) an einer Stelle entlang der ersten Masseleitung proximal der gemeinsamen ECU-Masse überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Schritt (c) einen fehlerhaften Masseanschluss identifiziert, wenn der Strom in der ersten oder der zweiten Masseleitung unter einer vordefinierten Höhe liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Schritt (c) einen fehlerhaften Masseanschluss in Reaktion auf den Unterschied bezüglich Stromhöhen in der ersten und der zweiten Masseleitung identifiziert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Schritt (c) einen fehlerhaften Masseanschluss in Reaktion auf das Verhältnis bezüglich Stromhöhen in der ersten und der zweiten Masseleitung identifiziert.