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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines Leerlaufstellers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung ist aus der
DE-OS 36 25 091 (
US 4 951 188 ) bekannt. Dort wird eine Endstufe in Brückenschaltung mit vier Schaltelementen vorgeschlagen, wobei der Strom durch den im Brückendiagonalzweig angeordneten Verbraucher erfaßt und mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen wird. Überschreitet der Strom durch den Verbraucher einen vorgegebenen Maximalwert, so wird ein Kurzschluß im Bereich des Verbrauchers angenommen und die Endstufe derart abgeschaltet. Durch diese Vorgehensweise wird selbst bei kurzzeitigen Störungen die Endstufe abgeschaltet. Dadurch wird die Verfügbarkeit der Vorrichtung eigngeschränkt.
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Aus der
DE 36 25 091 A1 eine Vorrichtung für einen Verbraucher bekannt, bei der ein Meßwiderstand vorgesehen ist, mittels dem der Strom, der durch die Verbraucher fließt, überwacht wird. Übersteigt der Strom einen Maximalstrom, wird das Einschalttastverhältnis auf einen sehr kleinen Wert gesetzt.
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Die
DE 37 43 453 A1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Kurzschlußschutz eines Halbleiterverstärkerelements. Abhängig von der Dauer der Überlastung wird das Halbleiterverstärkerelement nach einer Verzögerungszeit abgeschaltet.
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Die
DE 39 21 329 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung einer Fehlfunktion eines Stromregelkreises einer Endstufe. Zur Fehlerüberwachung wird der gemessene Strom mit einem Sollwert verglichen. Weicht der gemessene Wert vom Sollwert ab, so wird nach einer Wartezeit die Prüfung wiederholt und bei weiterem Vorliegen des Fehlers endgültig auf Fehler erkannt.
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Aus der
DE 41 27 047 A1 ist eine Überwachungseinrichtung für ein elektromotorisch angetriebenes Abdeckelement bekannt. Um das Einklemmen von Gegenständen zu erkennen, wird eine Soll Ist-Differenz eines Steuersignals sowie eines Signals eines Positionsgebers ausgewertet. Ausgehend von diesen Größen wird erkannt, ob ein Gegenstand eingeklemmt worden ist
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Die
DE 37 34 431 A1 bescheibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit von Endstufenschaltungen für elektromotorische beziehungsweise elektromagnetische Stellglieder. Zur Fehlerüberprüfung wird die Endstufe kurzfristig abgeschaltet, und die Reaktion der Spannung, die am Verbraucher anliegt, ausgewertet.
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Vorzugsweise werden die Endstufen, insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen, so ausgewählt, daß der Strom durch den Verbraucher bei typischen Funktionsabläufen unterhalb der gewählten Strombegrenzung liegt, in Sonderfällen jedoch erreicht werden kann. Wird in einem solchen Sonderfall entsprechend reagiert und die Last stromlos geschaltet, so können insbesondere bei Leerlaufstellern zwei unerwünschte Effekte auftreten. Dies ist zum einen, daß die gewünschte Funktion, beispielsweise die Leerlaufregelung, nicht mehr erfüllt wird. Des weiteren können Folgeschäden, insbesondere eine Zerstörung oder Beschädigung des Stellers, eintreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Überwachung eines Leerlaufstellers die obengenannten Nachteile zu vermeiden, insbesondere soll eine möglichst einfache Reaktion auf Fehlersignale der Endstufe realisiert werden. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann sicher zwischen tatsächlichen und vermeintlichen Kurzschlüssen unterschieden werden. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2 wesentliche Elemente der Endstufe, 3 ein erstes Flußdiagramm und 4 ein zweites Flußdiagramm zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
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In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung grobschematisch als Blockdiagramm dargestellt.
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Mit 100 ist ein Verbraucher bezeichnet, der über einen ersten Anschluß 101 und einen zweiten Anschluß 102 mit einer Endstufe 110 in Verbindung steht. Die Endstufe 110 wird über Leitungen 111 und 112 mit Ansteuersignalen von einer Steuereinheit 120 beaufschlagt. Die Endstufe 110 liefert über die Leitung 116 ein Signal an die Steuereinheit 120. Die Steuereinheit 120 verarbeitet verschiedene Signale verschiedener Sensoren 130, insbesondere eines Drehzahlsensors.
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Bei dem Verbraucher
100 handelt es sich um einen Elektromotor eines Leerlaufstellers, wie er beispielsweise in der
DE-OS 37 33 623 beschrieben ist. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt, sie kann auch bei anderen Verbrauchern Anwendung finden.
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Die Endstufe 110 setzt die Ansteuersignale der Steuereinheit 120, die über die Festleitungen 111 und 112 übertragen werden, in Ansteuersignale um. Die Steuereinheit 120 berechnet die Ansteuersignale ausgehend von den Ausgangssignalen der Sensoren 130.
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Die Endstufe 110 weist ferner eine Überwachungseinheit 105 auf, die bei auftretenden Fehlern über die Leitung 116 ein Fehlersignal abgibt. Insbesondere überwacht die Überwachungseinrichtung 105, ob ein Kurzschluß zwischen dem Verbraucher 110 und dem Masseanschluß, ein Kurzschluß zwischen der Versorgungsspannung oder ob ein Kurzschluß zwischen den beiden Anschlüssen des Verbrauchers besteht. Dies erfolgt dadurch, daß der Strom der durch den Verbraucher fließt mittels geeigneter Mittel erfaßt und dahingehend ausgewertet wird, ob er einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Die Stromerfassung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, das als Schaltmittel sogenannte Current-Sense-Fet verwendet werden.
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In 2 ist die Endstufe 110 detaillierter dargestellt. Elemente, die schon in 1 beschrieben wurden, sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Endstufe 110 umfaßt im wesentlichen vier Schaltmittel 211, 212, 213 und 214. Eine Versorgungsspannung Ubat steht über eine Verpolschutzdiode 220 mit einem Verbindungspunkt 222 in Verbindung. Der Verbindungspunkt 222 steht über ein Schaltmittel 211 mit dem Ausgang 102 in Verbindung. Des weiteren steht der Verbindungspunkt 222 mit dem zweiten Schaltmittel 212 mit dem Ausgang 101 in Kontakt.
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Der Ausgang 101 steht über ein drittes Schaltmittel 213 mit einem Verbindungspunkt 224 in Kontakt. Der zweite Ausgang 102 steht über ein viertes Schaltmittel 214 ebenfalls mit dem Verbindungspunkt 224 in Kontakt. Der Punkt 224 liegt vorzugsweise auf Massepotential. Diese Anordnung wird üblicherweise als H-Brücke bezeichnet.
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Über die Steuerleitung 111 wird das Schaltmittel 211 unmittelbar und das Schaltmittel 214 über ein Inverter 216 mit Ansteuersignalen beaufschlagt. Über die Steuerleitung 112 wird das Schaltmittel 212 unmittelbar und das Schaltmittel 213 über einern Inverter 217 mit Ansteuersignalen beaufschlagt.
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Vorzugsweise sind die Schaltmittel 211 bis 214 als Transistoren, insbesondere als Feldeffekttransistoren, realisiert. Durch Anlegen eines High-Signals an die Leitung 111 wird das Schaltmittel 211 geschlossen und das Schaltmittel 214 geöffnet. Durch Anlegen eines Low-Signals an die Leitung 112 wird das Schaltmittel 212 geöffnet und das Schaltmittel 213 geschlossen. Durch diese Ansteuerung wird der Stromfluß in eine erste Richtung durch den Verbraucher 100 freigegeben.
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Durch Anlegen eines Signals High an die Leitung 112 wird das Schaltmittel 212 in seinen geschlossenen Zustand und das Schaltmittel 213 in seinen offenen Zustand überführt. Durch Anlegen eines Signals Low an die Leitung 111 wird das Schaltmittel 214 in seinen geschlossenen Zustand und das Schaltmittel 211 in seinen offenen Zustand überführt. Durch diese Art der Ansteuerung wird der Stromfluß in eine zweite Stromrichtung durch den Verbraucher freigegeben.
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Zur Fehlerüberwachung wird, wie in 3 dargestellt vorgegangen. In bestimmten Zeitabständen, vorzugsweise alle 10 ms, wird ein Unterprogramm, das in 3 schematisch dargestellt ist, im Schritt 300 gestartet. Eine erste Abfrage 310 überprüft, ob die Diagnose der Endstufe 110 freigegeben ist. Diese Abfrage überprüft, ob definierte Betriebszustände vorliegen, in denen keine Diagnose durchgeführt wird. Hierbei handelt es sich um Betriebszustände, in denen der Strom größere Werte annimmt als im normalen Betrieb. Ist dies nicht der Fall, so setzt das Programm mit Schritt 350 fort, in dem das Unterprogramm endet und zum Hauptprogramm der Steuerung der Brennkraftmaschine zurückgegangen wird.
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Durch diese Vorgehensweise wird verhindert, daß in bestimmten Betriebszuständen, in denen möglicherweise ein größerer Strom fließt als im Normalbetrieb, auf Fehler erkannt wird. Ein solcher Betriebszustand liegt beispielsweise vor, wenn die Steuereinheit solche Ansteuersignale vorgibt, daß der Leerlaufsteller eine bevorzugte Stellung, wie beispielsweise seine Endanschläge einnimmt. Desweiteren sind erhöhte Stromwerte auch bei extremen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise niederen Temperaturen, möglich.
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Der oben beschriebene Effekt könnte auch durch einen höheren Schwellwert bei der Stromüberwachung realisiert werden. Bei einem höheren Schwellwert können aber im Normalbetrieb nicht alle Fehler sicher erkannt werden. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise, daß der Schwellwert für den Strom so gewählt wird, daß Stromwerte, die im Normalbetrieb nicht auftreten, eine Fehlermeldung bewirken und außerhalb des Normalbetriebs bei vorliegen bestimmter Betriebszustände, in denen höhere Stromwerte möglich sind, auch bei Vorliegen des Fehlersignals nicht auf Fehler erkant wird, können Fehler sicher erkannt werden.
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Ist die Diagnose freigegeben, so folgt die Abfrage 320, die überprüft, ob über die Leitung 116 ein Fehlersignal von der Endstufe übermittelt wurde. Ist dies nicht der Fall, so folgt ebenfalls Schritt 350. Vorzugsweise ist die Abfrage 320 so realisiert, daß alle 1,25 ms abgefragt wird, ob durch die Leitung 116 ein Fehlersignal anliegt, das einen Fehler anzeigt. Ist dies der Fall, so wird ein Fehlerbit gesetzt. Die Abfrage 320 wird dann in einem größeren Zeitabschnitt abgefragt. Erst nachdem mehrmals auf Fehler erkannt wurde, erfolgt eine Abschaltung der Endstufe.
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Ist dies der Fall, so folgt die Abfrage 330, die überprüft, ob eine sogenannte Entprellzeit ET abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt ebenfalls Schritt 350. Ist dies der Fall, dies bedeutet, das Signal 116 auf der Leitung 116 liegt länger als eine vorgegebene Zeitschwelle TS an, so folgt Schritt 340. In Schritt 340 wird die Endstufe 110 abgeschaltet. Dies bedeutet, daß alle Ausgangssignale auf Low-Pegel liegen.
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Mittels dieser Vorgehensweise können Sonderfälle, unter denen von der Endstufe 110 ein Kurzschluß erkannt wurde, ohne daß ein echter Kurzschluß vorliegt, von den Zuständen unterschieden werden, bei denen kein Kurzschluß vorliegt, obwohl der Strom den Schwellwert kurzzeitig überschritten hat. Mittels dieser Vorgehensweise ist es möglich, die Sonderfälle zu erkennen, bei denen die Endstufe aufgrund des in bestimmten Betriebszuständen fließenden erhöhten Stroms, einen Fehler anzeigt.
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In diesen Fällen wird über eine zeitliche Filterstufe die schädliche Auswirkung des von der Endstufe abgegebenen Fehlersignals vermieden. Erst, wenn die vorab definierte Wartezeit abgelaufen ist, wird auf Kurzschluß erkannt. Mittels einer geeignete Zeitüberwachung des Fehlersignals können so alle relevanten Fehlerzustände des Stellers sicher diagnostiziert werden und eine angemessene Reaktion eingeleitet werden.
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Bei einem kurzzeitigen Überschreiten des Schwellwerts für den zulässigen Strom, der üblicherweise einem Kurzschluß entspricht, erfolgt keine Fehlerreaktion. Erst, nachdem der Fehlersignal für eine längere Zeit aufgetreten ist, was auf einen tatsächlichen Kurzschluß hinweist, wird auf Fehler erkannt und entsprechende Maßnahmen eingeleitet. Beispielsweise wird bei erkanntem Fehler die Endstufe abgeschaltet.
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Um nach einem erkannten Fehler einen Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, wird in größeren Zeitabschnitten die Endstufe 110 nacheinander in drei verschiedene Zustände geschaltet, um zu prüfen, ob der Kurzschluß noch vorhanden ist. Wird kein Kurzschluß mehr festgestellt, wird die Endstufe für die normale Ansteuerung freigegeben. Dies erfolgt gemäß einem in 4 dargestellten Unterprogramm.
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Dieses Unterprogramm wird in einem bestimmten Zeitraster mit dem Schritt 400 gestartet. Die Abfrage 410 prüft, ob die Endstufe abgeschaltet ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt Schritt 490, in dem das Unterprogramm endet und zum Hauptprogramm zurückgesprungen wird.
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Erkennt die Abfrage 410, daß die Endstufe 110 abgeschaltet ist, wird in Schritt 420 auf die Leitung 111 ein High-Signal H1 und auf die Leitung 112 ein High-Signal H2 gegeben. Die anschließende Abfrage 430 überprüft, ob auf der Leitung 116 eine Fehlermeldung auftritt. Eine Fehlermeldung würde auftreten, wenn der Verbraucher einen Kurzschluß gegen Masse aufweist. Tritt ein Fehler auf, so folgt wieder Schritt 490.
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Tritt kein Fehler auf, so wird im Schritt 440 die Leitung 111 mit einem Low-Signal L1 und die Leitung mit einem Low-Signal L2 beaufschlagt. Die sich anschließende Abfrage 450 überprüft, ob auf der Leitung 116 ein Fehlersignal auftritt. Ist dies der Fall, so folgt ebenfalls Schritt 490. Erkennt die Abfrage 450, daß ein Fehlersignal anliegt, so ist dies ein Indiz dafür, daß ein Kurzschluß zwischen dem Verbraucher und der Versorgungsspannung Ubat aufgetreten ist.
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Anschließend wird in Schritt 460 über die Ansteuerleitung 111 ein Low-Signal L1 und über die Leitung 112 ein High-Signal H2 vorgegeben. Es ist auch möglich, daß über die Leitung 111 ein High-Signal und über die Leitung 112 ein Low-Signal abgegeben wird. Die anschließende Abfrage 470 überprüft, ob auf der Leitung 116 ein Fehlersignal anliegt. Mittels dieser Abfrage können weitere Fehlerzustände, insbesondere ein Windungsschluß erkannt werden. Ist dies der Fall, so folgt Schritt 490. Ist dies nicht der Fall, d. h., keine der Abfragen 430, 450 und 470 erkannte, daß auf der Leitung 116 kein Signal auftrat, so wird in Schritt 480 die Endstufe 110 wieder eingeschaltet.
