DE19722017A1 - Elektrische Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit einem elektrischen Bauelement, das einen Anschluß für eine Bauelement-Masse aufweist, und mit einem elektrischen Steuergerät, das eine Masse aufweist, wobei der Anschluß mit der Masse verbunden ist. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Schaltung, die ein elektrisches Bauelement mit einem Anschluß für eine Bauelement-Masse sowie ein elektrisches Steuergerät mit einer Masse aufweist, wobei der Anschluß mit der Masse verbunden ist.

Eine derartige elektrische Schaltung ist beispielsweise im Kraftfahrzeugbau allgemein bekannt und wird dort zur Steuerung und/oder Regelung des Kraftfahrzeugs verwendet. Ist in dem Kraftfahrzeug beispielsweise eine Anti-Blockier-Regelung vorgesehen, so wird diese von dem elektrischen Steuergerät durchgeführt. Hierzu sind Eingangssignale erforderlich, die beispielsweise den momentanen tatsächlichen Druck in dem Bremssystem oder die Längs- oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs angeben. Die Messung dieses Drucks wird mit Hilfe des elektrischen Bauelements durchgeführt, das beispielsweise innerhalb des Bremszylinders, also entfernt von dem Steuergerät, angeordnet ist. Das Steuergerät und das Bauelement besitzen beide einen Masseanschluß, die im einfachsten Fall unmittelbar miteinander verbunden sind. Tritt nun ein Defekt auf, durch den der Bauelement-Anschluß für Masse beispielsweise einen Kurzschluß zur Batteriespannung des Kraftfahrzeugs bildet, so hat dies zur Folge, daß sehr hohe Ströme über die Verbindungsleitung zum Steuergerät fließen. Dies kann zur Folge haben, daß die Verbindungsleitung nicht nur verschmort, sondern daß zusätzliche weitere Brandschäden am Steuergerät oder gar am gesamten Kraftfahrzeug entstehen.

Zur Vermeidung derartiger Schäden ist es bekannt, in die Verbindungsleitung von dem Anschluß für die Bauelement-Masse zu der Masse des Steuergeräts eine Sicherung, beispielsweise in der Form einer Sollbruchstelle, einzubauen. Fließt nun in dem beschriebenen Kurzschlußfall ein sehr hoher Strom über die Verbindungsleitung, so brennt die Sicherung durch und die Verbindungsleitung ist unterbrochen. Abgesehen von der durchgebrannten Sicherung kann damit kein weiterer Schaden am Steuergerät oder am Kraftfahrzeug entstehen.

Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß durch einen Defekt der Anschluß für die Bauelement-Masse einen Kurzschluß beispielsweise mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs bildet. In diesem Fall entsteht ein Leckstrom über die Karosserie zur Masse des Steuergeräts. Dieser Leckstrom stellt einen sogenannten schlafenden Fehler dar und hat zur Folge, daß einerseits plausible Signale von dem elektrischen Bauelement abgegeben werden, daß aber andererseits beispielsweise im Moment einer aktiven Antiblockierregelung durch einen dadurch auftretenden Masseversatz die Sollbruchstelle zerstört wird. Dies bedeutet, daß der schlafende Fehler genau dann zur Auswirkung kommt, wenn die Antiblockierregelung aktiv ist, also genau dann, wenn ein Fehler gerade nicht auftreten darf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Schaltung zu schaffen, die unter allen Bedingungen eine korrekte Funktionsweise des elektrischen Bauelements gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Schaltung der eingangs genannten Art durch die Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen den Anschluß und die Masse ein von dem Steuergerät steuerbarer Schalter zwischengeschaltet ist. Desweiteren wird die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Erfindung dadurch gelöst, daß die Verbindung zwischen dem Anschluß und der Masse zumindest kurzzeitig unterbrochen wird.

Die mit Hilfe des zwischengeschalteten Schalters durchgeführte kurzzeitige Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Anschluß für die Bauelement-Masse und der Masse des Steuergeräts stellt letztendlich die Simulation eines Defekts in der elektrischen Schaltung dar. Es kann nun beispielsweise in vorab durchgeführten Tests festgestellt werden, wie die an sich voll funktionsfähige elektrische Schaltung auf diesen simulierten Defekt reagiert. Wird danach während des Betriebs des Kraftfahrzeugs der Defekt erneut simuliert, so kann wiederum festgestellt werden, wie nunmehr die elektrische Schaltung reagiert. Entspricht die Reaktion der elektrischen Schaltung während des Betriebs des Kraftfahrzeugs derjenigen Reaktion, die vorab bei voll funktionsfähiger elektrischer Schaltung festgestellt wurde, so kann daraus geschlossen werden, daß die elektrische Schaltung in Ordnung ist. Liegt hingegen beispielsweise ein Kurzschluß des Anschlusses für die Bauelement-Masse zur Karosserie des Kraftfahrzeugs vor, so hat dies zur Folge, daß die Reaktion der elektrischen Schaltung aufgrund einer Simulation des genannten Defekts sich von derjenigen Reaktion unterscheidet, die bei voll funktionsfähiger elektrischer Schaltung vorab festgestellt wurde. Aus dieser unterschiedlichen Reaktion der elektrischen Schaltung kann dann gefolgert werden, daß die elektrische Schaltung nicht in Ordnung ist, daß also ein tatsächlicher Defekt in der elektrischen Schaltung vorhanden ist.

Durch die Erfindung ist es also möglich, unter anderem auch einen Kurzschluß des Anschlusses für die Bauelement-Masse beispielsweise zur Karosserie des Kraftfahrzeugs sicher zu erkennen. Es können somit auch die genannten schlafenden Fehler vorab erkannt werden. Eine Verfälschung des von dem Bauelement erzeugten Signals aufgrund eines Defektes der elektrischen Schaltung wird somit durch die Erfindung erkannt. Ebenfalls wird ein Ausfall des Bauelements aufgrund eines schlafenden Fehler vermieden. Dadurch wird beispielsweise eine fehlerhafte Anti-Blockier-Regelung oder deren Ausfall mit Hilfe der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung sicher vermieden.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Schalter einen Transistor, insbesondere einen sogenannten Low-Side-Treiber auf. Durch die Verwendung des Transistors wird eine besonders einfache Ansteuerung des Schalters durch das Steuergerät erreicht. Darüber hinaus kann durch die Verwendung des genannten Low-Side-Treibers eine zusätzliche Überwachung und Sicherung der elektrischen Schaltung bewirkt werden. So ist der genannte Low-Side-Treiber in der Lage, einen zu großen Strom, der beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses zur Batteriespannung des Kraftfahrzeugs entsteht, zu erkennen und sich dann automatisch selbst abzuschalten. Ebenfalls ist der Low-Side-Treiber in der Lage, eine entsprechende Anschaltung bei einer zu großen anliegenden Spannung oder bei einer zu großen Betriebstemperatur automatisch durchzuführen. Auf diese Weise wird durch die Erfindung gewährleistet, daß auch ein Kurzschluß beispielsweise zur Batteriespannung des Kraftfahrzeugs sicher erkannt und vor allem dadurch ein Schaden an dem Steuergerät oder gar am Kraftfahrzeug sicher vermieden wird.

Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wird die Verbindung zwischen dem Anschluß für die Bauelement-Masse und die Masse des Steuergeräts in einem bestimmten Betriebszustand unterbrochen, insbesondere unmittelbar nach dem Einschalten der elektrischen Schaltung. Auf diese Weise wird erreicht, daß beispielsweise bei jeder Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs die Funktionsfähigkeit der elektrischen Schaltung geprüft wird. Es wird also bei jedem Einschalten der elektrischen Schaltung die genannte Verbindung kurzzeitig unterbrochen, so daß während dieser Unterbrechung festgestellt werden kann, ob die sich ergebende Reaktion der elektrischen Schaltung sich von der erwarteten Reaktion der elektrischen Schaltung unterscheidet. Ist dies nicht der Fall, so kann, wie beschrieben, davon ausgegangen werden, daß die elektrische Schaltung in Ordnung ist. Liegt jedoch eine Abweichung vor, so kann daraus gefolgert werden, daß die elektrische Schaltung einen Defekt aufweist. Dieser Defekt kann dann sofort auf irgendeine Art und Weise beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs angezeigt werden. Der Defekt wird also erkannt, bevor der Defekt während des Betriebs des Kraftfahrzeugs zu irgendwelchen Fehler oder gar ernsthafteren Folgen führt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Verbindung zwischen dem Anschluß für die Bauelement-Masse und der Masse des Steuergeräts zyklisch unterbrochen. Dies bedeutet, daß in aufeinanderfolgenden Zeitabständen die Verbindung kurzzeitig unterbrochen wird, um die Funktionsfähigkeit der elektrischen Schaltung zu überprüfen. Auf diese Weise wird durch die Erfindung erreicht, daß auch beispielsweise während des Betriebs des Kraftfahrzeugs fortwährend eine Überprüfung der elektrischen Schaltung stattfindet und damit ein während des Betriebs des Kraftfahrzeugs auftretender Defekt der elektrischen Schaltung sofort erkannt und beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs angezeigt werden kann. Es wird also gewährleistet, daß auch bei einem während des Betriebs des Kraftfahrzeugs auftretenden Defekt sofort entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung 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 Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung.

In der Figur ist eine elektrische Schaltung 1 dargestellt, die einen analogen Sensor 2 zur Messung beispielsweise eines Drucks oder einer Temperatur aufweist. Der Sensor 2 besitzt einen Anschluß 3 für eine Versorgungsspannung, einen Anschluß 4, an dem ein dem gemessenen Druck oder der gemessenen Temperatur entsprechendes analoges Signal ansteht, sowie einen Anschluß 5 für Masse. Über elektrische Leitungen 6, 7, 8 sind die Anschlüsse 3, 4, 5 mit Steckkontakten 9, 10, 11 oder dergleichen verbunden.

Der Steckkontakt 9 ist über einen Kontakt und eine elektrische Leitung an eine Spannungsversorgung 12 angeschlossen, die eine positive Spannung + UB liefert. Der Steckkontakt 10 ist über einen Kontakt und eine elektrische Leitung an einen Analog- Digital-Wandler 13 angeschlossen, der seinerseits mit einem Mikrocomputer 14 verbunden ist. Der Steckkontakt 11 ist über einen Kontakt und eine elektrische Leitung mit dem einen Anschluß eines Schalters 15 verbunden, dessen anderer Anschluß auf Masse 16 liegt. Der Steuereingang des Schalters 15 ist an den Mikrocomputer 14 angeschlossen.

Die Spannungsversogung 12, der Analog-Digital-Wandler 13, der Mikrocomputer 14 und der Schalter 15 gehören zu einem Steuergerät 17 eines Kraftfahrzeugs. Das Steuergerät 17 ist dazu vorgesehen, beispielsweise eine Antiblockierregelung oder eine Antischlupfregelung bei dem Kraftfahrzeug auszuführen. Der Sensor 2 stellt ein von dem Steuergerät 17 unabhängiges Bauelement 18 dar, das entfernt von dem Steuergerät 17 angeordnet und zur Messung beispielsweise des Drucks in dem Bremssystem des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Das Gehäuse des Steuergeräts 17 und das Gehäuse des Bauelements 18 sind beispielsweise über die Karosserie des Kraftfahrzeugs miteinander verbunden und liegen auf Masse 16.

Als Schalter 15 ist ein sogenannter Low-Side-Treiber vorgesehen. Dabei handelt es sich um eine Schaltvorrichtung, die die folgenden Merkmale aufweist. Im geschlossenen Zustand der Schaltvorrichtung erfolgt durch die Schaltvorrichtung ab einer bestimmten Stromstärke automatisch eine Strombegrenzung. Dies bedeutet, daß, wenn die Stromstärke über den bestimmten Wert ansteigt, automatisch der Strom über die Schaltvorrichtung begrenzt oder ganz abgeschaltet wird.

Desweiteren besitzt die Schaltvorrichtung einen Überhitzungsschutz, wonach bei Überschreiten einer bestimmten maximalen Betriebstemperatur der Schaltvorrichtung automatisch der Strom über die Schaltvorrichtung begrenzt oder ganz ausgeschaltet wird.

Im normalen Betriebszustand der elektrischen Schaltung, also wenn kein Defekt vorliegt, liegt der Sensor 2 einerseits an der Spannung + UB an, sowie andererseits über den geschlossenen Schalter 15 auf Masse 16. Über den Anschluß 4 liefert der Sensor 2 ein Ausgangssignal, das beispielsweise dem gemessenen Druck in dem Bremssystem des Kraftfahrzeugs entspricht. Dieses analoge Ausgangssignal wird von dem Analog- Digital-Wandler 13 digitalisiert und dann von dem Mikrocomputer 14 beispielsweise im Rahmen einer Antiblockierregelung verarbeitet.

Ein Defekt der elektrischen Schaltung 1 kann darin bestehen, daß der Anschluß 5 des Sensors 2 oder die elektrische Leitung 8 einen Kurzschluß bildet zu der Spannung + UB. In diesem Fall fließt ein sehr großer Strom über die elektrische Leitung 8 zu dem Schalter 15. Dies hat zur Folge, daß die in dem als Schalter 15 vorgesehenen Low-Side-Treiber enthaltene Strombegrenzung entweder den genannten Kurzschlußstrom begrenzt oder den Schalter in seinen geöffneten Zustand überführt und damit den Stromfluß unterbricht. In jedem Fall ist durch den Schalter 15 gewährleistet, daß kein großer Kurzschlußstrom für eine längere Zeitdauer auf der Leitung 8 und über den Schalter 15 nach Masse 16 fließen kann. Ein Verschmoren der Leitung 8 oder sonstige Brandschäden an dem Steuergerät 17 oder an dem Kraftfahrzeug werden sicher vermieden.

Liegt der Kurzschlußstrom über dem Schalter 15 unter dem bestimmten Wert, bei dem der Schalter 15 den Stromfluß begrenzt oder ganz abschaltet, so hat dies zur Folge, daß dieser Kurzschlußstrom über den Schalter 15 fließt und diesen zumindest mit der Zeit erwärmt. Ist die maximale Betriebstemperatur des Schalters 15 erreicht, so hat dies zur Folge, daß der Schalter 15 wiederum automatisch entweder den Stromfluß begrenzt oder ganz abschaltet. Durch diese Temperaturbegrenzung wird somit ebenfalls ein Schaden an dem Steuergerät 17 sicher vermieden.

Wird nun während des Betriebs der elektrischen Schaltung 1 der Schalter 15 zumindest kurzzeitig von dem Mikrocomputer 14 in seinen geöffneten Zustand überführt, so hat dies aufgrund der fehlenden Sensor-Masse zur Folge, daß das auf der elektrischen Leitung 7 anstehende Ausgangssignal des Sensors 2 sich verändert. Diese Veränderung wird von dem Mikrocomputer 14 überwacht und mit einer vorab ermittelten und abgespeicherten Veränderung verglichen. Diese vorab ermittelte Veränderung stellt dabei diejenige Veränderung des Ausgangssignals dar, die eintritt, wenn die elektrische Schaltung 1 voll funktionsfähig ist, also keinen Defekt aufweist. Durch den Vergleich dieser vorab ermittelten Veränderung mit der im Betrieb erfaßten Veränderung kann der Mikrocomputer 14 entscheiden, ob die elektrische Schaltung 1 defekt ist oder nicht.

Entspricht die während des Betriebs der elektrischen Schaltung 1 erfaßte Veränderung der vorab ermittelten und abgespeicherten Veränderung, so bedeutet dies, daß die elektrische Schaltung 1 keinen Defekt aufweist. Unterscheidet sich hingegen die während des Betriebs erfaßte Veränderung von der vorab ermittelten Veränderung, so bedeutet dies, daß in der elektrischen Schaltung 1 ein Defekt vorhanden ist.

Ist beispielsweise der Anschluß 5 des Sensors 2 oder die elektrische Leitung 8 über einen Kurzschluß mit dem Gehäuse des Bauelements 18 verbunden, so hat dies zur Folge, daß über diesen Kurzschluß und das Gehäuse des Bauelements 18 sowie das Gehäuse des Steuergeräts 17 ein Leckstrom nach Masse 16 fließt. Dieser Leckstrom mag relativ klein sein, hat jedoch trotzdem zur Folge, daß das auf der Leitung 7 anstehende Ausgangssignal des Sensors 2 nicht mehr korrekt beispielsweise dem Druck in dem Bremssystem des Kraftfahrzeugs entspricht. Wird nun der Schalter 15 kurzzeitig geöffnet, so ist die Verbindung von dem Steckkontakt 11 nach Masse 16 unterbrochen. Ohne den vorgenannten Defekt der elektrischen Schaltung 1 hätte damit der Sensor 2 keine Sensormasse. Aufgrund des beschriebenen Kurzschlusses des Sensors 2 über das Gehäuse nach Masse 16 liegt jedoch auch bei geöffnetem Schalter 15 der Anschluß 5 des Sensors 2 auf Masse. Dies hat zur Folge, daß das Ausgangssignal des Sensors 2 auf der Leitung 7 sich im Wesentlichen nicht verändert. Damit unterscheidet sich dieses Ausgangssignal von einem Ausgangssignal, das vorab bei einer vollständig funktionsfähigen elektrischen Schaltung 1 ermittelt worden ist. Der Mikrocomputer 14 überwacht während der Zeitdauer, in der der Schalter 15 geöffnet ist, das von dem Analog-Digital-Wandler empfangene Ausgangssignal des Sensors 2. Der Mikrocomputer 14 vergleicht dieses Ausgangssignal mit dem vorab ermittelten und abgespeicherten Ausgangssignal. Auf diese Weise kann der Mikrocomputer 14 den genannten Unterschied feststellen und beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs einen Fehler anzeigen.

Durch die beschriebene Erkennung des durch den Leckstrom auftretenden Fehlers wird des weiteren vermieden, daß aufgrund von Masseversätzen in der elektrischen Schaltung 1 derart große Ausgleichsströme auf einer der Leitungen 6, 7, 8 fließen, die zur Zerstörung einer der Leitungen 6, 7, 8 führen. Es wird somit gewährleistet, daß gerade dann, wenn das Ausgangssignal des Sensors 2 beispielsweise von der Antiblockierregelung gebraucht wird, der Sensor 2 auch voll funktionsfähig ist und nicht durch schlafende Fehler ausfällt.

Es ist nun möglich, das beschriebene kurzzeitige Öffnen des Schalters 15 zyklisch während des Betriebs der elektrischen Schaltung 1, also während des Betriebs des Kraftfahrzeugs durchzuführen. Ebenfalls ist es möglich, die genannte Unterbrechung des Anschlusses 5 des Sensors 2 zur Masse 16 immer nur einmalig, und zwar beispielsweise bei der Inbetriebnahme der elektrischen Schaltung 1, also beispielsweise beim Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs durchzuführen.

Desweiteren kann durch das Öffnen des Schalters 15 der Sensor ein- und ausgeschaltet werden. Dies bedeutet, daß durch ein Öffnen des Schalters 15 und ein daraus resultierendes Abschalten des Sensors 2 elektrische Energie und damit bei einem Kraftfahrzeug letztlich Kraftstoff eingespart werden kann. Gleichzeitig bedeutet dies, daß durch das Abschalten des Sensors 2 beispielsweise weniger Wärme durch den Betrieb des Sensors 2 erzeugt wird. Es ist damit möglich, mit Hilfe des Schalters 15 den Sensor immer genau dann einzuschalten, wenn der Mikrocomputer 14, beispielsweise in definierten Zeitabständen, ein Ausgangssignal des Sensors 2 erwartet.

Claims (12)

1. Elektrische Schaltung (1) mit einem elektrischen Bauelement (18), das einen Anschluß (5) für eine Bauelement-Masse aufweist, und mit einem elektrischen Steuergerät (17), das eine Masse (16) aufweist, wobei der Anschluß (5) mit der Masse (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschluß (5) und die Masse (16) ein von dem Steuergerät (17) steuerbarer Schalter (15) zwischengeschaltet ist.

2. Elektrische Schaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (15) einen Transistor, insbesondere einen sogenannter Low-Side-Treiber, aufweist.

3. Elektrische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Bauelement (18) einen analogen Sensor (2), beispielsweise zur Messung eines Drucks oder einer Temperatur oder dergleichen, aufweist.

4. Elektrische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Steuergerät (17) einen programmierbaren Mikrocomputer aufweist.

5. Elektrische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Antiblockierregelung oder eine Antischlupfregelung oder dergleichen.

6. Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Schaltung (1), die ein elektrisches Bauelement (18) mit einem Anschluß (5) für eine Bauelement-Masse sowie ein elektrisches Steuergerät (17) mit einer Masse (16) aufweist, wobei der Anschluß (5) mit der Masse (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Anschluß (5) und der Masse (16) zumindest kurzzeitig unterbrochen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von dem Steuergerät (17) unterbrochen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung in einem bestimmten Betriebszustand unterbrochen wird, insbesondere unmittelbar nach dem Einschalten der elektrischen Schaltung (1).

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zyklisch unterbrochen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Bauelement (18) geliefertes Signal zumindest während der Unterbrechung der Verbindung überwacht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal an das Steuergerät (17) geliefert und von dem Steuergerät (17) überwacht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Verbindung fließende Strom begrenzt wird.