DE19844454A1 - Steuerschaltung zwischen einem Port eines Mikroprozessors und einem Stellglied und Verfahren zum Aufrechterhalten des momentanen Zustands eines Stellglieds während eines Einbruchs der Versorgungsspannung - Google Patents

Steuerschaltung zwischen einem Port eines Mikroprozessors und einem Stellglied und Verfahren zum Aufrechterhalten des momentanen Zustands eines Stellglieds während eines Einbruchs der Versorgungsspannung

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Abstract

Eine Steuerschaltung (1) zwischen einem Steuerport (10) eines Mikroprozessors (11) und einem Stellglied (6) weist eine Steuerstufe (2) auf, deren Klemmenanschluß (3) mit einer Stellgliedklemme (4), und deren Steueranschluß (12) mit dem Steuerport (10) des Mikroprozessors (11) verbunden ist. Im Normalbetrieb ist der Steuerport (10) als Eingang geschaltet und die Steuerstufe (2) gibt abhängig von der Klemmenspannung ein Steuersignal aus, das in einer Treiberstufe (5) verstärkt wird. Durch Schalten des Steuerports (10) als Ausgang und Anlegen eines Low-Pegels an den Steueranschluß (12) kann die Steuerstufe (2) gesperrt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zwischen einem Port eines Mikroprozessors und einem Stellglied in einem Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Aufrechterhalten des mo­ mentanen Zustands eines von einem Mikroprozessor gesteuerten Stellglieds während eines Einbruchs der Versorgungsspannung.
In modernen Kraftfahrzeugen werden Stellglieder zunehmend von Mikroprozessoren gesteuert. Während des Startvorgangs des Mo­ tors eines Kraftfahrzeuges kommt es zu Spannungseinbrüchen bis hinab zu +3 Volt. Mikroprozessorsysteme werden bei sol­ chen Spannungseinbrüchen in der Regel in den Reset-Zustand versetzt. Hierbei werden die Anschlüsse oder Ports als hochohmige Eingänge (Tristate-Zustand) geschaltet und die mo­ mentan ausgeführte Funktion wird abgebrochen. Um dies zu ver­ meiden, kann das Mikroprozessorsystem einschließlich einer Zusatzschaltung mit einem Kondensator gepuffert werden.
Aus der Patentschrift DE 197 20 191 C1 ist bekannt, eine Puf­ ferschaltung zwischen den Ausgang eines Mikropkozessors und ein Stellglied in einem Kraftfahrzeug zu schalten. Dabei weist die Pufferschaltung eine Vergleichsschaltung auf, die bei Erreichen eines vorbestimmten Spannungspegels zwischen einem High-Pegel und einem Low-Pegel, der an das Steuergerät angelegt wird, umschaltet. Ferner umfaßt die Pufferschaltung einen Energiespeicher in Form eines Pufferkondensators. Die Anordnung dieses Energiespeichers zwischen dem Ausgang des Mikroprozessors und dem hochohmigen Eingang der Vergleichs­ schaltung ermöglicht die Aufrechterhaltung einer Funktion mit verhältnismäßig wenig Energie. Es kann daher ein Kondensator in SMD-Bauweise als Energiespeicher eingesetzt werden. Eine derartige Pufferschaltung ist aber mit einem hohen Schal­ tungsaufwand und somit erhöhten Kosten verbunden.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die Funktion eines von einem Mikroprozessor gesteuerten Stell­ glieds mit geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand auch dann aufrechtzuerhalten, wenn der Mikroprozessor in Folge eines Einbruchs der Versorgungsspannung in den Reset-Zustand gegan­ gen ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Steuerschal­ tung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfah­ ren nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Die erfindungsgemäße Steuerung eines Stellglieds in einem Kraftfahrzeug eignet sich insbesondere für Funktionen wie An­ lasser, Scheibenwischer, Heckscheibenheizung, Sitzheizung, Innenbeleuchtung, Blinker und dergleichen, die üblicherweise über den Port eines Mikrocontrollers gesteuert werden.
Eine Steuerschaltung wird zwischen den Port eines Mikrocon­ trollers und das zu steuernde Stellglied geschaltet. Die Steuerschaltung weist eine Steuerstufe auf, die elektrisch mit der dem zu steuernden Stellglied zugehörigen Klemme der elektrischen Anlage im Kraftfahrzeug, z. B. der Starterklemme oder der Blinkerklemme - im folgenden allgemein als Stell­ gliedklemme bezeichnet, verbunden ist. Das Ausgangssignal der Steuerstufe wird in einer in die Steuerschaltung integrierten Treiberstufe entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Stellglieds verstärkt und zur Steuerung des Stellglieds ver­ wendet. Ein Mikroprozessor ist ebenfalls elektrisch mit der Steuerstufe verbunden, führt aber lediglich übergeordnete Kontroll- und Diagnosefunktionen aus.
Die Verlagerung der primären Steuerfunktion vom Mikroprozes­ sor auf die Steuerschaltung in Verbindung mit der entspre­ chenden Stellgliedklemme ermöglicht auf einfache Weise die Aufrechterhaltung der Stellgliedfunktion unabhängig von der Versorgungsspannung des Mikroprozessors.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerschal­ tung.
Eine Steuerschaltung 1 weist eine Steuerstufe 2 auf, die über einen Klemmenanschluß 3 elektrisch mit der Anlasserklemme 4 des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Ausgangssignal der Steuerstufe 2 - im folgenden Steuersignal genannt - wird in einer Treiberstufe 5 verstärkt und zum Steuern eines Anlas­ sers 6 verwendet. An der Anlasserklemme 4 liegt bei geschlos­ senem Zündanlaßschalter, also während des gesamten Startvor­ gangs des Motors, eine Klemmenspannung von üblicherweise 12 Volt an. Aus dieser Klemmenspannung wird in der Steuerstufe 2 über einen Spannungsteiler 7, bestehend aus Widerständen R2, R3 und R4, die Spannung am Eingang eines Transistors T1 so eingestellt, daß dieser durchschaltet. Der Transistor T1 kann dabei als bipolarer npn-Transistor oder als n-Kanal-Feld­ effekttransistor ausgeführt sein. Um die zum Steuern des An­ lassers 6 notwendige Stromstärke bereitzustellen, wird das Steuersignal in einer Treiberstufe 5 verstärkt. Derartige Treiberstufen sind an sich bekannt und üblicherweise als Transistor-Treiberschaltung mit Strombegrenzung ausgeführt.
Ein Ableitwiderstand R1, über den der Klemmenanschluß 3 der Steuerstufe 2 mit Masse verbunden wird, verhindert, daß bei offenem Zündanlaßschalter, also außerhalb eines Startvorgangs des Motors, der Transistor T1 durch Leckströme bedingt durch­ geschaltet wird. Diese Leckströme können z. B. daraus resul­ tieren, daß Übergangswiderstände in Folge von Feuchtigkeit herabgesetzt werden.
Ein Steuerport 10 eines als Mikrocontroller 11 geschalteten Mikroprozessors ist über einen Steueranschluß 12 der Steuer­ stufe 2 und den Spannungsteiler 7 ebenfalls mit dem Eingang des Transistors T1 verbunden. Dieser Steuerport 10 ist wäh­ rend eines zulässigen Startvorgangs- allgemein als Normalbe­ trieb bezeichnet - sowohl in der Normalspannungsphase als auch im Reset-Zustand, also während eines Spannungseinbruchs, als hochohmiger Eingang (Tristate-Zustand) geschaltet. Die Werte der Widerstände R2, R3 und R4 des Spannungsteilers 7 werden dabei derart festgelegt, daß der am Steueranschluß 12 anliegende Spannungspegel während des Startvorganges, also bei vorhandener Klemmenspannung an der Anlasserklemme 4, vom Mikrocontroller 11 als High-Pegel erkannt und über den Steu­ erport 10 in den Mikrocontroller 11 eingelesen wird. Um eine Rückspeisung von Spannung vom Steuerport 10 des Mikrocontrol­ lers 11 in die Anlasserklemme 4 zu vermeiden, ist in der Steuerstufe 2 eine Entkopplungsdiode D1 in Flußrichtung zwi­ schen den Klemmenanschluß 3 und den Spannungsteiler 7 ge­ schaltet.
Im Normalbetrieb wird somit die Steuerung des Anlassers 6 durch die Steuerstufe 2 vom Mikrocontroller 11 nicht beein­ flußt. Es besteht aber die Möglichkeit, den Steuerport 10 des Mikrocontrollers 11 im Sonderfall als Ausgang zu schalten und den Transistor T1 durch Ausgabe eines Low-Pegels am Steuer­ port 10 unabhängig von einer an der Anlasserklemme 4 anste­ henden Klemmenspannung zu sperren, so daß von der Steuerstufe 2 kein Steuersignal ausgegeben wird. Ein solcher Sonderfall kann z. B. im Rahmen der Funktion einer Anlaßsperre auftreten. Hierbei werden zu Beginn eines Startvorgangs vom Mikrocon­ troller 11 Eingangszustände verschiedener Aggregate des Fahr­ zeugs, z. B. Bremse oder Kupplung, abgefragt. Falls dabei un­ zulässige Eingangszustände auftreten, z. B. Bremse oder Kupp­ lung nicht betätigt, wird die Steuerung des Anlassers 6 aus Sicherheitsgründen durch Anlegen eines Low-Pegels am Steuer­ anschluß 12 der Steuerstufe 2 blockiert.
Über eine Diagnoseleitung 15 ist ein Ausgang der Treiberstufe 5 mit einem als Eingang geschalteten Diagnoseport 16 des Mi­ krocontrollers 11 verbunden. Am Diagnoseport 16 kann auf die­ se Weise der Spannungspegel am Ausgang der Treiberstufe 5 in den Mikrocontroller 11 eingelesen werden. Im Normalbetrieb, also solange der Steuerport 10 als Eingang geschaltet ist, kann somit die Funktionsfähigkeit der Steuerschaltung 1 durch Vergleich der am Steuerport 10 und der am Diagnoseport 16 des Mikrocontrollers 11 eingelesenen Spannungspegel auf einfache Weise diagnostiziert werden. Bei fehlender Übereinstimmung der beiden Spannungspegel, z. B. bei einem Kurzschluß des Aus­ gangs der Treiberstufe 5 gegen Masse, wird das vom Mikrocon­ troller 11 als Fehler erkannt. Auch in diesem Sonderfall wird der Steuerport 10 als Ausgang geschaltet und der Anlaßvorgang wird durch Ausgabe eines Low-Pegels abgebrochen oder vorsorg­ lich gesperrt.
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß der Anlasser 6 im Nor­ malbetrieb nicht direkt durch den Mikrocontroller 11, sondern durch die Steuerschaltung 1 in Verbindung mit der Anlasser­ klemme 4 gesteuert wird. Ein Einbruch der Versorgungsspannung und die damit verbundene Umschaltung des Mikrocontrollers 11 in den Reset-Zustand hat somit keine Auswirkungen auf den Zu­ stand des Anlassers 6. Der Mikrocontroller 11 übernimmt aber weiterhin übergeordnete Kontroll- und Diagnosefunktionen, wie z. B. die Überwachung der Funktionsfähigkeit der Steuerschal­ tung 1 und die aktive Sperrung der Steuerstufe 2 im Sonder­ fall.
Die Erfindung wurde beispielhaft für die Steuerung eines An­ lassers beschrieben, eine entsprechende Steuerschaltung ist aber auch für andere Stellglieder, die üblicherweise durch einen Mikroprozessor gesteuert werden, anwendbar.

Claims (10)

1. Steuerschaltung zwischen einem Steuerport (10) eines Mi­ kroprozessors (11) und einem Stellglied (6) in einem Kraft­ fahrzeug
  • 1. mit einer Steuerstufe (2),
    • 1. die einen Klemmenanschluß (3) aufweist, der mit der dem Stellglied (6) zugehörigen Stellgliedklemme (4) der elek­ trischen Anlage des Fahrzeugs verbunden ist und über den die Steuerstufe (2) mit Spannung versorgt wird,
    • 2. die einen Steueranschluß (12) aufweist, der mit dem Steu­ erport (10) des Mikroprozessors (11) verbunden ist und über den im Sonderfall vom Mikroprozessor (11) ein Low- Pegel an die Steuerstufe (2) angelegt wird, und
    • 3. durch die abhängig von den Spannungspegeln am Klemmenan­ schluß (3) und am Steueranschluß (12) ein Steuersignal zur Steuerung des Stellglieds (6) ausgegeben wird, und
  • 2. mit einer Treiberstufe (5), durch die das Steuersignal ver­ stärkt wird.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe (2) einen Transistor (T1) aufweist, des­ sen Eingang über einen Spannungsteiler (7) mit dem Klemmenan­ schluß (3) und mit dem Steueranschluß (12) der Steuerstufe (2) verbunden ist.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (7) so ausgelegt ist, daß im Normal­ betrieb bei Anliegen einer Klemmenspannung an der Stell­ gliedklemme (4) der auftretende Spannungspegel am Steueran­ schluß (12) vom Mikroprozessor (11) als High-Pegel erkannt wird und der Transistor (T1) durchschaltet.
4. Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entkopplungsdiode (D1) in Flußrichtung zwischen den Klemmenanschluß (3) und den Span­ nungsteiler (7) geschaltet ist.
5. Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmenanschluß (3) über ei­ nen Ableitwiderstand (R1) mit Masse verbunden ist.
6. Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberstufe (5) über eine Diagnoseleitung (15) mit einem Diagnoseport (16) des Mikro­ prozessors (11) verbunden ist.
7. Verfahren zum Aufrechterhalten des momentanen Zustands ei­ nes von einem Mikroprozessor (11) gesteuerten Stellglieds (6) während eines Einbruchs der Versorgungsspannung,
  • 1. bei dem das Stellglied (6) im Normalbetrieb durch eine Steuerschaltung (1) gesteuert wird, die über eine dem Stellglied (6) zugehörige Stellgliedklemme (4) mit Spannung versorgt wird, wobei
    • 1. eine in die Steuerschaltung (1) integrierte Steuerstufe (2) ein Steuersignal zur Steuerung des Stellglieds (6) ausgibt, und
    • 2. das Steuersignal in einer in die Steuerschaltung (1) in­ tegrierten Treiberstufe (5) verstärkt wird,
  • 2. bei dem die Steuerstufe (2) im Sonderfall durch Ausgabe ei­ nes Low-Pegels an einem Steuerport (10) des Mikroprozessors (11) gesperrt wird, so daß kein Steuersignal ausgegeben wird, und
  • 3. bei dem durch den Mikroprozessor (11) im Normalbetrieb Kon­ troll- und Diagnosefunktionen ausgeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerport (10) des Mikroprozessors (11) im Sonderfall als Ausgang geschaltet wird und ein Low-Pegel an einen Steueran­ schluß (12) der Steuerstufe (2) angelegt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Normalbetrieb der Steuerport (10) des Mikroprozessors (11) als Eingang geschaltet ist und über diesen der am Steueran­ schluß (12) der Steuerstufe (2) anliegende Spannungspegel in den Mikroprozessor (11) eingelesen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. daß der Spannungspegel am Ausgang der Treiberstufe (5) über eine Diagnoseleitung (15) und einen Diagnoseport (16) in den Mikroprozessor (11) eingelesen wird,
  • 2. daß im Mikroprozessor (11) die am Steuerport (10) und am Diagnoseport (16) eingelesenen Spannungspegel verglichen werden, und
  • 3. daß bei fehlender Übereinstimmung der beiden Pegel eine Fehlfunktion erkannt wird, der Steuerport (10) als Ausgang geschaltet wird und ein Low-Pegel an den Steueranschluß (12) der Steuerstufe (2) angelegt wird.
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