DE3734431C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des funktionsfähigen Zustands von Endstufenschaltungen für elektromotorische bzw. elektromagnetische Stellglieder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Überwachung des funktionsfähigen Zustands von End­ stufenschaltungen für elektronische oder elektro­ magnetische Stellglieder und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.

Elektromotorische oder elektromagnetische Stell­ glieder, die unmittelbar technische Prozesse beeinflus­ sen, deren Kontrolle und ggf. Beendigung jederzeit möglich sein muß, werden vielfach von Endstufenschal­ tungen angesteuert, die in den Energieversorgungslei­ tungen für die Stellglieder angeordnet sind. Derartige Endstufenschaltungen werden insbesondere durch Trei­ bertransistoren angesteuert. Es sind nach dem Stand der Technik aber auch Endstufenschaltungen mit Feldef­ fekttransistoren ohne Treibertransistoren denkbar. Für diese Schaltungen gilt das im folgenden gesagte sinnge­ mäß.

Die Treibertransistoren können in Brückenendstufen mit je 4 Transistoren und dem Stellglied in der Brücken­ diagonalen angeordnet sein. Zu den Endstufentransisto­ ren sind in diesem Falle zumeist Freilaufdioden parallel geschaltet. Um sicher zu sein, daß die Endstufenschal­ tungen bei Bedarf das Stellglied auch abschalten, muß die jeweilige Endstufenschaltung auf ihren funktionsfä­ higen Zustand überprüft werden.

In elektrisch betätigten Einrichtungen zur Verstel­ lung der Drosselklappe für Kraftfahrzeuge (E-Gas-Ein­ richtungen) werden z. B. die Endstufenschaltungen für den elektromotorischen Antrieb der Drosselklappe bei verschiedenen Störfällen nichtleitend gesteuert, um die Gemischzufuhr für den Verbrennungsmotor zu reduzie­ ren oder abzustellen. Die Endstufenschaltungen enthal­ ten Treibertransistoren, die aus Sicherheitsgründen, bei­ spielsweise redundant vorhanden sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in der Initialisierungsphase des gesamten Geräts zuerst zu prüfen, ob die Treiber­ transistoren und damit die gesamte Endstufe auf Ab­ schaltsignale hin auch sperren. Erst wenn eine Sperrung erfolgreich abgelaufen ist, werden die Treibertransisto­ ren für den Betrieb freigegeben. Bei elektrisch betätig­ ten Einrichtungen zur Verstellung der Drosselklappe kann die einwandfreie Funktion der Endstufentransisto­ ren der Stellglieder z. B. in der Initialisierungsphase durch Vorgabe eines Drehwinkels und Erfassung der entsprechenden Stellgliedbewegung festgestellt wer­ den. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß De­ fekte oder Störungen in den Abschaltkreisen während des laufenden Betriebs nicht festgestellt werden können.

Dieser Nachteil ist auch bei der aus der DE 30 28 699 B1 bekannten Einrichtung zur bewegungsfreien Prüfung einer elektrischen Rudermaschine gegeben. Bei dieser Einrichtung wird ein Stellantrieb dadurch auf seine Funktionstüchtigkeit geprüft, daß an einem Regeleingang eines Differenzverstärkers anstelle eines Regelsignales ein Wechselstromsignal angelegt wird, das bei fehlerfreiem Betrieb des Ruderregelkrei­ ses zu einem festen Spannungswert an dem Stellantrieb führt, wobei der feste Wert abhängig ist von dem eingespeisten Wechselstromsignal. Die in dieser Auslege­ schrift beschriebene Einrichtung hat daher den Nachteil, daß Defekte oder Störungen des Stellantriebes während des laufenden Betriebes nicht festgestellt werden kön­ nen, da das Einspeisen des Wechselstromsignales anstelle des Regelsignales mit­ tels eines anzuschließenden Signalgenerators und die Messung der daraus resultie­ renden Spannung mittels eines ebenfalls anzuschließenden Spannungsmessers er­ folgen muß, wobei weiterhin nicht das Ein- beziehungsweise Ausschalten als Reakti­ on auf ein Einschalt- beziehungsweise Ausschaltsignal der Endstufenschaltung überprüft wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Ver­ fahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des funktionsfähigen Zustands von Endstufenschaltungen für elektronische bzw. elektromagnetische Stellglieder zu entwickeln, die eine Fehlerfeststellung auch während des laufenden Betriebs der Endstufenschaltungen und Stellglieder erlauben.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 3 gelöst. Mit diesen Verfahren kann ohne störenden Eingriff in den zu steuernden technischen Prozeß eine Aussage über die Funktionsfähigkeit der Endstufen in bezug auf ihr Schaltvermögen erhalten werden. Das Abschalt­ vermögen ist vielfach kritischer als das Einschaltvermö­ gen, da zumeist durch das Einschalten Prozesse eingelei­ tet werden, die im Gefahrenfalle durch Abschaltung über die Stellglieder beendet werden müssen. Zeigt das Ergebnis der Prüfung an, daß eine Endstufenschaltung nicht mehr abschaltbar, d. h. defekt, ist, dann kann un­ verzüglich eine Meldung erzeugt und/oder der Prozeß über eine andere Eingriffsmöglichkeit beendet oder in einen vorgesehenen, stabilen Zustand versetzt werden. Wenn die Endstufenschaltungen nicht einwandfrei ar­ beiten, dann muß der Fehler nicht unbedingt in der je­ weiligen Endstufenschaltung liegen, sondern kann auch in den vor den Endstufenschaltungen angeordneten An­ steuerkreisen vorhanden sein.

Falls die Funktionsfähigkeit der Endstufenschaltun­ gen auch oder nur für sich bezüglich des Einschaltver­ mögens geprüft werden soll, dann wird mit Steuerbefehlen den Endstufenschaltungen ein kurzzeitiger Test-Ein­ schaltimpuls zugeführt, dessen Dauer kurz gegenüber der Ansprech-Reaktionszeit der Stell­ glieder ist, wobei während des Test-Einschalt­ impulses die Endstufenschaltungen auf deren leitenden Zustand geprüft werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 geht aus Anspruch 3.

Wenn bei einem vom jeweiligen Ansteuerelement er­ zeugten Steuerbefehlsignal ein Test-Abschaltimpuls vom Impuls­ geber ausgegeben wird, dann dominiert dieser und schaltet die zuge­ ordnete Endstufe dann ab, wenn diese einwandfrei ar­ beitet. Wenn die jeweilige Endstufenschaltung z. B. auf­ grund eines Kurzschlusses nicht arbeitet, wird dieser Fehler durch den Vergleich festgestellt. Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die oben beschriebenen Maßnahmen lassen sich vor­ teilhafterweise bei Stellgliedern für die Einstellung der Winkellage von Drosselklappen in Kraftfahrzeugen ein­ setzen, um bei kritischen Betriebszuständen sofort in die Leerlaufposition abschalten zu können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in ei­ ner Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nä­ her beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Überwa­ chung des funktionsfähigen Zustands von mit einem elektromotorischen Stellglied verbundenen Endstufen­ schaltungen Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzeugten Ab­ schaltsignalen.

Zwei Treibertransistoren (1, 2) einer Endstufenschal­ tung sind mit ihren Emittern an Masse gelegt und mit ihren Kollektoren je über einen Widerstand (3, 4) an einen elektromotorischen Antrieb (5) angeschlossen, der vorzugsweise für eine Drosselklappe einer elektri­ schen, Gemischzufuhreinrichtung bestimmt ist. Die Treibertransistoren (1, 2) sind jeweils für unterschiedli­ che Bewegungsrichtungen der Drosselklappe z. B. für Vor- und Rückwärtslauf, vorgesehen. Der Antrieb (5) enthält insbesondere einen in der Brückendiagonale ei­ ner Transistorbrückenschaltung angeordneten, nicht dargestellten Gleichstrommotor.

Die Basis des Treibertransistors (1) ist mit dem Aus­ gang eines Operationsverstärkers (6) verbunden, der in Open-Collector-Technik an einen Arbeitswiderstand (7) angeschlossen ist. Ein Operationsverstärker (8), dessen Ausgang in Open-Collector-Technik an einen Wider­ stand (9) angeschlossen ist, speist die Basis des Treiber­ transistors (2). Den Operationsverstärkern (6, 8) werden Einschaltbefehle durch einen Mikrocomputer (10) (Impulsgeber) vor­ gegeben.

Die Basen der Treibertransistoren (1, 2) sind je über Entkopplungsdioden (11, 12) mit dem Kollektor eines Transistors (13) verbunden, dessen Emitter ebenso wie die Emitter der Treibertransistoren (1, 2) an Massepo­ tential gelegt ist. Die Basis des Transistors (13) wird von einem ODER-Glied (14) angesteuert, das zwei Eingänge (19, 20) hat, die je mit verschiedenen Ausgängen des Mikrocomputers (10) verbunden sind.

Von den Widerständen (3, 4) führen jeweils Leitungen zu Eingängen von Komparatoren (15, 16), deren zweite Eingänge von Referenzpotentialen beaufschlagt sind. Die Ausgänge der Komparatoren (15, 16) sind je über UND-Glieder (17, 18) mit Eingängen des Mikrocompu­ ters (10) verbunden. Die zweiten Eingänge der UND- Glieder (17, 18) sind mit dem Ausgang (21) des ODER- Glieds (14) verbunden. Die UND-Verknüpfung der Aus­ gangssignale der Komparatoren (15, 16) mit dem Signal am Ausgang (21) kann auch programmtechnisch im Mi­ krocomputer (10) erfolgen, so daß sich die UND-Glie­ der (17, 18) einsparen lassen. Wenn die Treibertransisto­ ren (1 bzw. 2) durchlässig gesteuert werden sollen, wer­ den die Ausgänge der Operationsverstärker (6, 8) nichtlei­ tend gesteuert, so daß die Betriebsspannung über die Widerstände (7, 9) die Treibertransistoren (1 bzw. 2) mit Strömen versorgt. Der jeweils leitende Transistor (1 bzw. 2) versorgt den Antrieb (5) mit einem Strom be­ stimmter Richtung. Während der Mikrocomputer (10) dem jeweiligen Ein- oder Abschaltbefehl entsprechende Signale an die Operationsverstärker (6, 8) ausgibt, die die Ein- oder Abschaltsignale den Basen der Treiber­ transistoren (2) zuführt, arbeitet der Mikrocomputer (10) zugleich zyklisch als Impulsgeber, indem er den Ein­ gang (20) mit einem periodischen Signal beaufschlagt. Dieses Signal, das den Transistor (13) leitend steuert, gelangt über den Kollektor des Transistors (13) und die Entkopplungsdioden (11) bzw. (12) zu den Basen der Trei­ bertransistoren (1, 2). Wenn an einer oder an beiden Basen der Treibertransistoren (1, 2) ein Einschaltsignal mit einem hohen Pegel ansteht, dann senkt das Ab­ schaltsignal diesen Pegel, so daß der entsprechende Treibertransistor (1, 2) gesperrt wird. Die Dauer des periodischen Test-Abschaltimpulses, die in Fig. 2 mit T_test be­ zeichnet ist, ist auf eine Reaktionszeit, d. h. auf die elek­ trischen und mechanischen Gegebenheiten des Antriebs (5) abgestimmt. Die Dauer T_test ist so kurz eingestellt, daß das Sperren des Treibertransistors (1 bzw. 2) den Antrieb (5) nicht oder nur in einer vernachlässigbar ge­ ringen Weise beeinflußt. Wenn der Treibertransistor (1 oder 2) sperrt, hört der Stromfluß über die Widerstände (3 bzw. 4) auf. Weiterhin steigen die Potentiale an den Anschlüssen der Widerstände (3, 4) an. Die Potentiale an den Widerständen (3 bzw. 4) werden in den Komparato­ ren (15 bzw. 16) mit, den stromlosen Widerständen (3 bzw. 4), entsprechenden Potentialen verglichen. Falls Übereinstimmung festgestellt wird, liegt kein Fehler im überwachten Treibertransistor (1 bzw. 2) vor. Die Aus­ gangssignale der Komparatoren (15, 16) werden wäh­ rend der Dauer des Abschaltsignals T_test über die UND- Glieder (17, 18) dem Mikrocomputer (10) zur Weiter­ verarbeitung zugeführt. Stellt der Mikrocomputer (10) einen Fehler fest, dann erzeugt er über eine nicht darge­ stellte Anzeigeeinheit eine Meldung und beaufschlagt den Eingang (19) mit einem Signal, das den Transistor (13) ständig leitend steuert. Damit wird ein Abschaltsignal auf die Treibertransistoren (1 und 2) gegeben. Falls nicht eine Störung in diesen Treibertransistoren vorliegt, werden beide gesperrt. Auf diese Weises können Stö­ rungen in den Ansteuerschaltkreisen vor den Basen der Treibertransistoren (1 und 2) den Prozeß nicht mehr beeinflussen. Bei Störungen der Treibertransistoren (1 oder 2), z. B. infolge einer durchlegierten Emitter-Kol­ lektor-Strecke muß der entsprechende Transistor er­ setzt werden. Die Fehleranzeige über dem Mikrocom­ puter (10) weist darauf hin. Zugleich kann über den Mi­ krocomputer (10) der Antrieb beispielsweise durch Un­ terbrechung der Betriebsspannung abgeschaltet wer­ den. Das Ausschaltvermögen der Treibertransistoren (1 und 2) läßt sich auf die oben beschriebene Weise über­ prüfen.

Zur Prüfung des Einschaltvermögens bei ausgeschal­ teten Treibertransistoren (1, 2) kann eine periodisch be­ tätigte Transistorschaltung in Reihe mit den Betriebs­ spannungs-Anschlüssen der Operationsverstärker (6, 8) gelegt werden, so daß die Treibertransistoren (1, 2) im Takte der Prüffrequenz kurzzeitig eingeschaltet wer­ den. Die Dauer der Einschaltung wird hierbei so ge­ wählt, daß der Antrieb (5) nicht oder nur in nicht ins Gewicht fallender Weise reagiert.

Die oben beschriebenen Maßnahmen erlauben eine Prüfung der Funktionsfähigkeit der Endstufenschaltun­ gen sowie der diesen vorgeschalteten Ansteuerkreise während des Betriebs. Defekte und Störungen im lau­ fenden Betrieb lassen sich somit erkennen, worauf ent­ sprechende Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden können. Wenn mit dem Antrieb (5) die Drosselklappe einer elektrischen Gemischzufuhreinrichtung gesteuert wird, dann wird die Drosselklappe bei kritischen Be­ triebszuständen in die Leerlaufposition gebracht.

Claims (6)

1. Verfahren zur Überwachung des funktionsfähigen Zustands von Endstufenschal­ tungen für elektronische oder elektromagnetische Stellglieder, die zur Lei­ stungseinstellung von Brennkraftmaschinen ausgebildet sind, wobei den Endstufenschaltungen mit Steuerbefehlen Einschaltsignale zugeführt werden, die periodisch durch einen kurzzeitigen Test-Abschalt­ impuls unterbrochen werden, dessen Dauer kurz gegenüber der Ansprech-Reaktionszeit der Stellglieder ist und die Endstufenschaltungen während des Test-Ab­ schaltimpulses auf ihren nichtleitenden Zustand hin geprüft werden.

2. Verfahren zur Überwachung des funktionsfähigen Zustands von Endstufenschal­ tungen für elektronische oder elektromagnetische Stellglieder, die zur Lei­ stungseinstellung von Brennkraftmaschinen ausgebildet sind, wobei den Endstufenschaltungen mit Steuerbefehlen Ausschaltsignale zugeführt werden, die periodisch durch einen kurzzeitigen Test-Einschaltimpuls unterbrochen werden, dessen Dauer kurz gegenüber der Ansprech-Reaktionszeit der Stellglieder ist und während des Test-Einschaltimpulses die Endstufenschaltungen auf ihren leitenden Zustand hin geprüft werden.

3. Vorrichtung zur Überwachung des funktionsfähigen Zustands von Endstufen­ schaltungen für elektronische oder elektromagnetische Stellglieder, die zur Lei­ stungseinstellung von Brennkraftmaschinen ausgebildet sind, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Ansteuereingänge der Endstufenschaltungen für das Ein- und Ab­ schalten der Stellglieder jeweils an ein Ansteuerelement (6, 8) und den Ausgang eines Im­ pulsgebers (10), angeschlossen sind, daß der Impulsgeber (10) periodisch einen Test-Ausschaltimpuls erzeugt und daß die Ausgänge der Endstufenschal­ tungen an Potentialfühler (3, 4) angeschlossen sind, die mit Komparatoren (15, 16) ver­ bunden sind, die das erfasste Potential mit einem Referenz-Potential vergleichen, wobei die Signale an den Ausgängen der Komparatoren (15, 16) den Eingängen des Impulsgebers (10) zur Erzeugung eines ständigen Abschalt-Signals für die Endstufenschaltung zugeführt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Treiber-Transistoren (1; 2) jeweils über deren Basen jeweils mit einem Widerstand (7; 9) mit der Betriebsspannung und mit dem jeweiligen Ausgang eines Operationsverstärkers (6; 8), der wiederum über Entkopplungsdioden (11, 12) mit dem Kollektor eines Transistors (13) verbunden ist, verbunden sind, dessen Basis über ein ODER-Glied (14) an den Impulsgeber (10) und an eine im Störungsfalle das ständige Abschaltsignal erzeugende Einrichtung angeschlossen sind, an der eingangsseitig die Kompa­ ratoren (15, 16) und an der ausgangsseitig die Eingänge des Impulsgebers (10) angeschlossen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber (10) ein Mikrocomputer vorgesehen ist, der an einem Aus­ gang Test-Abschaltimpulse erzeugt und der ausgangsseitig mit den Ansteuerele­ menten (6, 8) verbundene Ausgänge sowie mit den Komparatoren (15, 16) über ein UND-Glied (17, 18) verbun­ dene Eingänge aufweist und daß ein Ausgang des Impulsgebers (10) im Störungsfalle das an das ODER-Glied (14) gelegte ständige Abschaltsignal erzeugt.

6. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 und Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stellglieder für die Einstellung der Winkellage von Drosselklappen in Kraftfahrzeugen vorgesehen sind und elektromotorische Antriebe (5) enthalten, die an die Endstufenschaltungen angeschlossen sind.