DE4338462A1

DE4338462A1 - Kontrollsystem für elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE4338462A1
Application number: DE19934338462
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Thiemann; Detlev Hermann
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1993-11-11
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2013-11-12
Also published as: DE4338462B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontrollsystem für elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen, mit einem Mikrorechner, der elektrisch leitend mit einem Steuereingang mindestens einer elektronischen Schalteinrichtung zur Umsteuerung dieser verbunden ist, wobei der an die Fahrzeugmasse angeschlossene Verbraucher über die Schaltstrecke der Schalteinrichtung mit der Versorgungsspannung, die die Batteriespannung des Fahrzeugs ist, verbindbar ist, mit einer Meßeinrichtung zur Messung der an dem Verbraucher anliegenden Spannung, die über eine Meßleitung mit dem Verbraucher verbunden ist, wobei der Mikrorechner die gemessenen Spannung in Abhängigkeit von der Art und dem Betriebszustand des Verbrauchers auswertet und Fehlersignale erzeugt, wenn die von der Meßeinrichtung gemessenen Spannungen von vorgegebenen Grenzwerten abweichen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 42 921 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung elektrischer Verbraucher bekannt, die einen Mikrorechner aufweist, der elektrisch leitend mit einem Steuereingang mindestens einer elektronischen Schalteinrichtung zur Umsteuerung dieser verbunden ist. Bei einer der Ausführungen dieser Schaltungsanordnung ist der Verbraucher an die Fahrzeugmasse angeschlossen und wird über die Schaltstrecke der Schalteinrichtung mit der Versorgungsspannung, die die Batteriespannung des Fahrzeuges ist, verbunden. Die bekannte Schaltungsanordnung weist eine Meßeinrichtung zur Messung der an dem Verbraucher anliegenden Spannung auf, wobei die Meßeinrichtung über eine Meßleitung mit dem Verbraucher elektrisch leitend verbunden ist. Der Mikrorechner wertet die gemessene Spannung in Abhängigkeit von der Art und dem Betriebszustand des Verbrauchers aus und erzeugt Fehlersignale, wenn die von der Meßeinrichtung gemessenen Spannungen von vorgegebenen Grenzwerten abweichen.

Bei diesem bekannten Kontrollsystem für elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen erweist sich als nachteilig, daß zur Messung der an dem masseseitig angeordneten Verbraucher anliegenden Spannung der elektronischen Schalteinrichtung ein Meßwiderstand, der als Shunt-Widerstand bezeichnet wird, zugeordnet wird, da hierdurch die in einem Kraftfahrzeug auftretenden großen Schwankungen der Versorgungsspannung die Messung der an dem Verbraucher anliegenden Spannung beeinflussen. Um eine fehlerhafte Erzeugung von Steuersignalen zu vermeiden, muß dem Shunt-Widerstand entweder eine aufwendige kostenintensive Kompensationsschaltung zugeordnet werden oder die Toleranzen für die zu detektierenden Fehlerströme müssen vergrößert werden, was einer exakten Bestimmung des Fehlerzustandes eines elektrischen Verbrauchers entgegensteht. Bei einem Kontrollsystem zur Kontrolle mehrerer Verbraucher ist es zudem notwendig, jedem Verbraucher einen Shunt-Widerstand zuzuordnen.

Aus der deutschen Auslegeschrift DE 27 15 116 B2 ist eine Einrichtung zum Überwachen der elektrischen Beleuchtung von Kraftfahrzeugen bekannt, bei der zur Prüfung der masseseitig, von manuell zu betätigenden Schaltern einschaltbaren, angeordneten Verbrauchern diesen ein Strom eingeprägt wird und entsprechend dem eingeprägten Strom über eine Meßeinrichtung eine Fehlerdetektion erfolgt und ein Fehlersignal erzeugt wird.

Bei dieser vorbekannten Einrichtung erweist sich als nachteilig, daß die Fehlerdetektion der Verbraucher nur im ausgeschalteten Zustand der Verbraucher erfolgen kann und nicht kurzzeitig während des Betriebs der Verbraucher, ohne die Betriebsfunktion der Verbraucher zu stören. Zudem erweist sich als besonders nachteilig, daß der den Verbrauchern aufgeprägte Strom unmittelbar aus der Versorgungsspannung, das heißt der Batteriespannung des Kraftfahrzeuges abgeleitet wird und somit den in Kraftfahrzeugen üblichen Schwankungen der Versorgungsspannung unterliegt, wodurch eine exakte Bestimmung des Betriebszustandes der Verbraucher von der Schwankung der Versorgungsspannung abhängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontrollsystem für elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen zu schaffen, das eine exakte, von der Art und dem Betriebszustand des Verbrauchers abhängige Fehlerbestimmung ermöglicht, wobei Störungen durch die stark schwankende Versorgungsspannung in Kraftfahrzeugen bestmöglich ausgeschlossen werden, die Kontrolle während des Betriebs der Verbraucher erfolgen kann und eine einfache und kostengünstige Ausführung ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Mikrorechner elektrisch leitend mit einer Konstantstromquelle verbunden ist, die zur Beaufschlagung des Verbrauchers mit einem Teststrom über die Meßleitung mit dem Verbraucher verbunden ist, daß der Mikrorechner Testsignale erzeugt, die gleichzeitig der Schalteinrichtung zur kurzzeitigen Abschaltung der Versorgungsspannung und der Konstantstromquelle zur Beaufschlagung des Verbrauchers mit einem Teststrom zugeführt werden und daß der von der Konstantstromquelle erzeugte Teststrom in Abhängigkeit von der Art und dem Betriebszustand des Verbrauchers von dem Mikrorechner umsteuerbar ist.

Es ist von Vorteil, daß der Mikrorechner elektrisch leitend mit einer Konstantstromquelle verbunden ist, die zur Beaufschlagung des Verbrauchers mit einem Teststrom über die Meßleitung mit dem Verbraucher verbunden ist, weil somit bei Beibehaltung des üblichen Anschlußschemas von Verbrauchern in Kraftfahrzeugen und unter Verwendung möglichst weniger Anschlußleitungen eine Kontrolle des Verbrauchers möglich ist, die unabhängig von den Schwankungen der Versorgungsspannung des Kraftfahrzeuges durchgeführt wird.

Dadurch, daß der Mikrorechner Testsignale erzeugt, die gleichzeitig der Schalteinrichtung zur kurzzeitigen Abschaltung der Versorgungsspannung und der Konstantstromquelle zur Beaufschlagung des Verbrauchers mit einem Teststrom zugeführt werden, ergibt sich der Vorteil, daß die Kontrolle der Verbraucher auch während des Betriebs der Verbraucher, z. B. periodisch, ohne daß die Betriebsfunktion der Verbraucher durch das Abschalten der Versorgungsspannung gestört wird, erfolgen kann, da diese nur kurzzeitig abgeschaltet werden.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß der von der Konstantstromquelle erzeugte Teststrom in Abhängigkeit von der Art und dem Betriebszustand des Verbrauchers von dem Mikrorechner umsteuerbar ist, so daß eine möglichst exakte Fehlerermittlung erreicht wird. Bei der Kontrolle z. B. einer Glühlampe bedeutet dies, daß in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Glühlampe exakt ermittelt werden kann, ob der bei kalter Glühlampe auftretende Kaltstrom und der bei warmer Glühlampe auftretende Warmstrom eingehalten wird.

Zudem erweist sich als vorteilhaft, daß eine einfache Kontrolle des in dem Kraftfahrzeug vorhandenen Massepotentials durchgeführt werden kann.

Es ist von Vorteil, daß der Mikrorechner über eine Eingabe-/Ausgabelogik mit der Konstantstromquelle und der Schalteinrichtung verbunden ist, wodurch sich ein einfacher Aufbau ergibt, der eine hohe Sicherheit für die Ansteuerung ermöglicht.

Dadurch, daß eine Fehlerschaltung zum einen mit der Meßleitung und zum anderen mit der Eingabe-/Ausgabelogik verbunden ist, daß die Fehlerschaltung Komparatoren aufweist, die die Steuersignale des Mikrorechners mit denen an der Meßleitung anliegenden, dem Schaltzustand des Verbrauchers entsprechenden Spannungen vergleicht, und daß die Fehlerschaltung Fehlersignale zur Abschaltung der Schalteinrichtung erzeugt, wenn keine Übereinstimmung des Steuersignals mit dem Schaltzustand vorliegt, ergibt sich der Vorteil, daß nicht nur eine Kontrolle der Übereinstimmung der Steuersignale mit den Schaltzuständen der Verbraucher zur Sicherheitsabschaltung der Schalteinrichtungen erfolgt, sondern zudem bei dem Auftreten eines Kurzschlusses in der Versorgungsleitung des Verbrauchers oder in dem Verbraucher selbst eine schnellstmögliche Abschaltung der betreffenden Schalteinrichtung über die Eingabe-/Ausgabelogik erfolgt.

Es ist von Vorteil, daß eine der Anzahl der zu kontrollierenden Verbraucher entsprechende Anzahl elektrischer Leitungen oder ein Datenbus zwischen dem Mikrorechner, der Eingabe-/Ausgabelogik, dem Treiber, der Konstantstromquelle und der Fehlerschaltung angeordnet ist und daß in den Meßleitungen von den Verbrauchern ein Analogmultiplexer angeordnet ist, der sowohl mit der Eingabe-/Ausgabelogik als auch mit der Meßeinrichtung verbunden ist, weil somit unter Verwendung möglichst weniger Anschlußleitungen eine einfache kostensparende und exakte Kontrolle mehrerer gleicher oder auch unterschiedlicher elektrischer Verbraucher mit einem Kontrollsystem möglich ist.

Ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels ist in der einzigen Zeichnung dargestellt und wird im folgenden kurz erläutert:
Ein Mikrorechner (M) ist elektrisch leitend mit einer Eingabe-/Ausgabelogik (EA) verbunden, die wiederum elektrisch leitend über einen Treiber (T) mit dem Steuereingang mindestens einer elektronischen Schalteinrichtung (S) verbunden ist. Über die Schaltstrecke der elektronischen Schalteinrichtung (S) ist ein an Masse angeschlossener elektrischer Verbraucher (V) mit der Versorgungsspannung (UB) des Kraftfahrzeuges verbindbar. Der elektrische Verbraucher (V) ist zudem über eine Meßleitung (ML) und einen Analogmultiplexer (A) mit einer Meßeinrichtung (ME) verbunden, die Teil des Mikrorechners (M) sein kann. Zur logisch richtigen Kontrolle mehrerer elektrischer Verbraucher (V) ist der Analogmultiplexer (A) elektrisch leitend mit der Eingabe-/Ausgabelogik (EA) verbunden.

Die Eingabe-/Ausgabelogik (EA) ist zudem elektrisch leitend mit einer Konstantstromquelle (K) verbunden, die wiederum zur Beaufschlagung des elektrischen Verbrauchers (V) mit einem vorgegebenen Strom an die Meßleitung (ML) angeschlossen ist. Der von der Konstantstromquelle (K) zu erzeugende Teststrom ist in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal des Mikrorechners (M) entsprechend der Art und des Betriebszustandes des elektrischen Verbrauchers (V) in seinem Wert umsteuerbar.

Die Eingabe-/Ausgabelogik (EA) ist des weiteren elektrisch leitend mit einer Fehlerschaltung (F) verbunden, die ebenfalls an die Meßleitung (ML) angeschlossen ist. Die Fehlerschaltung (FE weist dabei Komparatoren auf, die die an der Meßleitung (ML) anliegenden Spannungen, die den Schaltzuständen der Verbraucher entsprechen, mit den Steuersignalen des Mikrorechners vergleichen. Die Anzahl der Verbindungsleitung zwischen den einzelnen in dem Blockschaltbild gezeigten Komponenten, wie auch der interne Aufbau der Komponenten, wie zum Beispiel des Treibers, sind von der Anzahl der zu überwachenden Verbraucher abhängig. Eine besonders einfache Ausführung des Kontrollsystems wird erreicht, wenn bei der Überwachung mehrerer Verbraucher ein Datenbus Verwendung findet.

Zur Vereinfachung des Schaltungsaufbaus können die Eingabe-/Ausgabelogik (EA), der Treiber (T), die Fehlerschaltung (F), die Konstantstromquelle (K) und der Analogmultiplexer (A) in einem integrierten Schaltbaustein zusammengefaßt sein.

Die Spannungsversorgung des Mikrorechners (M) sowie der anderen Bauteile wurde hier, um eine einfache Darstellung zu erreichen, nicht dargestellt.

Im folgenden wird kurz die Funktionsweise des Kontrollsystems beschrieben.

Der Mikrorechner (M) erzeugt in Abhängigkeit von ihm zugeführten Eingangssignalen, die z. B. Einschaltsignale für bestimmte Verbraucher (V) in Kraftfahrzeugen sind, Steuersignale, die der Eingabe-/Ausgabelogik (EA) zugeführt werden. Handelt es sich bei dem Steuersignal um ein Signal zur Einschaltung eines elektrischen Verbrauchers (V), so wird das Steuersignal von der Eingabe-/Ausgabelogik (EA) dem Treiber (T) zugeführt, der die entsprechende elektronische Schalteinrichtung (S) ansteuert. Die elektronische Schalteinrichtung (S) kann dabei vorteilhaft als ein MOS-FET ausgebildet sein. Entsprechend der Ansteuerung des Steuereingangs der elektronischen Schalteinrichtung (S) wird der elektrische Verbraucher (V) mit der Versorgungsspannung (UB) des Kraftfahrzeuges in Verbindung gesetzt.

Zur Kontrolle der elektrischen Verbraucher (V) erzeugt der Mikrorechner (M) zum Beispiel periodisch Testsignale, die von der Eingabe-/Ausgabelogik (EA) sowohl dem Treiber (T) als auch der Konstantstromquelle (K), der Fehlerschaltung (F) und dem Analogmultiplexer (A) zugeführt werden. Die Erzeugung des Testsignales erfolgt kurzzeitig und hat beispielhaft eine zeitliche Dauer von etwa einer Millisekunde. Dieses Signal bewirkt, daß der Treiber (T) die elektronische Schalteinrichtung (S), die den jeweils zu kontrollierenden Verbraucher (V) mit der Versorgungsspannung (UB) verbindet, für die Dauer des Testsignales von der Versorgungsspannung (UB) trennt. Gleichzeitig bewirkt das Testsignal, daß die Konstantstromquelle (K) über die Meßleitung (ML) dem zu kontrollierenden elektrischen Verbraucher (V) einen Strom aufprägt, der von der Art des Verbrauchers (V) und dem Betriebszustand des Verbrauchers (V) abhängig ist. Zu diesem Zweck ist der von der Konstantstromquelle (K) zu erzeugende Teststrom in seiner Höhe in Abhängigkeit von dem Steuersignal des Mikrorechners (M) umsteuerbar. Gleichzeitig mit der Beaufschlagung des elektrischen Verbrauchers (V), der zu kontrollieren ist, mit dem Teststrom, mißt die Meßeinrichtung (ME), angesteuert von dem Analogmultiplexer (A), der hierzu ein Kontrollsignal von der Eingabe-/Ausgabelogik (EA) erhält, die an dem jeweilig zu kontrollierenden elektrischen Verbraucher (V) anliegende Spannung. Der Mikrorechner (M) wertet die Spannung in Abhängigkeit von der Art und dem Betriebszustand des Verbrauchers (V) aus. Dieser erzeugt Fehlersignale, wenn die von der Meßeinrichtung (ME) gemessenen Spannung von vorgegebenen Grenzwerten abweichen. Zur Bestimmung der an dem Verbraucher (V) anliegenden Spannung, die dem von dem Verbraucher (V) aufgenommenen Strom entspricht, genügt es dabei, daß der Meßeinrichtung (ME) ein einziger Referenzwiderstand zugeordnet wird.

Um zum vermeiden, daß z. B. bei auftretenden Kurzschlüssen sowohl in der Versorgungsleitung des Verbrauchers (V) als auch in dem Verbraucher (V) selbst oder auch wenn die Steuersignale zur Ansteuerung der elektrischen Verbraucher (V) von den Schaltzuständen der elektrischen Verbraucher (V) abweichen, Bauteile der Schaltungsanordnung zerstört werden, insbesondere die elektronische Schalteinrichtung (S), ist die Fehlerschaltung (F) vorgesehen, die über Komparatoren verfügt, die die Steuersignale des Mikrorechners (M) mit den an der Meßleitung (ML) anliegenden, dem Schaltzustand des Verbrauchers (V) entsprechenden Spannungen vergleicht. Treten Abweichungen auf, erzeugt die Fehlerschaltung (F) Fehlersignale, die z. B. zu einer unmittelbaren Abschaltung der elektronischen Schalteinrichtung (S) führen.

Bezugszeichenliste

A Analogmultiplexer
EA Eingabe-/Ausgabelogik
F Fehlerschaltung
K Konstantstromquelle
M Mikrorechner
ME Meßeinrichtung
ML Meßleitung
S Schalteinrichtung
T Treiber
UB Versorgungsspannung
V Verbraucher

Claims

1. Kontrollsystem für elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen, mit einem Mikrorechner (M), der elektrisch leitend mit einem Steuereingang mindestens einer elektronischen Schalteinrichtung (S) zur Umsteuerung dieser verbunden ist, wobei der an die Fahrzeugmasse angeschlossene Verbraucher (V) über die Schaltstrecke der Schalteinrichtung (S) mit der Versorgungsspannung (UB), die die Batteriespannung des Fahrzeugs ist, verbindbar ist, mit einer Meßeinrichtung (ME) zur Messung der an dem Verbraucher (V) anliegenden Spannung, die über eine Meßleitung (ML) mit dem Verbraucher (V) verbunden ist, wobei der Mikrorechner (M) die gemessene Spannung in Abhängigkeit von der Art und dem Betriebszustand des Verbrauchers (V) auswertet und Fehlersignale erzeugt, wenn die von der Meßeinrichtung (ME) gemessenen Spannungen von vorgegebenen Grenzwerten abweichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrorechner (M) elektrisch leitend mit einer Konstantstromquelle (K) verbunden ist, die zur Beaufschlagung des Verbrauchers (V) mit einem Teststrom über die Meßleitung (ML) mit dem Verbraucher (V) verbunden ist, daß der Mikrorechner (M) Testsignale erzeugt, die gleichzeitig der Schalteinrichtung (S) zur kurzzeitigen Abschaltung der Versorgungsspannung (UB) und der Konstantstromquelle (K) zur Beaufschlagung des Verbrauchers (V) mit einem Teststrom zugeführt werden und daß der von der Konstantstromquelle (K) erzeugte Teststrom in Abhängigkeit von der Art und dem Betriebszustand des Verbrauchers (V), von dem Mikrorechner (M) umsteuerbar ist.

2. Kontrollsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrorechner (M) über eine Eingabe-/Ausgabelogik (EA) mit der Konstantstromquelle (K) und der Schalteinrichtung (S) verbunden ist.

3. Kontrollsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehlerschaltung (F) zum einen mit der Meßleitung (ML) und zum anderen mit der Eingabe-/Ausgabelogik (EA) verbunden ist, daß die Fehlerschaltung (F) Komparatoren aufweist, die die Steuersignale des Mikrorechners (M) mit den an der Meßleitung (ML) anliegenden, dem Schaltzustand des Verbrauchers (V) entsprechenden Spannungen vergleichen und daß die Fehlerschaltung (F) Fehlersignale zur Abschaltung der Schalteinrichtung (S) erzeugt, wenn keine Übereinstimmung des Steuersignals mit dem Schaltzustand vorliegt.

4. Kontrollsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen der Eingabe-/Ausgabelogik (EA) und der Schalteinrichtung (S) ein Treiber (T) angeordnet ist.

5. Kontrollsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl der zu kontrollierenden Verbraucher (V) entsprechende Anzahl elektrischer Leitungen oder ein Datenbus zwischen dem Mikrorechner (M), der Eingabe-/Ausgabelogik (EA), dem Treiber (T), der Konstantstromquelle (K) und der Fehlerschaltung (F) angeordnet ist und daß in den Meßleitungen (ML) von den Verbrauchern (V) ein Analogmultiplexer (A) angeordnet ist, der sowohl mit der Eingabe-/Ausgabelogik (EA) als auch mit der Meßeinrichtung (ME) verbunden ist).