JP5384722B2 - 特に自動車で使用するための制御回路を作動する方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の方法ならびにその他の独立請求項に記載のコンピュータプログラムおよび電気メモリ媒体に関する。

パルス幅変調された信号（以下ではＰＷＭ信号と呼ぶ）は、電子技術の多様な用途により既知である。この場合、２つの対応した論理レベルもしくは電位を有する信号が問題となる。これらの信号は時間軸において一般に不連続に生じるか、または連続的に生じる場合がある。ＰＷＭ信号の主要利用分野は、例えば、クロック周期制御ループにおける位相検出器またはここでは出力電子機構におけるブリッジ回路を用いた制御タスクにおいてみられるように、デジタルシステムにおけるアナログ変数の表示に関する。

欧州特許第１３４１２９４号明細書により、自動車で使用するためのＨブリッジ回路が既知である。このＨブリッジ回路では、制御電圧の規定されたクロック周期変化が２つ以上の制御可能な切換手段の切換によって調整される。この場合に切換手段を制御することにより、第１作動モードでは第１の制御可能な切換手段においてのみ切換工程を実施し、第２作動モードでは第２の制御可能な切換手段においてのみ切換工程を実施し、２つの作動モードの間で周期的に切換を行い、これにより、等しい符号を有する制御電圧について２つの出力部の一方では交互にクロック周期信号が生成され、２つの出力部の他方では同時に一定の信号が生成される。

欧州特許第１３４１２９４号明細書

本発明の課題は、制御回路使用時の作動安全性を改善することである。

この課題は、請求項１に記載の方法、その他の独立請求項に記載のコンピュータプログラムおよび電気メモリ媒体によって解決される。本発明に重要な特徴はさらに以下の説明および図面に示されており、これらの特徴は、再度明示的に示唆しないが、単独でも異なる組み合わせでも本発明に重要な構成となり得る。

本発明によれば、Ｈブリッジの形式で相互に無関係に制御可能な切換手段が１つ以上の静的または動的な制御信号を使用して作動され、２極負荷に対して同じ出力結果を得るために複数の作動モードも可能である。したがって、特定の作動モードで２極負荷に印加された信号を、この場合に生じた、目標値に対する切換手段の切換状態の組み合わせで比較することができ、これにより、作動電圧の電位に対して場合によって生じる出力部の短絡を検出する。本発明の利点は、２つの出力部が負荷のそれぞれの作動時に動的に制御され、これにより、作動電圧の電位に対して場合によって出力部に生じる短絡を確実に検出できることである。このために、作動時に、負荷の制御電圧が少なくとも短時間、少なくともほぼゼロとなる状態を利用または誘起し、第１の場合には、２つの出力部が２つの切換手段によって同時に第１電位に接続され、第２の場合には同時に第２電位に接続され、これらの場合に応じて、出力部に印加された制御電圧を特徴づける出力電位の差が検出され、制御および調整装置で比較が行われる。さらにブリッジの最終段階にシャント抵抗器が含まれる場合、有利な簡易化が生じ、シャント抵抗器は２つの出力部に対して直列に配置してもよいし、ブリッジを形成する４つのスイッチに対して直列に配置してもよい。この場合、ブリッジの全ての切換状態でシャント抵抗器を介して流れる電流を連続的に検出し、閾値もしくは目標値に対して比較を行い、これらの値の超過時には警告を行うか、または緊急作動状態に切り換えることができる。

短絡を検出することが可能なため、制御すべき構成素子の損傷およびこれらの構成素子において使用者にとって不都合となる作動状態を回避することができるので、制御回路作動時の確実性が高まる。

この場合、制御電圧が少なくとも短時間、少なくともほぼゼロとなるべき状態で、第１の場合から第２の場合へ、または第２の場合から第１の場合へ少なくとも１回切り換えることは有意義な場合がある。したがって、制御電圧に印加された負荷に対して不利となることなしに短時間内に出力電位が変更され、これにより、２つの電位に対して２つの出力部の４つの短絡可能性全てを極めて迅速に検出し、割り当てることができる。

本発明の有利な構成は、制御電圧が少なくとも短時間、少なくともほぼゼロとなるべき位相を、規定されたクロック周期パターンの後に第１の場合によって一回誘起し、第２の場合によってもう一回誘起することである。これは、例えば厳密に交互に行われる。これにより、第１の場合と第２の場合との間の直接に連続した切換、ひいてはこれに結びついた切換頻度の不都合な倍増も回避され、これにより、熱負荷を小さく抑えることができる。

出力部に印加された制御電圧を特徴づける変数として、それぞれの出力部に印加された出力電位の差が考慮される。代替的または付加的に、これらの変数は、出力部に印加された出力電位の形態の２つの成分を含んでいてもよい。これらの変数は容易に検出可能であり、包括的な短絡検出のために必要な全ての情報を提供する。

さらに、制御電圧を特徴づける変数をそれぞれ目標値と比較すると有利である。これにより、短絡が現在生じていることを検出することが可能であるのみならず、短絡の範囲および／または短絡の作用を詳細に検出もしくは記述することさえもが可能となる。

本発明の別の有利な実施形態は、第１の場合に検出された出力電位差と、第２の場合に検出された出力電位差とを比較することである。これにより、あらかじめ規定された目標値なしに短絡が生じたことを検出し、詳細に記述することが可能である。

本方法のさらなる利点は、検出された変数と目標値との許容できないずれ、または第１の場合に検出された変数と第２の場合に検出された変数との許容できないずれ、または変数に変化がないことを確認した場合にエラーメモリへの入力が行われる。エラーメモリは、例えばメンテナンス時に読み出すこともでき、これにより、目的に適った、ひいては安価な保守が可能となる。

故障が検出された場合、すなわち、検出された変数と目標値との許容できないずれ、または第１の場合に検出された変数と第２の場合に検出された変数との許容できないずれ、または変数に変化がないことを確認した場合に制御回路の作動を調整し、故障の影響を小さく抑える実施形態は特に有利である。例えば、作動電圧のいずれかの電位に対して出力部に短絡が生じた場合に負荷における制御電圧を変更することができる。場合によっては、検出された短絡の方向に関係して、変更された制御信号により負荷の規則的な制御を再び誘起することができるか、または異なる制御電圧を許可もしくは誘起するか、または制御電圧を完全に遮断することができる。

さらに、第１作動モードでは第１切換手段のみ、第２作動モードでは第２切換手段のみが少なくとも時々、クロック周期で切り換えられ、制御電圧の符号が等しい場合に第１作動モードでは第１出力部のみに、第２作動モードでは第２出力部にのみクロック周期信号が提供されており、それぞれ他方の出力部が静的信号を有するように、２つの作動モード間で、作業周期内においてクロック周期的に変更を行うと有利である。これにより、切換手段のパルス幅変調によって負荷における制御電圧が作動電圧電位によって生じた差よりも意図的に小さくなっている作動時に、短絡を検出するために必要な出力電位の切換を行うことができるだけでなく、パルス幅変調に起因する電気的損失出力が２つの切換手段に分割され、ひいては個別に低減される。

第１の場合にも第２の場合にも２つの出力電位を互いに分離して検出し、それぞれの目標値と比較した場合、有利な実施形態が生じる。生じ得る４種類の短絡は、少なくとも２つの２値測定結果を必要とする。１つの制御電圧は単一の変数しか示さないが、これに対して、一回の検出で２つの出力電位が同時的に評価される場合、既に２つの２値測定結果が提供される。しかしながら、制御電圧の純粋な検出時に短絡を限定するためには、異なる切換状態における少なくとも２回の測定が必要である。

２つの出力電位を提供するための本発明による制御回路を有する装置を示すブロック回路図である。 図２ａ、図２ｂおよび図２ｃは、負荷に正電圧をかけた場合の出力電位の経時変化を示す図である。 負荷に正電圧をかけ、２つの作動モード間で切換を行う方法における出力電位の経時変化を示す図である。 負荷に負電圧をかける図３に類似した経時変化を示す図である。 値ゼロの制御電圧で作動した場合の出力電位の経時変化を示す図である。 正の制御電圧における４種類の可能な短絡の作用を示す図１の回路図の部分図である。 負の制御電圧における図６に類似した回路図である。 制御電圧が値ゼロであり、第１電位に切り換えた場合の図６に類似した回路図である。 制御電圧が値ゼロであり、第２電位に切り換えた場合の図６に類似した回路図である。 出力電位の経時変化および電位に対する出力部の短絡を仮定した後の経時変化を例示的に示す図である。 電位に対する出力部の短絡が仮定される場合に図１の制御回路を制御するための方法を示すフロー図である。 出力部に対して直列のシャント抵抗器を有する図１に類似した制御回路を示す部分図である。 ブリッジのスイッチに対して直列のシャント抵抗器を有する図１に類似した制御回路を示す部分図である。

次に本発明の例示的な実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明による制御回路１０の装置を示すブロック回路図である。第１の制御可能な切換手段１６および第２の制御可能な切換手段１８を含む制御回路１０と、切換手段１６および１８によって操作され、電磁スイッチまたは半導体装置であってもよいスイッチ３２，３４，３６，３８の概略図と、例えば自動車の接地であってもよい第１電位２２と、例えば自動車のバッテリ電圧であってもよい第２電位２４と、負荷３０に接続するための制御電圧２０を有する第１出力部１２および第２出力部１４と、メモリ媒体５０およびコンピュータプログラム５２を有する制御ユニット４０と、出力部１２および１４から制御ユニット４０への出力電位２６および２８の再循環経路と、制御ユニット４０により切換手段１６および１８を制御するための２つの制御信号４２および４４とが示されている。

図２の上部の部分図（ａ）は、負荷３０に正の制御電圧２０がかかる場合の平均的な制御電圧２０の約７０パーセントについて、例えば出力電位２６および２８の出力部１２および１４の経時変化を示す。従来技術に即して、切換手段１６のみがクロック周期で作動される。したがって、電位２２に対する出力部１４の短絡は検出することができない。

これと時間的に比較して、図２の中央の部分図（ｂ）は、特に制御電圧２０が短時間ゼロとなる状態５３の間の動作を示す（この図面および他の図面では、このような状態は複数回生じているが、それぞれの図面で最も左側に、時間的に最初に生じたところに符号を付している）。状態５３の外側では出力電位２６は値ＵＢを有し、出力電位２８は値ゼロを有する。上記状態５３の間に第１の場合と第２の場合との間で繰り返し切り換えられる。第１の場合、２つの出力電位２６および２８はゼロに等しく、第２の場合はＵＢに等しい。この切換は、ここでは相互に直接に続いて生じる。

これと時間的に比較して、図２の下部の部分図（ｃ）は、制御電圧２０が短時間ゼロとなる状態５３の間の動作を再び示す。既に上述した第１の場合と同じく既に上述した第２の場合との間で一方の状態５３から他方の状態へ交互に切り換えられる。これにより、まだ第１の場合と第２の場合との間の状態５３で相互に直接に続いた切換、およびこれに結びついた切換頻度の不都合な倍増が回避される。

図３は、図２（ｃ）と同等の動作時を示しており、負荷３０にかかる平均して約７０パーセントの正の制御電圧２０を有し、この場合、２つの動作モードの間の半分の作業周期４６で周期的に切り換えられる。図３の左側に示されており、第１半周期を要する第１動作モードでは、第２出力電位２８は一定不変にゼロである。第１出力電位２６は、ＵＢに等しい出力電位と、ゼロに等しい出力電位との間をクロック周期で動作する（パルス幅変調される）。図３の右側に示されており、第２半周期を要する第２作動モードでは、第１出力電位２６は常にＵＢであり、第２出力電位２８はＵＢとゼロとの間をクロック周期で動作する（パルス幅変調される）。図示のように、さらに作業周期４６は、パルス幅変調された信号（ＰＷＭ信号）における２つのクロック周期の最短時間を要するが、これよりも著しく長く設定してもよい。

図４は、図３に類似した作動時を示し、負荷３０にかかる平均して約７０パーセントの正の制御電圧２０を有するが、この場合、制御電位２０は負である。

図５は、作業周期４６のサイクルで周期的および同方向に出力部１２および１４を電位２２および２４の間で切り換えた場合に負荷３０にかかる制御電位２０が消滅する際に、給電されていない動作時について出力部１２および１４における出力電位２６および２８の経時変化を示す。

図６は、図１の回路図の一部、すなわち、４つのスイッチ３２，３４，３６，３８および負荷３０を有する本来のＨ回路を示し、２つの閉じたスイッチ３２，３８および２つの開いたスイッチ３４，３６の位置に対応して、正の制御電圧２０で起こりうる４種類の短絡の作用を説明する図である。符号“１”および“４”で示した短絡は、図示のスイッチ位置では不利に作用せず、また検出不可能である。これに対して、符号“２”および“３”で示した短絡は、図示のスイッチ位置では、２つの閉じたスイッチ３２，３８のコンダクタンスに比べたオームのコンダクタンスに応じて、制御電圧２０に影響を及ぼす。生じた制御電圧２０は、正の符号を有し、短絡の種類およびここでは自動車のバッテリ電圧ＵＢである第２電位２４によって規定された値とゼロとの間の値となる。符号“１”または“４”による短絡の場合には、制御電圧２０（上記方程式では“ＵＡ”と呼んだ）はそれぞれバッテリ電圧ＵＢに対応する。符号“２”または“３”で示した短絡の場合には、制御電圧２０は０以上の値を有する。符号“２”または“３”で示した短絡は、図示のスイッチ位置では、生じた制御電圧２０の符号および値のみによって識別することはできず、これとは異なる図８および図９に示した少なくとも１つの切換状態をさらに必要とする。これについては以下にさらに詳述する。

これに対して、制御電圧２０ではなく、出力電位２６および２８が測定される一実施形態では、短絡が現在の切換状態で閉じているスイッチ３２，３４，３６，３８に並列に作用しない場合には、短絡は唯一の測定で既に４種類の短絡のいずれかに割り当てられる。本発明による測定方法の用途とは無関係に、図６に符号“２”または“３”で示した種類の短絡が電位２２および２４の間に常に高い電流をもたらすことは自明であり、これに対しては適宜な手段を講じるべきである。

図７は、図６に対してスイッチ３２〜３８の位置を変更した制御回路を示す。すなわち、左上およびに右下のスイッチ（３２，３８）は開いており、他のスイッチ（３４，３６）は閉じている。符号“２”または“３”による短絡の場合、制御電圧２０（上記方程式では“ＵＡ”と呼んでいる）は、それぞれ負のバッテリ電圧ＵＢに相当する。符号“１”または“４”による短絡の場合、制御電圧２０はゼロ以下の値をとる。

図８は、図６および図７に対してスイッチ３２〜３８の位置をもう一度変更した制御回路を示す。左上および右上のスイッチ３２，３６は開いており、他のスイッチ３４，３８は閉じている。符号“３”または“４”による短絡の場合、制御電圧２０（上記方程式では“ＵＡ”と呼んでいる）はそれぞれ値ゼロに相当する。符号“１”による短絡の場合には、制御電圧２０はゼロ以上の値をとる。符号“２”による短絡の場合には、制御電圧２０はゼロ以下の値をとる。

図９は、図６、図７および図８に対してスイッチ３４，３８の位置をもう一度変更した制御回路を示す。左下および右下のスイッチ３４，３８は開いており、他のスイッチ３２，３６は閉じている。符号“１”または“２”による短絡の場合、制御電圧２０（上記方程式では“ＵＡ”と呼んでいる）はそれぞれ値ゼロに相当する。符号“４”による短絡の場合には、制御電圧２０はゼロ以上の値をとる。符号“３”による短絡の場合には、制御電圧２０はゼロ以下の値をとる。

図１０は、電位２２に対して出力部１４の短絡が想定される場合の出力部電位２６および２８の経時変化を例示的に示す（図６〜図９の短絡Ｎｏ．４）。作業周期４６と、破線により電位２２に対する出力部１４の短絡の結果として消滅した切換プロセス４８とが示されている。時点５４から制御および調整装置４０が始動する。さらに、これに続いて連続して出力される出力電位２６のパルス列５６と、連続的に出力される出力電位２８の第１電位２２とが示されている。作業周期４６の第２部分で、短絡したパルス４８は負荷３０で要求される７０パーセントではなく、１００パーセントの平均的な制御電圧２０をもたらすことがわかる。したがって、時点５４から始まって、制御および調整装置４０は、想定されるエラー時に適合させて作業周期４６の第１部分で生じているようなパルス列に切り換える。同時に、このプロセスは故障として検出され、エラーメモリに記録され、自動車の後続装置に通知される。

図１１は、電位２２に対する出力部１４の短絡が想定される場合に制御回路１０を作動するための方法のフロー図を例示的に示している。ブロック１２０における開始後に、ブロック１２２で作業周期４６に同期されるか、または作業周期４６が生成される。ブロック１２４および１２６で、作業周期４６の第１部分について、所望の作動に対する制御および調整装置４０の現在の既定値に応じて、それぞれ２つの制御信号４２および４４が生成される。次いでブロック１２８および１３０で作業周期４６の第２部分についてそれぞれ２つの制御信号４２および４４が生成される。比較器１３２および１３４で、制御信号４２および４４と出力電位２６および２８との因果関係を調べる。ロジック１３６は、（エラーがない場合には）ブロック１２０で周期を継続するか否か、または（エラー発生時には）ブロック１４０および１４２で、切換手段１６および１８についてそれぞれ２つの変更した制御信号４２ｂおよび４４ｂを生成するべきか否かについて、必要に応じて決定装置１３８を制御する。ブロック１４４で、図１１により示した部分処理を継続するか、繰り返すか、または主プログラム部分へ戻って終了するか否かを決定する。本発明の一実施形態で示したように、出力電位２６および２８の単なる変動を出力部１２または１４における短絡に対する基準として用いる場合にはフロー図が異なるパターンをとることは自明である。

図１２は、図１に類似した制御回路の部分図を示す。出力部１２および１４に向けて直列に電流を測定するために補足的に２つのシャント抵抗器５８，６０が追加されている。

電位２２に対して正の電位２４が想定される。表は例示的に評価を示している。

（Ｉ）出力部１２は電位２２に対して短絡の可能性を有する。
（ＩＩ）出力部１２は電位２４に対して短絡の可能性を有する。
（ＩＩＩ）出力部１４は電位２２に対して短絡の可能性を有する。
（ＩＶ）出力部１４は電位２４に対して短絡の可能性を有する。
（Ｖ）負荷部３０は短絡の可能性を有する。

図１３は、図１に類似した制御回路の部分図を示している。スイッチ３２，３４，３６，３８に向けて直列に電流を測定するために補足的に４つのシャント抵抗器６２，６４，６６，６８が追加されている。

電位２２に対して正の電位２４が想定される。表は例示的に評価を示している。

（Ｉ）出力部１２は電位２２に対して短絡の可能性を有する。
（ＩＩ）出力部１２は電位２４に対して短絡の可能性を有する。
（ＩＩＩ）出力部１４は電位２２に対して短絡の可能性を有する。
（ＩＶ）出力部１４は電位２４に対して短絡の可能性を有する。

２つ以上のシャント抵抗器６２，６４，６６，６８が高すぎる電流をもたらす場合に、場合によって生じた負荷３０の短絡を、図１２に示したプロセスと同様に検出することができる。

Claims (12)

1. 第１出力部（１２）と、第２出力部（１４）と、対応した第１切換手段（１６）と、対応した第２切換手段（１８）と、４つのスイッチ（３２〜３８）及び負荷（３０）を有するＨ回路とを備える、特に自動車で使用するための制御回路（１０）を作動するための方法であって、前記負荷（３０）を作動するために前記第１及び第２出力部（１２，１４）の間に印加される制御電圧（２０）を次のようにして形成する、すなわち、前記第１切換手段（１６）によって前記第１出力部（１２）を第１電位（２２）または第２電位（２４）に選択的に接続し、前記第２切換手段（１８）によって前記第２出力部（１４）を前記第１電位（２２）または前記第２電位（２４）に選択的に接続することによって形成し、前記制御電圧（２０）が少なくとも短時間少なくともほぼゼロとなる状態を、第１の場合には前記第１及び第２出力部（１２，１４）を前記第１及び第２切換手段（１６，１８）によって同時に前記第１電位（２２）に接続することによって誘起し、第２の場合には前記第１及び第２出力部（１２，１４）を前記第１及び第２切換手段（１６，１８）によって同時に前記第２電位（２４）に接続することによって誘起する方法において、
   前記制御回路（１０）の作動時に、前記第１及び第２の場合を少なくとも１回誘起し、前記第１の場合にも前記第２の場合にも、前記第１及び第２出力部（１２，１４）に印加された前記制御電圧（２０）を特徴づける変数（２６，２８）または前記第１及び第２出力部（１２，１４）および／または前記４つのスイッチ（３２〜３８）に対して直列に配置した少なくとも１つのシャント抵抗器（５８，６０；６２〜６８）を介して流れる電流を特徴づける変数（２６，２８）を検出し、比較を行うこと、
   第１作動モードでは前記第１切換手段（１６）のみ、第２作動モードでは前記第２切換手段（１８）のみを少なくとも時々、クロック周期で切り換え、２つの作動モード間で周期的に切換を行うことにより、前記制御電圧（２０）の符号が等しい場合に前記第１作動モードでは前記第１出力部（１２）にのみ、前記第２作動モードでは前記第２出力部（１４）にのみクロック周期信号が提供され、それぞれ他方の出力部が静的信号を有すること、
   を特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記制御電圧（２０）が少なくとも短時間、少なくともほぼゼロとなるべき状態の間に、前記第１の場合から前記第２の場合へ、または第２の場合から第１の場合へ、少なくとも１回切り換えること特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、
   前記制御電圧（２０）が少なくとも短時間、少なくともほぼゼロとなるべき位相を、規定されたクロック周期パターン後に前記第１の場合によって一回誘起し、前記第２の場合によってもう一回誘起する方法。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法において、
   前記出力部に印加された前記制御電圧（２０）を特徴づける変数に、それぞれの出力部に印加された出力電位（２６，２８）の差を含む方法。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法において、
   前記出力部に印加された前記制御電圧（２０）を特徴づける変数に、それぞれの出力部に印加された出力電位（２６，２８）の絶対値を含む方法。
6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法において、
   前記変数（２６，２８）をそれぞれ目標値と比較する方法。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法において、
   前記第１の場合に検出した前記出力電位（２６，２８）の差を、前記第２の場合に検出した前記出力電位（２６，２８）の差と比較する方法。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法において、
   検出した前記変数（２６，２８）と目標値との許容できないずれ、または前記第１の場合に検出した変数（２６，２８）と前記第２の場合に検出した変数（２６，２８）との許容できないずれ、または変数（２６，２８）に変化がないことをエラーメモリに入力する方法。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法において、
   検出した前記変数（２６，２８）と目標値との許容できないずれ、または前記第１の場合に検出した変数（２６，２８）と前記第２の場合に検出した変数（２６，２８）との許容できないずれ、または変数（２６，２８）に変化がないことを確認した場合に、前記制御回路（１０）の作動を緊急作動に切り換える方法。
10. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記第１の場合にも前記第２の場合にも２つの出力電位（２６，２８）を相互に独立して検出し、それぞれ目標値と比較する方法。
11. コンピュータプログラム（５２）において、
    請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法で使用するためにプログラミングされていることを特徴とするコンピュータプログラム（５２）。
12. 自動車の制御および／または調整装置（４０）のための電子メモリ媒体（５０）において、
    請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法で使用するためのコンピュータプログラム（５２）が記憶されていることを特徴とする、電子メモリ媒体（５０）。

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