WO2005106227A1 - Verfahren zur diagnose einer ansteuerschaltung - Google Patents

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WO2005106227A1
WO2005106227A1 PCT/EP2005/051519 EP2005051519W WO2005106227A1 WO 2005106227 A1 WO2005106227 A1 WO 2005106227A1 EP 2005051519 W EP2005051519 W EP 2005051519W WO 2005106227 A1 WO2005106227 A1 WO 2005106227A1
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control circuit
hsl
short
circuit
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PCT/EP2005/051519
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Inventor
Bernd Kudicke
Thoralf Rosahl
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2041/2093—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils with means for detecting circuit failures detecting short circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting

Definitions

  • the invention is based on a method for diagnosing control circuits with at least one actuator, in particular a capacitive actuator of a fuel
  • the present invention also relates to a device for actuating control circuits, in particular a control unit of an internal combustion engine, and a computer program product for carrying out the method according to the invention on a computer or control unit.
  • Actuators of this type operated capacitively or inductively, are used in fuel injectors of BremilCTafi machines, in particular in those with direct fuel injection.
  • piezo actuators are used in fuel injectors of BremilCTafi machines, in particular in those with direct fuel injection.
  • Actuators are moved by a change in length of the piezo actuator, a valve element of the K-fuel injector from an open to a closed position and vice versa. However, if there is a short circuit in a supply line to a piezo actuator or in the piezo actuator itself, in a control circuit or in a control device which controls the piezo actuator, this is a proper one
  • the method according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that before each operation of a respective control circuit for controlling at least one actuator, this control circuit and the at least one actuator is checked for short circuits, and that an error reaction occurs if a short circuit is present.
  • This has the particular advantage that it is ensured before each operation of the control circuit that the one that is controlled
  • a high-side output stage path of the control circuit is checked for short circuits to ground and battery, and each individual actuator is checked for short circuits to ground and battery in a lowside output stage path of the control circuit.
  • Switching element is closed and it is then checked whether a bank voltage exceeds a threshold value after a pre-test time. If the voltage exceeds the operating threshold by the end of the pre-test period, it can be assumed that there is no short circuit and a further check for a short circuit is in principle not necessary. However, the bank voltage has the threshold after the pre-test time not exceeded, there is probably a short circuit in the control circuit and a further detailed check of the control circuit for a short circuit must be initiated. This procedure has the particular advantage that an in-depth check for a short circuit is only carried out if there were signs in advance that indicated a short circuit.
  • Control circuit in which a short circuit was detected, blocked.
  • a device for controlling a control circuit which has at least one actuator, is provided, the device being designed, for example, as a control device of an internal combustion engine and programmed to use at least one method according to the invention.
  • diagnosis of a short circuit can advantageously be carried out centrally by a control unit and, for example, in addition to the fault reactions, further measures can also be initiated.
  • the method according to the invention is stored as a computer program product with a program code and stored on a machine-readable medium, so that the method is carried out in an advantageous manner when the program is executed on a computer or control device.
  • FIG. 1 shows schematically a control circuit for two capacitive actuators
  • FIG. 2 shows a control diagram for a short circuit check according to the invention
  • FIG. 3 schematically shows a process sequence according to the invention
  • the invention is based on the consideration that an output stage for the control of actuators does not necessarily have to be permanently short-circuit proof if it is ensured that the output stage does not control a control circuit with a permanent short circuit.
  • actuators which are intended for operation in a Brennlcraft machine are combined into groups in a common control circuit. These groups of actuators are commonly referred to as a bank or a banking system. For example, three bench systems, each with two actuators, can be provided for an O-cylinder Brenrikrafi machine.
  • Figure 1 shows schematically a control circuit for two capacitive actuators.
  • a first and a second actuator are identified in FIG. 1 by actuator 1 and actuator 2.
  • Both actuators (actuator 1, 2) are each connected to a throttle with a connection on the so-called highside, with the
  • Throttle can either be switched to a supply line via a high-side switching element HSL or to a ground line via a low-side switching element LSE.
  • the electrical connection of the actuators (actuator 1, 2) via the common supply line, the choke and the highside switching element to the supply line is also referred to as the ffighside output stage path.
  • the connection of the first actuator actuator 1 is connected to a first lowside switching element GLS1 and the connection of the second actuator actuator 2 to a second lowside switching element GLS2, wherein the two switching elements GLS1, GLS2 switch the two actuators actuators 1, 2 to a common low-side feed line.
  • the common low-side feed line is connected to the ground line via a measuring resistor R ess.
  • the electrical path from the connection of a respective actuator actuator 1, 2 via the associated low-side switching element GLS1, 2, the low-side supply line and the measuring resistor Rmess to the ground line is also called low-side
  • a bridging switching element GSTOP is provided parallel to the actuators and connects the highside of the actuators to the low-side feed line via a shunt resistor Rshunt. All switches and switching elements are in the exemplary embodiment of the
  • FIG. 3 opened.
  • the voltage drop across the actuators is referred to as the so-called bank voltage UBANK.
  • the voltage drop across the measuring resistor Rmess is proportional to the piezo current IPIEZO.
  • Control circuit shown for checking for a short circuit If the control circuit is not operated, all switching elements except the bypass switching element GSTOP are open.
  • the bypass switching element is opened and then the highside switching element HSL is closed after a waiting time T_TRDLY. If the bank voltage UBANK reaches or exceeds an operating threshold value UJHSL after or during a pre-test time T HSL, starting from the closed highside switching element HSL, it can be assumed that there is no short circuit in the control circuit and the control circuit is enabled and goes into the normal operating mode about.
  • the checking of the bank voltage UBANK at the start of operation of the control circuit serves as a pretest SO for a short circuit in the control circuit to be operated.
  • the first step S1 of the incoming short-circuit check is initiated, the high-side switching element HSL remaining closed and a further waiting time T_TRDLY immediately following the pre-test time T HSL of the pre-test SO. If the bank voltage UBANK remains below one during this additional waiting time T TRDLY
  • a diagnosis waiting time T DIAGKSUB in a second step S2. Since the highside switching element HSL is open during this time, no current should flow from the highside via the bridging switching element GSTOP, the shunt resistor Rshunt and the measuring resistor Rmess. However, if the piezocurrent EPIEZO measured via the measuring resistor Rmess exceeds a current threshold IPSEL, a so-called "short circuit against Ubat (battery or supply voltage) is determined on the highside power amplifier path" KSUBHS and an error reaction is initiated End of the diagnostic waiting time T DIAGKSUB open.
  • a so-called "short circuit against Ubat battery or supply voltage
  • a third step S3 the first low-side switching element GLS1 is closed for a time TJPSEL. If & TJPSEL exceeds the current threshold IPSEL during this time, there is a so-called short circuit against Ubatt (battery or supply voltage) on the low-side power amplifier path 1 "KSUBLS1 and one
  • the high-side switching element HSL is also closed. If the piezo current exceeds EPIEZO after a piezo control time TJPIEZO not the current threshold value EPSEL, there is a so-called "short circuit to ground on the low side power stage path 2" KSMLS2 and an error reaction is initiated.
  • bypass switching element GSTOP is closed in a sixth step S6 and the second low-side switching element GLS2 and the high-side switching element HSL are opened.
  • a seventh step S7 begins and the bypass switching element GSTOP is opened again.
  • the first low-side and high-side switching element GLS1, HSL are opened in an eighth step S8 and after a further waiting time T TRDLY, the bypass switching element GSTOP is closed, so that after the eighth step S8, the switching elements a state like before
  • FIG. 3 schematically shows the flow diagram of a short-circuit test according to the invention.
  • the steps SO to S7 correspond to the steps shown and described in FIG. 2 with the corresponding positions of the switching elements.
  • Step SO essentially corresponds to a pre-test, in which a test criterion is used to decide whether the control circuit to be operated has a short circuit or not. Only if the result of the pre-test is short-circuited in the
  • step S1 Indicates control circuit, the further method steps S1 to S7 are carried out.
  • steps S1 to S5 and S7 a short circuit is then determined and the exact location of the fault is determined by specific settings of the switching elements and corresponding test questions.
  • step S0 it is checked whether the bank voltage UBANK exceeds an operating threshold U_HSL by the end of the pre-test time TJHSL. If the result of the check is positive, the control circuit is released in step 100.
  • An incoming short circuit check is initiated with a first step S1 only if a negative result is present.
  • step S1 it is checked whether the bank voltage UBANK remains below a minimum threshold value ULOW after an additional waiting time. If the minimum threshold ULOW is not exceeded, there is a short circuit to ground on the highside power amplifier path KSMHS and step 200 becomes the one
  • the error reaction is initiated in step 200 if the piezo current EPIEZO exceeds the current threshold IPSEL and there is a short circuit against Ubat (battery or supply voltage) on the highside power amplifier path KSUBHS.
  • a short circuit against Ubat (battery or supply voltage) is determined on the low-end power stage path 1 KSUBLS1 and the error reaction is initiated in step 200 if the piezoelectric current EPIEZO reaches the current threshold
  • EPSEL exceeds.
  • step S4 a short circuit against Ubat (battery or supply voltage) is determined on the low-side power amplifier path 2 KSUBLS2 and the error reaction is initiated in step 200 if the piezoelectric current IPEEZO
  • step S5 a short circuit to ground is determined on the low-side power amplifier path 2 KSMLS2 and the error reaction is initiated with step 200 if the piezoelectric current EPIEZO remains below the current threshold IPSEL.
  • step S6 the next step is prepared without the measurement results being checked.
  • step S7 a short circuit to ground is determined on the low-side power stage path KSMLS1 and the error reaction is initiated in step 200 if the piezoelectric current IPIEZO remains below the current threshold IPSEL. If there is no short circuit in the last ÜT_ test in the seventh step S7, the switching elements are checked for their state in the following eighth step S8
  • the procedure according to the invention has the advantage in particular in steps S2 to S5 and S7 that the checking for short circuits is carried out on the basis of current measurements.
  • This procedure has the particular advantage of being essentially independent of cable lengths or electrical capacitances of the actuators. As a result, aging effects, such as those found in piezo injectors, play only a minor role in the diagnosis of short circuits.
  • the procedure according to the invention ensures that, even if there is a short circuit in the control circuits of the actuators, at least limited operation of the fueling machine is possible, and danger to the driver is avoided.
  • the type of short circuit is determined by the procedure according to the invention, so that the corresponding information can be called up during a repair and the error can be quickly localized and allows a reliable repair.
  • the procedure according to the invention it is not absolutely necessary for the procedure according to the invention to design the actuating output stage to be permanently short-circuit proof, since before each operation the actuation circuit is checked for a short circuit and possibly blocked. This ensures that the power amplifier is not operated in a permanent short-circuit condition. However, it can happen that a
  • the output stage is advantageously designed such that short-term short circuits are survived by the output stage without damage. If the short-circuit
  • Components or mechanical components to maintain a permanent short-circuit strength are not necessary. Through this procedure, in particular, more cost-effective components or mechanical components can be used in the output stage and the output stage can also be made more compact, which also reduces the power loss to be dissipated.
  • the piezo actuators with inductive actuators, in particular also electromechanical actuators.
  • the procedure according to the invention is to be applied analogously here.
  • a device for actuating control circuits in particular a control unit of a Brennl raftoiaschine, with means for detecting short circuits, the device being programmed to use the method according to the invention.
  • the program can do this for example as (_tompute ⁇ rogramm product with program code on a machine-readable medium.
  • the method according to the invention can be provided as a program or as a functionality on an electronic component, for example one
  • EPROM, ASiC or similar to be kept available and operated in a control unit or in particular directly in a power amplifier.
  • control circuits themselves can also be understood as part of the output stage, so that functionalities of the control or the power supply are also conceivable in a different form than shown.
  • the supply line does not necessarily have to be at battery potential and the ground line does not necessarily have to be at ground potential.
  • Power stage solutions are also conceivable in which the actuators are controlled via pulse width modulated current / voltage.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von Ansteuerschaltungen mit mindestens einem Stellglied, insbesondere einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, wobei vor dem Betreiben einer jeweiligen Ansteuerschaltung diese Ansteuerschaltung und das mindestens eine Stellglied auf Kurzschlüsse überprüft wird, und wobei bei Vorliegen eines Kurzschlusses eine Fehlerreaktion erfolgt.

Description

Verfahren zur Diagnose einer Ansteuerschaltung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Diagnose von Ansteuerschaltungen mit mindestens einem Stellglied, insbesondere eines kapazitiven Stellglieds einer Kraftstoff-
Einspritzvorrichtung, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch eine Vorrichtung zum Ansteuern von Ansteuerschaltungen, insbesondere ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, sowie ein Computerprogramm-Produkt zur Durc___ührung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem Computer oder Steuergerät.
Derartige Stellglieder, kapazitiv oder induktiv betrieben, kommen bei Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen von BremilCTafimaschinen zum Einsatz, insbesondere bei solchen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung. Bei Verwendung von Piezoaktoren als kapazitiver
Stellglieder wird durch eine Längenänderung des Piezoaktors ein Ventilelement der K-faftstoff-Einspritzvorrichtung von einer geöffneten in eine geschlossene Position bewegt und umgekehrt. Wenn es jedoch in einer Zuleitung zu einem Piezoaktor oder im Piezoaktor selbst, in einer Ansteuerschaltung oder in einem Steuergerät, welches den Piezoaktor ansteuert, zu einem Kurzschluss kommt, ist eine ordnungsgemäße
Ansteuerung des Piezoaktors nicht mehr möglich. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass hierdurch gleich eine Mehrzahl von Piezoaktoren in ihrer Funktion beeinträchtigt wird. Dies kann im besten Fall zu Komforteinbußen, in einem ungünstigen Fall zu einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und des Emissionsverhaltens der Breruαlcraftairaschine, und im Extremfall zu einer Gefährdung des Benutzers der Brennkraftmaschine fuhren.
Aus der EP 1 138 907 AI ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem die Spannung, mit der ein kapazitives Element eines Piezoaktors geladen beziehungsweise entladen wird, erfasst und hieraus die Kapazität des kapazitiven Elements bestimmt wird. Mittels dieser ermittelten Kapazität kann nun darauf geschlossen werden, ob bei dem untersuchten Piezoaktor ein Kurzschluss vorliegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit Merkmale des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass vor jedem Betreiben einer jeweiligen Ansteuerschaltung zur Ansteuerung mindestens eines Stellglieds, diese Ansteuerschaltung und das mindestens eine Stellglied auf Kurzschlüsse überprüft wird, und dass bei Vorliegen eines Kurzschlusses eine Fehlerreaktion erfolgt. Dies hat in den besonderen Vorteil, dass vor jedem Betreiben der Ansteuerschaltung sichergestellt ist, dass die jeweils angesteuerte
Ansteuerschaltung ohne Kurzschluss ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhafte Ausführungsform wird ein Highside-Endstufenpfad der Ansteuer schaltung auf Kurzschlüsse gegen Masse und Batterie geprüft und in einem Lowside-Endstufenpfad der Ansteuerschaltung jedes einzelne Stellglied auf Kurzschlüsse gegen Masse und Batterie geprüft. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Kurzschluss nicht nur einer bestimmten Ansteuerschaltung zugeordnet, sondern auch noch der Fehlerpfad bezüglich High- oder Lowside zuverlässig identifiziert werden kann.
Besonders vorteühaft ist es, dass, bevor die jeweiUge Ansteuerschaltung auf Kurzschlüsse überprüft wird, ein Vortest durchgeführt wird, bei dem zunächst ein Highside-
Schaltelement geschlossen wird und hiernach überprüft wird, ob eine Bankspannung nach einer Vortestzeit einen Schwellenwert überschreitet. Überschreitet die Bahkspannung den Betriebs-Schwellenwert bis zum Ende der Vortestzeit, so ist davon auszugehen dass kein Kurzschluss vorliegt und eine weitere Übeφrüfung auf einen Kurzschluss ist prinzipiell nicht notwendig. Hat die Bankspannung den Schwellenwert nach der Vortestzeit jedoch nicht überschritten, liegt wahrscheinlich ein Kurzschluss in der Ansteuerschaltung vor und eine weitere detailliertere Übeφrüfung der Ansteuerschaltung auf Kurzschluss ist einzuleiten. Dieses Vorgehen hat den besonderen Vorteil, dass eine eingehende Übeφrüfung auf Kurzschluss nur dann erfolgt, wenn es im Vorfeld Anzeichen gab, die auf einen Kurzschluss hinwiesen.
Gemäß einer weiteren vorteilhafte Ausfuhrungsform wird als Fehlerreaktion die
Ansteuerschaltung, bei der ein Kurzschluss festgestellt wurde, gesperrt.
Durch dieses Vorgehen und insbesondere einer schnellen Fehlerreaktion nach Feststellen eines Kurzschlusses ist es in vorteilhafter Weise möglich, auf eine
Dauerkurzschlussfestigkeit der Ansteuerungs-Endstufe zu verzichten. Somit ist es ausreichend, die Endstufe zwar kurzschlussfest aber nicht zwingend dauerkurzschlussfest aufzubauen und ermöglicht es so, kostengünstige Bauelemente bzw. Mechanikkomponenten zu verwenden. Weiterhin wird durch den Verzicht zusätzlicher Bauelemente, die für eine Dauerkurzschlussfestigkeit notwendig wären, die abzuführende
Verlustleistung reduziert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Ansteuern von Ansteuerschaltung, die mindestens ein Stellglied aufweisen, vorgesehen, wobei die Vorrichtung beispielsweise als Steuergerät einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist und zur Anwendung mindestens eines erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist. So kann in vorteilhafter Weise die Diagnose auf Kurzschluss zentral von einem Steuergerät übernommen werden und bspw. zusätzlich zu den Fehlerreaktionen auch weitere Maßnahmen eingeleitet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Verfahren als Computerprogramm-Produkt mit Programmcode hinterlegt und auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert, so dass das Verfahren in vorteilhafter Weise ausgeführt wird, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.
Zeichnungen
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen 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 den Zeichnungen.
Es zeigen:
Figur 1 zeigt schematisch eine Ansteuerschaltung für zwei kapazitiven Stellglieder; Figur 2 zeigt ein Ansteuerungsschema für eine erfindungsgemäße Überprüfung auf Kurzschluss;
Figur 3 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf;
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine Endstufe zur Ansteuerung von Stellgliedern nicht zwangsläufig dauerkurzschlussfest sein muss, wenn sichergestellt ist, dass die Endstufe keine Ansteuerschaltung mit einem dauerhaften Kurzschluss ansteuert.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, vor dem Betreiben eines Stellglieds die jeweilige Ansteuerschaltung und die Stellglieder selbst auf Kurzschluss hin zu überprüfen. Wird ein Kurzschluss festgestellt, wird vorzugsweise die jeweilige Ansteuerschaltung für den weiteren Betrieb, insbesondere einer Endstufen- Ansteuerung, gesperrt.
Typischer Weise werden Stellglieder, die für einen Betrieb in einer Brennlcraftmaschine vorgesehen sind, zu Gruppen in einer gemeinsamen Ansteuerschaltung zusammengefasst. Diese Gruppen von Stellgliedern werden gemeinhin auch als Bank oder auch als Bank- System bezeichnet. Für eine ö-Zylinder-Brenrikrafi-maschine können beispielsweise drei Bank-Systeme mit jeweils zwei Stellgliedern vorgesehen sein.
Figur 1 zeigt schematisch eine Ansteuerschaltung für zwei kapazitiven Stellglieder. Ein erstes und zweites Stellglied sind in Figur 1 mit Aktor 1 und Aktor 2 gekennzeichnet. Beide Stellglieder (Aktor 1, 2) sind mit jeweils einem Anschluss auf der sogenannten Highside über eine gemeinsame Zuleitung mit einer Drossel verbunden, wobei sich die
Drossel entweder über ein Highside-Schaltelement HSL auf eine Versorgungsleitung oder über ein Lowside-Schaltelement LSE auf eine Masseleitung schalten lässt. Die elektrische Verbindung der Stellglieder (Aktor 1, 2) über die gemeinsame Zuleitung, der Drossel und dem Highside-Schaltelement zur Versorgungsleitung wird auch als ffighside-Endstufenpfad bezeichnet. Auf der anderen Anschluss-Seite der Stellglieder (Aktor 1, 2), der sogenannten Lowside ist der Anschluss des ersten Stellglieds Aktor 1 mit einem ersten Lowside-Schaltelement GLSl und der Anschluss des zweiten Stellglieds Aktor 2 mit einem zweiten Lowside- Schaltelement GLS2 verbunden, wobei die beiden Schaltelemente GLSl, GLS2 die beiden Stellglieder Aktor 1, 2 auf eine gemeinsame Lowside-Zuleitung schalten. Die gemeinsame Lowside-Zuleitung ist über einen Messwiderstand R ess mit der Masseleitung verbunden. Die elektrische Strecke vom Anschluss eines jeweiligen Stellglieds Aktor 1, 2 über das zugehörige Lowside-Schaltelement GLSl, 2, der Lowside- Zuleitung und dem Messwiderstand Rmess zur Masseleitung wird auch als Lowside-
Endstufenpfad 1, 2 bezeichnet.
Parallel zu den Stellgliedern ist ein Uberbrückungs-Schaltelement GSTOP vorgesehen, der die Highside der Stellglieder über einen Shunt-Widerstand Rshunt mit der Lowside- Zuleitung verbindet. Alle Schalter und Schaltelemente sind im Ausfuhrungsbeispiel der
Figur 3 geöffnet. Der Spannungsabfall über die Stellglieder wird als sogenannte Bankspannung UBANK bezeichnet. Der Spannungsabfall über den Messwiderstand Rmess ist proportional zum Piezostrom IPIEZO.
In Figur 2 ist der zeitliche Verlauf der Ansteuerung der verschiedenen Schaltelemente der
Ansteuerschaltung zur Übeφrüfung auf einen Kurzschluss dargestellt. Wird die Ansteuerschaltung nicht betrieben, sind alle Schaltelemente bis auf das Uberbrückungs- Schaltelement GSTOP geöffiiet.
Ist ein Betrieb der Ansteuerschaltung vorgesehen, wird das Uberbrückungs-Schaltelement geöfthet und dann das Highside-Schaltelement HSL nach einer Wartezeit T_TRDLY geschlossen. Erreicht oder überschreitet die Bankspannung UBANK nach oder während einer Vortestzeit T HSL, beginnend ab geschlossenem Highside-Schaltelement HSL, einen Betriebs-Schwellenwert UJHSL, ist davon auszugehen, dass kein Kurzschluss in der Ansteuerschaltung vorliegt und die Ansteuerschaltung wird freigegeben und geht in den üblichen Betriebsmodus über. Die Übeφrüfung der Bankspannung UBANK beim Betriebsbeginn der Ansteuerschaltung dient quasi als Vortest SO auf Kurzschluss in der zu betreibenden Ansteuerschaltung. Wurde im Vortest SO der Betriebs-Schwellenwert U HSL nicht überschritten, wird der erste Schritt Sl der eingehenden Kurzschlussübeφrüfung eingeleitet, wobei das Highside-Schaltelement HSL weiterhin geschlossen bleibt und sich unmittelbar an die Vortestzeit T HSL des Vortest SO eine weitere Wartezeit T_TRDLY anschließt. Bleibt die Bankspannung UBANK in dieser zusätzlichen Wartezeit T TRDLY unter einen
Mindest-Schwellewert ULOW, so liegt ein ,,Kurzschluss gegen Masse auf Highside- Endstufenpfad" KSMHS vor und eine Fehlerreaktion wird eingeleitet. Ohne Einleitung einer Fehlerreaktion wird am Ende der Wartezeit T TDRLY das Highside-Schaltelement HSL wieder geöffnet und nach einer weiteren nachfolgenden Wartezeit T TRDLY das Uberbrückungs-Schaltelement GSTOP geschlossen.
Hiernach schließt sich in einem zweiten Schritt S2 eine Diagnose-Wartezeit T DIAGKSUB an. Da das Highside-Schaltelement HSL während dieser Zeit geöffnet ist, sollte von der Highside über das Uberbrückungs-Schaltelement GSTOP, dem Shunt- Widerstand Rshunt und dem Messwiderstand Rmess kein Strom fließen. Überschreitet jedoch der über den Messwiderstand Rmess gemessene Piezostrom EPIEZO eine Stromschwelle IPSEL, wird ein sogenannter „Kurzschluss gegen Ubat (Batterie- bzw. Versorgungsspannung) auf dem Highside-Endstufenpfad" KSUBHS festgestellt und eine Fehlerreaktion eingeleitet. Ohne Fehlerreaktion wird das Uberbrückungs-Schaltelement GSTOP zum Ende der Diagnose-Wartezeit T DIAGKSUB geöfßαet.
Im weiteren wird in einem dritten Schritt S3 das erste Lowside-Schaltelement GLSl für eine Zeit TJPSEL geschlossen. Wir&in dieser Zeit TJPSEL die Stromschwelle IPSEL überschritten, liegt ein sogenannter ,-Kurschluss gegen Ubatt (Batterie- bzw. Versorgungsspannung) auf dem Lowside-Endstufenpfad 1" KSUBLS1 vor und eine
Fehlerreaktion wird eingeleitet.
Zu Beginn des nachfolgenden vierten Schritts S4 wird das erste Lowside-Schaltelement GLSl wieder geöffnet und zweite Lowside-Schaltelement GLS2 geschlossen. Analog zum dritten Schritt S3 liegt ein ,,Kurschluss gegen Ubatt (Batterie- bzw.
Versorgungsspannung) auf dem Lowside-Endstufenpfad 2" KSUBLS2 vor, wenn der Piezostrom IPEEZO die Stromschwelle IPES überscheitet.
Im fünften Schritt S5 wird zusätzlich zum zweiten Lowside-Schaltelement GLS2 auch das Highside-Schaltelement HSL geschlossen. Überschreitet der Piezostrom EPIEZO nach einer Piezo-Ansteuerzeit TJPIEZO den Strom-Schwellenwert EPSEL nicht, so liegt ein so genannter " Kurzschluss gegen Masse auf dem Lowside-Endstufenpfad 2" KSMLS2 vor und eine Fehlerreaktion wird eingeleitet.
Um für die nachfolgende Messung definierte Zustände einzustellen, wird in einem sechsten Schritt S6 das Uberbrückungs-Schaltelement GSTOP geschlossen sowie das zweite Lowside-Schaltelement GLS2 und das Highside-Schaltelement HSL geöffnet.
Nach einer Entladungs-Wartezeit T DIAGWT1 beginnt ein siebter Schritt S7 und das Uberbrückungs-Schaltelement GSTOP wird wieder geöffnet. Nach einer zusätzlichen
Wartezeit T TRDLY werden das erste Lowside-Schaltelement GLSl und das Highside- Schaltelement HSL für eine Piezo-Ansteuerzeit T PEBZO geschlossen. Überschreitet der Piezostrom nach einer Piezo-Ansteuerzeit TJPIEZO den Strom-Schwellenwert EPSEL nicht, so hegt ein so genannter " Kurzschluss gegen Masse auf dem Lowside- Endstufenpfad 1 " KSMLS1 vor und eine Fehlerreaktion wird eingeleitet.
Nach der Piezo-Ansteuerzeit TJPIEZO werden in einem achten Schritt S8 das erste Lowside- und das Highside-Schaltelement GLSl, HSL geöffnet und nach einer weiteren Wartezeit T TRDLY wird das Uberbrückungs-Schaltelement GSTOP geschlossen, so dass nach Beendigung des achten Schritts S8 die Schaltelemente einen Zustand wie vor
Beginn des ersten Schritts Sl einnehmen.
In Figur 3 ist schematisch das Ablaufschema einer erfϊndungsgemäßen Kurzschluss- Übeφrüfung dargestellt. Wobei die Schritte SO bis S7 den in Figur 2 dargestellten und beschriebenen Schritten mit den entsprechenden Stellungen der Schaltelemente entsprechen.
Schritt SO entspricht im Wesentliche einem Vortest, in dem anhand eines Prüf kriteriums entschieden wird, ob die zu betreibende Ansteuerschaltung einen Kurzschluss aufweist oder nicht. Nur wenn das Ergebnis des Vortests auf einen Kurzschluss in der
Ansteuerschaltung hinweist, werden die weiteren Verfahrensschritte Sl bis S7 durchgeführt. In den Schritten Sl bis S5 und S7 wird dann durch gezielte Einstellungen der Schaltelemente und entsprechenden Prüfäbfragen sowohl ein vorliegender Kurzschluss festgestellt als auch der genaue Fehlerort bestimmt. Im Schritt SO wird übeφrüft, ob die Bankspannung UBANK bis zum Ende der Vortestzeit TJHSL einen Betriebs-Schwellenwert U_HSL überschreitet. Bei einem positiven Ergebnis der Übeφrüfung wird die Ansteuerschaltung im Schritt 100 freigegeben. Nur bei Vorliegen eines negativen Ergebnisses wird eine eingehende Kurzschluss-Übeφrüftmg mit einem ersten Schritt Sl eingeleitet.
Im Schritt Sl wird übeφrüft, ob die Bankspannung UBANK nach einer zusätzlichen Wartezeit unterhalb eines Mindest-Schwellenwerts ULOW bleibt. Wird der Mindest- Schwellenwert ULOW nicht überschritten, liegt ein Kurzschluss gegen Masse auf dem Highside-Endstufenpfad KSMHS vor und es wird zum Schritt 200, der eine
Fehlerreaktion einleitet, verzweigt.
Im zweiten Schritt S2 wird die Fehlerreaktion im Schritt 200 eingeleitet, falls der Piezostrom EPIEZO die Stromschwelle IPSEL überschreitet und so ein Kurzschluss gegen Ubat (Batterie- bzw. Versorgungsspannung)auf dem Highside-Endstufenpfad KSUBHS vorliegt.
Im dritten Schritt S3 wird ein Kurzschluss gegen Ubat (Batterie- bzw. Versorgungsspannung) auf dem Lowside-Endstufenpfad 1 KSUBLS1 festgestellt und die Fehlerreaktion im Schritt 200 eingeleitet, falls der Piezostrom EPIEZO die Stromschwelle
EPSEL überschreitet.
Im vierten Schritt S4 wird ein Kurzschluss gegen Ubat (Batterie- bzw. Versorgungsspannung) auf dem Lowside-Endstufenpfad 2 KSUBLS2 festgestellt und die Fehlerreaktion im Schritte 200 eingeleitet, falls der Piezostrom IPEEZO die
Stromschwelle IPSEL überschreitet.
Im fünften Schritt S5 wird ein Kurzschluss gegen Masse auf dem Lowside-Endstufenpfad 2 KSMLS2 festgestellt und die Fehlerreaktion mit Schritt 200 eingeleitet, falls der Piezostrom EPIEZO unterhalb der Stromschwelle IPSEL bleibt.
Im sechsten Schritt S6 wird der nächste Schritt vorbereitet, ohne dass eine Übeφrüfung von Messergebnissen erfolgt. Im siebten Schritt S7 wird ein Kurzschluss gegen Masse auf dem Lowside- Endstufenpfadl KSMLS1 festgestellt und die Fehlerreaktion im Schritt 200 eingeleitet, falls der Piezostrom IPIEZO unterhalb der Stromschwelle IPSEL bleibt. Sollte auch in der letzten ÜT_ eφrüfung im siebten Schritt S7 keine Kurzschluss festzustellen sein, so werden im nachfolgenden achten Schritt S8 die Schaltelemente auf ihren Zustand, der vor
Beginn des ersten Schritts Sl vorlag, zurückgeschaltet. Hiernach erfolgt die Freigäbe der Ansteuerungsschaltung im nachfolgenden Schritt 100.
Das erfϊndungsgemäße Vorgehen hat insbesondere in den Schritte S2 bis S5 und S7 den Vorteil, dass die Übeφrüfung auf Kurzschlüsse anhand von Strommessungen erfolgt.
Dieses Vorgehen hat den besonderen Vorteil im Wesentlichen unabhängig von Kabellängen oder auch elektrischen Kapazitäten der Stellgheder zu sein. Somit spielen insbesondere auch Alterungseffekte, wie sie bei den Piezoeinspritzventilen vorhanden sind, nur eine untergeordnete Rolle bei der Diagnose auf Kurzschlüsse.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass bei Erkennen eines Kurzschlusses als Fehlerreaktion die Ansteuerschaltung gesperrt wird, und somit für alle weiteren Ansteuerungen nicht mehr zur Verfügung steht. Im Falle einer 6-ZylinάV_r-Brenrüσaftmaschine mit drei Ansteuerschaltungen/Bänken mit je 2 Stellgliedern würde bei einem Kurzschluss in einer Ansteuerschaltung diese Schaltung außer Betrieb gesetzt, so dass die Brennl raftmaschine mit den verbleibenden zwei Ansteuerschaltungen, d.h. also mit 4 angesteuerten Zylindern, zu betreiben wäre.
Ohne Kurzschluss-Erkennung besteht die Gefahr, dass die Endstufe zur Ansteuerung der Stellglieder bei wiederholtem Ansteuern einer kurzschlussbehafteten Ansteuerschaltung überlastet und zerstört wird, was zum einem Totalausfall der Stellglied- Ansteuerung führen würde. Ein Betrieb der Brennlcraftmaschine wäre so nicht mehr möglich und je nach Situation in der sich das Fahrzeug befindet wäre ggf. auch der Fahrer selbst gefährdet bzw. unzumutbaren Gefahren ausgesetzt.
Mit dem erfindungsgemäßen Vorgehen wird sichergestellt, dass auch bei Vorliegen eines Kurzschlusses in den Ansteuerschaltungen der Stellglieder zumindest ein eingeschränkter Betrieb der Brenhkrafitaaschine möglich ist, und eine Gefährdung des Fahrers vermieden wird. Darüber hinaus wird durch das erfindungsgemäße Vorgehen die Art des Kurzschlusses ermittelt, so dass bei einer Reparatur die entsprechenden Informationen abgerufen werden können und sich der Fehler schnell eingrenzen lässt und eine zuverlässige Reparatur erlaubt.
Ferner ist es für das erfindungsgemäße Vorgehen nicht zwingend notwendig die ansteuernde Endstufe dauerkurzschlussfest auszuführen, da vor jedem Betrieb die Ansteuerschaltung auf Kurzschluss übeφrüft und gegebenenfalls gesperrt wird. So ist sichergestellt, dass die Endstufe nicht in einem dauerhaften Kurzschluss-Zustand betrieben wird. Es kann jedoch vorkommen, dass während der Ansteuerung eines
Stellglieds in der entsprechenden Ansteuerschaltung bzw. durch das Stellglied selbst ein Kurzschluss zur Masse oder zur Versorgungsspannung auftritt. Um auch für einen solchen Fall die Betriebssicherheit der gesamten Ansteuerung zu garantieren, wird die Endstufe in vorteilhafter Weise so ausgelegt, dass kurzzeitige Kurzschlüsse von der Endstufe unbeschadet überstanden werden. Wird die kurzschlussbehaftete
Ansteuerschaltung im nächsten Zyklus angesteuert, so wird durch das erfindungsgemäße Verfahren der Kurzschluss erkannt und die Ansteuerschaltung gesperrt. Eine erneute Belastung der Endstufe durch einen Kurzschluss wird so in vorteilhafter Weise vermieden. Es reicht daher aus die Endstufe so auszulegen, dass kurzzeitige Kurzschlüsse standgehalten werden. Weiteren Reserven und großzügige Dimensionierung der
Bauelemente bzw. Mechanikkomponenten, um eine dauerhafte Kurzschlussfestigkeit vorzuhalten, sind nicht notwendig. Durch dieses Vorgehen können insbesondere auch kostengünstigere Bauelemente bzw. Mechanikkomponenten in der Endstufe eingesetzt werden und die Endstufe darüber hinaus kompakter aufgebaut werden, wodurch zusätzlich auch noch die abzuführende Verlustleistung verringert wird.
Gemäß eines weiteren Ausfuhrungsbeispiel ist es auch denkbar anstelle, der Piezoaktoren auch induktive Stellgliede, insbesondere auch elektromechanische Stellglieder vorzusehen. Das erfindungsgemäße Vorgehen ist hier analog anzuwenden.
Des weiteren ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung zum Ansteuern von Ansteuerschaltungen vorzusehen, insbesondere ein Steuergerät einer Brennl raftoiaschine, mit Mitteln zu Erkennung von Kurzschlüssen, wobei die Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist. Das Programm kann hierbei beispielsweise als (_tomputeφrogramm-Prodükt mit Programmcode auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Des weiteren kann es vorgesehen sein, alle Stellungen der Schalterelemente, die Wartezeiten, Messzeiten, Schwellenwerte und weitere Daten in einem Kennfeld abzulegen.
Weiterhin ist es denkbar, die Schwellenwerte und auch die Wartezeiten/Messzeiten in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennlcraftmaschine und/oder den mechanischen/elektrischen Eigenschaften der Stellglieder festzulegen. Insbesondere ist es denkbar für jede Ansteuerungsschaltung und auch jedem Stellglied diese Größen individuell zuzuordnen und zu berücksichtigen.
Des weiteren kann es vorgesehen sein, das erfindungsgemäße Verfahren als Programm bzw. als Funktionalität auf einem elektronischem Bauelement, beispiels eise einem
EPROM, ASiC o.ä, vorzuhalten und in einem Steuergerät oder insbesondere auch direkt in einer Endstufe zu betreiben.
Weiterhin können auch die Ansteuerschaltungen selbst als Teil der Endstufe aufgefasst werden, so dass Funktionalitäten der Ansteuerung bzw. der Stromversorgung auch in einer anderen Form als dargestellt denkbar sind. Insbesondere muss die Versorgungsleitung nicht zwingend auf Batteriepotential liegen und die Masseleitung nicht unbedingt auf dem Massepotential. Es sind auch Endstufenlösungen denkbar, bei denen die Stellglied über pulsweitenmodulierten Strom/Spannung angesteuert werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Diagnose von Ansteuerschaltungen mit mindestens einem Stellglied, insbesondere einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Betreiben einer jeweiligen Ansteuerschaltung diese Ansteuerschaltung und das mindestens eine Stellglied auf Kurzschlüsse übeφrüft wird, und dass bei Vorliegen eines Kurzschlüsse eine Fehlerreaktion erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Highside-Endstufenpfad der Ansteuerschaltung auf Kurzschlüsse gegen Masse und Batterie geprüft wird, und dass in einem Lowside-Endstufenpfad der Ansteuerschaltung jedes einzelne Stellglied auf Kurzschlüsse gegen Masse und Batterie geprüft wird.
3. Verfahren nach Anspruch zwei, dadurch gekennzeichnet, dass bevor die jeweilige Ansteuerschaltung auf Kurzschlüsse übeφrüft wird, zunächst ein Highside-Schaltelement HSL geschlossen wird, hiernach wird übeφrüft, ob eine Bankspannung (UBANK) nach einer Vortestzeit (T HSL) einen Betriebs-Schwellenwert (U HSL), und dass die Ansteuerschaltung nur dann auf Kurzschlüsse übeφrüft wird, wenn die Bankspannung (UBANK) den Betriebs-Schwellenwert (U HSL) nach der Vortestzeit (T HSL) nicht überschreitet.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übeφrüfung eines Kurzschlusses gegen Masse - zunächst in der jeweilige Ansteuerschaltung auf dem Highside-Endstufenpfad ein Highside-Schaltelement (HSL) geschlossen wird - und dass dann überprüft wird, ob nach der Vortestzeit (T HSL) und einer zusätzlichen Wartezeit (T TRDLY) die Bankspannung (UBANK) einen Mindest- Schwellenwert (ULOW) überschritten hat, - und dass bei NichtÜberschreitung des Mindest-Schwellenwerts ULOW eine Fehlerreaktion erfolgt.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fehlerreaktion die Ansteuerschaltung, bei der ein Kurzschluss festgestellt wurde, gesperrt wird.
6. Vorrichtung zum Ansteuern von Ansteuerschaltungen mit mindestens einem StellgUed, insbesondere einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine, mit Mitteln zur Erkennung von Kurzschlüssen, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 programmiert ist
7. Computeφrogramm-Produkt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur DurcMührung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.
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