WO2007014945A1 - Verfahren und vorrichtung zur überprüfung eines ersten spannungswertes - Google Patents

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WO2007014945A1
WO2007014945A1 PCT/EP2006/064884 EP2006064884W WO2007014945A1 WO 2007014945 A1 WO2007014945 A1 WO 2007014945A1 EP 2006064884 W EP2006064884 W EP 2006064884W WO 2007014945 A1 WO2007014945 A1 WO 2007014945A1
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voltage
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voltage value
component
electrical resistance
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PCT/EP2006/064884
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Winfried Hasenberg
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/124—Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters
    • H03M1/129—Means for adapting the input signal to the range the converter can handle, e.g. limiting, pre-scaling ; Out-of-range indication

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for checking a first voltage value according to the preamble of claims 1 and 11.
  • microcontroller In modern times, microcontroller ( ⁇ C) are increasingly used within electrical or electronic components or general circuits (eg motor control devices), which have an analog-to-digital converter (ADC), typically a multi-channel ADC with a reference voltage of 5 V.
  • ADC analog-to-digital converter
  • These ADCs are intended to receive analog voltages from, for example, sensors in a motor vehicle (motor vehicle) and to convert them into digital signals, which are then further processed. Therefore, sensors are typically designed for a 5V supply voltage.
  • the analog output or sensor signal then includes z. For example, if the voltage measured by the ADC is in the low range, for example below 0.25V, or in the upper range, for example greater than 4.75V, this indicates one Error (open circuit, short circuit, ground fault, etc.).
  • DE 100 50 962 A1 shows a method in which five reference signals are used to determine a first signal as accurately as possible. This Driving requires a complicated and expensive circuit design.
  • z there is z.
  • the accuracy of the measurement value acquisition is sufficient in many cases.
  • by using a precision voltage divider full diagnostic functionality of an OBD-II standard sensor is eliminated.
  • active sensors for signaling an interruption of the sensor mass have an internal pull-up resistor whose functionality is explained below with reference to FIG. 1a.
  • a sensor signal of substantially 5 V will be present at the output of the sensor, which represents an implausible voltage value.
  • a ⁇ C with integrated 5 V ADC connected to the sensor can detect this error and evaluate it via software. If, however, the sensor is connected to a ⁇ C with integrated 3.3 V ADC via a voltage divider, a voltage at the ADC input will occur at the sensor ground via the internal pull-up resistor of the sensor and via the resistors of the voltage divider plausible signal range and therefore not from the - A -
  • an additional 5V ADC e.g. As a CY100, which is connected via a digital interface, such as SPI bus, with the ⁇ C.
  • a digital interface such as SPI bus
  • Disadvantages of this solution are, in particular, the additional costs for the 5 V ADC module.
  • not all channels of the multi-channel ADC modules are usually used, which also represents a waste of resources.
  • the use of the CY100 in motor control units due to the SPI bus (approximately 1 ms grid) limits the read-out speed of the ADC values, so that this module can not be used for safety-critical functions (eg rail pressure).
  • the block additionally loads the SPI resources.
  • the problem therefore arises of providing a method and a device for improving the operation of components having an output voltage on components having an input voltage different from the output voltage.
  • a fault of the electronic component is detected when the first one differs from the second voltage value by at least one predetermined threshold value.
  • the invention can be realized in particular by a series connection of a component having a resistance (resistance component) and a switch (eg MOSFET) which is connected in parallel with a (precision) voltage divider.
  • the switch or the semiconductor is preferably controlled by the measuring device (eg ⁇ C).
  • the measuring device eg ⁇ C
  • the resistance component is preferably switched at least partially in parallel with the voltage divider before a subsequent measurement of a second voltage value by the measuring device.
  • the first voltage value can now be verified or checked by comparing the first and the second voltage value.
  • the second voltage value will only be slightly different.
  • the electronic component with the parallel circuit of voltage divider and resistance component forms a new voltage divider. This creates a measurable change in voltage. An error can be clearly identified.
  • an effective resistance of the voltage divider and of the at least partially parallel-connected component having an electrical resistance is substantially smaller than an electrical internal resistance of the electronic component.
  • the electronic component is designed as a sensor, in particular in a motor vehicle.
  • the measuring device is designed as an analog-to-digital converter, in particular integrated into a microcontroller.
  • a microcontroller for example, the above mentioned TC1766 should be mentioned. It is understood that the
  • Measuring device can also be designed as an external analog-to-digital converter. It is expedient if, in the method according to the invention, the signal voltage range is formed essentially from 0 V to 5 V. This allows the advantageous use of the method for the mentioned 5 V components in electronics.
  • the input voltage range is formed substantially from 0 V to 3.3 V. This allows the advantageous use of the method for the mentioned 3.3 V components in electronics.
  • the component having an electrical resistance is designed as an ohmic resistor.
  • An ohmic resistor is a simple, inexpensive and easy-to-use component that is particularly robust and reliable.
  • the inventive method can be used to determine a ground break.
  • a device is provided with a voltage divider, switching means and a component having an electrical resistance, wherein the component having an electrical resistance is at least partially switchable parallel to the voltage divider (110, 111, 112) by means of the switching means (121).
  • the device according to the invention has comparison means for comparing a first and a second voltage value. In particular, this may be a named microcontroller.
  • the device according to the invention also features that correspond to preferred embodiments of the method according to the invention.
  • the device according to the invention is suitable for carrying out a method according to the invention.
  • the device according to the invention is provided in a motor vehicle.
  • a motor vehicle according to the invention is equipped with a device according to the invention.
  • the measure according to the invention overcomes the disadvantages of the prior art, for example, when operating active 5 V sensors on 3.3 V ADC inputs of modern microcontrollers.
  • the inventive method no external 5V ADC modules must be used, resulting in a cost savings.
  • the present invention allows the operation of active 5V sensors to microcontrollers with 3.3V ADC inputs with full scope of diagnosis, ie also in the prior art undetectable errors such. B. the interruption of the sensor mass are detected.
  • the solution described can be realized with a few low-cost components.
  • the OBD II standard is advantageously fulfilled.
  • the solution according to the invention has no appreciable influence on the accuracy of the measurement of a voltage value.
  • Voltage values of active sensors in particular of safety-relevant character (eg pressure sensors in airbags), can be read in more quickly by a microcontroller than, for example, in the state of the art via the SPI interface of the CY100.
  • the resources of the microcontroller are used more effectively.
  • Figure Ia shows a schematic representation of a device in the prior art
  • Figure Ib shows a schematic representation of a preferred embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows the connection of a sensor 100 to a microcontroller 150 in a motor vehicle in the prior art.
  • the sensor 100 has a housing 101, which is indicated schematically by the dashed line. Furthermore, the sensor 100 has a terminal 102 for the supply voltage, in the case shown +5 volts, and a terminal 103 for the mass.
  • the potential of the output voltage Us is represented by the arrow marked Us.
  • the sensor 100 has an output 104 at which the sensor signal Us is provided.
  • the sensor is designed in a so-called pull-up-down circuit.
  • the signal line is connected via resistors to the supply voltage and ground.
  • a signal line 104a is connected to the supply voltage 5 V via a pump-up resistor 105 and to the ground 0 V via a pull-down resistor 106.
  • the operation and purpose of such a circuit is well known to those skilled in the art and therefore will not be further elaborated here.
  • a sensor voltage in the range between approximately 0.5 V and approximately 4.5 V is available at the output 104 of the sensor 100.
  • the microcontroller 150 has an input 151.
  • the microcontroller has an input voltage range in the range of 0V to about 3.3V.
  • the sensor voltage Us output by the sensor 100 at the output 104 is adapted to the input voltage range of the microcontroller 150 via a voltage divider 110.
  • the voltage divider 110 has two resistors 111 and 112, which have a value R1 and R2, respectively. Since the microcontroller 150 has a relatively high input resistance at its ADC input 151, in the present case the forms for the unloaded voltage divider can be used. Therefore, the input voltage U2 at the ADC input 151 of the microcontroller 150 is calculated to be:
  • a voltage U2 is present at the ADC input 151 of the microcontroller 150, which is calculated as:
  • U2 is therefore less than 3.3V, which is why microcontroller 150 can not detect a fault. It will now be shown with reference to FIG. 1b how this disadvantage is overcome by the measure according to the invention.
  • FIG. 1 b shows the schematic illustration from FIG. 1 a together with a resistor 120 and a switch 121.
  • the resistor 120 is connected in series with the switch 121. Furthermore, the resistor 120 is connected to the output signal line 104a.
  • the switch 121 is additionally connected to ground. In the illustrated open position of the switch 121, there are no changes to the behavior explained with reference to FIG. 1a.
  • the microcontroller 150 detects a voltage value U2 close to 3.3 V at the ADC input 151, it is not in a position to reliably detect an error. As already stated, this may be a regular output value of the sensor 100 or the output value of a defective sensor.
  • the microcontroller 150 now actuates the switch 121, so that the signal line 104a is connected to ground via the resistor 120 and the switch 121. Furthermore, a parallel connection of the resistor 120 to the voltage divider 110 arises. Now two cases can be distinguished. If it is a regular output value of the sensor, no significant change in the voltage U2 will occur, since it is usually a working voltage source for a functioning sensor output. The voltage change will be the smaller, the smaller the internal resistance of this voltage source compared to the total resistance of the parallel-connected resistors Rl + R2 and R3.
  • the resistors 105, 111, 112 and 120 form an effective voltage divider system.
  • the voltage U2 dropping across the resistor 112 is therefore measurably lower than 3.3 V.
  • the microcontroller 150 can detect a defective sensor and react accordingly.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of the method according to the invention as a flow chart.
  • the method starts in a step 200.
  • step 200 In one step
  • a step 201 is measured by the measuring device, such as an ADC, which is integrated in a microcontroller, a first voltage value.
  • the microcontroller checks whether the measured first voltage value is in a voltage range that does not allow an accurate determination of an error. If, for example, a 5 V sensor is operated on a 3.3 V ADC in the form described above, it is advisable, for example, to use a voltage threshold of approximately 3 V. If the measured first voltage value is above 3 V, no definitive statement is possible as to whether it is a regular measured value or the output of a faulty sensor. If the measured first voltage value is below this predefinable voltage threshold value, then the process continues with method step 201. This is the regular operation.
  • step 202 If, in step 202, the measuring device detects a first voltage value which is above the predefinable voltage threshold value, a branch is made to a method step 203.
  • step 203 an electrical resistance component, in particular an ohmic resistance, is connected in parallel with the voltage divider.
  • a second voltage value is measured by the measuring device.
  • a method step 205 the first and the second voltage value are compared. If there is no measurable difference between the first and the second voltage value, the parallel connection of the resistance component with the voltage divider is terminated in a method step 206 and the method is returned to method step 201. It is then a regular reading.
  • method step 205 If a measurable difference between the first and the second voltage value is detected in method step 205, this is an indication for the measuring device that it is an irregular voltage value and thus the associated sensor is defective. Subsequently, a branch is made into a method step 207.
  • the defect of the sensor is signaled, for example, to a central control device (not shown).
  • a central control device not shown.
  • the notification of the driver for example by light or sound signal, etc.
  • the method then ends in a step 208.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überprüfung eines ersten Spannungswertes einer in einem Signalspannungsbereich (Usens) liegenden, von einem elektronischen Bauteil (100) ausgebbaren Signalspannung (Us), die von einer Messeinrichtung (150) mit einem Eingangsspannungsbereich, der kleiner ist als der Signalspannungsbereich (Usens), erfassbar ist, wobei ein Spannungsteiler (110, 111, 112) den Signalspannungsbereich in den Eingangsspannungsbereich transformiert, vorgestellt, wobei ein zunächst erster Spannungswert von der Messeinrichtung (150) gemessen wird, ein einen elektrischen Widerstand aufweisendes Bauteil (120) dem Spannungsteiler (110, 111, 112) wenigstens teilweise parallel geschaltet wird, daraufhin ein zweiter Spannungswert von der Messeinrichtung (150) gemessen wird und das Ergebnis der Prüfung aus dem Vergleich des ersten und des zweiten Spannungswerts abgeleitet wird. Weiterhin wird eine Vorrichtung (110, 111, 112, 120, 121) mit einem Spannungsteiler, Umschaltmitteln (121) und einem einen elektrischen Widerstand aufweisenden Bauteil (120) vorgestellt, wobei das einen elektrischen Widerstand aufweisende Bauteil (120) mittels der Umschaltmittel (121) dem Spannungsteiler (110, 111, 112) wenigstens teilweise parallel schaltbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung eines ersten Spannungswertes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung eines ersten Spannungswertes nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 11.
Stand der Technik
Nachfolgend wird im wesentlichen auf den Kraftfahrzeugbau Bezug genommen, ohne dass das Verfahren auf diese Anwendung beschränkt ist.
In heutiger Zeit werden innerhalb elektrischer bzw. elektronischer Bauteile oder allgemein Schaltungen (z. B. Mo- torsteuergeräte) vermehrt MikroController (μC) eingesetzt, die einen Analog-Digital-Wandler (ADC) aufweisen, typischerweise einen mehrkanaligen ADC mit einer Referenzspannung von 5 V. Diese ADCs sind dafür vorgesehen, analoge Spannungen von beispielsweise Sensoren in einem Kraftfahr- zeug (Kfz) entgegenzunehmen und in digitale Signale umzuwandeln, die dann weiterverarbeitet werden. Daher sind Sensoren typischerweise für eine Versorgungsspannung von 5 V ausgelegt. Das analoge Ausgangs- bzw. Sensorsignal umfasst dann z. B. einen gültigen Messbereich von 0,5 - 4,5 V. Wenn die vom ADC gemessene Spannung im unteren Bereich, beispielsweise unter 0,25 V, oder im oberen Bereich, beispielsweise über 4,75 V, liegt, deutet dies auf einen Fehler (Leerlauf, Kurzschluss, Masseunterbrechung usw. ) hin.
Mittlerweile kommen zunehmend integrierte Schaltungen, wie z. B. die genannten MikroController, zum Einsatz, die eine Versorgungsspannung von nur 3,3 V benötigen. Für die Automobilindustrie kann hier beispielsweise der MikroController TriCore TC1766 von Infineon angeführt werden. In der Folge steht für die internen ADCs nur mehr eine 3,3 V Referenzspannung zur Verfügung, d.h. eine Wandlung kann nur mehr im Bereich von 0 V bis 3,3 V zuverlässig erfolgen.
Es hat sich gezeigt, dass diese Änderung keine Funktions- einschränkungen hinsichtlich der Diagnosefunktion der passiven Sensorik (z. B. NTCs, Fahrpedalpotentiometer usw.) mit sich bringt, wenn die Sensorversorgungsspannung ebenfalls auf 3,3 V umgestellt wird. Daneben werden aber auch analoge, aktive Sensoren (z. B. Drucksensoren) verwen- det . Die Referenz- und Versorgungsspannung dieser Sensoren ist herstellungsbedingt. Aktive 3,3 V-Sensoren werden nur von wenigen Herstellern zu hohen Preisen angeboten. Es ist daher nicht erwünscht, diese Sensoren einzusetzen.
Es sind Lösungen bekannt, um aktive 5 V-Sensoren an einem
3,3 V-ADC zu betreiben. Die DE 100 50 962 Al zeigt ein Verfahren, bei dem fünf Referenzsignale verwendet werden, um ein erstes Signal möglichst genau zu bestimmen. Dieses Ver- fahren erfordert einen komplizierten und teueren schaltungstechnischen Aufbau.
In der DE 102 32 361 Al ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Signalspannung beschrieben, bei dem durch eine periodische Messung des Signalpotentials und anschließendem Vergleich desselben und eines Versorgungspotential jeweils mit einem Massepotential die Signalspannung bestimmt wird. Die Durchführung dieses Verfahrens erfordert viele einzelne Verfahrensschritte.
Grundsätzlich besteht z. B. die Möglichkeit das Ausgangssignal über einen Präzisionsspannungsteiler auf den Messbereich des 3,3 V-ADCs anzupassen. Die Genauigkeit der Mess- Werterfassung ist in vielen Fällen ausreichend. Allerdings ist durch Verwendung eines Präzisionsspannungsteilers eine vollständige Diagnosefunktionalität eines Sensors nach dem OBD-II Standard nicht mehr gegeben. In der Regel besitzen aktive Sensoren zur Signalisierung einer Unterbrechung der Sensormasse einen internen Pullup-Widerstand, dessen Funktionalität weiter unten anhand der Figur Ia erläutert wird.
Im Falle einer unterbrochenen Sensormasse wird am Ausgang des Sensors ein Sensorsignal von im wesentlichen 5 V anlie- gen, was einen unplausiblen Spannungswert darstellt. Ein an den Sensor angeschlossener μC mit integriertem 5 V-ADC kann diesen Fehler erkennen und über eine Software auswerten. Ist allerdings der Sensor über einen Spannungsteiler an einem μC mit integriertem 3,3 V-ADC angeschlossen, stellt sich bei Unterbrechung der Sensormasse über den internen Pullup-Widerstand des Sensors sowie über die Widerstände des Spannungsteilers eine Spannung am ADC-Eingang ein, die im plausiblen Signalbereich liegt und deshalb nicht von der - A -
Software ausgewertet werden kann. Der Fehler wird nicht erkannt und eine Diagnose ist nicht möglich.
Im Stand der Technik wird zur Umgehung dieses Problems ein zusätzlicher 5 V-ADC, z. B. ein CYlOO, verwendet, der über eine digitale Schnittstelle, beispielsweise SPI-Bus, mit dem μC verbunden wird. Nachteilig an dieser Lösung sind insbesondere die zusätzlichen Kosten für den 5 V-ADC- Baustein. Weiterhin werden meist nicht alle Kanäle der mehrkanaligen ADC-Bausteine verwendet, was zusätzlich eine Ressourcen-Verschwendung darstellt. Im Kraftfahrzeugbau limitiert der Einsatz des CYlOO in Motorsteuergeräten bedingt durch den SPI-Bus (ca. 1 ms Raster) die Auslesegeschwindigkeit der ADC-Werte, so dass dieser Baustein für sicher- heitskritische Funktionen (z. B. Raildruck) nicht verwendet werden kann. Der Baustein belastet die SPI-Ressourcen zusätzlich.
Es stellt sich daher das Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, um den Betrieb von Bauteilen mit einer AusgangsSpannung an Bauteilen mit einer Eingangsspannung, die sich von der AusgangsSpannung unterscheidet, zu verbessern.
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überprüfung eines ersten Spannungswertes einer in einem Signalspannungsbereich liegenden, von einem elektronischen Bauteil ausgebbaren Signalspannung, die von einer Messeinrichtung mit einem Eingangsspannungsbereich, der kleiner ist als der Signalspannungsbereich, erfassbar ist, wobei ein Spannungsteiler den Signalspannungsbereich in den Eingangsspannungsbereich transformiert, wird ein zunächst erster Spannungswert von der Messeinrichtung gemessen, ein einen elektrischen Wider- stand aufweisendes Bauteil dem Spannungsteiler wenigstens teilweise parallel geschaltet und daraufhin ein zweiter Spannungswert von der Messeinrichtung gemessen. Das Ergebnis der Prüfung ist aus dem Vergleich des ersten und des zweiten Spannungswerts ableitbar.
Vorteilhafterweise wird ein Fehler des elektronischen Bauteils erkannt, wenn sich der erste von dem zweiten Spannungswert um wenigstens einen vorbestimmten Schwellwert unterscheidet .
Die Erfindung ist insbesondere durch eine Reihenschaltung eines einen Widerstand aufweisenden Bauteils (Widerstandsbauteil) und eines Schalters (z. B. MOSFET), die parallel zu einem (Präzisions) Spannungsteiler geschaltet wird, rea- lisierbar. Der Schalter bzw. der Halbleiter wird bevorzugt von der Messeinrichtung (z. B. μC) gesteuert. Insbesondere wenn der eingelesene erste Spannungswert innerhalb eines Spannungsbereichs liegt, wo er nicht eindeutig als gültiger oder fehlerhafter Wert erkannt werden kann, wird vor einer darauffolgenden Messung eines zweiten Spannungswerts vorzugsweise von der Messeinrichtung das Widerstandsbauteil wenigstens teilweise parallel zu dem Spannungsteiler geschaltet . Der erste Spannungswert kann nun durch einen Vergleich des ersten und des zweiten Spannungswerts verifiziert bzw. ü- berprüft werden. Handelt es sich beispielsweise bei dem ersten Spannungswert um einen gültigen Spannungswert, so wird der zweite Spannungswert nur unwesentlich unterschiedlich sein. Im Fehlerfall hingegen, d.h. beispielsweise bei einer Unterbrechung einer Masse, bildet das elektronische Bauteil mit der Parallelschaltung aus Spannungsteiler und Widerstandsbauteil einen neuen Spannungsteiler. Dadurch stellt sich eine messbare Spannungsveränderung ein. Ein Fehler lässt sich eindeutig identifizieren.
Es ist vorteilhaft, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfah- ren ein effektiver Widerstand des Spannungsteilers und des wenigstens teilweise parallel geschalteten einen elektrischen Widerstand aufweisenden Bauteils im wesentlichen kleiner ist als ein elektrischer Innenwiderstand des elektronischen Bauteils. Dadurch kann im Fehlerfall eine leicht detektierbare Spannungsveränderung hervorgerufen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das elektronische Bauteil als Sensor, insbesondere in einem Kfz, ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Messeinrichtung als Analog- Digital-Wandler, insbesondere integriert in einen Mikro- controller, ausgebildet. Hier ist beispielsweise der oben genannte TC1766 anzuführen. Es versteht sich, dass die
Messeinrichtung auch als externer Analog-Digital-Wandler ausgebildet sein kann. Es ist zweckmäßig, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Signalspannungsbereich im wesentlichen von 0 V bis 5 V ausgebildet ist. Dies ermöglicht die vorteilhafte Verwendung des Verfahrens für die genannten 5 V-Bauteile in der Elektronik.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Eingangsspannungsbereich im wesentlichen von 0 V bis 3,3 V ausgebildet ist. Dies ermöglicht die vor- teilhafte Verwendung des Verfahrens für die genannten 3,3 V-Bauteile in der Elektronik.
Es ist von Vorteil, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das einen elektrischen Widerstand aufweisende Bauteil als ein ohmscher Widerstand ausgebildet ist. Ein ohmscher Widerstand ist ein einfaches, billiges und leicht zu handhabendes Bauteil, das besonders robust und zuverlässig ist.
In besonders vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Masseunterbrechung verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich des Kraftfahrzeugbaus .
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung mit einem Spannungsteiler, Umschaltmitteln und einem einen elektrischen Widerstand aufweisenden Bauteil angegeben, wobei das einen e- lektrischen Widerstand aufweisende Bauteil mittels der Um- schaltmittel (121) dem Spannungsteiler (110, 111, 112) wenigstens teilweise parallel schaltbar ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Vergleichsmittel zum Vergleichen eines ersten und eines zweiten Spannungswerts auf. Es kann sich dabei insbesondere um einen genannten MikroController han- dein.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch Merkmale auf, die zu bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens korrespondieren.
Es ist bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist .
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet.
Die Vorteile der genannten bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im folgenden nun übergreifend beschrieben. Sie gelten dabei für jede Ausführungsform entspre- chend.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden beispielsweise beim Betrieb aktiver 5 V-Sensoren an 3,3 V-ADC-Eingängen moderner MikroController die Nachteile im Stand der Technik überwunden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren müssen keine externen 5V-ADC-Bausteine verwendet werden, was zu einer Kostenersparnis führt. Weiterhin ermöglicht die vorliegende Erfindung den Betrieb aktiver 5 V-Sensoren an MikroControllern mit 3,3 V-ADC- Eingängen bei vollem Diagnoseumfang, d.h. auch im Stand der Technik nicht detektierbare Fehler, wie z. B. die Unterbre- chung der Sensormasse, werden erkannt.
Die beschriebene Lösung kann mit wenigen kostengünstigen Bauteilen realisiert werden. Der OBD II-Standard wird vorteilhafterweise erfüllt. Vorteilhafterweise besitzt die er- findungsgemäße Lösung keine nennenswerten Einfluß auf die Genauigkeit der Messung eines Spannungswerts.
Spannungswerte aktiver Sensoren, insbesondere mit sicherheitsrelevantem Charakter (z. B. Drucksensoren in Airbags) können schneller von einem MikroController eingelesen werden, als beispielsweise im Stand der Technik über die SPI- Schnittstelle des CYlOO. Die Ressourcen des Mikrocontrol- lers werden effektiver eingesetzt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung Figur Ia zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung im Stand der Technik;
Figur Ib zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausfüh- rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Figur 1 ist der Anschluss eines Sensors 100 an einen MikroController 150 in einem Kraftfahrzeug im Stand der Technik gezeigt. Der Sensor 100 weist ein Gehäuse 101 auf, das durch die gestrichelte Linie schematisch angedeutet ist. Weiterhin weist der Sensor 100 einen Anschluss 102 für die Versorgungsspannung, im gezeigten Fall +5 Volt, und einen Anschluss 103 für die Masse auf. Der Spannungsbereich von 0 V bis 5 V, der durch einen mit Usens bezeichneten Pfeil dargestellt wird, steht daher für eine Sensor- bzw. AusgangsSpannung Us zur Verfügung. Das Potential der Ausgangsspannung Us wird durch den mit Us gekennzeichneten Pfeil dargestellt.
Der Sensor 100 weist einen Ausgang 104 auf, an dem das Sensorsignal Us bereitgestellt wird. Der Sensor ist in einer sogenannten Pull-Up-Down-Beschaltung ausgeführt. Bei dieser Beschaltung wird die Signalleitung über Widerstände mit der Versorgungsspannung und der Masse verbunden. In der gezeig- ten Abbildung ist eine Signalleitung 104a über einen PuIl- Up-Widerstand 105 mit der Versorgungsspannung 5 V und über einen Pull-Down-Widerstand 106 mit der Masse 0 V verbunden. Die Funktionsweise und der Zweck einer derartigen Schaltung ist dem Fachmann wohlbekannt und wird daher an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt.
Am Ausgang 104 des Sensors 100 steht beim Betrieb eine Sen- sorspannung im Bereich zwischen etwa 0,5 V und etwa 4,5 V bereit. Der MikroController 150 weist einen Eingang 151 auf. Bei diesem Beispiel weist der MikroController einen Eingangsspannungsbereich im Bereich von 0 V bis ca. 3,3 V auf. Aus diesem Grund wird im Stand der Technik die von dem Sensor 100 am Ausgang 104 ausgegebene Sensorspannung Us ü- ber einen Spannungsteiler 110 an den Eingangsspannungsbereich des MikroControllers 150 angepasst. Der Spannungsteiler 110 weist zwei Widerstände 111 und 112 auf, die einen Wert Rl bzw. R2 aufweisen. Da der MikroController 150 an seinem ADC-Eingang 151 einen relativ hohen Eingangswiderstand aufweist, können im vorliegenden Fall die Formen für den unbelasteten Spannungsteiler verwendet werden. Daher berechnet sich die EingangsSpannung U2 am ADC-Eingang 151 des MikroControllers 150 zu:
U2 = Us * R2/ (Rl + R2)
Kommt es zu einer Fehlfunktion des Sensors, beispielsweise durch eine unterbrochene Sensormasse am Anschluss 103, ver- liert der Sensor 100 seine Funktionalität. Er stellt dann am Ausgang 104 die AusgangsSpannung +5 V bereit. In diesem Fall liegt am ADC-Eingang 151 des MikroControllers 150 eine Spannung U2 an, die sich berechnet zu:
U2 = 5 V * R2/(RA + Rl + R2 )
U2 ist daher kleiner als 3,3 V, weshalb der MikroController 150 keinen Fehler erkennen kann. Anhand Figur Ib wird nun gezeigt, wie durch die erfindungsgemäße Maßnahme dieser Nachteil überwunden wird.
In Figur Ib ist die schematische Darstellung aus Figur Ia zusammen mit einem Widerstand 120 und einem Schalter 121 gezeigt. Der Widerstand 120 ist mit dem Schalter 121 in Reihe geschaltet. Weiterhin ist der Widerstand 120 mit der Ausgangssignalleitung 104a verbunden. Der Schalter 121 ist zusätzlich mit Masse verbunden. In der gezeigten offenen Stellung des Schalters 121 treten keine Änderungen zu dem anhand Figur Ia erläuterten Verhalten auf.
In der abgebildeten Schaltungsanordnung ist eine vollstän- dige Parallelschaltung des Widerstands 120 zu dem Spannungsteiler 110 gezeigt. Erfindungsgemäß wäre bereits eine teilweise Parallelschaltung ausreichend. Darunter ist im gezeigten Beispiel insbesondere zu verstehen, dass der Widerstand 120 nur dem Widerstand 111 oder dem Widerstand 112 parallel geschaltet wäre.
Erkennt der MikroController 150 an dem ADC-Eingang 151 einen nahe bei 3,3 V liegenden Spannungswert U2, ist er nicht in der Lage, einen Fehler sicher festzustellen. Wie bereits dargelegt, kann es sich dabei um einen regulären Ausgabewert des Sensors 100 oder um den Ausgabewert eines defekten Sensors handeln. Der MikroController 150 betätigt nun den Schalter 121, so dass die Signalleitung 104a über den Widerstand 120 und den Schalter 121 mit Masse verbunden ist. Weiterhin entsteht eine Parallelschaltung des Widerstands 120 zu dem Spannungsteiler 110. Nun können zwei Fälle unterschieden werden. Handelt es sich um einen regulären Ausgabewert des Sensors, wird keine wesentliche Veränderung der Spannung U2 auftreten, da es sich bei einem funktionierenden Sensorausgang in der Regel um eine aktive Spannungsquelle handelt. Die Span- nungsänderung wird um so kleiner ausfallen, um so kleiner der Innenwiderstand dieser Spannungsquelle im Vergleich zum Gesamtwiderstand der parallel geschalteten Widerstände Rl + R2 und R3 ist.
Im beispielhaften Fehlerfall, d.h. bei Unterbrechung der Sensormasse, bilden die Widerstände 105, 111, 112 und 120 ein effektives Spannungsteilersystem. Die am Widerstand 112 abfallende Spannung U2 ist daher messbar geringer als 3,3 V. Durch diese Spannungsveränderung kann der Mikrocont- roller 150 einen defekten Sensor erkennen und entsprechend reagieren.
In Figur 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens als Flussdiagramm abgebildet. Das Verfahren startet in einem Schritt 200. In einem Schritt
201 wird von der Messeinrichtung, beispielsweise einem ADC, der in einem MikroController integriert ist, ein erster Spannungswert gemessen. In einem Schritt 202 überprüft der MikroController, ob der gemessene erste Spannungswert in einem Spannungsbereich liegt, der keine genaue Feststellung eines Fehlers zulässt. Wird beispielsweise ein 5 V-Sensor an einem 3,3 V-ADC in der oben erläuterten Form betrieben, bietet es sich beispielsweise an, einen Spannungsschwellwert von ca. 3 V zu verwenden. Liegt der gemessene erste Spannungswert über 3 V, ist keine definitive Aussage möglich, ob es sich um einen regulären Messwert oder um die Ausgabe eines fehlerhaften Sensors handelt. Liegt der gemessene erste Spannungswert unter diesem vorgebbaren Spannungsschwellwert, so fährt man jetzt mit Verfahrensschritt 201 fort. Es handelt sich hierbei um den regulären Betrieb.
Erkennt die Messeinrichtung in Schritt 202 einen ersten Spannungswert, der über dem vorgebbaren Spannungsschwellwert liegt, wird zu einem Verfahrensschritt 203 verzweigt.
In Schritt 203 wird dem Spannungsteiler ein einen elektrischen Widerstand aufweisendes Bauteil, insbesondere ein ohmscher Widerstand, parallel geschaltet. In einem anschließenden Schritt 204 wird ein zweiter Spannungswert von der Messeinrichtung gemessen.
In einem Verfahrensschritt 205 werden der erste und der zweite Spannungswert verglichen. Besteht zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungswert keine messbare Differenz, wird in einem Verfahrensschritt 206 die Parallelschaltung des Widerstands-Bauteils mit dem Spannungsteiler beendet und zu Verfahrensschritt 201 zurückgekehrt. Es handelt es sich dann um einen regulären Messwert.
Wird im Verfahrensschritt 205 ein messbarer Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungswert erkannt, ist dies ein Anzeichen für die Messeinrichtung, dass es sich um einen irregulären Spannungswert handelt und somit der zugehörige Sensor defekt ist. Anschließend wird in einen Verfahrensschritt 207 verzweigt.
In Verfahrensschritt 207 wird der Defekt des Sensors beispielsweise einer zentralen Steuereinrichtung (nicht gezeigt) signalisiert. Es bestehen weitere Möglichkeiten zur Reaktion, z. B. die Protokollierung in einem fahrzeuginternen Protokoll, die Benachrichtigung des Fahrers beispielsweise durch Licht- oder Tonsignal, usw. Das Verfahren endet dann in einem Schritt 208.
Durch die beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Betriebe von Bauteilen mit einer AusgangsSpannung an Bauteilen mit einer Eingangsspannung, die sich von der Aus- gangsspannung unterscheidet, verbessert werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Überprüfung eines ersten Spannungswertes einer in einem Signalspannungsbereich (Usens) liegenden, von einem elektronischen Bauteil (100) ausgebbaren Signalspannung (Us), die von einer Messeinrichtung
(150) mit einem Eingangsspannungsbereich, der kleiner ist als der Signalspannungsbereich (Usens) , erfassbar ist, wobei ein Spannungsteiler (110, 111, 112) den Signalspannungsbereich in den Eingangsspannungsbereich transformiert,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
zunächst ein erster Spannungswert von der Messeinrich- tung (150) gemessen wird, ein einen elektrischen Widerstand aufweisendes Bauteil (120) dem Spannungsteiler (110, 111, 112) wenigstens teilweise parallel geschaltet wird, daraufhin ein zweiter Spannungswert von der Messeinrichtung (150) gemessen wird und das Ergebnis der Prüfung aus dem Vergleich des ersten und des zweiten Spannungswerts abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Fehler des elektronischen Bauteils (100) erkannt wird, wenn sich der erste von dem zweiten Spannungswert um wenigstens einen vorbestimmten Schwellwert unterscheidet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein effektiver Widerstand des Spannungsteilers (110, 111, 112) und des wenigstens teilweise parallel geschalteten einen elektrischen Widerstand auf- weisenden Bauteils (120) im wesentlichen geringer ausgebildet wird als ein elektrischer Innenwiderstand des elektronischen Bauteils (100) .
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass als elektronisches Bauteil
(100) ein Sensor verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Messeinrichtung (150) ein Analog-Digital-Wandler, insbesondere integriert in einen MikroController (150), verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Signalspannungsbereich (Usens) im wesentlichen ein Bereich von 0 V bis 5 V verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsspannungsbereich im wesentlichen ein Bereich von 0 V bis 3,3 V verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als einen elektrischen Wi- derstand aufweisendes Bauteil (120) ein ohmscher Widerstand (120) verwendet wird.
9. Verwendung eines Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, zur Bestimmung einer Masseunterbrechung des elektronischen Bauteils (100) .
10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche im Bereich des Kraftfahrzeugbaus .
11. Vorrichtung (110, 111, 112, 120, 121) mit einem Spannungsteiler, Umschaltmitteln (121) und einem einen e- lektrischen Widerstand aufweisenden Bauteil (120),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
das einen elektrischen Widerstand aufweisende Bauteil (120) mittels der Umschaltmittel (121) dem Spannungsteiler (110, 111, 112) wenigstens teilweise parallel schaltbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Ver- gleichsmittel (150) zum Vergleichen eines ersten und eines zweiten Spannungswertes .
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, zum Durchführen eines Verfahrens nach einem Ansprüche 1 bis 10.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
15. Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
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