DE3925418C2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung der Endstufen einer Vielzahl von Ventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Endstufen bzw. der Steuerschaltung einer Vielzahl von elektrisch oder elektromagnetisch betätigbaren Ventilen, z. B. der Bremsdruck-Steuerventile eines Blockier­ schutz- oder eines Antriebsschlupfregelungssystems, bei der den Endstufen nach einem vorgegebenen Schema kurze Test­ pulse zugeführt werden.

Die Überwachung einzelner Bauteile und Schaltkreise auf ord­ nungsgemäßen Zustand und ordnungsgemäße Funktion hat insbe­ sondere bei sicherheitskritischen Anlagen oder Systemen, zu denen z. B. Kraftfahrzeug-Bremsanlagen mit Blockierschutz (ABS) oder Antriebsschlupfregelung (ASR) gehören, große Be­ deutung. Ein drohendes Versagen der Regelung muß nämlich rechtzeitig erkannt und signalisiert werden, damit der Fah­ rer gewarnt wird und damit durch Abschalten der Regelung zu­ mindest ein ungeregeltes Bremsen gewährleistet werden kann.

Es sind schon zahlreiche Schaltungsanordnungen zur Überwa­ chung der gesamten Blockierschutzregelung (z. B. DE 26 12 356 C2, DE-OS 32 34 637 A1 und einzelner Schaltungs­ teile oder Komponenten bekannt. Zu den sicherheitskritischen Bauteilen eines ABS gehören auch die Bremsdruck-Steuerventi­ le, mit denen der Bremsdruck im Regelfall konstant gehalten, gesenkt und wieder erhöht wird. Zu dieser Bremsdrucksteue­ rung werden üblicherweise elektromagnetisch betätigbare Hy­ draulikventile verwendet. Ein Fehler in der Ansteuerschal­ tung, ein elektrischer Nebenschluß oder ein Leckstrom sollte sofort erkannt werden, weil ein solcher Fehler die Regelung oder gar die Bremsenfunktion gefährden kann.

Es wird stets eine größere Anzahl solcher Bremsdruck-Steuerventi­ le für eine Bremsanlage benötigt - bekannte Bremsanla­ gen enthalten sechs oder acht Radventile (Einlaß- und Aus­ laßventile) und weitere Ventile zur Steuerung des Hilfs­ drucks.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsschaltung, die mit wenigen Komponenten pro Ventil bzw. mit einem geringen Gesamtaufwand auskommt, zu entwickeln, wobei auch auf eine möglichst geringe Anzahl von Anschlüssen und Leitungsführungen im Inneren des elektronischen Reglers Wert gelegt wird.

Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, bei der die Ansteueran­ schlüsse der Ventile über eine Vergleichsschaltung, die aus einer Kette von Antiva­ lenz- oder Äquivalenzgliedern besteht, und über eine ODER-Verknüpfung zusammengeführt sind sowie das Aus­ gangssignal der Vergleichsschaltung und das Ausgangssignal der ODER-Verknüpfung einem weiteren Vergleichselement zu­ geführt werden, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit von den Testpulsen zur Überwachung der Endstufen ausgewertet wird.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung be­ steht darin, daß die durch die Testsignale ausgelösten Si­ gnale über die Vergleichsschaltung, die ODER-Verknüpfung und das weitere Vergleichselement zu einem einzigen Anschluß bzw. Ausgang zusammengeführt werden. Der Signalverlauf an diesem Ausgang im Vergleich zu den nach bestimmtem Schema zugeführten Testpulsen beinhaltet eine Aussage über den Zu­ stand der überwachten Schaltung. Mit Hilfe eines Microcompu­ ters, z. B. des ohnehin im Regler vorhandenen Microcomputers, kann der Signalverlauf am Ausgang der erfindungsgemäßen Schaltung im Vergleich zu den Testpulsen problemlos ausge­ wertet werden.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Vergleichsschaltung aus einer Kette von Antivalenzgliedern mit je zwei Eingängen und einem Ausgang. Das weitere Ver­ gleichselement ist vorzugsweise in gleicher Weise aufgebaut.

Die Testpulse sind zweckmäßigerweise kürzer als die An­ sprech- bzw. Reaktionszeit der Bremsdruck-Steuerventile, so daß dieses Testen ständig durchgeführt werden kann und ohne jeden Einfluß auf den Bremsdruckverlauf bleibt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Schaltung ist die ODER-Verknüpfung als "Wired-OR" aus­ gebildet und reagiert insbesondere auf Leckströme oder Ne­ benschlußströme, die z. B. durch fehlerhafte Isolation der Ventil-Anschlußleitungen auftreten können. Die Vergleichs­ schaltung läßt u. a. erkennen, ob die Ansteuertransistoren in den Endstufen ordnungsgemäß durchschalten; die Sättigungs­ spannung sinkt in diesem Fall unter einen vorgegebenen Schwellwert.

Die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung zeichnet sich folglich durch einen geringen internen Schaltungsaufwand und durch die Beschränkung auf nur einen Ausgang bzw. nur einen Anschluß für den Auswerte-Microcomputer aus. Dennoch wird eine zuverlässige Überwachung aller angeschlossenen Brems­ druck-Steuerventile auf Leckströme, Nebenschlüsse oder Tran­ sistor-Defekte erreicht.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Darstellung eines Ausfüh­ rungsbeispiels anhand des beigefügten Schaltbildes hervor.

Es handelt sich in dem dargestellten Beispiel um eine Über­ wachungsschaltung für die Drucksteuerventile eines Anti­ blockiersystems (ABS) bzw. einer blockiergeschützten Brems­ anlage; symbolisch wiedergegeben sind nur die Erregerwick­ lungen W1-W4 der Ventile. Der Übersichtlichkeit wegen sind nur vier Ventile dargestellt, obwohl bekannte Anlagen dieser Art je nach Ausgestaltung und Anzahl der Regelkanäle acht oder mehr Ventile besitzen, die in der dargestellten Weise zur Überwachung zusammengeführt bzw. logisch verknüpft wer­ den können.

Als Bremsdruck-Steuerventile werden im allgemeinen elektro­ magnetisch betätigbare Mehrwegeventile verwendet. Im vorlie­ genden Fall handelt es sich um Ventile mit nur zwei Schalt­ positionen. Die Endstufen oder Treiber zur Umschaltung der einzelnen Ventile enthalten im dargestellten Beispiel je ei­ nen Leistungstransistor LT1, LT2, LT3 und LT4. Diese Transis­ toren werden über Anschlüsse El-E4, die zu den Gates die­ ser Transistoren führen, von den Ausgangssignalen eines Microcontrollers bzw. Microcomputers oder einer entsprechen­ den Logik, die die Regelsignale generiert, angesteuert.

Die übrigen in dem Schaltbild wiedergegebenen elektronischen Komponenten gehören zu der erfindungsgemäßen Überwachungs­ schaltung. Mit Hilfe von Antivalenzgliedern XOR1, XOR2, XOR3 (Exklusiv-Oder) werden die Steueranschlüsse S1-S4 der Ven­ til-Erregerwicklungen W1-W4 zu einem Ausgang A1 zusammen­ geführt. Die Antivalenzglieder XOR1, XOR2, XOR3 besitzen je­ weils zwei Eingänge und einen Ausgang und sind zu einer Ket­ te, die auch Paritätskette genannt wird, zusammengeschaltet, indem jeweils ein Steueranschluß einer Ventil-Erregerwick­ lung mit dem Ausgangssignal eines Antivalenzelementes ver­ knüpft ist. In der dargestellten Weise können nicht nur vier, sondern beliebig viele Ventile bzw. Ventil-Erreger­ wicklungen zu dem einen Ausgang A1 zusammengeführt werden.

Die Transistoren T₁-T₄ gehören zu einer ODER-Verknüp­ fung 2, deren Ausgangssignal mit Hilfe weiterer Transistoren T₅, T₆ gebildet wird und an einem Ausgang A2 zur Verfü­ gung steht. An der Basis des Transistors T₅ sind einer­ seits, d. h. zur Masse hin eine Stromquelle Q1 und anderer­ seits, nämlich zur Stromquelle U_B hin ein ohmscher Wider­ stand R1 angeschlossen. Der Emitter des Transistors T₅ ist über einen niederohmigen Widerstand R2 mit der Spannungs­ quelle U_B verbunden. Der Widerstand R am Kollektor des Transistors T₆ dient vor allem zur Strombegrenzung. Die Stromquelle Q1, der Basiswiderstand R1 und der Emitterwider­ stand R2 sind so dimensioniert, daß, solange die Transisto­ ren T₁-T₄ der ODER-Verknüpfung 2 gesperrt sind, die beiden Transistoren T₅ und T₆ Strom führen, so daß am Ausgang A2 der Signalzustand L (Low) herrscht.

In einem Ausführungsbeispiel betrug die Batteriespannung U_B bei 12 Volt. Die Konstantstromquelle Q1 führte einen Strom I_K von 1 mA. Da der Widerstand R1 in diesem Fall 1 k Ohm betrug, lag die Basis des Transistors T₅ auf etwa 11 Volt.

Solange die Leistungstransistoren LT1-LT4 nicht angesteu­ ert werden, sind die Transistoren T₁-T₄ gesperrt, weil die Basis jedes Transistors, die jeweils über eine der nie­ derohmigen Erregerwicklungen W1-W4 an U_B angeschlossen ist, auf dem Potential dieser Spannungsquelle U_B liegt. Der über den Emitterwiderstand R2 und über die Transistoren T₅, T₆ fließende Strom führt zu einem Spannungsabfall, der die Basis-Emitter-Strecke der Transistoren T₁-T₄ in Sperrichtung beaufschlagt.

Die beiden Ausgänge A1 und A2 der Vergleichsschaltung 1 bzw. der ODER-Verknüpfung 2 werden schließlich über ein weiteres Vergleichselement XOR4, das ebenso wie die beschriebenen An­ tivalenzglieder XOR1, XOR2, XOR3 aufgebaut sein kann, zu einem einzigen Ausgangssignal am Ausgang A3 vereinigt.

Die dargestellte Überwachungsschaltung arbeitet wie folgt:

Zur Überwachung werden an die Eingänge E1, E2, E3, E4 und damit an die Gate-Anschlüsse der Endstufen oder Leistungstransis­ toren LT1-LT4 nach einem vorgegebenen Schema, vorzugsweise zeitlich versetzt, Testpulse angelegt. Die Ansprechzeit oder Reaktionszeit der Bremsdruck-Steuerventile mit den Erreger­ wicklungen W1-W4 liegt über der Dauer dieser Testpulse, so daß diese Pulse den Bremsdruckverlauf nicht beeinflussen. Jeder Testpuls an den Eingängen E1-E4 führt zum Durch­ schalten des entsprechenden Leistungstransistors LT1-LT4, zur Signaländerung am entsprechenden Eingang der Vergleichs­ schaltung 1 und an deren Ausgang A1. Außerdem wird durch je­ den Testpuls, wenn der entsprechende Leistungstransistor in­ takt ist, der zugehörige Transistor am Eingang der ODER-Ver­ knüpfung 2 auf Durchlaß geschaltet. Dies führt zum Sperren der Transistoren T₅ und T₆ und damit zur Änderung des Ausgangssignales A2 von L auf H. Am Ausgang A3 ist durch Vergleich mit dem Testpuls erkennbar, ob alle Bauelemente in Ordnung sind.

Die ODER-Verknüpfung 2 reagiert auch auf Leckströme oder Ne­ benschlüsse, die unabhängig von der Ansteuerung der Lei­ stungstransistoren LT1-LT4 zu einem Spannungsabfall über einer oder über mehreren der Erregerwicklungen W1-W4 füh­ ren. Der Spannungsabfall über dem niederohmigen Widerstand R2 ist nämlich auch bei durchgeschalteten Transistoren T₅, T₆ sehr gering. Folglich wird bereits bei einen rela­ tiv geringen Leck- oder Nebenschlußstrom über eine der Erre­ gerwicklungen W1-W4 der entsprechende Transistor T₁- T₄ der ODER-Verknüpfung 2 stromführend und dadurch der Spannungsabfall über R2 so weit erhöht, daß T₅ und folg­ lich auch T₆ sperren. Dies wiederum ist durch Signalände­ rung am Ausgang A2 der ODER-Verknüpfung 2 und damit auch am Ausgang A3 der Überwachungsschaltung erkennbar.

Dem Signalverlauf an den Eingängen E1-E4 entspricht folg­ lich ein bestimmter Signalverlauf am Ausgang A3, weshalb ein entsprechend programmierter Computer; der den Signalverlauf am Eingang der Signale E1-E4 mit der Reaktion bzw. dem Si­ gnalverlauf am Ausgang A3 vergleicht, feststellen kann, ob alles in Ordnung ist oder ob Leckströme oder Nebenschluß­ ströme in den Ventilanschlußwegen auftreten. Der Defekt ei­ nes Leistungstransistors, d. h. eine zu hohe Sättigungsspan­ nung oder ein Kurzschluß wird auf gleiche Weise erkannt.

Schaltungen nach Art der ODER-Verknüpfung 2 werden auch als "Wired-Or" bezeichnet. In den Eingängen dieses Wired-Or liegt jeweils einer der Transistoren T₁-T₄. Die Tran­ sistoren T₅ und T₆ in der dargestellten Zusammenschal­ tung haben die Funktion eines Komparators, der das Potential am Emitter des Transistors T₅ mit dem festen Potential an der Basis dieses Transistors T₅ vergleicht. Nähert sich das Potential am Emitter des Transistors T₅ - durch einen Leckstrom oder Nebenschlußstrom über eine der Wicklungen W1 bis W4 - dem Basispotential des Transistors T₅, wird eine Umschaltung der Transistoren T₅ und T₆ in den Sperrzu­ stand und damit eine Signaländerung am Ausgang A2 hervorge­ rufen.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung der Endstufen bzw. der Steuerschaltung einer Vielzahl von elektrisch oder elektromagnetisch betätigbaren Ventilen, z. B. der Brems­ druck-Steuerventile eines Blockierschutz- oder eines An­ triebsschlupfregelungssystems, bei der den Endstufen nach einem vorgegebenen Schema kurze Testpulse zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuer­ anschlüsse (51-54) der Ventile über eine Vergleichs­ schaltung, die aus einer Kette von Antivalenz- oder Äqui­ valenzgliedern (XOR1, XOR2, XOR3) besteht, und über eine ODER-Verknüpfung (2) zusammengeführt sind sowie daß das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung (1) und das Aus­ gangssignal der ODER-Verknüpfung (2) einem weiteren Ver­ gleichselement (XOR4) zugeführt werden, dessen Ausgangssi­ gnal in Abhängigkeit von den Testpulsen zur Überwachung der Endstufen (LT1-LT4) ausgewertet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (1) aus einer Kette von Antivalenzgliedern (XOR1, XOR2, XOR3) mit je zwei Eingängen und einem Ausgang besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das weitere Vergleichs­ element (XOR4) ebenfalls ein Antivalenzglied mit zwei Eingängen und einem Ausgang ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü­ che 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Testpulse kürzer als die Reaktionszeit der Ventile sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü­ che 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die ODER-Verknüpfung (2) als "Wired-OR" ausgebildet ist und insbesondere auf Leckströme oder Nebenschlußströme reagiert.