DE4028926A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung von elektrischen oder elektromechanischen verbrauchern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung einer größeren Anzahl von elektrischen oder elektromechanischen Verbrauchern, z. B. der elektrisch ange­ triebenen Hydraulikpumpen, der elektromagnetisch betätig­ baren Mehrwegeventile etc. eines Kraftfahrzeug-Regelungs­ systems, bei der die mit Hilfe einer Steuereinheit, z. B. einem Microprozessor oder Microcomputer, erzeugten Steuer­ signale über Verstärkerstufen den Verbrauchern zuführbar sind. Solche Steuerschaltungen werden vor allem für Anti­ blockiersysteme, Antriebsschlupfregelungssysteme und für Fahrwerksregelungen benötigt.

Nach der DE-OS 32 34 637 ist bereits eine Schaltungsanord­ nung dieser Art zur Steuerung einer blockiergeschützten Bremsanlage bekannt. Es werden Microprozessoren oder Micro­ controller verwendet, mit denen aus Sensorsignalen, die die benötigten Informationen enthalten, Bremsdrucksteuersignale abgeleitet werden. Hierzu werden die Ausgangssignale der Microprozessoren über Verstärkerstufen elektromagnetisch be­ tätigbaren Ventilen, die den Druckmittelfluß und damit den Bremsdruck beeinflussen, zugeleitet.

Für bekannte Systeme dieser Art werden acht und mehr Mehr­ wegeventile benötigt. Die zugehörigen Ventiltreiber oder Verstärkerstufen werden von dem Microcomputer über einen Interface-Baustein oder über diskrete Elektronik parallel angesteuert. Dies hat einen erheblichen Verdrahtungsaufwand zur Folge, zumal noch jeweils Ansteuerungs- und Rückmel­ dungsleitungen hinzukommen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Ver­ drahtungsaufwand, den Pinbedarf (Bedarf an Anschlußstellen, insbesondere an den integrierten Schaltkreisen) und damit die Herstellungskosten einer solchen Schaltung erheblich zu verringern.

Es hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art gelöst werden kann, deren Besonderheit darin besteht, daß die Verstärker­ stufen als sogen. "intelligente" Leistungstreiber ausgebildet sind und im wesentlichen aus einem Leistungsverstärker mit integrierter Steuerungs- und Überwachungselektronik bestehen, und daß die Verstärkerstufen derart zusammengeschaltet sowie über eine synchrone, serielle Schnittstelle derart an die Steuereinheit angeschlossen sind, daß ein Datentransfer in einer geschlossenen Schleife oder Kette von der Steuereinheit über die Verstärkerstufen und zurück zu einem seriellen Eingang der Steuereinheit verläuft, wobei außerdem zur Steuerung des Datentransfers ein Anschluß für einen Ar­ beitskontakt und für einen Aktivierungs- oder Übertragungs­ befehl vorhanden sind.

Erfindungsgemäß werden also die geschilderten Nachteile be­ kannter Schaltungsanordnungen dieser Art überwunden und eine Reduzierung des Herstellungsaufwandes durch die besondere Ausbildung der Leistungs-IC und durch den Übergang zu einem seriellen Datentransfer über die zu einer geschlossenen Schleife zusammengeschalteten Verstärkerstufen erreicht; die Daten werden über diese Schleife zu einem seriellen Eingang der Steuereinheit zurückgeführt. Der Vergleich der seriellen Ausgangssignale der Steuereinheit mit den Eingangssignalen dieser Steuereinheit erlaubt Rückschlüsse auf die ordnungs­ gemäße Funktion aller Schaltkreise.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung sind die Verstärkerstufen für die Aufnahme und Weiterleitung der Daten zu den nachgeschalteten Verstärkerstufen bzw. zurück zu der Steuereinheit mit Schieberegister ausgerüstet, wobei jeder Verstärkungsstufe eine Stelle in dem seriellen Daten­ wort, mit dem der Datentransfer von der Steuereinheit über die von den Verstärkerstufen gebildete geschlossene Schleife erfolgt, zugeordnet ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß jede Verstärkerstufe mit einem Sollwertspeicher ausgerüstet ist und daß, nachdem die Daten in die Schiebe­ register transferiert sind, durch einen gemeinsamen Über­ tragungsbefehl die im Schieberegister gespeicherten Befehle in den Sollwertspeicher übertragbar und durch entsprechende Ansteuerung der Leistungsverstärker ausführbar sind. Weiter­ hin wird vorgeschlagen, jede Verstärkerstufe mit einem Ist­ wertspeicher auszurüsten, dem über eine Spannungsüber­ wachungsschaltung der Pegel am Ausgang des Leistungsver­ stärkers als Istwert zuführbar ist, und die Schaltungsanord­ nung derart auszulegen, daß durch den gemeinsamen Über­ tragungsbefehl die Istwerte in die Schieberegister übertrag­ bar sind und aus diesen beim Datentransfer in der geschlos­ senen Schleife zurück zur Steuereinheit gelangen. Durch Aus­ wertung der Istwerte läßt sich dann unmittelbar erkennen, ob Fehler vorliegen.

Schließlich ist es erfindungsgemäß noch vorgesehen, jeweils eine, zwei oder drei komplette Verstärkerstufen in einen integrierten Schaltkreis unterzubringen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigen

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau und die wesentlichen Baugruppen einer Schaltungsanordnung nach der Er­ findung und

Fig. 2 im Blockschaltbild den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Verstärkerstufe der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist Bestandteil eines elektronischen Antiblockiersystems. Sie dient zur Auswertung der mit Hilfe von Radsensoren S1-S4 gewonnenen In­ formationen über das Drehverhalten der einzelnen Fahrzeug­ räder und zur Erzeugung von Bremsdruck-Steuersignalen, mit denen elektromagnetisch betätigbare Mehrwegeventile MWV1- MWVn angesteuert werden. Mit Hilfe dieser Ventile, mit denen der Bremsdruck in den Radbremsen gesteuert wird bzw. in Ab­ hängigkeit von dem Drehverhalten der Räder geregelt wird, läßt sich bekanntlich ein Blockieren der Räder verhindern und dennoch ein möglichst hoher Bremsdruck aufrechterhalten, um ein wirkungsvolles Bremsen mit kurzem Bremsweg zu er­ reichen.

Die wesentlichen Komponenten der dargestellten Schaltungsan­ ordnung sind eine Triggerschaltung 1, in der die Ausgangs­ signale der Radsensoren S1-S4 aufbereitet und gewandelt werden, und zwei Microcomputer 2, 3 zur Erzeugung von Bremsdruck-Steuersignalen. Diese Signale werden Verstärker­ stufen VS1-VSn, die in ihrer Gesamtheit mit 4 bezeichnet sind, zugeführt. Die Verstärkerstufen erzeugen schließlich in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Microcomputer 2, 3 Betätigungssignale für die elektromagnetisch betätig­ baren, zu einem Block 5 zusammengefaßten Mehrwegeventile MWV1-MWVn. Außerdem ist ein Überwachungsschaltkreis 6 vor­ handen, der mit Hilfe einer Relaisschaltung 7 oder dergl. die Stromversorgung unterbricht, wenn eine Fehlfunktion festgestellt wird, und dadurch die Blockierschutzregelung abschaltet. Dadurch wird in bekannter Weise sichergestellt, daß auch bei einem Fehler in der Elektronik die Bremse, wenn auch ohne Regelung, in Funktion bleibt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die in der Triggerschaltung 1 aufbereiteten Sensorsignale in beiden Microcomputern 2, 3 auf gleiche Weise verarbeitet und ausge­ wertet. Die Daten werden zwischen den beiden Microcomputern 2, 3 über Signalleitungen 8, 9 ständig ausgetauscht und auf Übereinstimmung geprüft. Liegt keine Übereinstimmung vor, wird dies über die Leitungen 10 und 11 dem Überwachungs­ schaltkreis 6 mitgeteilt, der daraufhin die Abschaltung der Regelung über die Stufe 7 aktiviert. Auch ein Fehler im Trigger-Schaltkreis 1 wird über die Leitung 12 dem Warn­ schaltkreis gemeldet und führt zur Abschaltung der Regelung.

Außerdem ist noch ein Taktgeber 13 dargestellt, der den Ar­ beitstakt für die Microcomputer 2, 3 und über die Leitung 14 für die Verstärkerstufen 4 liefert.

Erfindungswesentlich ist die Ausbildung und Ansteuerung der einzelnen Verstärkerstufen VS1-VSn. Diese Verstärkerstufen sind nämlich als sogen. "intelligente Leistungstreiber" aus­ gebildet und bestehen im Prinzip aus einem Leistungsver­ stärker mit einer integrierten Steuerungs- und Überwachungs­ elektronik. Auf einem einzelnen Chip bzw. in einem integrierten Schaltkreis sind jeweils ein, zwei oder drei Verstärkerstufen dieser Art untergebracht. Die Anzahl der benötigten Verstärkerstufen bzw. der benötigten Chips wird von der Anzahl der angeschlossenen Verbraucher bestimmt. In Fig. 1 sind als Verbraucher nur die elektromagnetisch betä­ tigbaren Mehrwegeventile eines ABS dargestellt, doch können über dieser Verstärkerstufen z. B. auch die Hydraulikpumpe eines ABS oder eines Fahrwerkregelungssystems oder auch andere Verbraucher angesteuert werden.

Die einzelnen Verstärkerstufen VS1-VSn des Blockes 4 sind in bezug auf den Datentransfer hintereinander geschaltet und an einen seriellen Ausgang des Microcomputers 2(3) ange­ schlossen oder, allgemeiner formuliert, über eine synchrone, serielle Schnittstelle mit dem Microcomputer 2(3) verbunden. Der Datentransfer erfolgt in Form einer geschlossenen Schleife oder Kette, da das letzte Glied dieser Kette bzw. der Ausgang der Verstärkerstufe VSn zu einem seriellen Ein­ gang des Microcomputers 2(3) zurückgeführt ist.

An dem seriellen Ausgang des Microcomputers 2(3) stehen die Informationen in Form von Datenworten zur Verfügung. Die Zu­ ordnung der einzelnen Verstärkerstufen ist derart gewählt, daß jeder Verstärkerstufe VS1-VSn eine Stelle in dem seriellen Datenwort, mit dem der Datentransfer von den Microcomputern zu den Verstärkerstufen erfolgt, zugeordnet ist.

Die einzelnen Verstärkerstufen enthalten Schieberegister 16 (siehe Fig. 2), die im Arbeitstakt clk die Signale aufnehmen und weitergeben. Da es sich um eine geschlossene Schleife handelt, werden die Daten mit der folgenden Übertragung eines Datenwortes in die Steuereinheit, das ist hier der Microcomputer 2(3), zurückgeschoben.

Die einzelnen Verstärkerstufen sind, wie gesagt, seriell in den Datenfluß geschaltet. Sie sind außerdem parallel an dem Arbeitstakt oder clk über die Leitung 14 und außerdem, eben­ falls parallel, an eine Leitung 15, die einen gemeinsamen Übertragungsbefehl liefert, angeschlossen. Nachdem die Daten in den Schieberegistern der einzelnen Verstärkerstufen ein­ geschrieben sind, wird jeweils durch einen gemeinsamen Be­ fehl über die Leitung 15 das jeweilige Signal in einen Soll­ wertspeicher 17 der Verstärkerstufen übertragen und außerdem der Befehl durch entsprechende Ansteuerung der Verbraucher 5 ausgeführt; anhand der Fig. 2 wird dies anschließend näher erläutert.

Fig. 2 dient zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der einzelnen Verstärkerstufen VS1-VSn. Jede Verstärkerstufe enthält, wie bereits erläutert, ein Schieberegister 16. Der Inhalt dieses Schieberegisters wird durch den Übertragungs­ befehl in einen Sollwertspeicher 17 transferiert, der unmit­ telbar durch Ansteuerung eines Leistungstransistors 18, der wiederum über einen Anschluß V mit dem Verbraucher, z. B. einem Magnetventil, verbunden ist, den Befehl ausführt. Außerdem ist in jeder Verstärkerstufe ein Istwertspeicher 19 enthalten, der nach Ausführung der Befehle den tatsächlichen Zustand des Leistungstransistors 18 durch eine Spannungs­ überwachungsschaltung 20 registriert und mit dem nächsten Speicherimpuls in das Schieberegister 16 überträgt. Dies hat zur Folge, daß nun beim nächsten Datentransfer der Istwert zum nächsten Schieberegister und schließlich zurück zur Steuereinheit, nämlich zum Microcomputer 2(3), weitergegeben wird. Durch Vergleich des ursprünglichen Befehls und dieses Istwertes sind bei der Signalauswertung Fehlerfunktionen er­ kennbar. Das Übertragen des Istwertes in das Schieberegister 16 und Weiterleiten dieses Wertes in dem seriellen Datenweg und zurück in die Steuereinheit bzw. zu dem Microcomputer 2(3), stellt folglich eine besonders einfache und wirkungs­ volle Art und Weise der Überwachung des elektronischen Systems dar.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besitzt zahlreiche Vorzüge im Vergleich zu den bereits beschriebenen bekannten Schaltungsanordnungen mit paralleler Ansteuerung der einzel­ nen Verstärkerstufen. Der verringerte Verdrahtungsaufwand erweist sich sowohl bei kompaktem Aufbau eines kompletten Reglers als auch bei dezentraler Unterbringung der einzelnen Komponenten als großer Vorteil. Die einzelnen, hintereinan­ dergeschalteten Verstärkerstufen können durchaus im großen Abstand voneinander untergebracht werden. Die geschlossene serielle Schleife erlaubt eine zuverlässige Überwachung, weshalb ein System, das eine solche Schaltungsanordnung be­ sitzt, besonders funktionssicher ist. Es kann eine für alle praktisch vorkommenden Fälle ausreichende Anzahl von Ver­ stärkerstufen hintereinandergeschaltet werden.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung einer größeren Anzahl von elektrischen oder elektromechanischen Verbrauchern, z. B. der elektrisch angetriebenen Hydraulikpumpen, der elektromagnetisch betätigbaren Mehrwegeventile etc. eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems, bei der die mit Hilfe einer elektronischen Steuereinheit erzeugten Steuer­ signale über Verstärkerstufen den Verbrauchern zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ stärkerstufen (4; VS1-VSn) als sogen. "intelligente Leistungstreiber" ausgebildet sind und im wesentlichen aus einem Leistungsverstärker mit integrierter Steuerungs- und Überwachungselektronik (16-19) bestehen, und daß die Verstärkerstufen (4; VS1-VSn) derart zusammengeschaltet sowie über eine synchrone, serielle Schnittstelle derart an die Steuereinheit (2, 3) angeschlossen sind, daß ein Datentransfer in einer geschlossenen Schleife oder Kette von der Steuereinheit über die Verstärkerstufen (4; VS1-VSn) und zurück zu einem seriellen Eingang der Steuereinheit verläuft, wobei außerdem zur Steuerung des Datentransfers Anschlüsse (14, 15) für einen Arbeitskontakt (clk) und für einen Aktivierungs- oder Übertragungsbefehl (cs = chip select) vorhanden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstärkerstufen (4; VS1-VSn) für die Aufnahme und Weiterleitung der Daten zu der nachgeschalteten Verstärkerstufe bzw. zurück zu der Steuereinheit (2, 3) mit Schieberegister (16) ausge­ rüstet sind und daß jeder Verstärkerstufe (4; VS1-VSn) eine Stelle in dem seriellen Datenwort, mit dem der Da­ tentransfer von der Steuereinheit (2, 3) über die von den Verstärkerstufen (4; VS1-VSn) gebildete geschlossene Schleife erfolgt, zugeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkerstufe (4; VS1-VSn) mit einem Sollwertspeicher (17) ausgerüstet ist und daß, nachdem die Daten in die Schieberegister (16) transferiert sind, durch einen für alle Verstärker­ stufen (4; VS1-VSn) gemeinsamen Übertragungsbefehl die im Schieberegister (16) gespeicherten Befehle in den Sollwertspeicher (17) übertragbar und durch entsprechende Ansteuerung der Leistungsverstärker (18) ausführbar sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Verstärkerstufe (4; VS1-VSn) zusätzlich mit einem Istwertspeicher (19) aus­ gerüstet ist, dem über eine Spannungsüberwachungsschal­ tung (20) der Pegel am Ausgang des Leistungsverstärkers (18) als Istwert zuführbar ist, und daß durch den gemein­ samen Übertragungsbefehl die Istwerte in die Schiebe­ register (16) übertragbar sind und aus diesen beim Daten­ transfer in der geschlossenen Schleife zurück zur Steuer­ einheit (2) gelangen.

5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein, zwei oder drei komplette Verstärkerstufen (VS1-VSn) in einem integrierten Schaltkreis unterge­ bracht sind.