JP4248410B2 - 電流回路を検査するための回路装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、電流回路を有する回路装置、および請求項１０の上位概念による電流回路の検査方法に関する。

電流回路は非常に様々な技術領域で、負荷に給電するために使用される。負荷に給電する場合、とりわけ該負荷が安全上重要な機能を果たす自動車内の負荷に給電する場合、給電の検査は安全上重要な観点である。給電は、安全上重要な負荷の機能を精確なものにするために必要であるため、給電の欠落または電力不足に関して検査しなければならない。

すでに自動車の電気機械式ブレーキ等の安全上重要なシステムでは、電流センサを電流回路に設け、該電流センサを介して、電流回路に流れる電流を検出して比較値と比較し、比較結果に依存して、電流回路の機能が誤機能であるかまたは精確であるかを識別することが公知である。たとえば、電流回路を介して電子整流モータが駆動される場合、電流センサを介して相電流が測定され、該モータによって出力すべきトルクが相電流制御によって調整される。それと同時に精確な機能も、電流センサによって電流測定することにより監視される。

本発明の課題は、給電の機能を確実に検査することができる、負荷に給電するための回路装置および方法を提供することである。

本発明の前記課題は、請求項１に記載された回路装置と、請求項１０に記載された方法とによって解決される。

本発明による回路装置の重要な利点は、第２の電流センサが電流回路に設けられており、この第２の電流センサを介して、電流回路内の電流を冗長的に検出できることである。したがって、第２の電流センサに基づき、第１の電流センサの機能の精確さを検査することができる。たとえば、従来の技術の実施形態において第１の電流センサがエラー信号を送出しても、この信号は少なくとも直ちにエラー信号であると識別されない。これに対して、請求項１に記載された実施形態は、電流回路を第１の電流センサに依存せずに検査できるという利点を有する。したがって、電流回路を精確に監視するのに２倍の確実性が得られる。

有利には、第２電流センサが電流回路の監視時にのみ電流回路に電気的に影響するように、第２センサは電流回路に接続される。したがって、電流回路の電気的特性に悪影響を及ぼすことなく、確実に監視することができる。

簡単な実施形態では、第２センサを電流回路に接続するためのスイッチが設けられている。有利には別のスイッチが設けられており、このスイッチによって負荷が電流回路から遮断される。このようにして、負荷が電流回路に対して電気的に影響せずに、電流回路を監視することができる。

有利には第２センサは、抵抗器の形態で形成されている。該抵抗器における電圧降下を測定量として検出し、電流回路における電流を評価することができる。抵抗器を電流センサとして使用することは低コストであり、こうすることによって方法を確実にすることができる。

有利には本発明の回路装置によって、電気的駆動調整装置、とりわけ電気的駆動調整装置の巻き線が検査される。とりわけ本発明による回路装置は、自動車の安全上重要な負荷、たとえば電気機械式ブレーキを監視するのに適している。

有利な適用では第２電流センサは、２つのハイサイドスイッチと電子整流モータに対する相応の給電線との間で使用される。この実施形態では、該電流センサをスイッチオンまたはスイッチオフするためのスイッチが省略される。選択的な接続により、該電流センサはモータの作動に対して大きな影響を及ぼすことがなくなる。したがって、本発明による回路装置を低コストで実現することができる。というのも電流センサは、とりわけ抵抗器の形態で、集積回路に一緒に組み込むことができるからである。

有利には第２センサは、電流を監視する場合、電子整流モータの巻き線に直列接続される。したがって、電流監視の他に、モータの巻き線の機能を検査することもできる。

本発明を以下で、図面に基づいてより詳細に説明する。

図面
図１ 本発明による回路装置を概略的に示している。

図２ 本発明による回路装置が導入された電気機械式ブレーキのための駆動制御ユニットの一部を示している。

本発明の基本原理は、非常に異なる技術的領域において使用することができる。たとえば、建築技術の領域、航空分野、制御工学の領域、原子力発電所または自動車技術の領域において安全上重要な回路を使用することができる。本発明による回路装置および本発明による方法によって、使用領域に依存せずに、電流回路を検査する際の確実性が向上される。

本発明を以下に、自動車のための電気機械式ブレーキの例でより詳細に説明する。

図１は、本発明による回路装置の基本原理を簡単に示している。ここでは直流電圧源１が設けられており、固定された直流電圧を供給する。この直流電圧源は、給電線２および電流センサ５を介して、電気的駆動装置３に接続されている。電気的駆動装置３はたとえば電子整流モータであり、この電子整流モータは巻き線４を有している。電子整流モータは十分に知られており、たとえば「Handbuch der elektrischen Anlagen und Maschinen」（Springer-Verlag, Egbert Hering, 1999, ISBN 3-540-65184-5）２０３頁ｆｆ、Kapitel A.5.1.3に記載されている。駆動装置３は駆動シャフト６を介して、電気機械式ブレーキ７の調整エレメントに作用結合されており、該駆動シャフト６介して電気機械式ブレーキ７の機能を制御する。駆動装置３は第１のスイッチ９を介して、接地電位に接続される。第１のスイッチ９は、有利には電界効果トランジスタとして構成される。第１スイッチ９は、制御線路１０を介して制御装置１１に接続されている。

電流センサ５と駆動装置３との間では、第２の電流センサ１２が電流線路２に接続されている。第２電流センサ１２は簡単な実施形態では、定義された抵抗器の形態で構成することができる。第２電流センサ１２の出力端は、第２スイッチ１３を介して制御装置１１に接続されている。第２スイッチ１３は、第２の制御線路１４を介して制御装置１１に接続されている。さらに、制御装置１１は電流センサ５に接続されている。さらにメモリ１５が設けられており、ここに制御情報および制御マップが格納されている。また制御装置１１は、第３の制御線路１６を介して駆動装置３にも接続されている。

制御装置１１は公知のように、電子整流モータ３の巻き線４のために相電流を、所望の回転数と、モータ３が電気機械式ブレーキ７へ供給しなければならない所望のトルクとに相応して制御する。こうするため、自動車８の運転パラメータが考慮される。自動車８には、該回路装置が配置されている。さらに、制御装置１１は電流センサ５を介して、給電線２を介して駆動装置３へ供給された電流を検出する。その際、電流は基準値と比較され、検出された電流が所定の差より大きく基準値からずれている場合、給電の誤機能が検出される。

第２電流センサ１２の入力端および出力端は測定線路３６を介して、Ａ／Ｄ変換器１７に接続されている。Ａ／Ｄ変換器１７の出力３７は、制御装置１１へ供給される。

電流センサ５および駆動装置３の給電を検査するため、制御装置１１は検査段階において、第２スイッチ１３を閉成して抵抗器１２の出力端を接地接続することにより、抵抗器１２を給電路２に接続する。有利には制御装置１１は、通常の動作時に閉成される第１スイッチ９を開放位置に切り替える。こうすることにより、電流はもはや駆動装置３を介して流れなくなり、第２電流センサ１２だけを流れるようになる。制御装置１１は検査段階の際には、抵抗器１２の入力端および出力端双方における電圧を検出する。抵抗器１２における電圧降下から、制御装置１１は、電流センサ５を流れる電流を求める。抵抗器１２の抵抗値の知識から、制御装置１１は、駆動装置３に供給される電流を計算する。第２電流センサ１２を介して検出された電流は、電流センサ５によって検出された電流と比較される。比較の結果、電流センサ５によって検出された電流が、抵抗器１２の電圧降下を介して計算された電流からずれていることが判明した場合、制御装置１１は電流センサ５の誤機能を識別し、たとえばエラー信号を自動車８の表示システムで出力する。付加的に制御装置１１は緊急時機能に切り替わり、自動車８を安全に停止させる。

前記検査は有利には、駆動装置３が電気機械式ブレーキ７を操作するために必要とされないときに、周期的に常に実行される。

図２は、本発明による回路装置の別の有利な実施形態を示している。この回路装置は有利には、電子整流モータ３のための駆動回路に組み込まれている。有利には、第２電流センサ１２は駆動回路１８に一緒に組み込まれている。したがって、該回路装置を低コストで実現することができる。モータ３は、概略的に３つの巻き線２２，２５，２７の形態で図示されている。

直流電圧源１が設けられており、第３スイッチ３８を介して電流センサ５の入力端に接続される。電流センサ５の出力端は、第１のトランジスタ１９、第２のトランジスタ２０および第３のトランジスタ２１の入力端に接続されている。第１トランジスタ１９の出力端は、第１の巻き線２２の入力端に接続されている。第１巻き線２２の出力端は、第４のトランジスタ２３の入力端に接続されている。第４トランジスタ２３の出力端は、アース線路２４に接続されている。

第２トランジスタ２０の出力端は、第２巻き線２５の入力端に接続されている。第２巻き線２５の出力端は、第５トランジスタ２６の入力端に接続されている。第５トランジスタ２６の出力端は、アース線路２４に接続されている。第３トランジスタ２１の出力端は、第３巻き線２７の入力端に接続されている。第３巻き線２７の出力端は、第６のトランジスタ２８の入力端に接続されている。第６トランジスタ２８の出力端は、アース線路２４に接続されている。第１巻き線２２、第２巻き線２５および第３巻き線２７の出力端は、第１のダイオード２９、第２のダイオード３０ないしは第３のダイオード３１を介して電流センサ５の入力端に接続されている。第１巻き線２２、第２巻き線２５および第３巻き線２７の入力端は、第４のダイオード３２、第５のダイオード３３および第６のダイオード３４を介してアース線路２４に接続されている。アース線路２４と電流センサ５との間にはコンデンサ３５が接続されている。さらにテスト抵抗器３９が、第４ダイオード３２、第５ダイオード３３ないしは第６ダイオード３４に対して並列に接続されている。トランジスタ１９，２０，２１，２３，２６，２８の制御接続端子は、制御線路を介して制御装置１１に接続されている。制御装置１１は公知のように、巻き線２２，２５，２７の通電を制御し、駆動シャフト６を介して所望の回転数および／または所望のトルクを電気機械式ブレーキ７へ出力する。

ここに図示された実施形態では、第１コイル２２の入力端と第２コイル２５の入力端との間に、第２電流センサ１２が抵抗器の形態で配置されている。第２電流センサ１２の出力端は、測定線路３６を介して制御装置１１のＡ／Ｄ変換器１７に接続されている。したがって第２電流センサ１２は、付加的なスイッチなしで該電流回路に取り付けられる。第２電流センサ１２を、第１巻き線２２および第２巻き線２５のハイサイド電界効果トランジスタ１９，２０間に配置するので、抵抗器として構成された第２電流センサ１２は、通常のモータ整流時には障害になるほど目立つことはない。

電流センサ５のテスト時には、第１トランジスタ１９および第５トランジスタ２６が導通接続される。前記テストは有利には、モータ静止状態の際に実行される。他のトランジスタ２０，２１，２３，２８はスイッチオフ状態に切り替えられる。この接続状態ではテスト電流が、電流センサ５、第１トランジスタ１９、第２電流センサ１２、第２巻き線２５および第５トランジスタ２６を介してアース線路２４へ流れる。第２電流センサ１２を介して流れる電流は、第２電流センサ１２において検出された電圧降下を介して計算される。第２電流センサ１２の抵抗値は既知であるから、電流は以下の関係式から計算される。
Ｕ＝Ｒ×Ｉ
ここではＵは、第２電流センサ１２における電圧降下を示し、Ｒは第２電流センサ１２の抵抗値を示し、Ｉは電流値を示している。

図２に示された構成の代わりに、第２電流センサ１２を第１巻き線２２の入力端と第３巻き線２７の入力端との間に配置するか、ないしは第２巻き線２５の入力端と第３巻き線２７の入力端との間に配置することもできる。第２電流センサ１２の配置に依存して、相応のトランジスタが検査時に導通接続され、電流が第２電流センサ１２および巻き線を介して流れる。

このテスト法では、電流センサ５においても第２電流センサ１２においても電流が検出される。検出された２つの電流を比較することにより、第１電流センサ５および／または第２電流センサ１２の故障が検出される。

本発明による回路装置を概略的に示している。

本発明による回路装置が導入された電気機械式ブレーキのための駆動制御ユニットの一部を示している。

Claims (14)

1. 電気的駆動装置に含まれる負荷に給電するための電流回路を有する回路装置において、
   第１の電流センサ（５）が電流回路内に設けられており、
   制御装置（１１）が設けられており、
   前記制御装置（１１）は前記第１の電流センサ（５）に接続されており、
   前記制御装置（１１）は第１の電流センサ（５）を介して、負荷への電流を検出する形式のものにおいて、
   前記制御装置（１１）は第２の電流センサ（１２）に接続されており、
   前記制御装置（１１）は第２の電流センサ（１２）を介して、該負荷への電流を検出して、該電流と、該第１の電流センサ（５）によって検出された電流とを比較し、
   該第１の電流センサ（５）によって検出された電流値と該第２の電流センサ（１２）を介して検出された電流値が相互に異なる場合、エラー信号が出力されることを特徴とする回路装置。
2. 電気的駆動装置に含まれる負荷に給電するための電流回路を有する回路装置において、
   第１の電流センサ（５）が電流回路内に設けられており、
   制御装置（１１）が設けられており、
   前記制御装置（１１）は前記第１の電流センサ（５）に接続されており、
   前記制御装置（１１）は第１の電流センサ（５）を介して、負荷への電流を検出する形式のものにおいて、
   前記制御装置（１１）は第２の電流センサ（１２）に接続されており、
   前記制御装置（１１）は第２の電流センサ（１２）を介して、該負荷への電流を検出して、該電流と、該第１の電流センサ（５）によって検出された電流とを比較し、
   該第１の電流センサ（５）によって検出された電流値と該第２の電流センサ（１２）を介して検出された電流値が相互に異なる場合、該電気的駆動装置が停止されることを特徴とする回路装置。
3. スイッチ（９）が設けられており、
   該スイッチ（９）は前記制御装置（１１）に接続されており、
   該スイッチ（９）を介して、負荷（３）が電流から遮断される、請求項１または２記載の回路装置。
4. 別のスイッチ（１３）が設けられており、
   該スイッチ（１３）は前記制御装置（１１）に接続されており、
   該別のスイッチ（１３）を介して、第２の電流センサ（１２）が電流に接続される、請求項１から３までのいずれか１項記載の回路装置。
5. 第２の電流センサ（１２）は抵抗器の形態で構成されており、
   該抵抗器において電圧降下が取り出され、
   前記制御装置（１１）は電圧降下を使用して、電流回路を検査する、請求項１から４までのいずれか１項記載の回路装置。
6. 該負荷は、電気的駆動装置（３）の巻き線（４，２２，２５，２７）である、請求項１から５までのいずれか１項記載の回路装置。
7. 該負荷は、電気機械式ブレーキ（７）のための駆動装置（３）である、請求項１から６までのいずれか１項記載の回路装置。
8. 前記電気的駆動装置（３）は少なくとも２つの巻き線（２２，２５，２７）を有し、
   各巻き線（２２，２５，２７）は入力線路を介して入力スイッチ（１９，２０，２１）に接続されており、
   入力スイッチ（１９，２０，２１）は正の電位に接続されており、
   各巻き線は、それぞれ１つの出力スイッチ（２３，２６，２８）を介して負の電位に接続されており、
   ２つの入力線路間には第２の電流センサ（１２）が接続されている、請求項６記載の回路装置。
9. 第２の電流センサ（１２）は抵抗器として構成されており、
   少なくとも１つの入力線路が電圧測定ユニット（１７）に接続されている、請求項８記載の回路装置。
10. 第２の電流センサ（１２）は、巻き線（２５）と直列接続されており、
    第２の電流センサ（１２）における電圧降下から、電流回路に流れる電流が検出される、請求項８または９記載の回路装置。
11. 電気的駆動装置に含まれる負荷への給電を検査するための方法において、
    該負荷へ、入力線路を介して電流を供給し、
    入力線路に第１の電流センサ（５）が配置されている形式の方法において、
    該負荷（３）の前方または後方の電流に第２の電流センサ（１２）が配置されており、
    第１の電流センサ（５）および第２の電流センサ（１２）を介して電流を検出し、
    検出された電流を相互に比較し、
    該第１の電流センサ（５）を介して検出された電流値と該第２の電流センサ（１２）を介して検出された電流値とが相互に異なる場合、エラー信号を出力することを特徴とする方法。
12. 電気的駆動装置に含まれる負荷への給電を検査するための方法において、
    該負荷へ、入力線路を介して電流を供給し、
    入力線路に第１の電流センサ（５）が配置されている形式の方法において、
    該負荷（３）の前方または後方の電流に第２の電流センサ（１２）が配置されており、
    第１の電流センサ（５）および第２の電流センサ（１２）を介して電流を検出し、
    検出された電流を相互に比較し、
    該第１の電流センサ（５）を介して検出された電流値と該第２の電流センサ（１２）を介して検出された電流値とが相互に異なる場合、該電気的駆動装置を停止することを特徴とする方法。
13. 第２の電流センサ（１２）を、スイッチ（１３）を介して電流に接続する、請求項１１または１２記載の方法。
14. 該負荷（３）を、スイッチ（９）を介して電流から遮断する、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の方法。

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