用于机动车的控制系统和用于在控制系统中进行故障诊断的方法

技术领域

本发明涉及一种在权利要求1的前序部分中提到的类型的用于机动车的控制系统和一种在权利要求6的前序部分中提到的类型的用于在控制系统中进行故障诊断的方法。

背景技术

从现有技术中在大量实施变型方案中已经公知这样的用于机动车的控制系统和用于在这样的控制系统中进行故障诊断的方法，所述控制系统具有第一控制器和与第一控制器以传输信号的方式连接的第一电力电子装置，用于在控制系统正常运行时给第一执行器通电。

发明内容

本发明所基于的任务在于：即使在故障情况下也确保用于机动车的控制系统的按规定的运行。

该任务通过一种具有权利要求1的特征的用于机动车的控制系统来解决，据此，该控制系统具有备用控制器和与备用控制器以传输信号的方式连接的备用电力电子装置，用于在该控制系统的第一备用运行时给第一执行器通电，备用控制器与第一控制器以传输信号的方式连接并且该控制系统能根据第一控制器的故障信号在备用控制器中的输入从正常运行被转变到第一备用运行，其中，第一电力电子装置能借助于该第一电力电子装置的每个相的至少一个第一断路开关与第一执行器电流分离而备用电力电子装置能借助于该备用电力电子装置的每个相的至少一个第一接通开关与第一执行器电流连接。

该任务还通过一种具有权利要求6的特征的用于在机动车的控制系统中进行故障诊断的方法来被解决，据此，该控制系统根据权利要求5来构造并且该方法具有如下方法步骤：

-借助于对应的测量电阻来测量在相应的相中流动的电流，使得每个单个开关的功能可用性被查明；而且

-在第一电力电子装置中的开关之一有功能故障的情况下，借助于所述至少一个第一断路开关将第一执行器与第一电力电子装置电流分离，或者在第二电力电子装置中的开关之一有功能故障的情况下，借助于所述至少一个第二断路开关将第二执行器与第二电力电子装置电流分离，并且借助于与该执行器对应的所述至少一个接通开关将与有故障的电力电子装置对应的执行器与备用电力电子装置电流连接。从属权利要求涉及本发明的有利的扩展方案。

本发明的重要优点尤其在于：即使在故障情况下也确保用于机动车的控制系统的按规定运行。在第一控制器或第一电力电子装置的故障情况下，第一电力电子装置能借助于每个相的所述至少一个第一断路开关与第一执行器电流分离，并且第一执行器能借助于每个相的所述至少一个第一接通开关与备用电力电子装置电流连接，使得能借助于备用控制器来控制第一执行器并且因此控制机动车的借助于第一执行器所实施的功能。

按照本发明的控制系统的一个特别有利的扩展方案规定：该控制系统具有第二控制器和与第二控制器以传输信号的方式连接的第二电力电子装置，用于在该控制系统正常运行时给第二执行器通电，而且备用控制器为了在该控制系统的第二备用运行时给第二执行器通电而与第二控制器以传输信号的方式连接，其中，该控制系统能根据第二控制器的故障信号在备用控制器中的输入从正常运行被转变到第二备用运行，其中，第二电力电子装置能借助于该第二电力电子装置的每个相的至少一个第二断路开关与第二执行器电流分离而备用电力电子装置能借助于该备用电力电子装置的每个相的至少一个第二接通开关与第二执行器电流连接。由此可能的是：即使在故障情况下，也利用低的附加花费来确保机动车的针对两个彼此不同的执行器以及因此针对机动车的两个彼此不同的功能的控制系统的按规定运行。

为了按照本发明的控制系统的按规定运行，除了相应的控制器的用于操控与该控制器对应的执行器的功能之外，也需要被分配给该控制器的电力电子装置的开关的按规定发挥作用。相对应地，按照本发明的用于在根据权利要求5所述的用来控制机动车的第一执行器或者第一和第二执行器的控制系统中进行故障诊断的方法规定了如下方法步骤：

-借助于对应的测量电阻来测量在相应的相中流动的电流，使得每个单个开关的功能可用性被查明；而且

-在第一电力电子装置中的开关之一有功能故障的情况下，借助于所述至少一个第一断路开关将第一执行器与第一电力电子装置电流分离，或者在第二电力电子装置中的开关之一有功能故障的情况下，借助于所述至少一个第二断路开关将第二执行器与第二电力电子装置电流分离，并且将与有故障的电力电子装置对应的执行器借助于与该执行器对应的所述至少一个接通开关来与备用电力电子装置电流连接。

以这种方式确保了：在第一电力电子装置或者第二电力电子装置(如果存在的话)中的开关之一有功能故障的情况下，与具有故障开关的电力电子装置对应的执行器与该电力电子装置可靠分离并且与备用控制器和被分配给该备用控制器的备用电力电子装置可靠连接。这是绝对必要的，因为否则可能导致借助于备用电力电子装置对与有故障的电力电子装置对应的执行器的有错误的操控。

此外，对于具有备用电力电子装置的备用控制器的功能来说重要的是：在之前提到的电力电子装置中的故障情况下，备用电力电子装置与故障所涉及到的执行器的接通按规定发挥作用。因此重要的是：对于该接通来说所需的每个相的至少一个与故障所涉及到的执行器对应的接通开关同样按规定发挥作用。相对应地，按照本发明的方法的一个有利的扩展方案规定：在备用电力电子装置中的开关之一有功能故障的情况下，将第一执行器借助于所述至少一个第一接通开关与备用电力电子装置电流分离，或者将第一执行器和第二执行器借助于所述至少一个第一接通开关并且借助于所述至少一个第二接通开关与备用电力电子装置电流分离。由此保证了：在接通开关有故障时，停止备用电力电子装置与所涉及到的执行器的接通。

原则上，所述至少一个第一断路开关和/或所述至少一个第二断路开关和/或所述至少一个第一接通开关和/或所述至少一个第二接通开关能根据类型、工作原理、尺寸、布置方式和数量在宽的适合范围内自由选择。按照本发明的控制系统的一个有利的扩展方案规定：所述至少一个第一断路开关和/或所述至少一个第二断路开关和/或所述至少一个第一接通开关和/或所述至少一个第二接通开关构造为半导体开关。半导体开关在大量实施方式中都能得到并且因此能用于大量彼此不同的应用情况。此外，半导体开关成本低廉且节省空间。

按照本发明的控制系统的之前提到的实施方式的一个特别有利的扩展方案规定：第一电力电子装置的每个相的所述至少一个第一断路开关和/或第二电力电子装置的每个相的所述至少一个第二断路开关和/或备用电力电子装置的每个相的所述至少一个第一接通开关和/或备用电力电子装置的每个相的所述至少一个第二接通开关构造为两个串联的MOSFET开关，其中相应串联的MOSFET开关的体二极管具有彼此相反的截止方向。MOSFET开关反应快且具有仅仅小的内阻。由于串联布置的MOSFET开关的之前提到的接线，也就是说使得相应串联的MOSFET开关的体二极管具有彼此相反的截止方向，确保了所分配的电力电子装置或所分配的备用电力电子装置的相应的相的电流分离。

相对应地，按照本发明的方法的一个特别有利的扩展方案规定：在第一电力电子装置和备用电力电子装置的每个相中或者在第一电力电子装置、第二电力电子装置和备用电力电子装置的每个相中，两个第一断路开关和两个第一接通开关或者两个第一断路开关、两个第二断路开关、两个第一接通开关和两个第二接通开关分别串联，并且在第一断路开关之一或第二断路开关之一或第一接通开关之一或第二接通开关之一有功能故障的情况下，将与有故障的断路开关或接通开关对应的执行器借助于与有故障的断路开关或接通开关对应的另外的断路开关或接通开关来与被分配给有故障的断路开关或接通开关的电力电子装置或备用电力电子装置电流分离。

按照本发明的控制系统的另一特别有利的扩展方案规定：第一电力电子装置和备用电力电子装置或者第一电力电子装置、第二电力电子装置和备用电力电子装置每个相具有测量电阻，用于测量在相应的相中流动的电流。以这种方式，能以电路技术方式简单地实现对布置在每个相中的开关、即断路开关和接通开关的故障诊断。例如，这样的测量电阻已经存在于市场上可用的电力电子装置中。不需要附加的测量电阻或测量装置、例如在具有相应的单个开关的结构和电路技术单元中的附加的测量电阻或测量装置。

按照本发明的方法的另一有利的扩展方案规定：用于利用相应的测量电阻进行的测量的电流所具有的值低得使得第一执行器的输出件和/或第二执行器的输出件基本上不动。由此确保了：第一和/或第二执行器以及机动车的以此所实施的功能在执行该测量时未以不符合期望的方式被操纵。

按照本发明的方法的另一有利的扩展方案规定：根据机动车的运行状态和/或运动状态来执行对在每个相中流动的电流的测量。例如可设想的是：仅在机动车的点火关断时和/或仅在机动车停下时自动执行该测量。以这种方式保证了：该测量一方面可以在不受机动车的运行以及因此不受第一和/或第二执行器的运行所引起的干扰影响的情况下进行。另一方面，有效防止了由该测量对第一和/或第二执行器以及因此机动车的运行的不符合期望的影响。

附图说明

随后，本发明依据随附的、大致示意性的附图进一步予以阐述。在此，唯一的附图：

图1以部分图示示出了按照本发明的用于机动车的控制系统的实施例。

具体实施方式

在图1中，示范性示出了按照本发明的用于机动车的控制系统的实施例。该控制系统具有：用于未进一步示出的机动车的第一功能的第一控制器；和用于未进一步示出的机动车的第二功能的第二控制器。第一控制器和第二控制器同样未示出。在此，机动车构造为自主机动车，其中机动车的功能由该机动车基本上自动地选择和实施。

第一功能构造为机动车的制动功能而第二功能构造为机动车的转向功能。相对应地，第一控制器控制机动车的制动功能而第二控制器控制机动车的转向功能。该控制系统具有：构造为制动器的第一执行器2，用于实施制动功能；和构造为转向装置的、未示出的第二执行器，用于实施转向功能。用于控制机动车的制动功能的第一控制器与机动车的构造为制动器的第一执行器2的第一电力电子装置4保持信号传输连接，而第二控制器与机动车的构造为转向装置的第二执行器的未示出的第二电力电子装置保持信号传输连接。即使在当前实施例中谈及的是一个构造为制动器的第一执行器2，显而易见的是：按照本发明也可涉及多个制动器。

为了即使在这些控制器之一的故障情况下机动车的制动功能和转向功能也可以正常并且借此可靠地被实施，用于机动车的控制系统除了这两个控制器之外附加地具有未示出的备用控制器。

在此，第一电力电子装置4与第一控制器、第二控制器和备用控制器在空间上分开地布置，并且与构造为制动器的第一执行器2构成一个结构单元。相对应地，第一电力电子装置4在空间上紧邻第一执行器2地布置。第一执行器2和第二执行器分别构造为三相电机。第一电力电子装置4能与第一执行器2借助于每个相的两个第一断路开关6和8导电连接，每个相的第一断路开关6、8串联布置。即，每个相的第一断路开关6、8串联。这里，第一断路开关6和8分别构造为半导体开关，即分别构造为MOSFET开关，每个相的所述两个第一断路开关6、8的体二极管6.1和8.1彼此间具有相反的截止方向。

因此，在第一控制器或第一电力电子装置的紧急情况下，第一电力电子装置4可以借助于第一断路开关6、8与第一执行器2可靠地分离、即电流分离。相同的情况适用于与备用控制器以传输信号的方式连接或者能以传输信号的方式连接的第一备用电力电子装置10。备用电力电子装置10同样是之前提到的结构单元的一部分，使得该结构单元包括制动器2、第一电力电子装置4和第一备用电力电子装置10。因此，第一备用电力电子装置10也与备用控制器在空间上分开地布置并且在空间上紧邻第一执行器2、即制动器2地布置。第一备用电力电子装置10能与第一执行器2借助于每个相的两个第一接通开关12和14导电连接，每个相的第一接通开关12、14串联布置。即，每个相的第一接通开关12、14串联。这里，第一接通开关12和14分别构造为半导体开关，即分别构造为MOSFET开关，每个相的所述两个第一接通开关12、14的体二极管12.1和14.1彼此间具有相反的截止方向。因此，在上文提到的紧急情况之一的情况下，备用电力电子装置10可以借助于第一接通开关12、14与第一执行器2可靠地连接、即电流连接。在备用控制器或备用电力电子装置10的紧急情况下，第一执行器2可以借助于第一接通开关12、14与备用电力电子装置10可靠地分离、即电流分离。

类似的情况适用于第二电力电子装置。第二电力电子装置同样与第一控制器、第二控制器和备用控制器在空间上分开地布置，并且与构造为转向装置的第二执行器构成一个结构单元。相对应地，第二电力电子装置在空间上紧邻第二执行器地布置。第二电力电子装置能与第二执行器借助于每个相的两个第二断路开关导电连接。第二断路开关同样未示出。即，每个相的第二断路开关串联布置。每个相的第二断路开关类似于第一断路开关6、8地被实施并且相对于备用电力电子装置10来布置。即，这些第二断路开关串联并且分别构造为半导体开关、即分别构造为MOSFET开关。每个相的所述两个第二断路开关的体二极管彼此间同样具有相反的截止方向。因此，第二电力电子装置以及第二断路开关的布置方式与从图1可见的第一电力电子装置4和第一断路开关6、8的布置方式相同。类似于第一执行器2，备用电力电子装置10能借助于每个相的两个第二接通开关与第二执行器导电连接，这些第二接通开关未示出且每个相的第二接通开关串联布置。即，每个相的第二接通开关串联。这里，这些第二接通开关分别构造为半导体开关，即分别构造为MOSFET开关，其中每个相的所述两个第二接通开关的体二极管彼此间具有相反的截止方向。备用电力电子装置10可以借助于这些第二接通开关与第二执行器可靠地连接、即电流连接。

因此，在第二控制器或第二电力电子装置的紧急情况下，第二电力电子装置可以借助于第二断路开关与第二执行器可靠地分离、即电流分离，并且第二执行器可以借助于第二接通开关与备用电力电子装置10可靠地连接、即电流连接。类似于上文的实施方案，与备用控制器以传输信号的方式连接或者能以传输信号的方式连接的备用电力电子装置10可以在备用控制器或备用电力电子装置的紧急情况下借助于第二接通开关与第二执行器可靠地分离、即电流分离。

在其它应用情况下，关于制动功能和/或转向功能方面可能会涉及其它数量的执行器。本领域技术人员将根据个别情况选择并规定用于机动车的相应的功能的执行器的相对应的选择和数量。

在第一控制器与制动器2的第一电力电子装置4以及第二控制器与转向装置的第二电力电子装置之间的相应的信号传输连接在图1中未示出。备用控制器一方面与第一控制器和第二控制器保持信号传输连接而且同时与制动器2和转向装置的第一备用电力电子装置10保持信号传输连接。

在第一电力电子装置4、第二电力电子装置和备用电力电子装置10的每个相中，分别布置有测量电阻16、18、20、22、24、26，即分流电阻，用于测量在相应的相中流动的电流。在第二电力电子装置的每个相中的测量电阻在图1中并未示出。

然而，不同于当前实施例，也可能的是：替代用于第一执行器和第二执行器的共同的备用电力电子装置，分别设置并使用单独的备用电力电子装置。那么，相应的备用电力电子装置例如可能会和与之对应的电力电子装置一起在结构上与相应的执行器组合。

机动车的制动器2和转向装置是机动车的安全相关的并且因此非常重要的功能。这以更大程度适用于所选择的涉及自主机动车的实施例。

在下文，按照本发明的方法按照当前实施例并依据图1来进一步予以阐述。

在按照本发明的用于自主机动车的控制系统正常运行时，制动器2借助于用于机动车的制动功能的第一控制器来被控制，而转向装置借助于用于机动车的转向功能的第二控制器来被控制。由第一控制器进行制动干预或者由第二控制器进行转向干预的必要性在第一控制器中或在第二控制器中或在相应的控制器的上级控制器中以本领域技术人员公知的方式依据机动车的传感器的、施加在相对应的控制器上的输入信号来予以判断。不仅可能的上级控制器而且机动车的传感器在图1中都未示出。

在按照本发明的控制系统的按照当前实施例的上文所描述的正常运行时，备用控制器不干预机动车的制动功能并且不干预机动车的转向功能。在第一控制器或第二控制器的故障情况下，借助于在第一控制器与备用控制器之间以及在该备用控制器与第二控制器之间存在的信号传输连接，有故障的控制器的相对应的故障信号作为输入信号施加在备用控制器上。

如果第一控制器例如有故障地工作，使得利用该第一控制器来控制的制动器2不再按规定地被控制并且因此机动车的制动功能不再可靠地被实施，则将该故障借助于信号传输连接报告给备用控制器，然后备用控制器被配置为使得该备用控制器控制该机动车的制动功能、即控制该机动车的与有故障的第一控制器对应的功能。为此，备用控制器借助于信号传输连接与机动车的制动器2的备用电力电子装置10进行信号交换。因此，制动器2在第一控制器的故障情况下不再由第一控制器来控制，而是由备用控制器来控制。相同的情况适用于在制动器2的第一电力电子装置4中的故障，该第一电力电子装置在正常运行时由第一控制器来操控、即控制。

如果第二控制器有故障地工作，则适用类似的情况。在这种情况下，备用控制器借助于信号传输连接来获得关于第二控制器方面的相对应的故障报告，然后备用控制器被配置为使得该备用控制器控制机动车的转向功能。因此，转向装置不再由有故障的第二控制器来控制，而是由备用控制器来控制，也就是说借助于信号传输连接和同样被分配给转向装置的备用电力电子装置10来被控制。相同的情况适用于在转向装置的第二电力电子装置中的故障，该第二电力电子装置在正常运行时由第二控制器来操控、即控制。

如在说明书开头部分中已经解释的那样，为了用于控制机动车的第一执行器2和第二执行器的按照本发明的控制系统按规定发挥作用而需要：与第一执行器2和第二执行器对应的开关、即还有第一断路开关6、8、第二断路开关、第一接通开关12、14和第二接通开关按规定发挥作用。

相对应地，按照本发明的方法按照当前实施例规定：借助于对应的测量电阻16、18、20、22、24、26来测量在相应的相中流动的电流，使得每个单个开关的功能可用性被查明；而且当在第一电力电子装置4中的开关之一有功能故障的情况下，借助于第一断路开关6、8将第一执行器2与第一电力电子装置4电流分离，或者在第二电力电子装置中的开关之一有功能故障的情况下，借助于第二断路开关将第二执行器与第二电力电子装置电流分离，并且将与有故障的电力电子装置4对应的执行器2借助于与该执行器2对应的接通开关12、14来与备用电力电子装置10电流连接。

类似的情况适用于在备用电力电子装置10中的开关之一有功能故障的情况。在这种情况下，借助于第一接通开关12、14将第一执行器2与备用电力电子装置10电流分离，并且借助于第二接通开关将第二执行器与备用电力电子装置10电流分离。

在另一实施方式中，即替代用于第一执行器和第二执行器的共同的备用电力电子装置10而分别设置并使用单独的备用电力电子装置，相对应地仅仅会将与有故障的备用电力电子装置对应的执行器借助于被分配给该执行器的至少一个接通开关电流分离。

第一断路开关6、8之一或第二断路开关之一或第一接通开关12、14之一或第二接通开关之一的功能故障同样将会借助于在这些相中的每个相中的电流测量来被探测，并且在第一断路开关6、8或第二断路开关或第一接通开关12、14或第二接通开关之一存在功能故障时，将与有故障的断路开关6、8或接通开关12、14对应的执行器2借助于另外的与有故障的断路开关6、8或接通开关12、14对应的断路开关6、8或接通开关12、14来与被分配给有故障的断路开关6、8或接通开关12、14的电力电子装置4或备用电力电子装置10电流分离。

为了确保第一和/或第二执行器2以及机动车的利用所述第一和/或第二执行器所实施的功能、例如制动功能在借助于测量电阻16、18、20、22、24、26执行测量时没有以不符合期望的方式被操纵，该测量利用相应的测量电阻16、18、20、22、24、26以低电流值被执行，使得第一执行器2的输出件和第二执行器的输出件基本上不动。

此外，根据机动车的运行状态来执行对在每个相中流动的电流的测量。仅在机动车的点火关断时自动执行所述测量。以这种方式保证了：所述测量一方面可以在不受由机动车的运行所引起的以及因此由第一和/或第二执行器2的运行所引起的干扰影响的情况下进行。另一方面，有效防止了由所述测量对第一和/或第二执行器2以及因此对机动车的运行的不符合期望的影响。

借助于按照本发明的方法所查明的功能故障可以以本领域技术人员公知的方式以对于机动车的用户或者修理厂人员可察觉到的方式来被输出件和/或被存储在故障存储器中用于稍后使用。

本发明并不限于当前实施例。例如可设想的是：按照本发明的用于机动车的控制系统存在于机动车中并且被停用，而且为了将来使用能借助于车辆驾驶员、修理厂人员等等的操作干预来被激活。相对应地，可以在按照本发明的控制系统的其它实施方式中规定：该控制系统具有操作接口并且能根据有激活信号施加在该操作接口上而从停用状态被转变到激活状态，其中，备用控制器在该控制系统的停用状态下与故障信号的输入无关地并不控制机动车的与有故障的控制器对应的执行器而在该控制系统的激活状态下根据故障信号的输入来控制机动车的与有故障的控制器对应的执行器。

类似的情况适用于按照本发明的方法，据此，在按照本发明的方法的另一实施方式中，该控制系统具有操作接口并且根据有激活信号施加在该操作接口上而从停用状态被转变到激活状态，其中备用控制器在该控制系统的停用状态下与故障信号的输入无关地并不控制机动车的与有故障的控制器对应的功能而在该控制系统的激活状态下根据故障信号的输入来控制机动车的与有故障的控制器对应的功能。

例如，可能的是：在有些国家在法律上还不允许自主机动车。在法律状况后来发生变化的情况下，那么按照本发明所准备的机动车可以以微小的花费被切换到自主驾驶运行并且因此被切换到使用按照本发明的控制系统以及使用按照本发明的用于在其激活状态下控制机动车的方法。

还可能的是：与该实施例不同，备用控制器在按照本发明的控制系统正常运行时同时构造为用于控制机动车的第三功能的第三控制器，并且根据故障信号的输入除了机动车的第三功能之外或者替代机动车的第三功能来控制机动车的与有故障的第一或第二控制器对应的第一或第二功能。

例如可设想的是：备用控制器作为第三控制器在机动车正常运行时控制机动车的更下级的功能。那么，如果发生第一控制器或第二控制器的故障情况，则备用控制器可能会被配置为使得该备用控制器在所述故障情况下替代下级功能而控制相对于此是上级的功能、即机动车的由第一或第二控制器所控制的功能之一。像在该实施例中那样，该功能可能会是机动车的制动功能或转向功能。然而，在本发明的其它设计方案中、例如在机动车的功能等级都一样的情况下，也可设想的是：备用控制器除了与该备用控制器在该备用控制器正常运行时对应的功能之外还控制与有故障的控制器对应的功能。

相应的信号传输可以直接进行或可以间接、例如经由其它控制器来进行。此外，该信号传输可以是有线的和/或无线的。

本发明并不限于机动车的制动功能和转向功能。本发明也能有利地被应用于机动车的其它功能。

附图标记列表：

2 构造为机动车的制动器的第一执行器

4 与第一执行器2对应的第一电力电子装置

6、8 第一断路开关

6.1、8.1 与第一断路开关6、8对应的旁路二极管

10 与第一执行器2并且与第二执行器对应的备用电力电子装置

12、14 第一接通开关

12.1、14.1 与第一接通开关12、14对应的旁路二极管

16、18、20、22、24、26 构造为分流电阻的测量电阻