输入故障检测系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月4日提交的美国临时申请序列号62/726,495的利益，该美国临时申请的公开特此通过引用被全部并入本文。

一个或更多个实施例涉及用于评估控制器输入的车辆系统。

背景

车辆包括负责监测并控制一个或更多个电气系统或子系统的电子控制单元或模块。传统汽车可以包括许多控制单元，例如引擎控制模块(ecm)、动力总成控制模块(pcm)和车身控制模块(bcm)。汽车可以包括用于监测这些控制单元和相对应的电路以发现电气故障的系统。

概述

在一个实施例中，一种控制模块被提供有外壳、接口单元和微控制器。外壳包括用于通过外部开关连接到外部电源或地的输入引脚。接口单元由外壳支撑，并适于在正常配置中连接到输入引脚，用于向外部开关提供润湿电流(wettingcurrent)。接口单元还适于在测试配置中连接到输入引脚。微控制器由外壳支撑，并且被编程为：响应于输入引脚特性而在正常配置中配置接口单元，测量接口单元的正常电压，在测试配置中重新配置接口单元，测量接口单元的测试电压，并且基于正常电压和测试电压二者与参考电压的比较来生成指示外部开关的状态的输出。

在另一个实施例中，一种车辆系统被提供有输入引脚、接口单元和微控制器。输入引脚通过外部开关连接到外部电源或地。接口单元适于在测试配置中连接到输入引脚，以及在正常配置中连接到输入引脚以用于向外部开关提供润湿电流。微控制器被编程为：响应于输入引脚特性而在正常配置中配置接口单元，在测试配置中重新配置接口单元，测量接口单元的测试电压，并基于测试电压与参考电压的比较来生成指示外部开关的状态的输出。

在又一实施例中，提供了一种评估控制器输入的方法。提供了一种控制模块，该控制模块具有用于通过外部开关连接到外部电源或地的输入引脚、以及适于向外部开关提供润湿电流的接口单元。接口单元被控制成响应于指示在正常条件期间的输入引脚特性的信息而使沿着第一路径穿过外部开关的电流偏置(bias)。在正常条件期间测量接口单元的正常电压。接口单元被控制成在测试条件期间使沿着第二路径穿过外部开关的电流偏置。在测试条件期间测量接口单元的测试电压。基于正常电压和测试电压与参考电压的比较来生成指示短路故障的输出。

附图说明

图1是示出根据一个或更多个实施例的用于评估控制器输入的性能的车辆系统的示意性方框图。

图2是示出图1的车辆系统的第一接口单元和第二接口单元的电路图。

图3a是图2中的第一接口单元被示出为在正常操作条件配置中并连接到被切换为正的输入引脚的示意图。

图3b是图3a中的第一接口单元被示出为在测试配置中的示意图。

图4a是图2中的第一接口单元被示出为在正常操作条件配置中并连接到被切换到地的输入引脚的示意图。

图4b是图4a中的第一接口单元被示出为在测试配置中的示意图。

图5是在对应于图3a-4b所示的配置的图2中的第一接口单元的输出端处测量的电特性的图。

图6a是图2中的第二接口单元被示出为在正常操作条件配置中并连接到被切换为正的输入引脚的示意图。

图6b是图6a中的第二接口单元被示出为在测试配置中的示意图。

图7a是图2中的第二接口单元被示出为在正常操作条件配置中并连接到被切换到地的输入引脚的示意图。

图7b是图7a中的第二接口单元被示出为在测试配置中的示意图。

图8是在对应于图6a-7b所示的配置的图2中的第二接口单元的输出端处测量的电特性的图。

图9是示出根据一个或更多个实施例的用于评估连接到第一接口单元的控制器输入的性能的方法的流程图。

图10是示出根据一个或更多个实施例的用于评估连接到第二接口单元的控制器输入的性能的方法的流程图。

详细描述

根据需要，本文公开了本发明的详细实施例；然而应理解，所公开的实施例仅仅是可以体现在各种和可选形式中的本发明的示例。附图不一定按比例；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，在本文中所公开的特定的结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域中的技术人员多方面地采用本发明的代表性基础。

参考图1，根据一个或更多个实施例示出了用于评估控制器输入的性能的车辆系统，并且总体上以数字110表示。车辆系统110被描绘为集成在车辆电子控制单元112内，例如在车身控制模块(bcm)内。bcm112连接到多个输入端114和多个电子附件116，例如头灯、挡风玻璃刮水器、门锁、电动车窗、空调等。输入端114包括输入电路以及提供用于控制附件116的控制信号的模拟和数字输入端。bcm112包括支撑第一输入引脚118和第二输入引脚119的外壳；以及用于连接到附件116的第一输出引脚120和第二输出引脚121。

虽然在图1中示出了两个输入引脚118、119，但是bcm112可以包括超过80个不同的输入引脚。随着车辆变得越来越复杂，输入引脚的数量增加。集成在bcm112内的车辆系统110评估输入引脚和相对应的输入电路以检测故障，例如短路或开路，而不需要额外的监测系统。

车辆系统110包括开关检测电路122和微控制器124。根据一个或更多个实施例，开关检测电路122是具有多个接口级的多开关检测集成电路(msdi)。在一个实施例中，开关检测电路122是freescale半导体公司的mc33978芯片。输入引脚118、119均可以具有不同的类型或特性，例如常开、常闭、切换到正、切换到地等。微控制器124接收输入类型信息，并使用数字通信来配置每个接口级以适应输入引脚类型来提供适当的配置。这种数字配置允许通用部件用于不同的应用。微控制器124控制开关检测电路122以在选定引脚类型或正常操作条件配置和测试配置之间切换，同时根据评估方法(例如参考图3a-10描述的评估方法)来监测接口单元的输出电压，以诊断控制器输入故障。

每个输入引脚118、119由包括一个或更多个外部开关的输入电路连接到外部电源或地。根据一个或更多个实施例，外部电源是车辆电池(v车辆电池)。在一个实施例中，v车辆电池是24伏dc电池。在其他实施例中，v车辆电池是12伏dc电池。车辆系统110的所示实施例包括：第一外部开关130，其用于将第一输入引脚118连接到v车辆电池，即切换到正；以及第二外部开关132，其用于将第一输入引脚118连接到地，即切换到地。车辆系统110还包括：第三外部开关134，其用于将第二输入引脚119连接到v车辆电池，即切换到正；以及第四外部开关136，其用于将第二输入引脚119连接到地，即切换到地。车辆系统110还包括连接在输入引脚118、119和开关检测电路122之间的一个或更多个电阻器(例如，保护电阻器138和140以及下拉电阻器142)。

微控制器124通常包括任何数量的微处理器、asic、ic、存储器(例如flash、rom、ram、eprom和/或eeprom)和软件代码以与彼此协作来执行一系列操作。根据一个或更多个实施例，微控制器124包括存储在存储器中的预定数据或“查找表”。根据一个实施例，微控制器124和开关检测电路122通过四线串行总线使用串行外围接口(spi)进行通信。(spi)是用于主要在嵌入式系统中的短距离通信的同步串行通信接口规范。

参考图2，开关检测电路122包括第一接口单元210和第二接口单元212。微控制器124根据外部输入类型(例如切换到正(v车辆电池)或切换到地(gnd))来配置每个接口单元210、212，以提供适当的润湿电流并检测开关状态。润湿电流指流经触头以击穿任何表面膜电阻所需的最小电流。

第一接口单元210通过预调节器216连接到内部电源(v内部电源)以提供8-12伏的稳定电源电压。在一个实施例中，v内部电源小于v车辆电池，例如，v内部电源是12伏电源以及v车辆电池是24伏电源。第一接口单元210包括预调节器216和在“上拉”配置中布置的三个电流源串：第一电流源串218、第二电流源串220和第三电流源串222。每个电流源串218、220和222包括上拉电流源，并且在预调节器216和第一输出线214之间彼此并联地布置。每个电流源被设计成向外部开关130、132提供不同的润湿电流，并且微控制器124基于应用要求来为输入引脚118选择一个电流源串，作为配置过程的一部分。

第一上拉电流源串218包括二极管224、可变电流源226和开关228。根据一个或更多个实施例，可变电流源226如外部开关130、132所需的提供在6-20ma之间的润湿电流。二极管224和开关228用于控制在穿过电流源226的一个方向上、即从预调节器216到第一输出线的电流。微控制器124通过闭合其开关228来激活或启用电流源串218。

第一接口单元210包括三个附加电流源串(每个附加电流源串布置在“下拉”配置中)：第四电流源串230；第五电流源串232；和第六电流源串234。每个电流源串230、232和234包括下拉电流源，并且彼此并联地布置在第一输出线214和地之间。第四电流源串230包括：开关236；例如在6-20ma之间的可变电流源238；和二极管240。第四电流源串230用于通过向第一输入引脚118/从第一输入引脚118提供电流来配置第一外部开关130和第二外部开关132。微控制器124通过闭合其开关236来激活或启用电流源串230。

根据一个或更多个实施例，车辆系统110沿着第一输出线214监测电压信号(va)。第一接口单元210包括比较器242，比较器242将va与参考电压(v参考)进行比较，并通过spi总线向微控制器124提供指示外部开关130或132的状态的相对应的比较信号。

第二接口单元212也连接到v内部电源，并且包括预调节器246和布置在上拉配置中的三个电流源串：第一电流源串248、第二电流源串250和第三电流源串252。每个电流源串248、250、252包括上拉电流源，并且彼此并联地布置在预调节器246和第二输出线215之间。第一上拉电流源串248包括二极管254、可变电流源256和开关258；并且被配置为向第三外部开关134和第四外部开关136提供润湿电流。

根据一个或更多个实施例，车辆系统110沿着第二输出线215监测电压信号(vb)。第二接口单元212包括比较器260，比较器260将vb与参考电压(v参考)进行比较，并通过spi总线向微控制器124提供指示外部开关134或136的状态的相对应的比较信号。

参考图1-图8，车辆系统110执行一系列测试以评估bcm112的输入电路114的输入引脚118、119和相对应的外部开关130、132、134、136。这些测试可以在车辆操作期间周期性地(例如每50ms一次)被执行。

图3a-图5示出了评估连接到第一接口单元210的bcm112的第一外部开关130和第二外部开关132以及第一输入引脚118的车辆系统110。图3a和图4a示出了正常操作配置；以及图3b和图4b示出了测试配置。

图3a示出了在正常操作条件配置中的并且连接到被切换为正的输入引脚118的第一接口单元210。第一接口单元210被示为具有激活的下拉电流源238，即内部开关236(图2)闭合。输入引脚118通过第一外部开关130连接到v车辆电池。下拉电流源238通过使从v车辆电池朝向输入引脚118的电流偏置来向第一外部开关130提供润湿电流。

图3b示出了在测试配置中的并连接到被切换为正的输入引脚118的第一接口单元210。第一接口单元210被示为具有激活的上拉电流源226，即内部开关228(图2)闭合。输入引脚118通过第一外部开关130连接到v车辆电池。上拉电流源226允许车辆系统110区分开闭合开关条件和对地短路条件。

图4a示出了在正常操作条件配置中的并且连接到被切换到地的输入引脚118的第一接口单元210。第一接口单元210被示为具有激活的上拉电流源226，即内部开关228(图2)闭合。输入引脚118通过第二外部开关132连接到gnd。上拉电流源226通过使通过第一输入引脚118朝向gnd的电流偏置来向第二外部开关132提供润湿电流。

图4b示出了在测试配置中的并连接到被切换到地的输入引脚118的第一接口单元210。第一接口单元210被示为具有激活的下拉电流源238，即内部开关236(图2)闭合。输入引脚118通过第二外部开关132连接到gnd。下拉电流源238通过使从gnd朝向输入引脚118的电流偏置来向第二外部开关132提供润湿电流。

图5示出了如参考图3a-4b所述在第一输出线214上的va处所测量的第一接口单元210的电压输出。从t0到t2的时间段示出当第一外部开关130和第二外部开关132断开时的情况。在时间t0，第一接口单元210被设置到它的正常操作条件配置(图3a、图4a)；然后在时间t1，第一接口单元210被切换到它的测试配置(图3b、图4b)。从t2到t4的时间段示出当外部开关130、132闭合时的情况。在时间t2，第一接口单元210被设置到它的正常操作配置(图3a、图4a)；然后在时间t3，第一接口单元210被切换到它的测试配置(图3b、图4b)。

参考图3a和图5，当在第一外部开关130断开的情况下第一接口单元210被配置在它的正常配置中时，电压信号(va)低于v参考，如由数字510表示的。当第一外部开关130闭合时，v车辆电池通过第一输入引脚118提供电流，并且va大于v参考，如由数字512表示的。

参考图3b和图5，当在第一外部开关130断开的情况下第一接口单元210被配置在它的测试配置中时，va大于v参考，如由数字514表示的。当第一外部开关130闭合时，v车辆电池通过输入引脚118提供附加电流，且va保持高，即大于v参考，如由数字516表示的。

参考图4a和图5，当在第二外部开关132断开的情况下第一接口单元210被配置在它的正常配置中时，电压信号(va)大于v参考，如由数字518表示的。当第二外部开关132闭合时，电流朝向开关132偏置到地，并且va小于v参考，如由数字520表示的。

参考图4b和图5，当在第二外部开关132断开的情况下第一接口单元210被配置在它的测试配置中时，va小于v参考，如由数字522表示的。当第二外部开关132闭合时，电流流到地，且va小于v参考，如由数字524表示的。

图5还示出了在开关故障情况期间的电压信号va。从t4到t6的时间段示出当第一外部开关130和第二外部开关132对地或v车辆电池短路时的故障情况。在时间t4，接口单元210被设置到它的正常操作配置(图3a、图4a)；然后在时间t5，接口单元被切换到它的测试配置(图3b、图4b)。当第一外部开关130对地短路时，va保持小于v参考，如由数字526表示的。当第二外部开关132对v车辆电池短路时，当第一接口单元210被配置在正常配置中(图4a)时，va大于v参考，如由数字528表示的；并且也当第一接口单元210被配置在测试配置中(图4b)时，va大于v参考，如由数字530表示的。

图6a-图8示出了评估连接到第二接口单元212的bcm112的第三外部开关134和第四外部开关136以及第二输入引脚119的车辆系统110。图6a和图7a示出了正常操作配置；以及图6b和图7b示出了测试配置。

图6a示出了在正常操作条件配置中的并连接到被切换为正的输入引脚119的第二接口单元212。第二接口单元212被示为在开路配置中，下拉电阻器142连接在保护电阻器140和地之间，该开路配置提供第三外部开关134(被切换到v车辆电池)所需的润湿电流。输入引脚119通过第三外部开关134连接到v车辆电池。

图6b示出了在测试配置中的并连接到被切换为正的输入引脚119的第二接口单元212。第二接口单元212被示为具有激活的上拉电流源256，即内部开关258(图2)闭合。输入引脚119通过第三外部开关134连接到v车辆电池。

图7a示出了在正常操作条件配置中的并且连接到被切换到地的输入引脚119的第二接口单元212。第二接口单元212被示为具有激活的上拉电流源256，即内部开关258(图2)闭合。输入引脚119通过第四外部开关136连接到gnd。上拉电流源256通过使从输入引脚119朝向v车辆电池的电流偏置来向第四外部开关136提供润湿电流。

图7b示出了在测试配置中的并连接到被切换到地的输入引脚119的第二接口单元212。第二接口单元212被示为在开路配置中，下拉电阻器142连接在保护电阻器140和地之间。输入引脚119通过第四外部开关136连接到gnd。

图8示出了如参考图6a-7b所述在第二输出线215上的vb处所测量的第二接口单元212的电压输出。从t0到t2的时间段示出当第三外部开关134和第四外部开关136断开时的情况。在时间t0，第二接口单元212被设置到它的正常操作条件配置(图6a、图7a)；然后在时间t1，第二接口单元212切换到它的测试配置(图6b、图7b)。从t2到t4的时间段示出当外部开关134、136闭合时的情况。在时间t2，第二接口单元212被设置到它的正常操作配置(图6a、图7a)；然后在时间t3，第二接口单元212被切换到它的测试配置(图6b、图7b)。

参考图6a和图8，当在第三外部开关134断开、即开路配置的情况下第二接口单元212被配置在它的正常配置中时，电压信号(vb)由于开路而小于v参考，如由数字810表示的。当第三外部开关134闭合时，v车辆电池通过第二输入引脚119提供电流，并且vb大于v参考，如由数字812表示的。

参考图6b和图8，当在第三外部开关134断开的情况下第二接口单元212被配置在它的测试配置中时，vb大于v参考，如由数字814表示的。当第三外部开关134闭合时，v车辆电池通过第二输入引脚119提供附加电流，且vb保持大于v参考，如由数字816表示的。

参考图7a和图8，当在第四外部开关136断开的情况下第二接口单元212被配置在它的正常配置中时，电压信号(vb)大于v参考，如由数字818表示的。当第四外部开关136闭合时，电流朝着开关136被偏置到地，且vb小于v参考，如由数字820表示的。

参考图7b和图8，当在第四外部开关136断开的情况下第二接口单元212被配置在它的测试配置中时，vb小于v参考，如由数字822表示的。当第四外部开关136闭合时，电流流动到地，且vb小于v参考，如由数字824表示的。

图8还示出了在开关故障情况期间的电压信号vb。从t4到t6的时间段示出当第三外部开关134和第四外部开关136对地或v车辆电池短路时的故障情况。在时间t4，第二接口单元212被设置到它的正常操作配置(图6a、图7a)；然后在时间t5，接口单元被切换到它的测试配置(图6b、图7b)。当第三外部开关134对地短路时，vb保持小于v参考，如由数字826表示的。当第四外部开关136对v车辆电池短路时，当第二接口单元212被配置在正常配置中(图7a)时，vb大于v参考，如由数字828表示的；并且也当第二接口单元212被配置在测试配置中(图7b)时，vb大于v参考，如由数字830表示的。

参考图9并返回参考图3a-图5，根据一个或更多个实施例示出了用于评估连接到第一接口单元210的控制器输入的性能的方法，且总体上以数字910表示。根据一个或更多个实施例，方法910是使用与微控制器包含在一起的软件代码来实现的。在其他实施例中，方法910在其他车辆控制器中被实现，或者被分布在多个车辆控制器当中。

在操作912中，微控制器124评估输入引脚类型以确定它是否被切换为正。如果不是，即输入引脚类型被切换到地，则微控制器124继续进行到操作914，并将接口单元的正常操作条件设置为上拉配置，例如图4a所示的配置。接下来在操作916，开关检测电路122通过例如使用比较器242将va与参考电压(v参考)进行比较来评估电压信号。如果va小于v参考(例如，如在图5中在t2和t3之间的520处的va所示)，则微控制器124继续进行到操作918，并确定外部开关闭合以及输入电路正确地工作(即，没有故障存在)，且然后返回到操作916。如果在操作916处的确定是否定的，则微控制器124继续进行到操作920。

在操作920，微控制器124将第一接口单元210设置到它的可选测试配置(图4b)，并激活下拉电流源238。接下来在操作922，微控制器124通过例如使用比较器242将va与参考电压(v参考)进行比较来评估电压信号。如果va小于v参考(例如，如在图5中的在t1和t2之间的522处的va所示)，则微控制器124在操作924处确定外部开关断开并且输入电路正确地工作(即，没有故障存在)。然后，微控制器124返回到操作914。

如果在操作922处的确定是否定的，即va大于v参考，例如，如在图5中的在t5和t6之间530处的va所示，则微控制器124在操作926确定第二外部开关132对v车辆电池短路，并提供指示故障的开关状态信号。在操作926之后，微控制器124返回到操作914。

如果在操作912，微控制器124确定输入类型被切换为正，则它继续进行到操作928。在操作928，微控制器124将接口单元的正常操作条件设置为下拉到接地配置，例如在图3a中所示的配置。接下来在操作930，开关检测电路122例如使用比较器242来将电压信号va与参考电压(v参考)进行比较。如果va大于v参考(例如，如在图5中在t2和t3之间的512处的va所示)，则微控制器124继续进行到操作932，并确定第一外部开关130闭合并且输入电路正确地工作(即，没有故障存在)，且然后返回到操作930。如果在操作930处的确定是否定的，则微控制器124继续进行到操作934。

在操作934，微控制器124将接口单元设置到它的可选测试配置(图3b)，并激活上拉电流源226。接下来在操作936，开关检测电路122例如使用比较器242来将电压信号va与参考电压(v参考)进行比较。如果va大于v参考(例如，如在图5中在t1和t2之间的514处的va所示)，则微控制器124在操作938处确定第一外部开关130断开并且输入电路正确地工作(即，没有故障存在)。然后，微控制器124返回到操作928。

如果在操作936处的确定是否定的，即va小于v参考，例如，如在图5中的在t5和t6之间526处的va所示，则微控制器124在操作940处确定第一外部开关130对地短路，并提供指示故障的开关状态信号。在操作940之后，微控制器124返回操作928。

参考图10并返回参考图6a-图8，根据一个或更多个实施例示出了用于评估连接到第二接口单元212的控制器输入的性能的方法，并总体上以数字1010表示。根据一个或更多个实施例，方法1010是使用与微控制器124包含在一起的软件代码来实现的。在其他实施例中，方法1010在其他车辆控制器中被实现，或者被分布在多个车辆控制器当中。

在操作1012中，微控制器124评估输入引脚类型以确定它是否被切换为正。如果不是，即输入引脚类型被切换到地，则微控制器124继续进行到操作1014，并将接口单元的正常操作条件设置为上拉配置，例如在图7a中所示的配置。接下来在操作1016，开关检测电路122通过例如使用比较器260将vb与参考电压(v参考)进行比较来评估电压信号。如果vb小于v参考(例如，如在图8中在t2和t3之间的820处的vb所示)，则微控制器124继续进行到操作1018，并确定第四外部开关136闭合并且输入电路正确地工作(即，没有故障存在)，且然后返回到操作1016。如果在操作1016处的判断是否定的，则微控制器124继续进行到操作1020。

在操作1020，微控制器124将第二接口单元212设置到它的可选开路测试配置(图7b)。接下来在操作1022，开关检测电路122通过例如使用比较器260将vb与参考电压(v参考)进行比较来评估电压信号。如果vb小于v参考(例如，如在图8中在t1和t2之间的822处的vb所示)，则微控制器124在操作1024处确定第四外部开关136断开并且输入电路正确地工作(即，没有故障存在)。然后，微控制器124返回到操作1014。

如果在操作1022处的确定是否定的，即vb大于v参考，例如，如在图8中在t5和t6之间830处的vb所示，则微控制器124在操作1026确定第四外部开关136对v车辆电池短路，并提供指示故障的开关状态信号。在操作1026之后，微控制器124返回到操作1014。

如果在操作1012，微控制器124确定输入类型被切换为正，则它继续进行到操作1028。在操作1028，微控制器124将接口单元的正常操作条件设置为开路配置，例如在图6a中所示的配置。接下来在操作1030，开关检测电路122例如使用比较器260来将电压信号vb与参考电压(v参考)进行比较。如果vb大于v参考(例如，如在图8中在t2和t3之间的812处的vb所示)，则微控制器124继续进行到操作1032，并确定第三外部开关134闭合并且输入电路正确地工作(即，没有故障存在)，且然后返回到操作1030。如果在操作1030处的确定是否定的，则微控制器124继续进行到操作1034。

在操作1034，微控制器124将接口单元设置到它的可选测试配置(图6b)，并激活上拉电流源256。接下来在操作1036，开关检测电路122例如使用比较器260来将电压信号vb与参考电压(v参考)进行比较。如果vb大于v参考(例如，如在图8中在t1和t2之间的814处的vb所示)，则微控制器124在操作1038确定第三外部开关134断开并且输入电路正确地工作(即，没有故障存在)。然后，微控制器124返回到操作1028。

如果在操作1036处的确定是否定的，即vb小于v参考(例如，如在图8中在t5和t6之间的826处的vb所示)，则微控制器124在操作1040确定第三外部开关134对地短路；并提供指示故障的开关状态信号。在操作1040之后，微控制器124返回操作1028。

虽然上面描述了示例性实施例，但意图不是这些实施例描述本发明的所有可能的形式。更确切地，在说明书中使用的词是描述而不是限制的词，并且应理解，可做出各种变化而不偏离本发明的精神和范围。此外，各种实现的实施例的特征可被组合以形成本发明的另外的实施例。