CN101743523A - 为elv的微控制器提供取决于温度的信号的看门狗电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汽车ELV的控制电路，具有用于控制电动机驱动装置(1)的微控制器(6)和看门狗电路(7)。微控制器(6)的输入端(9)与看门狗电路(7)的第一输出端(8)耦合，微控制器的输出端(10)与看门狗电路的输入端(13)耦合，并且微控制器的复位输入端(15)与看门狗电路的第二输出端(14)耦合。微控制器这样配置，即，使该微控制器在输入端(9)上接收脉冲后在预先规定的第一持续时间内在输出端(10)上发出应答信号。看门狗电路(7)这样构成，即，使该看门狗电路(7)在该看门狗电路(7)第一输出端(8)上发出脉冲后，在大于预先规定的第一持续时间的预先规定的第二持续时间内，在该看门狗电路(7)输入端(13)上没有收到应答信号的情况下，该看门狗电路(7)才在该看门狗电路(7)第二输出端(14)上发出复位信号。看门狗电路此外这样构成，即，使该看门狗电路在第一输出端(8)上发出脉冲序列，其中，脉冲序列的至少一个参数取决于看门狗电路的元件的环境温度。微控制器这样评估在该微控制器输入端(9)上接收的脉冲序列的至少一个参数，即，微控制器获取针对环境温度的数值，其中，微控制器以取决于所获取的针对环境温度的数值的方式来控制ELV。

Description

为ELV的微控制器提供取决于温度的信号的看门狗电路
技术领域
本发明涉及一种用于ELV的控制电路，具有用于控制ELV的电动机驱动装置的微控制器和看门狗电路，其中，微控制器的输入端与看门狗电路的第一输出端耦合，微控制器的输出端与看门狗电路的输入端耦合，并且微控制器的复位输入端与看门狗电路的第二输出端耦合，其中，微控制器这样配置，即，使该微控制器在输入端上接收脉冲后在预先规定的第一持续时间内在输出端上发出应答信号，其中，看门狗电路这样构成，使该看门狗电路在该看门狗电路第一输出端上发出脉冲后，在大于预先规定的第一持续时间的预先规定的第二持续时间内，在该看门狗电路输入端上没有收到应答信号的情况下，该看门狗电路才在该看门狗电路第二输出端上发出复位信号。
背景技术
用于开头所述类型的ELV(＝电子转向锁定装置)的控制电路此外也为耦合到地线与包括工作电压的电源以及转向锁定装置的驱动电动机之间的功率开关元件提供控制信号。例如驱动电动机的两条接线选择性地要么与工作电压耦合要么与地线耦合，或者既与工作电压又与地线去耦，从而能够实现使电动机在两个方向上驱动和使电动机断开。通常，所使用的微控制器与可以检测转向锁定装置的调整状态的传感器耦合。实现对驱动电动机的控制通常取决于锁定销所要调整的位置(锁定位置或者解锁位置)、取决于锁定机构实际的由传感器检测到的调整位置并且也许还取决于电动机驱动装置的工作电压和负荷。
此外，希望取决于在ELV的位置上出现的温度(环境温度)来实现对电动机驱动装置的控制。该温度在汽车中可以处于例如-40℃到+80℃之间。在这样温差下，例如电动机绕组的电阻发生变化。此外，传动构件的尺寸以及摩擦损耗发生变化。这一点导致驱动电动机的控制应该与环境温度相配合，以实现电动机驱动装置的最佳(例如低噪声和/或节能)运行。
为此目的，希望关于环境温度的信息可供控制电路(特别是微控制器)使用。不言而喻，这一点可以通过带有相应评估电路来实现，该评估电路又与微控制器的输入端口耦合。这一点要求附加的元件并且此外要求微控制器的附加输入端口。
发明内容
本发明的目的因此在于，为微控制器提供关于环境温度的信息，而无需微控制器的附加端口。
该目的依据本发明通过具有权利要求1特征的控制电路得以实现。开头所述类型的控制电路依据本发明的特征在于，看门狗电路这样构成，即，使该看门狗电路在第一输出端上发出脉冲序列，其中，脉冲序列的至少一个参数取决于看门狗电路的元件的环境温度，以及微控制器这样评估在该微控制器输入端上接收的脉冲序列的至少一个参数，即，微控制器获取针对环境温度的数值，其中，微控制器以取决于所获取的针对环境温度的数值的方式来控制ELV。脉冲在这里应理解为允许分配确定时间点的任意信号分布。脉冲的接收通过微控制器在该时间点上进行。微控制器在预先规定的第一持续时间内向输出端施加应答信号。这一点意味着，应答时间点无需固定地预先规定，应答仅需在该预先规定的第一持续时间内进行。应答信号是一种携带应答信息的任意的数字或者模拟信号。在最简单的情况下，应答信号是一种二进制的信号，其中，应答信息要么处于信号的确定状态的存在中(高或者低)，要么处于确定边沿的存在中(上升或者下降)。由看门狗电路发出的复位信号也可以是任意类型。该复位信号优选是二进制信号，其中，微控制器的复位通过确定的状态(高或者低)或者确定的边沿来触发。脉冲序列的取决于环境温度的参数例如可以是脉冲的频率、脉冲的确定编码或者确定的脉冲形状。脉冲形状又可以通过脉冲的确定的持续时间，也就是确定的占空比、确定的分布或者还有确定的幅度来表明特性。参数取决于看门狗电路的元件的环境温度。该元件可以是元件(例如欧姆电阻)或者也可以是总电路的分电路。微控制器评估至少一个参数。因此参数优选是可以借助于微控制器的数字(二进制)输入来评估的参数，也就是说，参数优选是脉冲序列的周期持续时间、脉冲序列的占空比或者脉冲序列的编码。微控制器然后这样编程，即，使该微控制器能够以足够的精确度来评估该参数及该参数变化，从而可以获取与环境温度相应的数值(数字数值)。本发明的优点不仅是微控制器上无需用于传送温度信息的微控制器的附加输入端口。本发明此外能够实现以相当简单的手段(和少量的元件)获取温度信息，因为看门狗电路通常处于电子转向锁定装置内(附近)，从而由看门狗电路评估的温度也近似地与ELV的环境温度相应。
在一种优选的实施方式中，看门狗电路这样构成，即，使该看门狗电路周期性地以预先规定的周期持续时间在第一输出端上发出脉冲，其中，脉冲序列的取决于环境温度的参数是周期持续时间，其中，微控制器这样评估在该微控制器输入端上接收的脉冲的间隔，即，微控制器获取针对环境温度的数值。脉冲的间隔例如可以通过测量上升边沿或者下降边沿的间隔来确定。也能够实现：微控制器可以在相当短的间隔内周期性询问输入端上的电平并可以这样以该询问周期的精确度来检测边沿。
在依据本发明的控制电路一种特别简单的优选实施方式中，看门狗电路的确定周期持续时间的电阻是取决于温度的电阻。该电阻是看门狗电路的元件，周期持续时间取决于该元件的环境温度。这种电阻在看门狗电路中经常以一体化的实施方式耦合在管脚上，以便可以调整看门狗输出脉冲的周期持续时间。本来存在的电阻作为取决于温度的电阻，优选作为具有相当高温度系数的PTC电阻(正温度系数热敏电阻)的实施方式，要求最小的元件开支和不附加的结构空间。
控制电路的特征优选在于，微控制器具有至少一个另外的输出端，用于控制至少一个耦合到电源与驱动电动机之间的功率开关元件，其中，微控制器利用具有预先规定占空比的脉冲序列来控制功率开关元件。功率开关元件所称的耦合到电源与驱动电动机之间在这里也包括以开头借助现有技术描述的方式耦合到地线与驱动电动机的接线之间。微控制器利用预先规定占空比的脉冲序列来控制功率开关元件，其中，占空比确定输送到驱动电动机的平均功率。以这种方式能够实现控制电动机功率。作为电动机通常使用低价的直流电动机。在优选的实施方式中，占空比不仅取决于工作电压、电子转向锁定装置各自的调整状态或者在此出现的电动机负荷，控制功率开关元件的脉冲序列的占空比依据本发明尤其也取决于微控制器的输入端上接收的脉冲的周期持续时间并进而取决于看门狗电路的环境温度。控制脉冲的占空比对参数(工作电压、转向锁定装置的位置、负荷和/或者温度)在功能上的依赖性在微控制器中储存在固件中。最大的控制功率在占空比100％时达到，也就是说，在对功率开关元件进行不间断控制时达到。从这种持续控制出发，占空比在低功率要求时例如可以降到低百分比。具有预先规定的占空比的脉冲序列优选具有0.1kHz到100kHz之间的频率，尤其是4kHz到20kHz之间。在应该高于机械电动机驱动装置的谐振频率的这种频率下，不仅由于驱动电动机线圈的电感作用而且由于机械惯性均实现对控制功率进行取平均值。
在一种可选择的实施方式中，控制电路的特征在于，看门狗电路这样构成，即，使该看门狗电路在第一输出端上发出具有预先规定脉冲形状的脉冲，其中，取决于环境温度的参数是表明脉冲形状特征的参数，其中，微控制器这样评估在该微控制器输入端上接收的脉冲的脉冲形状，即，微控制器获取针对环境温度的数值。看门狗电路优选这样构成，即，使该看门狗电路在第一输出端上发出具有预先规定占空比的脉冲，其中，取决于环境温度的参数是占空比。微控制器这样评估在该微控制器输入端上接收的脉冲的占空比，即，微控制器获取针对环境温度的数值。例如，占空比对环境温度的依赖性通过如下方式达到，即，看门狗电路的确定占空比的电阻是取决于温度的电阻。与在上述优选的实施方式中一样，该实施方式也能实现向微控制器传送表明温度特征的信号，而没有附加的电路开支。前面针对优选实施方式探讨的优选改进方案，也能以相应方式用于评估预先规定脉冲形状的实施方式。
本发明具有优点的和/或优选的实施方式在从属权利要求中表明特征。
附图说明
下面借助附图所示的优选实施例对本发明进行详细说明。在附图中：
图1示出用于ELV的依据本发明的控制电路的框图；以及
图2示出在ELV的看门狗电路与微控制器之间交换的几个信号在时间上的分布。
具体实施方式
图1示出用于电子转向锁定装置(ELV)的，特别是用于ELV的电动机驱动装置的控制电路部分的示意图。用来驱动锁定销运动嵌入到转向柱内的传动机构的电动机1通过功率开关元件耦合到电源2与地线3之间。在图1示意性示出的实施例中，电动机1的两个连接线要么与电源2要么与地线3耦合，从而电动机可以在两个方向上运动。公知还有电动机始终仅在一个方向上运动的电子转向锁定装置布置。在这种布置中，可以取消部分在图1中所示的功率开关元件。如果电动机1不应该运动，那么电动机的两条连接线出于安全性与地线3耦合，也就是说，这一点负责将电动机连接线与地线3耦合的两个功率开关元件保持接通。
功率开关元件可以是继电器、双极功率开关晶体管、晶闸管、三端双向可控硅开关或者-如图1中绘出的-功率FET。功率FET的优点是，它们可以(几乎)不消耗功率(不耗电)地控制。在图1所示的实施方式中，第一电动机连接线11通过第一功率FET 4A与电源2耦合并通过第二功率FET 4B与地线耦合。电动机1的第二连接线12通过第三功率FET 4C与电源2耦合并通过第四功率FET 4D与地线3耦合。为了在第一方向上驱动电动机，功率FET 4A和4D接通，而剩下的两个功率FET 4B和4C则断开。为了在相反的方向上驱动电动机，功率FET 4B和4C接通，而功率FET 4A和4D则断开。在静止状态下，优选功率FET 4B和4D接通。
四个功率FET 4A-4D由微控制器6的控制输出端5A-5D控制。微控制器6通常包括微处理器、用于存储固件的存储元件和用于数字和模拟输入或输出信号的一系列输入和输出电路。用于模拟输入信号的输入电路包括模数转换器而用于模拟信号的输出电路包括数模转换器。用于控制功率FET 4A-4D的四个输出端接线5A-5D可以是数字输出端接线。
在一种优选的实施方式中，功率FET 4A-4D在将电动机1耦合到电源2与地线3之间期间，仅在最大电动机功率下持续地在电源与地线之间接通。但如果需要取得较小的电动机功率(例如为了节能或者降低噪声级)，那么功率FET以预先规定的占空比的脉冲序列进行控制。脉冲序列的频率在此方面处于0.1kHz到100kHz之间，优选4kHz到20kHz之间。频率这样来选择，即，一方面通过电动机电感和另一方面通过电动机的机械惯性对电动机电流或电动机运动进行取平均值(平滑化)。预先规定的占空比确定电动机控制功率。例如，如果在一个电动机旋转方向上功率FET 4B和4C保持断开并且仅控制功率FET 4A和4D，那么可以要么利用预先规定占空比的脉冲来控制两个功率FET 4A和4D，要么(优选)利用脉动的信号仅控制功率FET 4A，而功率FET 4D则持续接通。
微控制器6具有一系列可与ELV的位置检测传感器(未示出)耦合的输入端接线。耦合和功能的细节公知并因此在这里不作详细介绍。
微控制器6与看门狗电路7耦合。看门狗电路具有第一输出端8，该第一输出端8与微控制器6的输入端9耦合。看门狗电路在第一输出端8上发出预先规定其脉冲间隔的脉冲序列。微控制器6在该微控制器6的(数字)输入端9上接收这些脉冲，其中，脉冲的接收例如会触发中断或者通过周期性询问输入端9的间隔来检测。只要微控制器6在其输入端上检测到脉冲，它就在预先规定的第一持续时间内在输出端10上产生输出信号(优选输出脉冲)。在输入端9上接收脉冲之后预先规定的第一持续时间内通过输出端10发出的该脉冲传送到看门狗电路7上，该看门狗电路7具有与微控制器6的输出端10耦合的输入端13。只要看门狗电路7在其第一输出端8上发出脉冲后在大于预先规定的第一持续时间的第二持续时间内在其输入端13上收到应答信号，它就认定微控制器6的功能正常。但如果在预先规定的第二持续时间内，看门狗电路7的输入端13上没有收到应答信号，那么看门狗电路7触发微控制器6复位，方法是：看门狗电路通过第二输出端14向微控制器6的复位输入端15施加复位信号。
看门狗电路7的输出端8上发出的询问脉冲的间隔(周期持续时间)由看门狗电路预先规定并且此外取决于耦合到看门狗电路7的连接线16与地线3之间的电阻数值。耦合到接线16与地线3之间的电阻元件17依据本发明作为取决于温度的电阻元件，例如实施为PTC电阻或者NTC电阻(负温度系数热敏电阻)。这样做的结果是：与代替取决于温度的电阻元件17而使用传统电阻(不言而喻，传统的电阻元件也取决于温度；但温度依赖性如此小，以致于由此产生的单个脉冲的间隔变化很难被评估)的情况相比，看门狗电路的输出端8上发出的单个脉冲之间的间隔会更加强烈地取决于温度。微控制器6现在这样配置，即，使该微控制器6可以通过如下方式对在输入端9上接收的脉冲发生变化的间隔进行评估，即，该微控制器6可以产生和存储针对在电阻元件17的位置上的温度表明特性的数值。微控制器6因此获取关于电阻元件17位置上温度的信息。电阻元件17、看门狗电路7和微控制器优选在结构上这样布置在电子转向锁定装置的驱动装置附近，即，使电阻元件17位置上的温度体现电子转向锁定装置的温度，尤其是电动机绕组和传动机构周围的温度。微控制器6例如通过编程的计数器电路获取输入端9上接收的脉冲的关于时间上间隔的信息，该计数器电路通过取决于脉冲的方式来计数并通过在输入端9上检测到脉冲开始而触发以及通过检测到下个脉冲的开始而被读出。
图2示意性地示出在看门狗电路7与微控制器6之间交换的信号在时间上的分布。最上面的时间轴示出看门狗电路7在第一输出端8上发出的脉冲分布。该图示划分成两部分；左侧示出针对第一温度θ1的脉冲序列和右侧示出针对第二温度θ2的脉冲序列。脉冲的间隔(周期持续时间T)在第一温度θ1时小于在第二温度θ2时。这些间隔T可以由微控制器6检测和评估。
第二时间轴中示出微控制器输出端上的信号。在检测该微控制器6输入端9上的脉冲后，微控制器6在第一持续时间t1内在其输出端10上发出脉冲，看门狗电路7在其输入端13上接收该脉冲。微控制器6在持续时间t1内在其输出端10上发出应答，持续时间t1近似地不取决于温度，如从图2可以推断出的那样。确切地说，该持续时间取决于应答信号编程的类型并取决于微控制器的脉冲频率。在图2还示出微控制器6在预先规定的第二持续时间t2内未发出应答的情况。只要看门狗电路7确定：在预先规定的第二持续时间t2内在其输入端13上没有输入应答信号，它就在其第二输出端14上产生输出信号，即复位信号(RESET)。该复位信号在图2的下面的时间轴中示出。复位信号施加到微控制器6的复位输入端15上。微控制器6通过复位恢复到限定的状态中。
在本发明的框架内可以设想一系列可选择的实施方式。例如，可以使用其他取决于温度的元件，以便产生在输出端8上从看门狗电路发出的信号的温度依赖性。输出端8上的信号也可以通过如下方式依赖于温度地改变，即，改变脉冲序列的占空比，其中，例如通过脉冲的上升边沿触发应答信号，而输入端9上脉冲的持续时间则体现温度。还有实施方式是可以想象的，在这些实施方式中，在输出端8上发出一个脉冲组，也就是一串短彼此相随的脉冲，其中，束的脉冲数量或者编码表明温度的特性。但简单的实施方式是优选，在这些简单的实施方式中尽可能少地进行电路技术上的改变并为了实现本发明仅需修改微控制器6的固件。

Claims (16)

1.用ELV的控制电路，具有用于控制所述ELV的电动机驱动装置(1)的微控制器(6)和看门狗电路(7)，
其中，所述微控制器(6)的输入端(9)与所述看门狗电路(7)的第一输出端(8)耦合，所述微控制器的输出端(10)与所述看门狗电路的输入端(13)耦合，并且所述微控制器的复位输入端(15)与所述看门狗电路的第二输出端(14)耦合，
其中，所述微控制器(6)以如下方式配置，即，使所述微控制器(6)在所述输入端(9)上接收脉冲后在预先规定的第一持续时间(t1)内在所述输出端(10)上发出应答信号，
其中，所述看门狗电路(7)以如下方式构成，即，所述看门狗电路(7)在所述看门狗电路(7)第一输出端(8)上发出脉冲后，在大于所述预先规定的第一持续时间(t1)的预先规定的第二持续时间(t2)内，在所述看门狗电路(7)输入端(13)上没有收到应答信号的情况下，所述看门狗电路(7)才在所述看门狗电路(7)第二输出端(14)上发出复位信号，
其特征在于，
所述看门狗电路(7)以如下方式构成，即，所述看门狗电路(7)在所述第一输出端(8)上发出脉冲序列，其中，所述脉冲序列的至少一个参数(T)取决于所述看门狗电路的元件(17)的环境温度(θ)，以及
所述微控制器(6)以如下方式评估在所述微控制器(6)输入端(9)上接收的所述脉冲序列的至少一个参数(T)，即，所述微控制器(6)获取针对所述环境温度(θ)的数值，其中，所述微控制器(6)以取决于所获取的针对所述环境温度的所述数值的方式来控制所述ELV。
2.按权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述看门狗电路以如下方式构成，即，所述看门狗电路周期性地以预先规定的周期持续时间(T)在所述第一输出端(8)上发出脉冲，其中，所述脉冲序列的取决于环境温度的所述参数是所述周期持续时间(T)，其中，所述微控制器(6)以如下方式评估在所述微控制器(6)输入端(9)上接收的脉冲的间隔，即，所述微控制器(6)获取针对所述环境温度的数值。
3.按权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述看门狗电路的确定所述周期持续时间的电阻是取决于温度的电阻(17)。
4.按权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述取决于温度的电阻(17)是PTC电阻或者NTC电阻。
5.按权利要求2-4之一所述的控制电路，其特征在于，所述微控制器具有至少一个另外的输出端(5A-5D)，用于控制至少一个耦合在电源(2、3)与驱动电动机(1)之间的功率开关元件(4A-4D)，其中，所述微控制器利用具有预先规定的占空比的脉冲序列来控制功率开关元件。
6.按权利要求5所述的控制电路，其特征在于，控制所述至少一个功率开关元件(4A-4D)的所述脉冲序列的所述占空比取决于在所述微控制器(6)的所述输入端(9)上接收的所述脉冲的所述周期持续时间(T)并进而取决于所述看门狗电路(7)的所述环境温度。
7.按权利要求5或6所述的控制电路，其特征在于，所述脉冲序列具有0.1kHz到100kHz之间的频率，优选4kHz到20kHz之间的频率。
8.按权利要求5-7之一所述的控制电路，其特征在于，所述占空比在最大的电动机功率时为100％。
9.按权利要求2-8之一所述的控制电路，其特征在于，所述微控制器以如下方式配置，即，使所述应答信号的输出由所述输入端上所述脉冲的预先规定的边沿来触发。
10.按权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述看门狗电路以如下方式构成，即，所述看门狗电路在所述第一输出端上发出具有预先规定脉冲形状的脉冲，其中，所述取决于环境温度的参数是表明脉冲形状特征的参数，其中，所述微控制器以如下方式评估在所述微控制器输入端上接收的所述脉冲的所述脉冲形状，即，微控制器获取针对所述环境温度的数值。
11.按权利要求10所述的控制电路，其特征在于，所述看门狗电路以如下方式构成，即，所述看门狗电路在所述第一输出端上发出具有预先规定占空比的脉冲，其中，所述取决于环境温度的参数是占空比，其中，所述微控制器以如下方式评估在所述微控制器输入端上接收的所述脉冲的所述占空比，即，微控制器获取针对所述环境温度的数值。
12.按权利要求11所述的控制电路，其特征在于，所述看门狗电路的确定所述占空比的电阻是取决于温度的电阻。
13.按权利要求10-12之一所述的控制电路，其特征在于，所述微控制器具有至少一个另外的输出端，用于控制至少一个耦合在电源与所述驱动电动机之间的功率开关元件，其中，所述微控制器利用具有预先规定占空比的脉冲序列来控制所述功率开关元件。
14.按权利要求13所述的控制电路，其特征在于，控制至少一个功率开关元件的所述脉冲序列的所述占空比取决于在所述微控制器的所述输入端上接收的所述脉冲的脉冲形状并进而取决于所述看门狗电路的所述环境温度。
15.按权利要求13或14所述的控制电路，其特征在于，所述脉冲序列具有0.1kHz到100kHz之间的频率，优选4kHz到20kHz之间的频率。
16.按权利要求13-15之一所述的控制电路，其特征在于，控制至少一个功率开关元件的所述脉冲序列的所述占空比在最大的电动机功率时为100％。
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