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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
mindestens eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs.
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Heutzutage
haben Fahrzeuge immer mehr "x-by-Wire"-Einheiten, und so
werden z.B. mehr und mehr Geräte
in einem Auto elektrisch gesteuert. Ein Beispiel ist die Drive-by-Wire-Einheit,
d.h. das Beschleunigungssignal vom Pedal wird elektrisch erfasst
und zu einer Steuereinheit übertragen,
die den Motor ansteuert, um mehr oder weniger Beschleunigung zu
veranlassen. Ein weiteres Beispiel ist das Brake-by-Wire-System,
d.h. das Bremspedal in einem Auto ist kein mechanischer oder hydraulischer Aktuator
mehr, der die Bremsen direkt ansteuert. Ein mit einer Steuereinheit
verbundener Sensor erkennt z.B. die Geschwindigkeit, mit der der
Fahrer vom Gaspedal zum Bremspedal wechselt, und die Kraft, die
er/sie auf das Bremspedal aufbringt. Mit Hilfe dieser Informationen
kann die Bremskraft bestimmt und eine mehr oder weniger heftige
Bremsung ausgelöst werden.
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Da
die x-by-Wire-Systeme für
den Betrieb eines Fahrzeugs wesentlich sind, ist es sehr wichtig, dass
diese Systeme von einer stabilen Elektronik unterstützt werden.
Die x-by-Wire-Systeme sind besonders empfindlich, was einen Spannungsabfall
angeht, d.h. zusätzliche
Systeme oder Anwendungen dürfen
die elektrische Anlage des Fahrzeugs nicht über Gebühr belasten.
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Zum
Beispiel braucht ein Fensterheberantrieb normalerweise eine Stromstärke von
etwa 6A, wenn er aktiviert wird, um das Fenster zu schließen. Das
gleichzeitige Schließen
von vier Fenstern erfordert eine Stromstärke von 24A. Wegen hoher Reibung
kann ein einzelner Fensterheberantrieb 20A verbrauchen, was zu einer
kumulierten Stromstärke von
20A + (3·6A)
= 38A beim gleichzeitigen Schließen von vier Fenstern führt. Daher
kann die Fahrzeugspannung abfallen, was die empfindlichen x-By-Wire-Systeme
beeinflusst. Alternativ (oder zusätz lich) wird die Sicherung
aktiviert, was zu einer recht unangenehmen Situation führt, da
der Fahrer zuerst die Sicherung auswechseln muss, bevor er die Fenster
schließen
kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden.
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Es
wird ein Verfahren zum Steuern mindestens eines Elektroantriebs
eines Fahrzeugs bereitgestellt, bei dem ein Wert einer elektrischen
Variable mit einem Schwellenwert verglichen wird. Die elektrische Variable
betrifft den Betrieb des Antriebs oder ist von diesem Betrieb des
Antriebs abgeleitet. Der Antrieb wird gestoppt oder mit einem verminderten
Wert der elektrischen Variable betrieben, wenn der Schwellenwert
erreicht und/oder überschritten
wird. Der Schwellenwert wird durch einen zulässigen Wert der elektrischen
Variablen vorgegeben, der sich auf den Betrieb mehrerer elektrischer
Antriebe bezieht.
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Dieser
Ansatz hat den Vorteil, dass der Schwellenwert eines während des
Betriebs mindestens eines Antriebs ermittelten elektrischen Werts
mit dem zulässigen
Wert der elektrischen Variable für mehrere
Elektroantriebe verglichen werden kann, d.h. der Schwellenwert könnte höher sein,
wenn nur ein Antrieb aktiviert ist.
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Wenn
der Schwellenwert erreicht oder überschritten
ist, wird der Antrieb gestoppt oder alternativ in einem kontrollierten
Modus betrieben, d.h. auf diesen bestimmten Antrieb wird nur ein
verminderter Wert der elektrischen Variable angewandt. Wenn zum
Beispiel der Schwellenwert 7A ist und der Antrieb 20A braucht, könnte die
Stromstärke
für eine vorbestimmte
Zeit auf im Wesentlichen 7A begrenzt werden. Wenn 7A nicht ausreichen,
um den Antrieb zu betätigen,
wird dieser Antrieb für
eine vorbestimmte Zeit nicht reaktiviert. Nach dieser Zeit könnte der Antrieb
wieder aktiviert werden, aber wieder begrenzt durch den Schwellenwert.
Der Schwellenwert kann sich jedoch geändert haben, weil andere Antriebe
ihren Betrieb beendet haben. Wenn dieser bestimmte Antrieb der einzige
Antrieb ist, der (noch) in Betrieb ist, könnte er mit dem zulässigen Wert
der elektrischen Variable betrieben werden.
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Bei
einer Ausführungsform
kann die elektrische Variable mindestens eine der folgenden Variablen
umfassen: elektrische Stromstärke,
Spannung oder elektrische Energie. Die elektrische Variable kann
gemessen werden. Es gibt zahlreiche Verfahren zum Messen elektrischer
Variablen, die dem Fachmann bekannt sind. Insbesondere ist es möglich, eine
An von elektrischer Variable zu messen und eine andere elektrische
Variable von dieser Messung abzuleiten.
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Alternativ
kann der Antrieb ein Antrieb zum Heben einer Scheibe sein, insbesondere
kann der Antrieb ein Fensterheberantrieb sein. Der Antrieb kann
auch ein elektrisches Schiebedach betreiben. Alternativ oder zusätzlich kann
der Antrieb auch verschiedene elektrische Systeme oder Geräte in einem Auto
betreiben, z.B. elektrische Sitze oder elektrische Jalousien.
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Den
Antrieb zu betätigen
kann auch bedeuten, die Scheibe hoch- oder herunterzufahren, insbesondere
die Scheibe zu öffnen
oder zu schließen.
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Bei
noch einer weiteren Ausführungsform könnte ein
Einklemmschutzverfahren und/oder -system bereitgestellt werden,
insbesondere als Option zu dem oben beschriebenen Verfahren bzw.
der oben beschriebenen Vorrichtung.
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Bei
einer Ausführungsform
werden mehrere Elektroantriebe auf der Basis des zulässigen Werts der
elektrischen Variable betrieben.
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Bei
einer weiterentwickelten Ausführungsform
wird der Schwellenwert anhand der Zahl der aktivierten Elektroantriebe
ermittelt. Alternativ oder zusätzlich
kann der Schwellenwert dynamisch ermittelt werden, z.B. nach einem
bestimmten Zeitintervall. Insbesondere kann der Schwellenwert (nahezu)
kontinuierlich anhand einer Echtzeitanwendung ermittelt werden.
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Insbesondere
kann mindestens ein Antrieb in einem Multiplexmodus oder in einem
schrittweisen Modus betrieben werden.
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Bei
einer weiterentwickelten Ausführungsform
wird der Antrieb beim Erreichen des Schwellenwerts gestoppt, während die übrigen Antriebe
der mehreren Antriebe weiter betrieben werden.
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Zum
Beispiel umfasst ein Auto vier Fensterheberantriebe, um vier Fenster
I, II, III und IV zu betreiben. Die zu messende elektrische Variable
ist die elektrische Stromstärke,
der zulässige
Wert der elektrischen Variable ist 24A. Daher ist der Schwellenwert für alle vier
gleichzeitig in Betrieb befindlichen Antriebe jeweils 6A. Wegen
hoher Reibung würde
das Fenster I in diesem Beispiel zum Schließen eine Stromstärke von
20A brauchen. Wenn alle vier Fenster gleichzeitig betätigt werden,
wird der Schwellenwert von 24A überschritten.
Es gibt mehrere Möglichkeiten,
die Antriebe zu steuern:
- a) Der Fenster I (mit
einem Strombedarf von 20A) betätigende
Antrieb könnte
zum Stehen gebracht werden, der Schwellenwert der übrigen Antriebe steigt
jeweils auf 24A/3, so dass die Fenster II, III und IV geschlossen
werden können.
Wenn mindestens eines dieser drei Fenster geschlossen ist, steigt
der für
Fenster I geltende Schwellenwert auf 24A/3 an, wenn das zweite Fenster
geschlossen ist, steigt er auf 24A/2 an und wenn schließlich alle anderen
Fenster geschlossen sind, könnten
24A zum Schließen
von Fenster I aufgewandt werden. Es ist möglich, eine vorbestimmte Zeit
zu warten, bevor wieder versucht wird, Fenster I zu schließen. Dies
kann abhängig
oder unabhängig
von einem zur Verfügung
stehenden höheren
Schwellenwert erfolgen, d.h. selbst wenn die Fenster II, III und
IV noch nicht geschlossen sind, könnte der Antrieb von Fenster
I auf kontrollierte Weise aktiviert werden, um auszuprobieren, ob
er immer noch 20A braucht, d.h. ob die hohe Reibung immer noch vorhanden
ist.
- b) Der Fenster I betätigende
Antrieb könnte
zum Stehen gebracht werden und kann nur durch den Benutzer reaktiviert
werden, z.B. indem er/sie einen Knopf drückt ("schrittweiser Modus"). Die Antriebe der übrigen Fenster werden weiter
betrieben, um die Fenster II bis IV zu schließen.
- c) In einem Multiplexmodus könnte
Fenster I geschlossen werden, indem sein Antrieb mit dem zulässigen Wert
von 24A beaufschlagt wird, während
die Antriebe für
die Fenster II bis IV zum Stehen gebracht werden. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne
könnte
der Fenster I betätigende
Antrieb gestoppt und die übrigen
Antriebe könnten aktiviert
werden, um die Fenster II bis IV gleichzei tig zu schließen (ebenfalls
für eine
vorbestimmte Zeitspanne). So erlauben zwei Zeitintervalle, eine erste
Gruppe (Fenster I) und eine zweite Gruppe (Fenster II bis IV) abwechselnd
zu schließen.
Diese Methode ist nicht auf zwei Gruppen beschränkt. Jeder Antrieb, der den
Schwellenwert erreicht oder überschreitet,
könne eine
weitere nach diesem Multiplexing-Schema zu behandelnde Gruppe bilden.
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Wenn
die verfügbare
Stromstärke
von 24A nicht ausreicht, um das Fenster zu bewegen, könnte dies
erkannt werden, und das jeweilige Fenster könnte dauerhaft zum Stehen gebracht
werden.
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Es
sei angemerkt, dass neben der Reibung auch noch andere Gründe für einen
erhöhten
Wert der elektrischen Variable zum Betreiben eines Fensters vorliegen
können.
Ferner könnte
das beschriebene Beispiel auf das Öffnen eines Fensters genauso
wie auf das Schließen
dieses oder zumindest eines weiteren Fensters angewandt werden.
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Bei
einer Ausführungsform
beträgt
der zulässige
Wert der elektrischen Variable im Wesentlichen 30A.
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Eine
weitere Ausführungsform
betrifft mindestens einen zusätzlichen
Verbraucher, der zusammen mit dem mindestens einen Elektroantrieb
betrieben wird. Dieser zusätzliche
Verbraucher kann eine Heizvorrichtung (für Sitze oder einen Heckscheibendefroster)
oder jede andere Vorrichtung sein, die elektrische Energie verbraucht,
z.B. ein Unterhaltungssystem (Radio, CD-Spieler, Soundsystem, Navigationssystem).
Ein solcher Verbraucher kann den zulässigen Wert der elektrischen
Variable zusätzlich begrenzen.
Ferner kann dieser Verbraucher abgeschaltet werden, wenn zusätzliche
Energie z.B. für den
Antrieb benötigt
wird.
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Die
Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum Betreiben mindestens
eines Antriebs gelöst,
insbesondere eines Fensterheberantriebs, mit einer Steuereinheit,
die so ausgebildet ist, dass die Schritte des beschriebenen Verfahrens
ausgeführt werden
können.
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in den folgenden Figuren dargestellt und veranschaulicht.
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zum Steuern mindestens
eines Elektroantriebs;
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2 ist
ein Blockdiagramm eines Systems mit mehreren Fensterheberantrieben;
und
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3 ist
eine schematische Busstruktur des Blockdiagramms gemäß 2.
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1 zeigt
Schritte eines Verfahrens zum Steuern mindestens eines in einem
Kraftfahrzeug vorgesehenen Elektroantriebs. In einem Schritt 101 drückt der
Benutzer einen Knopf, um mindestens ein Fenster zu schließen (oder
zu öffnen).
Alternativ kann der Benutzer mehrere Knöpfe drücken, um mehrere Fensterhebervorrichtungen
zu betätigen, oder
es könnte
ein einziger Knopf vorgesehen sein, um alle Fensterhebervorrichtungen
zu aktivieren.
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In
einem anschließenden
Schritt 102 wird für jeden
Antrieb ein Wert einer elektrischen Variable, z.B. der Stromverbrauch,
gemessen.
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Der
Wert der elektrischen Variable wird in einem folgenden Schritt 103 mit
einem Schwellenwert verglichen. Wenn der Schwellenwert von dem einzigen
Fensterheberantrieb erreicht oder überschritten wird, wird zu
einem Schritt 104 verzweigt, andernfalls zu Schritt 102.
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In
Schritt 104 wird der einzige Fensterheberantrieb behandelt.
Dieser bestimmte Antrieb erfordert einen höheren Wert der elektrischen
Variable, hier der Stromstärke,
als es der zulässige
Wert der elektrischen Variable zum Betreiben mehrerer elektrischer
Geräte
erlaubt. Daher könnte
dieser Antrieb zum Stehen gebracht werden und in einen sogenannten "schrittweisen" Modus übergehen.
In diesem Modus muss der Benutzer den Antrieb von Hand auslösen, wobei
der Antrieb das Fenster nur um einen bestimmten Schritt bewegt,
bevor der Schwellenwert erneut erreicht wird, oder der Antrieb das Fenster überhaupt
nicht bewegt, z.B. im Fall einer übermäßigen Reibung. Dieser Modus
gibt dem Benutzer auch ein Feedback über die Störung des Antriebs. Ein Grund
für eine
solche Störung
kann die hohe Reibung des Fensters sein.
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Alternativ
kann der Fensterheberantrieb auch in einem alternierenden Modus
betrieben werden. Ein Antrieb, der mehr Stromstärke braucht als zur Verfügung steht,
könnte
eine zusätzliche
Gruppe definieren, die für
eine bestimmte Zeitspanne alleine betrieben wird, bevor und/oder
nachdem der(die) übrige(n)
Antriebe) ebenfalls für
eine bestimmte Zeitspanne betrieben wird(werden). Dies hat den Vorteil, dass
jeder Gruppe, solange sie aktiv ist, mehr Stromstärke zum
Betreiben der in der jeweiligen Gruppe zusammengefassten Antriebe
zur Verfügung
steht ("Multiplexmodus").
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Ferner
könnte
der seinen Schwellenwert erreichende Fensterheberantrieb dadurch
gesteuert werden, dass der Schwellenstrom kontinuierlich oder gepulst
zum Schließen
(Öffnen)
des Fensters angewandt wird. Dies könnte automatisch erfolgen oder durch
den Benutzer ausgelöst
werden, indem dieser z.B. den Knopf zum Schließen (oder Öffnen) drückt. Außerdem kann diese kontrollierte
Betätigung
des Fensterheberantriebs eine vordefinierte Zeitspanne andauern
und dann aufhören,
wenn das Fenster immer noch nicht geschlossen (geöffnet) ist.
Dieses Verfahren könnte
zusammen mit dem oben dargelegten Konzept angewandt werden, wonach
ein zulässiger
Wert der Stromstärke
abhängig
von der Zahl der aktiven zusätzlichen
Antriebe angewandt werden kann. Wenn zum Beispiel kein anderer Antrieb
aktiv ist, könnte
der zulässige
Wert in dem Versuch, das Fenster zu schließen (zu öffnen), auf diesen einzigen Antrieb
angewandt werden.
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Als
Option könnte
der Benutzer in einem Schritt 105 ein Feedback über den
Fehler erhalten. Dies wird z.B. durch Übergang in den schrittweisen Modus
erreicht, wo der Benutzer erkennt, dass sich das Fenster nicht mehr
bewegt und sich nur einen gewissen Schritt weiterbewegt, wenn es
wieder aktiviert wird. Eine weitere Möglichkeit für ein Feedback für den Benutzer
ist ein akustisches und/oder optisches Feedback, indem z.B. ein
Ton und/oder ein Licht oder ein den Fehler anzeigendes Signal erzeugt wird.
Der Benutzer kann daher reagieren, indem er z.B. das Fenster von
Hand schließt
oder eine Override-Funktion aktiviert, indem er z.B. den Knopf gedrückt hält, bis
das Fenster geschlossen (geöffnet) ist.
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Ein
Schritt 106 kann fakultativ zwischen Schritt 102 und
Schritt 103 eingefügt
werden, wodurch der Pfeil zwischen Schritt 102 und Schritt 103 ersetzt
wird. In Schritt 106 verwendet ein Einklemmschutzverfahren/-system
das Ergebnis der Messung von Schritt 101 zum Anhalten des
Fensterheberantriebs, wenn eine Einklemmsituation festgestellt wird. Das
Einklemmschutzverfahren/-system kann zusätzlich zu dem hier beschriebenen
Verfahren/System arbeiten, insbesondere kann das Einklemmschutzverfahren
den dynamischen Stromverbrauch des Fensterheberantriebs auswerten,
um die Einklemmschutzsituation zu ermitteln.
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Vorteilhafterweise
ist das Verfahren in einem Controller und/oder Mikroprozessor mit
mehreren Speicherfeldern zum universellen Speichern von Parametern
des Verfahrens implementiert. Dies würde eine problemlose Änderung
des Systems erlauben, insbesondere eine problemlose Anpassung des
Verfahrens/Systems an verschiedene Anwendungen. Ein Beispiel für bereitzustellende
generische Felder betrifft die folgenden Werte:
- – kritischer
Stromverbrauch infolge hoher Reibung;
- – üblicher
Stromverbrauch;
- – Zeit
der schrittweisen Aktivierung.
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Der
erste Wert erlaubt einen Vergleich des Stromverbrauchs mit einem
vordefinierten Wert, um festzustellen, dass der Fensterheberantrieb
nicht korrekt arbeitet.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm eines Systems mit mehreren Fensterheberantrieben.
Diese sternförmige
Anordnung umfasst eine Steuereinheit CU, mit der Fensterheberantriebe
D1, D2, D3 und D4 verbunden sind. Außerdem ist noch eine Benutzerschnittstelle
UI mit der Steuereinheit CU verbunden.
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Die
Steuereinheit CU wertet den Stromverbrauch jedes Fensterheberantriebs
aus und vergleicht diesen Stromwert mit einem vordefinierten Wert.
Wie ausführlich
beschrieben, kann außerdem der
Schwellenwert für
jeden Fensterheberantrieb von einem zulässigen (Gesamt)wert für alle Antriebe
D1 bis D4 abgeleitet werden. Da die Steuereinheit CU den Verbrauch
der angeschlossenen Antriebe ermitteln kann, kann sie auch den Verbrauch
auf den zulässigen
Wert begrenzen, z.B. durch den oben beschriebenen schrittweisen
Modus oder den Multiplexmodus.
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Eine
Alternative zu der sternförmigen
Anordnung von 2 wird mit der Busstruktur gemäß 3 vorgeschlagen.
Dieselben Komponenten wie in 2 sind mit
einem BUS verbunden. Der BUS kann ein CAN-BUS oder jede andere Busstruktur sein,
die hier von Vorteil sein kann.