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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Kommunikation
zwischen einem Steuergerät
und einem intelligenten Stellgeber, insbesondere einer Ansteuereinheit
für eine
verstellbare Klappe, z. B. in einem Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Klappensysteme
in Kraftfahrzeugen werden zunehmend mit einer Vor-Ort-Elektronik ausgestattet,
die nahe der Antriebseinheit für
eine zu stellende Klappe des Klappensystems angeordnet ist. Die Vor-Ort-Elektronik
kommuniziert mit einem Steuergerät
und übernimmt
Aufgaben zur Ansteuerung der Antriebseinheit für das Klappensystem. Insbesondere
umfasst die Vor-Ort-Elektronik eine Leistungsendstufe, die beispielsweise
als eine H-Brücke
ausgebildet werden kann. Diese wird mithilfe von pulsweitenmodulierten
Signalen (PWM-Signale) angesteuert, um die Antriebseinheit in gewünschter
Weise zu betreiben. Das Bereitstellen dieser PWM-Signale erfolgt über eine
in der Vor-Ort-Elektronik vorgesehene Zustandsmaschine oder einen
Mikroprozessor, der eine von einem Steuergerät übermittelte Information in
das PWM-Signal umsetzt. Über
eine weitere Signallei tung wird eine Positionsinformation, wie z.
B. ein Stellwinkel, der beispielsweise mithilfe eines Sensors erfasst
wird, an das Steuergerät
zurückgesendet.
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Bei
einem einfachen Klappensystem, das lediglich eine Klappe zwischen
zwei oder mehr Endlagen bewegen soll, wird in der Regel ein einfacher Aufbau
des Stellgebers bevorzugt. Die Vor-Ort-Elektronik umfasst dann im
Wesentlichen eine Spannungsversorgung, eine Leistungsendstufe zum
Ansteuern der Antriebseinheit sowie einen Mikroprozessor bzw. eine
Zustandsmaschine. Der Stellgeber ist mit dem Steuergerät nur über eine
einzelne Signalleitung verbunden. Ein vom Steuergerät über die
Signalleitung gesendetes Ansteuersignal wird von dem Mikroprozessor
empfangen und ausgewertet. Der Mikroprozessor legt an die Endstufe
ein Signal an, um die Antriebseinheit in entsprechender Weise in eine
Endposition zu verfahren. Erreicht die Klappe ihre Endposition,
erhöht
sich die Stromaufnahme. Dies wird von der Endstufe erkannt und der
Mikroprozessor setzt die Signalleitung, mit der das Ansteuersignal
von dem Steuergerät
empfangen worden ist, aktiv auf einen vorbestimmten Spannungspegel,
wie z. B. den Massepegel. Das Steuergerät, das die Ansteuerleitung
in der Regel permanent überprüft, erkennt
den Massepegel und schaltet das Ansteuersignal ab, so dass die Antriebseinheit
nicht weiter angesteuert wird.
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Eine
Information, an welcher Position sich die Klappe während der
Ansteuerung befindet, wird nicht detektiert. Daher kann auch ein
Verklemmen oder Blockieren der Klappe an einer Position zwischen
den Endpositionen nicht vom Erreichen einer der Endpositionen unterschieden
werden. Daher kann eine entsprechende Information der Position nicht
an das Steuergerät
kommuniziert werden. Um ein Verklemmen der Klappe an einer Position
zwischen den Endpositionen an das Steuergerät kommunizieren zu können, wird
bislang eine weitere Steuerleitung zwischen dem Steuergerät und der Vor-Ort-Elektronik
vorgesehen, mit der die Vor-Ort-Elektronik dem Steuergerät einen
solchen Fehlerfall mitteilen kann.
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Es
ist wünschenswert,
auch bei Vorliegen einer einzelnen Ansteuerleitung zwischen Steuergerät und intelligentem
Stellgeber dem Steuergerät
einen Fehlerfall, bei dem eine Endposition nicht vollständig angefahren
worden ist, und weiterhin die aktuelle Position der Klappe bzw.
des Stellgliedes mitteilen zu können.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Kommunikation zwischen Steuergerät und Stellgeber
zur Verfügung
zu stellen, womit es möglich
ist, auch bei Verwendung nur einer Signalleitung eine Fehlerbenachrichtigung
und bei Bedarf eine Positionsinformation vom Stellgeber an das Steuergerät zu übertragen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die
Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten
Anspruch gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Stellgebersystems
mit einer Steuereinheit und einer über eine Ansteuerleitung mit der
Steuereinheit verbundenen Stellgebereinheit vorgesehen. Das Verfahren
umfasst die Schritte des Übertragens
eines periodischen Ansteuersignals an die Stellgebereinheit über die
Ansteuerleitung, um mit Hilfe eines Stellgebers ein Stellelement
zu bewegen; des Feststellens, ob das Stellelement blockiert wird;
sowie des Ausgebens eines Fehlersignals durch die Stellgebereinheit
auf die Ansteuerleitung, wenn festgestellt wird, dass das Stellelement
blockiert wird.
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Das
oben stehende Verfahren ermöglicht
es in vorteilhafter Weise, in einem Stellgebersystem mit einer Steuereinheit
und einer Stellgebereinheit sowohl das Ansteuersignal zum Übertragen
der Ansteuerinformation für
den Stellgeber als auch eine Information über einen Blockierfall des
Stellgebers (oder sonstige Fehlerinformationen) über nur eine Ansteuerleitung
zwischen der Steuereinheit und der Stellgebereinheit zu übertragen.
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Weiterhin
kann ein konstantes Potenzial durch die Stellgebereinheit auf die
Ansteuerleitung ausgegeben werden, wenn festgestellt wird, dass das
Stellelement eine Endposition erreicht hat.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann in Folge des Empfangens des konstanten Potenzials durch die
Stellgebereinheit das periodische Ansteuersignal auf der Ansteuerleitung
gestoppt werden.
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Es
kann ein Blockierfall festgestellt werden, wenn die Zeitdauer bis
zur Blockierung des Stellelements bei gegebener Geschwindigkeit
des Stellelementes kleiner ist als eine Zeitdauer, die benötigt wird,
um das Stellelement zur Endposition zu verfahren.
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Weiterhin
kann das periodische Ansteuersignal ein Tastverhältnis aufweisen, wobei ein
Signal mit einem Tastverhältnis
in mindestens einem Bereich einen oder mehrere Betriebsmodi des
Stellgebers der Stellgebereinheit signaliert.
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Weiterhin
kann nach dem Übertragen
des Fehlersignals an die Steuereinheit ein Anfragesignal von der
Steuereinheit an die Stellgebereinheit gesendet werden, wobei auf
das Anfragesignal ein Positionssignal an die Steuereinheit übermittelt
wird, das angibt, an welcher Position das Stellelement blockiert ist.
Dabei verwendet die Stellgebereinheit die Ansteuerleitung, über die
das Ansteuersignal von dem Steuergerät an den Stellgeber gesendet
wird, weiterhin zur Übermittlung
der Positionsinformation zurück zum
Steuergerät,
so dass das Steuergerät
andere Systemeinstellungen vornehmen kann, die den blockierten Stellgeber
berücksichtigen.
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Weiterhin
kann das periodische Ansteuersignal ein Tastverhältnis aufweisen, wobei ein
Ansteuersignal in einem Bereich des Tastverhältnisses das Fehlersignal signalisiert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Stellgebereinheit
in einem Stellgebersystem vorgesehen. Das Verfahren umfasst die
Schritte des Empfangens eines periodischen Ansteuersignals über eine
Ansteuerleitung, um mit Hilfe eines Stellgebers ein Stellelement
abhängig
von dem Ansteuersignal zu bewegen; des Feststellens, ob das Stellelement
blockiert wird; sowie des Ausgebens eines Fehlersignals auf die
Ansteuerleitung, wenn festgestellt wird, dass das Stellelement blockiert
wird
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist eine Stellgebereinheit vorgesehen, die eine
Datenverarbeitungseinheit aufweist, um ein periodisches Ansteuersignal über eine
Ein-/Ausgangsschaltung zu empfangen, um abhängig von dem empfangenen Ansteuersignal über einen
Stellgeber ein Stellelement zu bewegen und um festzustellen, ob
das Stellelement blockiert wird, wobei die Datenverarbeitungseinheit
ausgebildet ist, ein Fehlersignal auf die Ansteuerleitung auszugeben,
wenn festgestellt wird, dass das Stellelement blockiert wird.
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Weiterhin
kann die Stellgebereinheit den Stellgeber und eine Ansteuerelektronik,
die die Datenverarbeitungseinheit umfasst, aufweisen, wobei die
Stellgebereinheit und die Ansteuereinheit als eine gemeinsame Einheit
ausgebildet sind.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Stellgebersystem mit der obigen Stellgebereinheit
und mit einer über
die Ansteuerleitung mit der Steuergebereinheit verbundenen Steuereinheit
vorgesehen, wobei die Steuereinheit eine Steuerung umfasst, um ein periodisches
Ansteuersignal über
die Ansteuerleitung zu senden; wobei die Stellgebereinheit ausgebildet
ist, das Ansteuersignal zu empfangen, abhängig von dem Ansteuersignal über einen
Stellgeber ein Stellelement zu bewegen und festzustellen, ob das Stellelement
blockiert wird; und wobei die Stellgebereinheit wei terhin eine Datenverarbeitungseinheit aufweist,
um ein Fehlersignal auf die Ansteuerleitung auszugeben, wenn festgestellt
wird, dass das Stellelement blockiert wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode
enthält,
der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird,
eines der obigen Verfahren ausführt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Blockdarstellung eines Stellgebersystems gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Darstellung des Kommunikationsverfahrens zwischen Steuergerät und Stellgebereinheit
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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3 eine
Darstellung eines Beispiels für eine
mögliche
Codierung des von dem Steuergerät bereitgestellten
Ansteuersignals.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt
eine schematische Blockdarstellung eines Stellgebersystems 1 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Das Stellgebersystem 1 umfasst ein Steuergerät 2 und
eine Stellgebereinheit 3, die eine Ansteuerelektronik 5 und
einen damit verbundenen Stellgeber 4 aufweist. Das Stellgebersystem 1 weist
also eine Vor-Ort-Elektronik am Stellgeber 4 auf, die die
konkrete Ansteuerung des Stellgebers 4 übernimmt. Das Stellgebersystem
wird beispielsweise zur Ansteuerung von zu stellenden Elementen,
wie z. B. einer Klappe, in einem Kraftfahrzeug eingesetzt.
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Der
Stellgeber 4 umfasst eine Antriebseinheit 41,
z. B. in Form eines Motors, der mit einem Stellelement 42,
z. B. einer Klappe oder einem sonstigen zu stellenden Element gekoppelt
ist, um das Stellelement 42 zwischen zwei Endpositionen
zu bewegen.
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Die
Ansteuerelektronik 5 ist unmittelbar an dem Stellgeber 4 oder
in der Nähe
des Stellgebers 4 angeordnet und umfasst eine Endstufe 51 zur
Ansteuerung der Antriebseinheit 41, einen Mikroprozessor 52 bzw.
eine Zustandsmaschine sowie einen Ein-/Ausgangstreiber 53 zur
Kommunikation mit dem Steuergerät 2.
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Die
Ansteuerelektronik 5 wird durch eine Versorgungsspannung
Uvers mit elektrischer Energie, z. B. über ein
Bordnetz des Kraftfahrzeugs, versorgt. Das Steuergerät 2 ist
mit der Stellgebereinheit 3 weiterhin über eine einzelne Ansteuerleitung 6 verbunden, über die
von dem Steuergerät 2 Ansteuersignale an
die Ansteuerelektronik 5 übermittelt werden können.
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Der
Stellgeber 4 ist im Wesentlichen ausgebildet, das Stellglied 42 mithilfe
einer geeigneten Kopplungseinrichtung, z. B. eine Mechanik oder
einem Getriebe, von einer Endposition in eine weitere Endposition
zu verfahren. Der Mikroprozessor 52 ist so ausgebildet,
um das über
die Ansteuerleitung 6 gesendete und von dem Ein-/Ausgangstreiber 53 detektierte
Ansteuersignal zu empfangen und entsprechend in pulsweitenmodulierte
Signale (PWM-Signale) umzuwandeln. Die pulsweitenmodulierten Signale werden
an die Endstufe 51 angelegt, die die entsprechenden Ansteuerspannungen
bzw. -ströme
für die Antriebseinheit 41 des
Stellgebers 4 bereitstellt. Die Endstufe 51 ist
vorzugsweise als H-Brücke
ausgebildet. Die PWM-Signale
zu Ansteuerung der Endstufe 51 weisen ein geeignetes Tastverhältnis auf,
das von dem Mikroprozessor 52 vorgegeben wird. Das Tastverhältnis ist
bei einem periodischen Signal definiert als die Zeitdauer des Anliegens
des ersten Pegels, z. B. dem High-Pegel, bezogen auf die gesamte
Zykluszeitdauer.
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In 2 ist
das Kommunikationsverfahren als Ablaufdiagramm dargestellt.
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Das
Ansteuersignal, das von der Steuereinheit 2 an die Ansteuerelektronik 5 gesendet
wird, ist in der Regel ein periodisches Signal, bei dem über die
Größe des Tastverhältnisses
eine Information übermittelt
wird, die der Mikroprozessor 52 in das PWM-Signal umsetzt,
abhängig
von dem die Antriebseinheit 41 über die Endstufe 51 angesteuert wird,
um das Stellglied 42 in eine bestimmte Endposition zu verfahren
(Schritt S1).
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Erreicht
das Stellelement 42 die Endposition, wird die Bewegung
der Antriebseinheit 41 blockiert und der Strom durch die
Endstufe 51 steigt an. Dies wird durch die Endstufe 51 oder
den Mikrocontroller 52 in geeigneter Weise detektiert.
Daraufhin wird entweder selbstständig
das Bereitstellen der PWM-Steuersignale für die Endstufe 51 gestoppt oder
zunächst
durch Anlegen eines bestimmten Spannungspegels an die Ansteuerleitung 6,
wie z. B. das Anlegen eines Massepotenzials an die Ansteuerleitung 6,
für eine
vorbestimmte Zeitdauer dem Steuergerät 2 signalisiert,
dass eine Endposition der Stellgebereinheit 4 erreicht
worden ist. Die vorbestimmte Zeitdauer ist vorzugsweise länger als
die Zykluszeit, so dass sie eindeutig von dem PWM-Signal unterschieden
werden kann. Das Steuersignal 2 detektiert das von der
Ansteuerelektronik 5 auf die Ansteuerleitung 6 (zeitlich
begrenzt) angelegte konstante Potenzial und gibt daraufhin ein bestimmtes
Ansteuersignal über
die Ansteuerleitung 6 an die Ansteuerelektronik 5 aus,
das den Mikroprozessor 52 anweist, die Ansteuerung der
Endstufe 51, d. h. das Bereitstellen der Pulsweiten modulierten
Signale zu unterbrechen, so dass die Antriebseinheit 41 nicht
weiter angesteuert wird. Die Endstufe 51 wird also so angesteuert, dass
kein Strom mehr durch die Antriebseinheit 41 fließt. Dadurch
verbleibt das Stellelement 42 in der zuletzt angefahrenen
Position.
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Tritt
beim Verfahren des Stellelements 42 (Schritt S2) ein Fehler
auf, der bewirkt, dass das Stellelement 42 zwischen zwei
Endpositionen blockiert oder dass das Stellelement 42 eine
der Endpositionen gar nicht verlassen kann, so wird dies, als wäre eine
Endposition erreicht worden, über
einen erhöhten
Stromfluss durch die Endstufe 51 festgestellt. Durch einen
geeigneten Positionssensor oder durch eine Plausibilitätsprüfung kann
der Mikroprozessor 52 feststellen, ob die nächste Endposition
erreicht worden sein kann oder nicht. Die Plausibilitätsprüfung kann
beispielsweise umfassen, dass mithilfe einer Bewegungsgeschwindigkeit
der Antriebseinheit 41, die durch die Ansteuerung der Antriebseinheit 41 durch
den Mikroprozessor 52 zumindest ungefähr bekannt ist, und der seit
dem Verlassen der letzten Endposition verstrichenen Zeit, die Position
des Stellelements 42 berechnet wird. Wird dadurch festgestellt,
dass die Endposition nicht erreicht worden sein kann, z. B. da nach
dem Verlassen der letzten Endposition eine zu geringe Zeitdauer
verstrichen ist, so dass es nicht möglich war, dass das Stellelement 42 die
anzufahrende Endposition erreichen konnte, so wird dies dem Steuergerät 2 über die
Ansteuerleitung 6 als Blockierfall mithilfe eines Fehlersignals
mitgeteilt (Schritt S3).
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Die
Geschwindigkeit der Antriebseinheit 41 kann bei einer weiteren
Ausführungsform
bestimmt werden, indem für
eine kurze Zeitdauer die Stromzufuhr zur Antriebseinheit 41 unterbrochen
wird und die von der Antriebseinheit 41 erzeugte Generatorspannung
detektiert wird. Die Generatorspannung wird durch den Mikroprozessor 52 eingelesen
und, da die Generatorspannung zu der Drehzahl der Antriebseinheit 41 oder
zur Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebseinheit 41 proportional
ist, in eine entsprechende Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebseinheit 41 umgerechnet.
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Der
Mikroprozessor 52 soll das Steuergerät 2 über den
Blockierfall benachrichtigen. Die Benachrichtigung des Steuergeräts 2 erfolgt
durch Anlegen eines von dem Steuergerät 2 erkennbaren Signals, das
sich von dem oben beschriebenen Signal zum Signalisieren des Erreichens
der Endposition unterscheidet. Vorzugsweise wird die Benachrichtigung über einen
Blockierfall mithilfe eines periodischen Fehlersignals mit einem
vorbestimmten Tastverhältnis
durchgeführt,
das in dem Steuergerät 2 durch eine
geeignete Eingangsschaltung 21, die mit der Ansteuerleitung 6 verbunden
ist, detektiert wird (Schritt S4). Durch das Fehlersignal wird dem
Steuergerät 2 mitgeteilt,
dass in dem Stellgeber 4 möglicherweise ein Fehler aufgetreten
ist.
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Eine
Steuerung 22 der Steuereinheit 2 kann nun ein
Anfragesignal über
die Ein-/Ausgangstreiber 21 und über die
Ansteuerleitung 6 an die Ansteuerelektronik 5 übermitteln
(Schritt S5), das durch den Mikroprozessor 52 als eine
Aufforderung zur Übertragung
einer ermittelten Position des Stellgliedes 42 interpretiert
wird (Schritt S6). Der Mikroprozessor 52 kann diese Positionsinformation
entweder aus einem Sensorwert eines Positionssensors ableiten oder kann
diese durch Interpolation über
die zwischen dem Verlassen der Endposition und dem Auftreten des
Blockierfalles verstrichenen Zeit und der bekannten Bewegungsgeschwindigkeit
der Antriebseinheit 41 ableiten. Diese Positionsinformation
wird nach dem Erhalt des Anfragesignals in der Stellgebereinheit 3 in
Form eines periodischen Positionssignals mit einem von der zu übertragenden
Positionsinformation abhängigen
Tastverhältnis
an die Steuereinheit 2 übertragen
(Schritt S7) und dort ausgewertet.
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In 3 sind
Beispiele für
mögliche
Tastverhältnisse
des von der Steuereinheit 2 ausgegebenen Ansteuersignals
dargestellt, mit denen verschiedene Funktionen der Stellgebereinheit
angesteuert werden. Man erkennt, dass bei einem Tastverhältnis zwischen
10 und 40% ein Rechtslauf der Antriebseinheit 41 angesteuert
wird, d. h. der Mikroprozessor interpretiert ein Tastverhältnis des
Ansteuersignals zwischen 10 und 40% so, dass PWM-Steuersignale für die Endstufe
bereitgestellt werden, die die Antriebseinheit 41 in einer
ersten Drehrichtung, z. B. rechtsdrehend, antreiben. Entsprechend
bewirkt ein Ansteuersignal mit einem Tastverhältnis zwischen 60 und 90% ein
Antreiben der Antriebseinheit 41 in einer dazu entgegen
gesetzten zweiten Richtung, d. h. linksdrehend. Ein Tastverhältnis des
Ansteuersignals zwischen 40 und 60% wird von dem Mikroprozessor 52 als
Aufforderungssignal interpretiert, eine Positionsinformation an
das Steuergerät
zu übermitteln. Tastverhältnisse
zwischen 0 und 10% bzw. zwischen 90 und 100% können beispielsweise für ein Nichtansteuern
der Antriebseinheit 41 vorgesehen werden.
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Selbstverständlich ist
es möglich,
die Codierung des Ansteuersignals in beliebiger Weise vorzunehmen,
solange der Mikroprozessor 52 das entsprechende Tastverhältnis einer
bestimmten Anweisung zuordnen kann. Selbstverständlich können mithilfe des Ansteuersignals
auch weitere Anweisungen von dem Steuergerät an die Stellgebereinheit 3 übermittelt
werden.