DE102010052276A1 - Steuereinrichtung zum Betreiben eines mittels Pulsweitenmodulation angesteuerten Gleichstrommotors, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Steuern des Betriebs eines über eine Pulsweitenmodulation betriebenen Gleichstrommotors - Google Patents

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Abstract

Steuereinrichtung (6) zum Betreiben eines mittels Pulsweitenmodulation angesteuerten Gleichstrommotors (5), insbesondere eines Fensterhebermotors, in einem Kraftfahrzeug (1), wobei die Steuereinrichtung (6) zum Anpassen der Slew-Rate (14, 16) der Pulsweitenmodulation in Abhängigkeit eines eine aktuell in einem Radio (2) des Kraftfahrzeugs (1) eingestellte Frequenz und/oder ein aktuell in dem Radio (2) des Kraftfahrzeugs (1) eingestelltes Frequenzband anzeigenden Signals ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Betreiben eines mittels Pulsweitenmodulation angesteuerten Gleichstrommotors, insbesondere eines Fensterhebermotors, in einem Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines über eine Pulsweitenmodulation betriebenen Gleichstrommotors, insbesondere eines Fensterhebermotors, in einem Kraftfahrzeug.
  • Gleichstrommotoren in modernen Kraftfahrzeugen werden heutzutage häufig über eine Pulsweitenmodulation drehzahlgesteuert, das bedeutet, die Drehzahl des Gleichstrommotors wird anhand des Bestromungsanteils während der Pulsdauern geregelt. Der Grund hierfür sind meist akustische Erwägungen. Beispielsweise kommt es bei Fensterhebermotoren häufig vor, dass Unregelmäßigkeiten der Mechanik, beispielsweise Unebenheiten, und dergleichen während des Betriebs des Fensterhebermotors zu hören sind. Wird eine speziell angepasste Drehzahlregulierung durch Pulsweitenmodulation vorgenommen, so kann ein sehr viel leiseres Laufen des Gleichstrommotors erzielt werden. Bei einem Fensterhebermotor lässt sich zudem die Mechanik schonen, nachdem die Drehzahl beispielsweise kurz vor dem Erreichen einer Endstellung geeignet reduziert wird.
  • Dabei besteht jedoch das Problem, dass mit einer üblichen Pulsweitenmodulation Funkstörungen auftreten, das bedeutet, es werden elektromagnetische Wellen erzeugt, die in üblichen Radiobändern, insbesondere dem Mittelwellenband oder dem Langwellenband, liegen und dementsprechend, wenn gerade das Radio betrieben wird, der Fahrer also einen Radiosender anhört, zu hören sein können. Zur Lösung dieser Problematik, also zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit, wurde vorgeschlagen, die Slew-Rate an den im Rahmen der Pulsweitenmodulation verwendeten Feldeffekttransistoren (FETs) zu erniedrigen.
  • Dies hat jedoch den massiven Nachteil, dass aus dieser Erniedrigung der Slew-Rate eine schnelle Erwärmung der FETs resultiert, was dahingehend nachteilhaft ist, dass die Verfügbarkeit des Gleichstrommotors reduziert wird. Das bedeutet, bei einer Überhitzung kann der Gleichstrommotor eine zeitlang nicht benutzt werden. Es sind mithin weniger Betätigungen möglich, was nicht nur bei der direkten Verwendung durch einen Fahrer nachteilhaft ist, sondern auch im Rahmen der insgesamten synergistischen Steuerung des Kraftfahrzeugs, nachdem beispielsweise Fensterhebermotoren häufig auch automatisch angesteuert werden, so dass beispielsweise beim Öffnen der Tür die Fenster leicht heruntergefahren werden können, was auch beim Öffnen eines Verdecks eines Cabrios oder dergleichen denkbar sein kann. Für derartige Funktionalitäten muss die Verfügbarkeit in größtmöglichem Maße sichergestellt sein. Jedoch kann es vorkommen, dass bei einer Erniedrigung der Slew-Rate nur noch 10–15 Betätigungen unmittelbar hintereinander möglich sind, während bei einer üblichen, hohen Slew-Rate beispielsweise 30 Betätigungen unmittelbar hintereinander möglich wären.
  • Es sind auch sonstige Entstörungsmaßnahmen bekannt, die jedoch oft sehr kostspielig und sehr aufwendig sind, zum Teil in einem Kraftfahrzeug technisch nicht einmal umsetzbar sind.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für einen Gleichstrommotor in einem Kraftfahrzeug anzugeben, die bei größtmöglicher Verfügbarkeit des Gleichstrommotors dennoch eine Störung beim Radiohören durch einen Fahrer vermeidet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Steuereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuereinrichtung zum Anpassen der Slew-Rate der Pulsweitenmodulation in Abhängigkeit eines eine aktuell in einem Radio des Kraftfahrzeugs eingestellte Frequenz und/oder ein aktuell ein einem Radio des Kraftfahrzeugs eingestelltes Frequenzband anzeigenden Signals ausgebildet ist.
  • Es wird also vorgeschlagen, dass abhängig von der Frequenz und/oder dem Frequenzband des aktuell gehörten Radiosenders die Slew-Rate für die Ansteuerung der im Rahmen der Pulsweitenmodulation verwendeten Feldeffekttransistoren geändert wird. Konkret kann dabei vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zur Auswahl einer niedrigen Slew-Rate bei einem Mittelwelle-Band (MW-Band) und einem Langwelle-Band (LW-Band) und/oder zur Auswahl einer höheren Slew-Rate bei einem Ultrakurzwellen-Band (UKW-Band) ausgebildet ist. So hat sich konkret gezeigt, dass gerade das MW-Band und das LW-Band als kritische Frequenzbänder bei der Verwendung üblicher, die Feldeffekttransistoren nicht überhitzender Slew-Raten bewertet werden müssen, da dann Probleme auftreten. Entsprechend wird vorgeschlagen, für diese kritischen Frequenzbänder eine niedrigere Slew-Rate, mithin eine flachere Flanke, zu wählen, so dass keine Störungen auftreten, jedoch mit einer Verfügbarkeitsreduzierung gerechnet werden muss. Diese Verfügbarkeitsreduzierung wird jedoch vorteilhafterweise dann vermieden, wenn ein unkritisches Frequenzband, insbesondere das UKW-Band, gehört wird, oder wenn der Fahrer das Radio gerade für das Auslesen von Medien, beispielsweise CDs oder DVDs, oder Fernsehempfang nutzt. Dann ist eine hohe Slew-Rate, mithin eine steilere Flanke gegeben, bei der eine schnelle Erwärmung der Feldeffekttransistoren vermieden wird, so dass die volle Verfügbarkeit für diesen (letztlich häufiger vorliegenden) Fall zur Verfügung steht.
  • Insgesamt ist es mittels der vorliegenden Erfindung also möglich, eine höhere Verfügbarkeit des Fensterhebermotors für einen Großteil der Fahrer bei gleichzeitiger Vermeidung von störenden elektromagnetischen Wellen zu erhalten.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung, welche im Übrigen für den Fall eines Fensterhebermotors ein Türsteuergerät sein kann, eine unterschiedliche Slew-Raten erzeugende anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC-Application Specific Integrated Circuit) umfasst. Eine derartige Ausgestaltung als ASIC ist besonders vorteilhaft, nachdem die Steuereinrichtung so kleinbauend realisiert werden kann. Während Schaltungen, über die eine bestimmte Slew-Rate erzeugt werden kann, grundsätzlich bekannt sind, beispielsweise, indem mehrere (gegebenenfalls virtuelle) Stromquellen nach einander auf eine bestimmte Weise geschaltet werden, sieht die vorliegende Erfindung vor, eine solche grundsätzlich bekannte Schaltung durch eine zusätzliche Steuerschaltung zu ergänzen, die ebenfalls als IC realisiert wird und nun eine Veränderung der Slew-Rate ermöglicht.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass ein das Signal über ein Bussystem des Kraftfahrzeugs, insbesondere einen CAN-Bus, empfangender Mikroprozessor vorgesehen ist, der zur Ansteuerung der integrierten Schaltung zur Erzeugung einer dem Signal entsprechenden Slew-Rate über eine insbesondere serielle Schnittstelle ausgebildet ist. Beispielsweise kann also die Steuereinrichtung, insbesondere das Türsteuergerät, einen Mikroprozessor und die ASIC umfassen, welche über eine serielle Schnittstelle, insbesondere ein Serial Programmable Interface (SPI) verbunden sein können. An die Pulsweitenmodulations-ASIC schließt sich dann beispielsweise eine H-Brücke mit vier Feldeffekttransistoren zur entsprechenden Ansteuerung des Gleichstrommotors an. Derartige H-Brücken sind insbesondere bei Gleichstrommotoren bekannt, die in beide Richtungen betrieben werden sollen.
  • Dabei sei angemerkt, dass es zum einen möglich ist, eine Slew-Rate aus verschiedenen möglichen einstellbaren Slew-Raten auszuwählen, so dass beispielsweise zwei Slew-Raten vorgesehen sein können, von denen eine der Mittelwelle und der Langwelle, die andere aber der Ultrakurzwelle und allen anderen Fällen zugeordnet ist. Denkbar ist es jedoch auch, eine komplexere Abhängigkeit, beispielsweise eine funktionale Abhängigkeit, der Slew-Rate von der konkret eingestellten Frequenz am Radio zu ermöglichen. Ersichtlich sind verschiedenste Ausgestaltungen denkbar.
  • Neben der Steuereinrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Gleichstrommotor, insbesondere einen Fensterhebermotor, und wenigstens eine dem Gleichstrommotor zugeordnete erfindungsgemäße Steuereinrichtung, insbesondere ein Türsteuergerät. Das Kraftfahrzeug umfasst mithin ferner ein Radio, welches beispielsweise über einen CAN-Bus mit der Steuereinrichtung verbunden sein kann, um das Signal bezüglich der gerade ausgewählten Frequenz beziehungsweise des Frequenzbandes zur Verfügung zu stellen. Abhängig von dieser Information stellt die Steuereinrichtung also die Slew-Rates der Pulsweitenmodulation ein, die dann auf die Feldeffekttransistoren, die dem Gleichstrommotor vorgeschaltet sind, trifft. Nachdem sich die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Steuereinrichtung analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen lassen, können damit ersichtlich die selben Vorteile erreicht werden.
  • Schließlich betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines über eine Pulsweitenmodulation betriebenen Gleichstrommotors, insbesondere eines Fensterhebermotors, in einem Kraftfahrzeug, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Slew-Rate der Pulsweitenmodulation in Abhängigkeit einer aktuell in einem Radio des Kraftfahrzeugs eingestellten Frequenz und/oder eines aktuell in einem Radio des Kraftfahrzeugs eingestellten Frequenzbands eingestellt wird. Dieses Verfahren kann beispielsweise durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ausgeführt werden. Dabei ist in konkreter Ausgestaltung vorgesehen, dass bei einem Mittelwelle-Band und einem Langwelle-Band eine niedrige Slew-Rate ausgewählt wird und/oder bei einem Ultrakurzwelle-Band eine höhere Slew-Rate ausgewählt wird. Letztlich lassen sich jedoch sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung auch auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen, so dass auch hiermit eine weitgehend hohe Verfügbarkeit des Gleichstrommotors bei einer Vermeidung von Funkstörungen, also einer Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit möglich ist.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
  • 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
  • 2 mögliche Verläufe der Anstiegsflanken der Spannung bei der Pulsweitenmodulation.
  • 1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Es umfasst ein Radio 2, welches Teil einer Audio-Anlage des Kraftfahrzeugs 1 sein kann. Mit dem Radio 2 ist es einem Fahrer möglich, verschiedene Radiosender auf den Frequenzbändern Langwelle, Mittelwelle und Ultrakurzwelle zu empfangen und anzuhören.
  • Über einen CAN-Bus 3 sendet das Radio 2 ein das aktuell gewählte Frequenzband anzeigende Signal an ein Türsteuergerät 4, welches auch für die Ansteuerung eines Gleichstrommotors 5, hier ein Fensterhebermotor, ausgebildet ist. Selbstverständlich kann das Kraftfahrzeug 1 auch mehrere, hier nicht näher gezeigte Türsteuergeräte 4 und/oder Gleichstrommotoren 5 für die Fensterheber an verschiedenen Türen und/oder Fenstern umfassen.
  • Im vorliegenden Fall gibt das über den CAN-Bus 3 empfangene Signal des Radios 2 an, ob ein kritisches Frequenzband, umfassend Mittelwelle und Langwelle, gehört wird oder ob ein anderer Zustand vorliegt, beispielsweise ein Ultrakurzwelle-Sender gehört wird oder das Radio 2 zum Abspielen eines Mediums, beispielsweise einer CD, betrieben wird.
  • Das Türsteuergerät 4 ist nun als erfindungsgemäße Steuereinrichtung 6 dazu ausgebildet, bei dem über Pulsweitenmodulation (PWM) drehzahlgeregelten Gleichstrommotor 5 die an den als Teil einer H-Brücke 7 vorgesehenen Feldeffekttransistoren 8 anliegende Slew-Rate in Abhängigkeit von dem das Frequenzband beschreibenden Signal einzustellen.
  • Hierzu umfasst das Türsteuergerät 4 zunächst einen Mikroprozessor 9 (CPU), der zur Interpretation des Signals, wie es über den CAN-Bus empfangen wird, ausgebildet ist. Die Pulsweitenmodulation, welche im Übrigen letztlich natürlich auch von dem Mikroprozessor 9 gesteuert wird, erfolgt dann über eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ASIC 10, die eine entsprechende Steuerschaltung 11 umfasst. Hierzu sind die ASIC 10 und der Mikroprozessor 9 über eine serielle programmierbare Schnittstelle 12 verbunden.
  • Während grundsätzlich die ASIC 10 die Slew-Rate über das aufeinanderfolgende Schalten verschiedener Strom-Quellen realisiert, ermöglicht es die Steuerschaltung 11 nun, dieses Zuschalten und mithin auch die Slew-Rate zu verändern.
  • Dies soll mit Hilfe der 2 näher erläutert werden, in der der Spannungsverlauf zu Beginn eines Pulses der Pulsweitenmodulation gegen die Zeit aufgetragen ist, wobei die durchgezogene Kurve 13 eine höhere Slew-Rate 14 definiert als die gestrichelte Kurve 15 mit der niedrigeren Slew-Rate 16.
  • Zeigt das Signal des Radios 2 nun an, dass ein Mittelwelle-Band oder ein Langwelle-Band gewählt sind, so wird die niedrige Slew-Rate 16 ausgewählt. Auf diese Weise wird eine Funkstörung des Radioempfangs vermieden, wobei allerdings die Verfügbarkeit aufgrund der Erwärmung der Feldeffekttransistoren 8 reduziert sein kann. In allen sonstigen Fällen, wenn also ein Sender in einem Ultrakurzwelle-Band gehört wird, oder eine andere/keine Nutzung des Radios 2 vorliegt, wird die höhere Slew-Rate 14 eingestellt, so dass die volle Verfügbarkeit des Gleichstrommotors 5 gegeben ist, nachdem nun keine starke Erwärmung der Feldeffekttransistoren 8 mehr auftritt.

Claims (8)

  1. Steuereinrichtung (6) zum Betreiben eines mittels Pulsweitenmodulation angesteuerten Gleichstrommotors (5), insbesondere eines Fensterhebermotors, in einem Kraftfahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) zum Anpassen der Slew-Rate (14, 16) der Pulsweitenmodulation in Abhängigkeit eines eine aktuell in einem Radio (2) des Kraftfahrzeugs (1) eingestellte Frequenz und/oder ein aktuell in dem Radio (2) des Kraftfahrzeugs (1) eingestelltes Frequenzband anzeigenden Signals ausgebildet ist.
  2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine unterschiedliche Slew-Raten (14, 16) erzeugende anwendungsspezifische integrierte Schaltung (10) umfasst.
  3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Signal über ein Bussystem des Kraftfahrzeugs (1), insbesondere einen CAN-Bus (3), empfangender Mikroprozessor (9) vorgesehen ist, der zur Ansteuerung der integrierten Schaltung (10) zur Erzeugung einer dem Signal entsprechenden Slew-Rate (14, 16) über eine insbesondere serielle Schnittstelle (12) ausgebildet ist.
  4. Steuereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) zur Auswahl einer niedrigen Slew-Rate (16) bei einem Mittelwelle-Band und einem Langwelle-Band und/oder zur Auswahl einer hohen Slew-Rate (14) bei einem Ultrakurzwelle-Band ausgebildet ist.
  5. Steuereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Slew-Rate (14, 16) über mehrere hintereinander schaltbare Stromquellen realisiert wird.
  6. Kraftfahrzeug (1), umfassend wenigstens einen Gleichstrommotor (5), insbesondere einen Fensterhebermotor, und wenigstens eine zugeordnete Steuereinrichtung (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  7. Verfahren zum Steuern des Betriebs eines über eine Pulsweitenmodulation betriebenen Gleichstrommotors (5), insbesondere eines Fensterhebermotors, in einem Kraftfahrzeug (1), wobei die Slew-Rate (14, 16) der Pulsweitenmodulation in Abhängigkeit einer aktuell in einem Radio (2) des Kraftfahrzeugs (1) eingestellten Frequenz und/oder eines aktuell in dem Radio (2) des Kraftfahrzeugs (1) eingestellten Frequenzbands eingestellt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Mittelwelle-Band und einem Langwelle-Band eine niedrige Slew-Rate (16) ausgewählt wird und/oder bei einem Ultrakurzwelle-Band eine höhere Slew-Rate (14) ausgewählt wird.
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