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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das Überwachen von elektrischem Strom in Steuerungsschaltungen, etwa Motorsteuerungsschaltungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Stromabfragetechnik, die zur Implementierung in einem Prozessor oder Mikrocontroller in einem Fahrzeug-Kraftmaschinensteuerungsmodul geeignet ist, und die bei Anwendungen wie etwa der Diagnose und Steuerung eines elektronischen Drosselklappenmotors nützlich ist.
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HINTERGRUND
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Die hier bereitgestellte Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck einer allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder, sofern sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt des Einreichens nicht anderweitig als Stand der Technik ausgewiesen sind, werden weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
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Bei Diagnosesystemen für elektrisch gesteuerte Vorrichtungen, die Elektromotoren oder andere Aktoren verwenden, kann es schwierig sein, die genaue Ursache einer Fehlerbedingung anzugeben, indem ausschließlich vom System erzeugte Fehlercodes untersucht werden. Zum Beispiel ist es bei Fahrzeugsystemen, etwa Kraftfahrzeugsystemen üblich, Steuerungsmodule zu verwenden, die bei der Detektion einer vordefinierten Fehlerbedingung einen vorbestimmten Fehlercode aufzeichnen. Als Teil der Diagnoseprozedur können dann die Mechaniker diese aufgezeichneten Fehlercodes untersuchen. Bei diesen Fehlercodes gibt es zwei Probleme. Erstens sind der verfügbare Speicherplatz und die verfügbare Verarbeitungsleistung begrenzt. Daher müssen die meisten Systeme nur mit einer begrenzten und oft kleinen Anzahl von erkannten Fehlerbedingungen zurechtkommen. Zweitens sind einige Fehlerbedingungen unregelmäßig. Folglich kann es sein, dass der Mechaniker nicht in der Lage ist, die gemeldete Fehlerbedingung zu reproduzieren, wodurch es schwierig wird, zu erkennen, was die Ursache gewesen sein kann.
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Bei elektrisch gesteuerten Systemen, die Elektromotoren oder andere elektrische Aktoren verwenden, wäre die Kenntnis des Motor- oder Aktorstroms zu dem Zeitpunkt, bei dem eine Fehlerbedingung aufgetreten ist, eine wertvolle Diagnosehilfe bei der Erkennung der Ursache des Fehlers. Unglücklicherweise sind herkömmliche Techniken zum Strommessen bei Fahrzeug- oder Kraftfahrzeuganwendungen oft nicht praktizierbar, bei denen die Kosten, das Gewicht und die Systemkomplexität minimiert werden müssen. Zum Beispiel benötigen herkömmliche Techniken, wie etwa das Verwenden eines Präzisionsmesswiderstands im Strompfad oder die Verwendung eines Halleffekt-Sensors, um einen Stromfluss zu detektieren, beide einen Analog/Digital-Umsetzer, um den gemessenen analogen Stromwert in einen digitalen Wert umzusetzen, der zum Speichern im Diagnosespeicher des Steuerungsmoduls geeignet ist. Präzisionsmesswiderstände und Halleffekt-Sensoren und die zugehörigen Analog/Digital-Umsetzer erhöhen die Kosten, das Gewicht und die Komplexität (mehr Teile, die ausfallen können).
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ZUSAMMENFASSUNG
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Das System und Verfahren zum Schätzen eines elektrischen Stroms in Motorsteuerungsschaltungen stellen einen Weg bereit, um Diagnosefehlercodes durch Stromwerte zu ergänzen, die gemessen wurden, als die Fehlerbedingung detektiert wurde. Die Technik kann auf eine nicht invasive Weise implementiert werden und benötigt keine zusätzlichen Messwiderstände, Halleffekt-Sensoren oder zugehörige Analog/Digital-Umsetzer. Stattdessen können das System und Verfahren zu einem großen Teil implementiert werden, indem existierende Systemhardware umprogrammiert wird, wodurch die Technik zu einer wünschenswerten Alternative zu einer herkömmlichen Strommessung wird.
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Das offenbarte System schätzt einen elektrischen Strom, der in einer Motor- oder Aktor-Steuerungsschaltung im Fall einer Fehlerbedingung gerade fließt. Sofern es nicht anders angegeben ist, soll der Begriff ”Motor”, sowie er hier verwendet wird, Rotationsmotoren, lineare Aktoren und andere Vorrichtungen abdecken, die eine Bewegung auf der Grundlage einer elektromotorischen Kraft erzeugen.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Fehlerbedingungs-Detektionsschaltung mit der Motorsteuerungsschaltung gekoppelt, die eine Fehlerbedingung meldet, wenn der tatsächliche Motorbetrieb von einem vorbestimmten Motorsollbetrieb abweicht.
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Ein Register eines Datenspeichers ist vorgesehen, um einen Überstromschwellenwert-Datenwert zu speichern, der einen Motor-Überstromschwellenwert angibt, wobei das Register des Datenspeichers auf einen Wert initialisiert wird, der einer vorbestimmten oberen Stromgrenze entspricht. Bei der Verwendung hierin soll der Begriff ”Register” Datenspeicher-Speicherbausteine umfassen, die in die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) eines Mikroprozessors oder Mikrocontrollers eingebaut sind, sowie andere Datenspeicher-Speicherbausteine außerhalb der CPU, welche einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM), einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) und andere Datenspeichermechanismen umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.
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Ein mit der Motorsteuerungsschaltung gekoppelter Überstromschwellenwertkomparator erfasst einen Motorstrom, liest den Schwellenwert-Datenwert, vergleicht den Motorstrom mit dem Schwellenwert-Datenwert und setzt einen Überstrommerker, wenn der Motorstrom den Motorüberstromschwellenwert überschreitet.
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Ein Stromabfrageprozessor ist angeschlossen, um die gemeldete Fehlerbedingung zu überwachen und auch den Überstrommerker zu überwachen. Das Stromabfragemodul ist so programmiert, dass es in Ansprechen auf die gemeldete Fehlerbedingung arbeitet, um den Überstrommerker iterativ zu lesen und den Überstromschwellenwert-Datenwert um einen vorbestimmten Dekrementierungsbetrag zu dekrementieren, bis der Überstrommerker von dem Überstromschweilenwertkomparator gesetzt wird. Das Stromabfragemodul kann ferner betrieben werden, um den Überstromschwellenwert-Datenwert, der zu dem Zeitpunkt noch vorhanden ist, bei dem der Überstrommerker gesetzt wird, als einen Schätzwert des elektrischen Stroms zu melden, der im Fall einer Fehlerbedingung fließt.
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In Übereinstimmung mit dem offenbarten Schätzen eines elektrischen Stroms wird in einem nicht vorübergehenden maschinenlesbaren Datenspeicher ein Register definiert, um einen Überstromschwellenwert-Datenwert zu speichern und um in diesem Register des Datenspeichers einen anfänglichen Überstromschwellenwert-Datenwert zu speichern, der einem vorbestimmten oberen Stromgrenzwert entspricht.
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Das Verfahren umfasst, dass ein elektrischer Strom erfasst wird, der in der Motorsteuerungsschaltung gerade fließt, dass der Überstromschwellenwert-Datenwert gelesen wird und der erfasste elektrische Strom mit dem Überstromschwellenwert-Datenwert verglichen wird, und dass ein Überstrommerker gesetzt wird, wenn der elektrische Strom, der gerade in der Motorsteuerungsschaltung fließt, den Überstromschwellenwert-Datenwert überschreitet.
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Dann umfasst das Verfahren ferner, während das Vergleichen des erfassten elektrischen Stroms mit dem Überstromschwellenwert-Datenwert fortgesetzt wird, dass eine Fehlerbedingung detektiert wird, indem Betriebsparameter innerhalb der Motorsteuerungsschaltung erfasst werden, und dass auf das Detektieren der Fehlerbedingung hin die Schritte ausgeführt werden, dass:
- (a) der Überstrommerker iterativ gelesen wird, und
- (b) der Überstromschwellenwert-Datenwert um einen vorbestimmten Dekrementierungsbetrag dekrementiert wird, bis der Überstrommerker gesetzt wird;
- (c) der Überstromschwellenwert-Datenwert, der zu dem Zeitpunkt noch vorhanden ist, bei dem der Überstrommerker gesetzt wird, als ein Schätzwert des elektrischen Stroms, der in der Motorsteuerungsschaltung gerade fließt, gemeldet wird.
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Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden sich aus der hier nachstehend bereitgestellten genauen Beschreibung ergeben. Es versteht sich, dass die genaue Beschreibung und spezielle Beispiele nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird anhand der genauen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden, in denen:
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1 die Zeichnung einer elektronischen Schaltung ist, welche ein beispielhaftes Fahrzeugkraftmaschinensteuerungsmodul darstellt, in dem das System und Verfahren zum Schätzen eines elektrischen Stroms implementiert sind;
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2 ein Flussdiagramm ist, welches den Drosselklappenpositions-Steuerungsalgorithmus und die leiterförmige Stromabfragetechnik gemäß dem System und Verfahren zum Schätzen eines elektrischen Stroms darstellt;
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3 ein System-Funktionsblockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems zum Schätzen eines elektrischen Stroms ist; und
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4 eine graphische Darstellung des Systems und Verfahrens zum Schätzen eines elektrischen Stroms im Betrieb ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Das System und Verfahren zum Schätzen eines elektrischen Stroms in Motorsteuerungsschaltungen können in einer Vielfalt verschiedener Anwendungen implementiert sein. Zu Darstellungszwecken wird in dieser Beschreibung eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe eines Kraftfahrzeugs dargeboten. Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Techniken ebenso auf andere Typen von Motorsteuerungsschaltungen anwendbar sind. Die darstellte Technik zum Schätzen eines elektrischen Stroms wird angewendet, um die Zuverlässigkeit und die Analyse von ausgefallenen elektronischen Drosselklappensteuerungssystemen (ETC-Systemen) zu verbessern, indem die Nutzung der Fähigkeiten einer existierenden Software und Motorsteuerungshardware innerhalb der Fahrzeugkraftmaschinensteuerungsmodule (ECMs) erweitert wird. Wenn die Technik wie hier beschrieben angewendet wird, liefert sie spezielle Bereiche für einen elektrischen Strom, der durch die Steuerungsschaltung für den elektronischen Drosselklappenmotor fließt.
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Eine typische elektronische ECM-Steuerungsschaltung für einen Drosselklappenmotor umfasst einen H-Brückentreiber-IC, einen Gleichstrom-Bürstenmotor mit einer Drosselklappengehäuseanordnung, eine serielle Kommunikation zu dem H-Brückentreiber, sonstige Filterhardware, Diagnoseschaltungen, Spannungsüberwachungen, Temperaturüberwachungen, Fahrzeugverdrahtung und elektrische Verbinder. Das System und Verfahren zum Schätzen eines elektrischen Stroms verbessern diese Motorsteuerungsschaltung, um eine zusätzliche Strommess- und Meldefähigkeit bereitzustellen, wie nun beschrieben wird.
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Entsprechend zeigt 1 das Gehäuse 10 einer elektronischen Drosselklappe mit einem Luftströmungseinleitungs-Teilsystem, das eine Airbox und Sensoren 12 sowie einen Ansaugkrümmer und Sensoren 14 umfasst. Das Gehäuse 10 der elektronischen Drosselklappe umfasst vorzugsweise einen Gleichstrom-Bürstenmotor 16, der schematisch gezeigt ist. Der Motor 16 kann betrieben werden, um die Drosselklappe sowohl in die offene als auch die geschlossene Richtung zu bewegen. Der Motor 16 wird von einer elektronischen Drosselklappensteuerungsschaltung (ETC) 20 angesteuert, die eine pulsbreitenmodulierte Spannung bereitstellt, um den Motor zu erregen. Die elektronische Drosselklappensteuerungsschaltung 20 ist durch herkömmliche Verbinder und eine Verdrahtung 22 angeschlossen. Gleichstromleistung zum Betreiben der elektronischen Drosselklappensteuerungsschaltung 20 (und des Motors 16) wird von dem Leistungsversorgungssystem 24 des Fahrzeugs bereitgestellt.
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Ein bevorzugtes System zum Schätzen des elektrischen Stroms in der Motorsteuerungsschaltung verwendet einige Komponenten, die in der elektronischen Drosselklappensteuerungsschaltung 20 anzutreffen sind. Daher wird nun ein weiterer Überblick über die internen Komponenten der elektronischen Drosselklappensteuerungsschaltung 20 dargestellt.
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Die elektronische Drosselklappensteuerungsschaltung 20 enthält einen Mikrocontroller 30 (allgemein in gestrichelten Linien gezeigt). Der Mikrocontroller 30 enthält ein Eingabe/Ausgabe-Hardwarehauptmodul (HWIO-Modul) 32, das eine Interaktion mit dem H-Brückentreiber-IC koordiniert, der beispielsweise als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 34 implementiert sein kann. Der Mikrocontroller 30 enthält außerdem eine Reihe von Eingangsschaltungen 36, die einzelne Eingangserfassungs-Datenleitungen (IC-Datenleitungen) und außerdem einen Analog/Digital-Umsetzungskanal (ADC) umfassen. Eine Hauptfunktion des Mikrocontrollers 30 besteht darin, einen Satz von Steuerungsfunktionen zu implementieren, die verschiedene Überwachungs- und Steuerungsprozesse betreiben, die zur elektronischen Drosselklappensteuerung anwendbar sind. Insbesondere implementiert der Mikrocontroller 30 diese mehreren Steuerungsfunktionen als eine Sammlung von Verarbeitungssequenzen, die ”Ringe” genannt werden, welche typischerweise als ununterbrochene Schleifen ablaufen, wobei sie durch eine programmierte Folge hindurchlaufen und sich dann wiederholen. Daher definiert jeder Ring eines einer Ansammlung von Verarbeitungsmodulen, die gemeinsam bei 38 gezeigt sind, wenn er durch die Mikrocontrollerhardware ausgeführt wird.
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Am relevantesten ist hier der Drosselklappenpositions-Softwarering (TPSR). Der Drosselklappenpositions-Softwarering definiert ein Drosselklappenpositions-Verarbeitungsmodul 40, das die Drosselklappensollposition berechnet. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde der Rest der Verarbeitungsmodule, die durch den Mikrocontroller 30 implementiert sind, kollektiv bei 42 dargestellt.
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Im Betrieb kommuniziert das Drosselklappenpositions-Verarbeitungsmodul 40 mit dem HWIO-Hauptmodul 32, um Motorrichtungssignale (MTR_DIR 1/MTR_DIR 2) an den H-Brücken-ASIC 34 zu senden. Die Signale wählen folglich, in welche Richtung sich der Motor 16 drehen soll (um die Drosselklappe in eine weiter geöffnete oder weiter geschlossene Richtung zu bewegen). Das HWIO-Hauptmodul 32 liefert außerdem ein Pulsbreitenmodulationssignal (PWM-Signal) an den H-Brücken-ASIC 34, um das Tastverhältnis des Motoransteuerungssignals zu steuern. Das Pulsbreitenmodulationssignal steuert effektiv die Geschwindigkeit der Drehung des Motors 16. Andere Konfigurationen sind möglich.
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Der Mikrocontroller 30 enthält außerdem ein Motorprozess-Überwachungsmodul 50, das mit dem HWIO-Hauptmodul 32 und dem H-Brücken-ASIC 34 seriell kommuniziert. Der Mikrocontroller 30 enthält auch ein Spannungsaufbereitungs- und Versorgungsmodul 52, das Leistung an das Gehäuse 10 der elektronischen Drosselklappe liefert (über TPS_VSD, TPS_RTN).
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Das Steuerungssystem für das Gehäuse der elektronischen Drosselklappe arbeitet in einer geschlossenen Schleife. Ein Drosselklappenpositionssensor am Drosselklappengehäuse 10 liefert ein Positionssignal (TPS1_2), das durch die Verbinder und die Verdrahtung 22 einem der Eingangserfassungsknoten (IC-Knoten) der Eingangsschaltung 36 zugeführt wird, wobei das Signal an das HWIO-Hauptmodul 32 geliefert wird. Das Drosselklappenpositions-Verarbeitungsmodul 40 vergleicht die erfasste Drosselklappenposition mit der berechneten Drosselklappensollposition und erzeugt aus dieser Berechnung Steuerungssignale, um die Drosselklappenposition zu verstellen, indem es pulsbreitenmodulierte Gleichstromleistung nach Bedarf an den Motor 16 anlegt. Andere Konfigurationen sind möglich. Zum Beispiel können analoge Drosselklappenpositionsdaten, die zwei diskrete analoge Signale TPS1 und TPS2 umfassen, auf eine Weise verarbeitet werden, die, nachdem sie von dem Hauptcontroller digitalisiert wurden, identisch mit TPS1_2 ist.
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Wenn alles normal arbeitet, hält das Regelungssystem die Drosselklappensollposition zu jedem Zeitpunkt aufrecht. Wenn mechanische Probleme existieren, die verhindern, dass sich die Drosselklappe in einer reaktionsfähigen Weise zu der Sollposition bewegt, ergreift das Drosselklappenpositions-Verarbeitungsmodul 40 anfänglich eine Korrekturmaßnahme, indem es ermöglicht, dass ein erhöhtes Stromniveau durch den Motor 16 fließt. In einigen Fällen kann dies bewirken, dass ein festsitzendes Teil oder ein Hindernis entfernt wird.
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Um eine Überhitzung oder ein Durchbrennen des Motors zu verhindern, ist das Drosselklappenpositions-Verarbeitungsmodul 40 ferner so konstruiert, dass es Überstrombedingungen erfasst und Leistung an den Motor abschaltet, wenn Ströme zu hoch werden. Das Verarbeitungsmodul 40 führt diese Funktion in Zusammenarbeit mit dem H-Brücken-ASIC 34 durch, welches ein Überstromsignal auf einer Leitung 54 liefert (d. h. ein Motorüberstromsignal) und durch die Eingangsschaltung 36 mit dem HWIO-Hauptmodul 32 gekoppelt ist. Die herkömmliche Arbeitsweise des HWIO-Hauptmoduls besteht darin, eine Anzeige für einen Bediener bereitzustellen, wie etwa bei 56, zum Beispiel in der Form eines Diagnosecodes, um die allgemeine Art des Fehlers aufzuzeichnen. Bisher jedoch gab es keinen kostengünstigen Weg, um den Betrag des Überstroms, der gerade floss, als der Fehler detektiert wurde, zu überwachen und zu melden.
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Die hier offenbarte Technik stellt ein quantitatives Maß des Strombetrags bereit, der durch den Motor fließt, wenn eine Überstrombedingung erfasst wird. Sie erledigt dies in einer minimalinvasiven kostengünstigen Weise, die ermöglicht, dass die Technik mit sehr geringen Hardwaremodifikationen auf existierende Schaltungen angewendet werden kann. Folglich ist die Technik für Produkte aus der Massenproduktion gut geeignet, etwa Kraftfahrzeuge, bei denen eine Hardwaremodifikation zu kostspielig sein kann.
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Insbesondere werden das System und Verfahren zum Schätzen eines elektrischen Stroms implementiert, indem das HWIO-Modul 32 modifiziert wird und indem dem Drosselklappenpositions-Verarbeitungsmodul 40 zusätzliche Programmanweisungen bereitgestellt werden, um den Stromüberwachungsalgorithmus, der in 2 dargestellt ist, zu bewirken.
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Mit Bezug nun auf 2 wird nun ein Algorithmus zum Schätzen eines elektrischen Stroms in der Motorsteuerungsschaltung beschrieben. Der Prozess beginnt bei 60, wobei das HWIO-Hauptmodul 32 zusammen mit anderen Initialisierungssequenzen in der elektronischen Drosselklappensteuerung initialisiert wird. Als Teil der Initialisierungssequenz wird der H-Brücken-ASIC bei 62 so eingestellt, dass sein Überstromschwellenwert auf einen vorbestimmten Wert initialisiert wird, typischerweise auf einen Wert über 7,3 A. Zum Beispiel kann der Überstromschwellenwert auf 8,6 A initialisiert werden. Diesbezüglich versteht es sich, dass der bei diesem Schritt gesetzte Überstromschwellwert so gewählt ist, dass er das obere Ende des Betriebsstrombereichs darstellt.
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Als nächstes wird bei Schritt 64 der Mikrocontroller 30 initialisiert, indem angegeben wird, welche Motorsteuerungsdiagnosen für die Vorrichtung aktiviert werden sollen. Auf herkömmliche Weise werden diese Diagnosen durch P-Codes bezeichnet, die verschiedenen Fehlertypen entsprechen.
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Nach den vorstehenden Initialisierungsschritten wird bei 66 eine Motorsteuerung ausgeführt. Sobald die Motorsteuerung begonnen hat, beginnt der Mikrocontroller 30 mit dem Verarbeiten aller Schritte seiner jeweiligen Verarbeitungsmodule 38 (1), einschließlich der Schritte des Drosselklappenpositions-Softwarerings (Verarbeitungsmodul 40) und der Schritte der anderen Softwareringe (Verarbeitungsmodule 42). Hier ist der Drosselklappenpositions-Softwarering relevant und daher werden bei 68 in 2 die grundlegenden Schritte dieses Rings dargestellt. Im Wesentlichen testet der Drosselklappenpositions-Softwarering bei 68, ob die angezeigte Drosselklappenposition gleich der Drosselklappensollposition ist. Wenn dies zutrifft, dann springt die Steuerung einfach zurück und fährt mit dem Überwachen der Drosselklappenposition fort.
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Im Fall, dass die angezeigte Drosselklappenposition nicht gleich der Drosselklappensollposition ist, wird dann eine Korrekturmaßnahme ergriffen, indem bei Schritt 70 die Motorimpulsbreitenmodulation auf 100% der maximalen Modulation erhöht wird, während geeignete Fehlermerker und Zeitgeber inkrementiert werden. Diesbezüglich wird ein Zeitgeber verwendet, um festzustellen, ob die Fehlerbedingung bereinigt wird oder nach einem vorbestimmten Zeitintervall andauert.
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Das Ansteuern des Motors mit 100% der maximalen PWM legt einen Energieschub an den Motor an, welcher in einigen Fällen ein mechanisches Hindernis beseitigen kann, was ermöglicht, dass der Motor die Drosselklappe wieder in seine Sollposition bewegt. Wenn der erhöhte Energieschub beim Beseitigen der Fehlerbedingung erfolgreich ist, dann verzweigt der Algorithmus bei 72 die Steuerung zurück zu Schritt 66, bei dem der Betrieb normal fortgesetzt wird. Wenn jedoch bei 72 die angezeigte Drosselklappenposition nicht gleich der Drosselklappensollposition ist, wird bei 74 ein Test durchgeführt, um zu detektieren, ob der Zeitgeber, welcher der Fehlerbedingung entspricht, abgelaufen ist, wodurch er signalisiert, dass der entsprechende Fehler fällig ist. Wenn der Motor immer noch innerhalb festgelegter Schwellenwerte arbeitet, dann verzweigt die Steuerung bei 74 zurück zu Schritt 70, wobei die Pulsbreitenmodulation wieder auf 100% des Maximums erhöht wird, woraufhin der dargestellte Zyklus wiederholt wird.
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Wenn am Ende die angezeigte Drosselklappenposition nicht gleich der Drosselklappensollposition ist, dann wird eine fällige Fehlerbedingung signalisiert, woraufhin die Steuerung bei Schritt 74 abzweigt, um bei 76 die geeigneten P-Codes zu setzen und bei 78 den Status des Überstrommerkers zu lesen. Es wird daran erinnert, dass der Status des Überstrommerkers über die Leitung 54 (1) unter Verwendung einer der Eingangserfassungsschaltungen 36 gelesen wird, welche von dem HWIO-Hauptmodul 32 ausgelesen werden.
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An dieser Stelle weicht der Algorithmus von der herkömmlichen Praxis ab und implementiert eine leiterförmige Stromabfrageprozedur, die in den Schritten 80–94 dargestellt ist. Die leiterförmige Stromabfragetechnik arbeitet, indem der Stromgrenzwert, der von dem H-Brücken-ASIC 34 verwendet wird, sukzessive dekrementiert wird und dann geprüft wird, ob der Überstrommerker gesetzt worden ist. Folglich ist der Entscheidungsschritt 80 beispielsweise wahr (J), wenn der Überstrommerker über 8,6 Ampere gesetzt wird. Wenn der Entscheidungsschritt 80 nicht wahr ist (N), wird Schritt 82 ausgeführt, bei dem die Überstromgrenze um einen vorbestimmten Betrag dekrementiert wird, was dazu führt, dass die Überstromgrenze auf 6,6 Ampere gesetzt wird. Auf ähnliche Weise testet Schritt 84, ob der Überstrommerker über 6,6 Ampere gesetzt ist; Schritt 86 dekrementiert die Überstromgrenze auf 4,0 Ampere; Schritt 88 testet, ob der Überstrommerker über 4,0 Ampere gesetzt ist; Schritt 90 dekrementiert die Überstromgrenze auf 2,0 Ampere; und Schritt 92 testet, ob der Überstrommerker über 2,0 Ampere gesetzt ist.
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Sobald der Überstrommerker als gesetzt detektiert wurde, wird dann der Stromgrenzwert, der in dem H-Brücken-ASIC gespeichert ist, bei Schritt 94 in ein ”Strombereich”-Register kopiert oder darin gespeichert. Bei der dargestellten Ausführungsform wurden drei Stromgrenzendekrementierungsstufen dargestellt. Diese stellen effektiv vier Ebenen der Granularität der Strommessung bereit. Selbstverständlich können, wenn ein feinerer Auflösungsgrad benötigt wird, zusätzliche Stufen zum Leiteralgorithmus hinzugefügt werden.
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Der in 2 dargestellte Prozess kann unter Verwendung verschiedener Abschnitte des elektrischen Drosselklappensteuerungsmoduls 20 implementiert werden. Bei der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform erledigen das HWIO-Hauptmodul 32 und das Drosselklappenpositions-Verarbeitungsmodul 40 einen Großteil der Verarbeitung, wobei der H-Brücken-ASIC 34 bis zu einem gewissen Grad beteiligt ist. Prozesse in diesen zwei Teilsystemen lesen und schreiben Datenwerte von Speicherorten oder Speicherregistern im HWO-Hauptmodul bzw. im H-Brücken-ASIC.
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3 veranschaulicht eine Implementierung des Systems zum Schätzen eines elektrischen Stroms, der in einer Motorsteuerungsschaltung 20 fließt, die einen Motor 16 enthält. In 3 ist der elektrische Strom als Strom I dargestellt, welcher der tatsächliche Strom sein kann, der gerade durch den Motor 16 fließt, oder ein anderer messbarer Wert sein kann, der mit dem Motorstrom in Beziehung steht oder diesen angibt. Im Normalbetrieb steuert das Motorpositions-Verarbeitungsmodul 40 die Position eines Aktors 104 in geregelter Weise. Bei diesem Beispiel ist der Aktor eine Drosselklappe, obwohl in Übereinstimmung mit den Lehren hierin andere motorgesteuerte Aktoren auf ähnliche Weise gesteuert werden können. Das Motorpositions-Verarbeitungsmodul vergleicht die tatsächliche Motorposition (oder tatsächliche Aktorposition a) mit einer Sollposition d, die durch die Betriebsbedürfnisse des Positionssteuerungsalgorithmus gesetzt wird. Die Differenz zwischen der Sollbedingung und der tatsächlichen Bedingung wird von der Fehlerbedingungsdetektionsschaltung 106 überwacht, die einen zugehörigen Zeitgeber 108 enthält. Wenn die Sollbedingung und die tatsächliche Bedingung ein vorbestimmtes Zeitintervall lang, das durch den Zeitgeber 108 gemessen wird, um einen vorbestimmten Betrag voneinander abweichen, setzt die Fehlerbedingungsdetektionsschaltung 106 einen Fehlerbedingungsmerker 110. Dieser Merker kann als ein Boolscher Wert (Ja/Nein-Wert) in einem geeigneten nicht vorübergehenden maschinenlesbaren Speicher oder Register gespeichert werden, der bzw. das im Speicher des Mikrocontrollers 30 (1) reserviert ist.
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Inzwischen überwacht eine Überstromschwellenwert-Komparatorschaltung 112 den elektrischen Strom i, der in der Motorsteuerungsschaltung 20 fließt, und vergleicht diesen gemessenen Wert mit einem Überstromschwellenwert-Datenwert, welcher in einem geeigneten nicht vorübergehenden maschinenlesbaren Speicher oder Register 114 gespeichert ist, der bzw. das ebenfalls im Speicher des Mikrocontrollers 30 reserviert ist. Wie durch ein Studium der zuvor erörterten 2 festzustellen ist, wird dieser Überstromschwellenwert-Datenwert Veränderungen unterzogen, wenn das System arbeitet. Der Überstromschwellenwertkomparator arbeitet so, dass er beim Detektieren, dass der tatsächliche Strom i den Überstromschwellenwert-Datenwert überschreitet, einen Überstrommerker 116 setzt. Der Überstrommerker kann außerdem in einem geeigneten nicht vorübergehenden maschinenlesbaren Speicher oder Register, der bzw. das im Speicher des Mikrocontrollers 30 reserviert ist, gespeichert werden.
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Der Stromabfrageprozessor 118 überwacht den Status des Fehlerbedingungsmerkers 110 und den Status des Überstrommerkers 116. Wenn der Fehlerbedingungsmerker anzeigt, dass eine Fehlerbedingung existiert (die tatsächliche Aktorposition stimmt für die Dauer des Zeitgeberintervalls nicht mit der Sollposition überein), dann überprüft das Stromabfragemodul den Überstrommerker 116, um festzustellen, ob er ebenfalls gesetzt ist.
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Wenn dies zutrifft, kopiert der Stromabfrageprozessor den Überstromschwellenwert-Datenwert, der im Register 114 gespeichert ist, in einen geeigneten nicht vorübergehenden maschinenlesbaren Speicher oder ein Register 120, der bzw. das auch innerhalb des Speichers des Mikrocontrollers 30 reserviert ist, um den gemeldeten geschätzten Strom darzustellen. Der Stromabfrageprozessor zeichnet diesen Wert als den geschätzten elektrischen Strom auf, der gerade in der Motorsteuerungsschaltung fließt, und kann diesen Wert einem vordefinierten P-Code-Fehlercode zuordnen, welcher der detektierten Fehlerbedingung entspricht. Auf diese Weise kann ein Mechaniker den P-Code und den entsprechenden gemeldeten geschätzten Strom untersuchen und mehr über die Ursache der Fehlerbedingung feststellen.
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Wenn der Überstrommerker 116 nicht gesetzt ist, wenn der Fehlerbedingungsmerker gesetzt ist, dekrementiert das Stromabfragemodul den Wert, der im Überstromschwellenwert-Datenwert 114 gespeichert ist, und der Überstromschwellenwertkomparator 112 und der Stromabfrageprozessor 118 setzen die Zusammenarbeit fort, indem sie sukzessive den Überstromschwellenwert in Stufen absenken und testen, bis der Überstrommerker schließlich gesetzt ist. Auf diese Weise testet das System iterativ bei verschiedenen Stromniveaus, bis der Strom entdeckt wird, der der Fehlerbedingung entspricht.
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4 veranschaulicht, wie sich der Stromschätzalgorithmus in einer beispielhaften Ausführungsform verhält, die vier sequentiell getestete Stromgrenzen verwendet, das heißt einen leiterförmigen Stromabfrageprozess mit vier Stufen. Es versteht sich selbstverständlich, dass eine andere Ausführungsform eine andere Anzahl von Stufen implementieren kann. Die Anzahl der Stufen wird allgemein durch die Größe des vorbestimmten Dekrementierungsbetrags und den gesamten Betriebstrombereich des Systems vorgegeben. Das heißt, dass der vorbestimmte Dekrementierungsbetrag so dimensioniert ist, dass er den Stromflussbetriebsbereich der Motorsteuerungsschalung in eine vorbestimmte ganzzahlige Anzahl von Stufen unterteilt, wobei jede Stufe einem anderen gemeldeten geschätzten Strom entspricht.
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Wie in 4 bei 200 angezeigt ist, kann ein typischer Motorstrom in der Größenordnung von 2,75 A liegen. Der Normalbetriebsbereich kann zwischen 1,0 A und 7,3 A liegen, wie bei 202 angezeigt ist. In dem Bereich, der bei 204 dargestellt ist, liegt der Motorstrom über dem Normalbetriebsbereich, aber immer noch innerhalb eines Bereichs, in dem der Motor betrieben werden kann, wenn eine gewisse Strombegrenzung auferlegt wird. Der Bereich, der bei 206 dargestellt ist, entspricht der Region, in der ein Strom als übermäßig angesehen werden kann. Daher würden 9,0 A die Untergrenze einer zulässigen Temperaturabschaltung darstellen, wobei 10,75 A den zulässigen Temperaturabschaltpunkt darstellen.
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Diesen Bereichen sind gestrichelte Linien überlagert, die Strommesspunkten von 2,0 A, 4,0 A, 6,6 A und 8,6 A entsprechen, welche Beispiele für einen typischen H-Brücken-ASIC sind; andere H-Brücken-ASICs können andere Werte aufweisen. Diese vier Messpunkte entsprechen den vier Werten, die nacheinander in dem Stromgrenzenregister gespeichert würden, wenn der Leiterprozess 104 betrieben wird. Da der Leiterprozess die Stromgrenze 108 dekrementiert, während er sich durch die Leiterstufen hindurchbewegt, wird zuerst geprüft, ob der Motorstrom 8,6 A überschreitet. Wenn nicht, wird als nächstes getestet, ob er 6,6 A überschreitet, und dann 4,0 A und dann schließlich 2,0 A.
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Die vorstehende Beschreibung dient nur zur Veranschaulichung und soll keinesfalls die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten begrenzen. Die weit gefassten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Obwohl diese Offenbarung spezielle Beispiele enthält, soll daher der tatsächliche Umfang der Offenbarung nicht auf diese begrenzt sein, da sich bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche andere Modifikationen offenbaren werden. Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Bei der Verwendung hierin soll der Ausdruck A, B und/oder C so aufgefasst werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder bedeutet. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte in einem Verfahren in einer anderen Reihenfolge (oder parallel ablaufend) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
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Bei der Verwendung hierin kann der Begriff ”Modul” eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine elektronische Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein im Feld programmierbares Gatearray (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe), der einen Code ausführt; andere geeignete Hardwarekomponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination aus einigen oder allen vorstehenden, etwa in einem System-On-Chip bezeichnen, ein Teil davon sein oder diese enthalten. Der Begriff Modul kann einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) umfassen, der einen Code speichert, der vom Prozessor ausgeführt wird.
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Der Begriff ”Code” kann, so wie er vorstehend verwendet wird, Software, Firmware, und/oder Mikrocode umfassen und kann Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte bezeichnen. Der Begriff ”gemeinsam genutzt” bedeutet, so wie er vorstehend verwendet wird, dass ein Teil oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzigen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zudem kann ein Teil oder der gesamte Code von mehreren Modulen durch einen einzigen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Begriff ”Gruppe” bedeutet, so wie er vorstehend verwendet wird, dass ein Teil oder der gesamte Code von einem einzigen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren ausgeführt werden kann. Zudem kann ein Teil oder der gesamte Code von einem einzigen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
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Die hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme enthalten von einem Prozessor ausführbare Anweisungen, die in einem nicht vorübergehenden konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können außerdem gespeicherte Daten enthalten. Beispiele ohne Einschränkung für das nicht vorübergehende konkrete computerlesbare Medium sind nicht flüchtiger Speicher, magnetischer Massenspeicher und optischer Massenspeicher.
