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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Temperaturbestimmung in einer Antriebseinheit, insbesondere zur Bestimmung der Temperatur in einer Antriebseinheit eines elektrischen Verstellsystems.
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Verstellsysteme haben im Allgemeinen ein unbewegliches (statisches) Element und ein bewegliches Verstellelement, dessen Position mittels einer Antriebseinheit gegenüber dem unbeweglichen Element verstellbar, also veränderbar ist. Verstellsysteme werden im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik beispielsweise zum Verstellen von Schiebedächern, Fahrzeugtüren, Heckklappen, Ladebodenverstellungen, Sitzen oder Fahrzeugscheiben eingesetzt.
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Beim Einsatz von Antriebseinheiten (z.B. Elektromotoren), insbesondere in elektrischen Verstellsystemen, ist es wichtig, die im Betrieb der Antriebseinheit resultierenden thermischen Belastungen und Temperaturen zu bestimmen. Beispielsweise durch Gegenstände und Hindernisse im Verstellweg des Verstellelements kann dieses blockiert oder gebremst werden. Dies kann eine Überhitzung der Antriebseinheit zur Folge haben. Zur Vermeidung von Schäden an der Antriebseinheit, beispielsweise durch eine solche Überlast, ist eine Temperaturbestimmung daher unerlässlich.
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Es sind Verfahren zur Temperaturbestimmung in Antriebseinheiten bekannt, bei welchen die Antriebseinheit bei Überhitzung mittels Temperaturschaltern wie z.B. Bimetallschaltern abgeschaltet wird. Dabei wird ein Bimetallschalter beispielsweise an einer Motorwicklung angeordnet. Wird eine bestimmte Temperatur überschritten, öffnet der Schalter und unterbricht die Stromversorgung zur Antriebseinheit. Dies wird beispielsweise in der
DE 696 10 723 T2 und der
WO 93/23904 beschrieben. Derartige Lösungen sind aufgrund der zusätzlichen verwendeten Bauteile jedoch mit höheren Kosten verbunden.
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Weiterhin sind Verfahren zur Temperaturbestimmung in einer Antriebseinheit bekannt, bei welchen die Temperatur mittels eines thermischen Modells der Antriebseinheit, auch als Thermalmodell bezeichnet, bestimmt wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der
DE 100 02 242 A1 beschrieben. Antriebseinheiten von Verstellsystemen in Fahrzeugen werden üblicherweise mittels eines Steuergeräts angesteuert. Das Steuergerät kann dabei auch die Bestimmung des Thermalmodells und somit die Überwachung der Temperatur der Antriebseinheit übernehmen. Mit Hilfe eines guten analytischen Thermalmodells kann die Steuereinheit hierfür aus verschiedenen für die jeweilige Antriebseinheit spezifischen Parametern eine aktuelle im realen Betrieb der Antriebseinheit auftretende Temperatur berechnen. Diese Simulationsrechnung zeichnet sich gerade dadurch aus, dass keine weiteren Bauteile, insbesondere teure Sensoren, vorgesehen werden müssen, um die Temperatur zu bestimmen.
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Wird die Temperatur mittels eines solchen analytischen Modells bestimmt, kann auch eine Umgebungstemperatur die im Fahrzeug gemessen wurde in die Berechnung mit einbezogen werden, um die Genauigkeit der Temperaturbestimmung zu erhöhen. Ein Fahrzeug weist in der Regel eine Vielzahl an verschiedenen Steuergeräten auf, welche meist über einen Fahrzeugbus (z.B. CAN, LIN, MOST, FleyRay Ethernet, usw.) miteinander verbunden sind. Für die vielen Funktionen in einem Fahrzeug werden in unterschiedlichen, entfernt angeordneten Steuergeräten bereits verschiedenste (Umgebungs-)Temperaturen gemessen. Eine an einer anderen Stelle im Fahrzeug gemessene Umgebungstemperatur kann dann beispielsweise über einen Fahrzeugbus an das Steuergerät des Verstellsystems zur Ermittlung des Thermalmodells der Antriebseinheit gesendet werden.
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In vielen Fahrzeugen ist es vom Hersteller jedoch nicht vorgesehen, eine die Umgebungstemperatur repräsentierende Information über den Fahrzeugbus verfügbar zu machen, so dass diese für eine Berechnung des Thermalmodells im Verstellsystem nicht immer zur Verfügung steht. Ein Nachteil der Einbeziehung der Umgebungstemperatur besteht auch darin, dass die Umgebungstemperatur an einer völlig anderen Stelle im Fahrzeug gemessen wird. So kann es vorkommen, dass eine falsche Temperatur für die Berechnung verwendet wird. Zudem ist dem Steuergerät im Verstellsystem meist die Zeitkonstante der Auswerteeinheit, welche die entsprechende Umgebungstemperatur bestimmt, nicht bekannt. Dies kann ebenfalls zu falschen Berechnungen aufgrund falscher Temperaturwerte führen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und System zur Temperaturbestimmung einer Antriebseinheit bereitzustellen, welches kostengünstig realisierbar ist und gleichzeitig möglichst genaue Temperaturwerte liefert.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch ein System gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur einer Antriebseinheit, die mittels eines Steuergerätes angesteuert wird, umfasst das Bestimmen aktueller Betriebsparameter der Antriebseinheit, das Messen einer Temperatur im Steuergerät, das Erstellen eines thermischen Modells der Antriebseinheit unter Berücksichtigung spezifischer Parameter der Antriebseinheit, der aktuellen Betriebsparameter sowie der gemessenen Temperatur und das Bestimmen einer Temperatur der Antriebseinheit mit Hilfe des thermischen Modells.
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Um die Genauigkeit der Temperaturbestimmung zu erhöhen, kann zur Erstellung des thermischen Modells zusätzlich eine Umgebungstemperatur berücksichtigt werden, die entfernt von der Antriebseinheit und dem Steuergerät gemessen wurde. Die entfernt gemessene Umgebungstemperatur kann beispielsweise auch mit Hilfe der im Steuergerät gemessenen Temperatur auf ihre Plausibilität überprüft werden.
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Das Steuergerät weist in der Regel eine Leiterplatte auf, auf welcher die für die Funktion des Steuergeräts benötigten Bauteile angeordnet sind. Die aktuellen Betriebsparameter der Antriebseinheit werden meist mittels ebenfalls auf der Leiterplatte angeordneten Bauteilen gemessen. Die gemessenen Werte können dabei durch die Temperatur der Leiterplatte beeinflusst werden. Daher ist in einer Ausführungsform die im Steuergerät gemessene Temperatur die Temperatur der Leiterplatte.
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Die spezifischen Parameter der Antriebseinheit können solche Parameter sein, welche in Bezug auf Erwärmung und Abkühlung der Antriebseinheit eine Rolle spielen, wie beispielsweise thermische Zeitkonstanten, thermische Widerstände und/oder Materialkonstanten der Antriebseinheit.
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Die aktuellen Betriebsparameter der Antriebseinheit können beispielsweise ein Versorgungsstrom und/oder eine Drehzahl eines Motors in der Antriebseinheit umfassen.
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Die Genauigkeit des thermischen Modells kann verbessert werden, indem eine Beeinflussung der Temperaturmessung im Steuergerät durch die Erwärmung weiterer im Steuergerät angeordneter Bauteile vermieden wird. Dies kann erreicht werden, indem die Temperaturmessung durchgeführt wird, nachdem das Steuergerät für eine bestimmte Zeit deaktiviert wurde, und die Bauteile auf Umgebungstemperatur abgekühlt sind.
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Die Genauigkeit des thermischen Modells kann weiter verbessert werden, indem die Eigenerwärmung des Steuergeräts mit berücksichtigt wird. Die Eigenerwärmung kann ermittelt werden, indem eine erste Temperaturmessung erfolgt, nachdem das Steuergerät so lange deaktiviert war, bis es auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist. Anschließend können nach der Aktivierung des Steuergeräts in bestimmten Abständen weitere Temperaturmessungen durchgeführt werden.
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Ein System zur Bestimmung der Temperatur einer Antriebseinheit umfasst eine Antriebseinheit, ein Steuergerät und einen Temperatursensor. Der Temperatursensor ist dazu ausgebildet, eine Temperatur des Steuergerätes zu messen. Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, die Antriebseinheit anzusteuern und aktuelle Betriebsparameter der Antriebseinheit zu bestimmen. Das Steuergerät ist weiterhin dazu ausgebildet, ein thermisches Modell der Antriebseinheit unter Berücksichtigung spezifischer Parameter der Antriebseinheit, der aktuellen Betriebsparameter sowie der gemessenen Temperatur zu erstellen und mit Hilfe des thermischen Modells eine Temperatur der Antriebseinheit zu bestimmen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Es zeigt:
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1 in einem Blockschaltbild ein Verstellsystem und
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2 in einem Blockschaltbild eine Antriebseinheit mit einem Steuergerät.
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1 zeigt schematisch ein Verstellsystem 1 mit einem beweglichen Verstellelement 12 und einer Antriebseinheit 11. Die Antriebseinheit 11 kann beispielsweise einen Elektromotor umfassen. Die Antriebseinheit 11 ist dazu ausgebildet, die Position des Verstellelements 12 gegenüber einem unbeweglichen (statischen) Element (nicht dargestellt) zu verändern. Das Verstellelement 12 kann beispielsweise eine Fensterscheibe sein, welche zwischen einer geschlossenen und einer vollständig geöffneten Position bewegt werden kann und so eine Fensteröffnung im Fahrzeug mehr oder weniger frei gibt.
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Die Antriebseinheit 11 wird durch ein Steuergerät 2 angesteuert. Auf ein entsprechendes Signal hin, z.B. aufgrund der Betätigung eines Schalters, gibt das Steuergerät 2 ein Steuersignal an die Antriebseinheit 11 aus, so dass diese das Verstellelement 12 entsprechend ansteuert. Verschiedene Steuergeräte in einem Fahrzeug werden heutzutage mittels verschiedener Systembusse (z.B. z.B. CAN, LIN, MOST, FleyRay Ethernet, usw.) miteinander verbunden. Das Steuergerät 2 ist daher mit einem Fahrzeugbus 3 verbunden, über welchen es Daten senden und empfangen kann. Beispielsweise können verschiedene mit dem Fahrzeugbus 3 verbundene Steuergeräte (nicht dargestellt) Informationen über Betriebszustände oder sonstige relevanten Daten austauschen. Es kann jedoch beispielsweise auch ein Diagnosegerät (nicht dargestellt) mit dem Fahrzeugbus 3 verbunden sein, welches es einem Nutzer, z.B. im Falle eines Fehlers im Verstellsystem 1, erlaubt (Fehler-)Daten auszulesen.
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Das Steuergerät 2 ist dazu ausgebildet, ein thermisches Modell (Thermalmodell) der Antriebseinheit 11 zu erstellen und mit Hilfe dessen eine Temperatur der Antriebseinheit TA zu ermitteln. Die vom Steuergerät 2 bestimmte Temperatur der Antriebseinheit TA kann beispielsweise eine Wicklungstemperatur sein. Zur Bestimmung des Thermalmodells können zunächst verschiedene Parameter der Antriebseinheit mit einbezogen werden. Diese Parameter können beispielsweise thermische Zeitkonstanten, thermische Widerstände, Materialkonstanten oder sonstige Parameter sein, welche in Bezug auf die Erwärmung und Abkühlung der Antriebseinheit eine Rolle spielen. Des Weiteren können zusätzlich aktuelle Betriebsparameter wie beispielsweise Motorstrom oder Drehzahl in dem Thermalmodell berücksichtigt werden.
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Der Motorstrom kann beispielsweise mittels eines Shunts erfasst werden. Wie in 2 schematisch dargestellt, weist das Steuergerät 2 eine Leiterplatte 21 auf. Auf einer Seite der Leiterplatte 21 sind in der Regel Bauteile angeordnet. Auch ein Shunt 22 zur Erfassung des Motorstroms kann beispielsweise auf der Leiterplatte 21 angeordnet sein. Der Shunt 22 kann auf die Leiterplatte 21 aufgelötet sein, er kann jedoch auch beispielsweise als so genannter Leiterplatten-Shunt ausgebildet sein. Ein Leiterplatten-Shunt ist dabei ein auf einer oder mehreren Zwischenschichten der Leiterplatte 21 gedruckter oder geätzter Widerstand, welcher aus dem gleichen Material und auf die gleiche Weise wie die Leiterbahnen auf der Leiterplatte 21 hergestellt ist. Derartige Leiterplatten-Widerstände sind für sich bekannt und sollen an dieser Stelle nicht weiter beschrieben werden.
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Leiterplatten bestehen meist aus einem elektrisch isolierenden Trägermaterial, auf welchem eine oder zwei Kupferschichten aufgebracht sind. Insbesondere bei Verwendung eines Leiterplatten-Shunts zur Messung des Motorstroms hängt daher der elektrische Widerstand des Shunts 22 wesentlich von der Temperatur TL der Leiterplatte 21 ab. Eine Änderung der Leiterplattentemperatur TL wirkt sich daher negativ auf die Genauigkeit des Thermalmodells aus. Aus diesem Grund ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine Änderung der Leiterplattentemperatur TL in den Berechnungen zu berücksichtigen. Das Steuergerät 2 weist daher einen Temperatursensor 23 auf. Dieser kann auf der Leiterplatte 21 in unmittelbarer Nähe des Shunts 22 angeordnet sein. Der Temperatursensor 23 kann ein einfacher und somit kostengünstiger Temperatursensor, wie beispielsweise ein NTC-Widerstand (eng. Negative Temperature Coefficient Thermistor), sein.
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Der mittels des Temperatursensors 23 gemessene Temperaturwert TL der Leiterplatte 21 sowie der aus der Leiterplattentemperatur TL resultierende Widerstandswert des Shunts 22 können dann in die Berechnung des Thermalmodells mit einbezogen werden. Beispielsweise kann der gemessene Temperaturwert TL zur Initialisierung des Thermalmodells verwendet werden. Wird über den Fahrzeugbus 3 eine Temperatur TU, die an einer entfernt vom Steuergerät liegenden Stelle gemessen wurde, empfangen, so kann mittels des im Steuergerät 2 gemessenen Temperaturwerts TL auch eine Plausibilitätsprüfung des empfangenen Temperaturwerts TU erfolgen.
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Die Genauigkeit des Thermalmodells kann weiter verbessert werden, indem sicher gestellt wird, dass der neben dem Temperatursensor 23 angeordnete Shunt 22 die gemessenen Temperaturwerte TL nicht beeinflusst. Eine Beeinflussung durch den Shunt 22 kann beispielsweise dann gegeben sein, wenn sich der Shunt 22 ebenfalls erwärmt, so dass der Temperatursensor 23 eine zu hohe Temperatur TL misst. Um dies zu vermeiden, können beispielsweise nur solche Messwerte des Temperatursensors 23 verwendet werden, die gemessen werden solange sich der Shunt 22 auf Umgebungstemperatur befindet. Der Shunt 22 weist beispielsweise Umgebungstemperatur auf, wenn das Steuergerät 2 für eine bestimmte Zeit nicht aktiv war.
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Die Genauigkeit des Thermalmodells kann weiterhin verbessert werden, indem die Eigenerwärmung des Steuergeräts 2 mit berücksichtigt wird. Die Eigenerwärmung des Steuergerätes 2 kann auf einfache Art und Weise ermittelt werden. Zunächst ist dabei sicherzustellen, dass das Steuergerät 2 lange genug nicht aktiv war und auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist. Wird das Steuergerät 2 anschließend wieder aktiviert, so wird zunächst die Temperatur TL1 der Leiterplatte 21 zu Beginn der aktiven Phase ermittelt. Anschließend können in bestimmten, vorgegebenen zeitlichen Abständen weitere Messwerte TLx bestimmt werden, welche die Eigenerwärmung des Steuergerätes 2 in einem bestimmten Zeitraum repräsentieren. Die Berechnung des Thermalmodells kann dann entsprechend an die so bestimmte Eigenerwärmung des Steuergerätes 2 angepasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstellsystem
- 11
- Antriebseinheit
- 12
- Verstellelement
- 2
- Steuergerät
- 21
- Leiterplatte
- 22
- Shunt
- 23
- Temperatursensor
- 3
- Fahrzeugbus
- TA
- Temperatur in der Antriebseinheit
- TL
- Temperatur im Steuergerät
- TU
- gemessene Umgebungstemperatur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69610723 T2 [0004]
- WO 93/23904 [0004]
- DE 10002242 A1 [0005]
