DE102015202729A1

DE102015202729A1 - Verfahren und Steuereinheit zur Korrektur einer Leistungssteuerung

Info

Publication number: DE102015202729A1
Application number: DE102015202729.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Hettrich; Martin Buchholz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-08-18
Also published as: ITUB20160657A1; FR3032811B1; FR3032811A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur der PWM-Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers mit einer Leistungsendstufe, wobei in einer Messphase eine Abweichung der an dem Verbraucher abfallenden effektiven Spannung von einer vorgegebenen effektiven Sollspannung für unterschiedliche Werte zumindest eines Betriebsparameters an zumindest einem Anteil baugleicher Leistungsendstufen bestimmt wird und daraus Korrekturwerte für das Tastverhältnis bestimmt und hinterlegt werden und wobei in einer Anwendungsphase das Tastverhältnis an Hand der hinterlegten Korrekturwerte dahingehend korrigiert wird, dass die an dem Verbraucher abfallende effektive Spannung einer vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht. Dabei ist es vorgesehen, dass eine Korrektur des Einflusses zumindest eines Betriebsparameters über zugehörige Kennfelder oder über einen zugehörigen funktionalen Zusammenhang nur dann erfolgt, wenn die Leistungsendstufe bei unter einem Vorgabewert liegenden Tastverhältnissen nicht durchschaltet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren und die Steuereinheit ermöglichen eine genaue Leistungssteuerung von elektrischen Verbrauchern über Puls-Weiten-Modulation, insbesondere bei kleinen Tastverhältnissen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur der Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers mit einer Leistungsendstufe, wobei die Leistungssteuerung über eine Puls-Weiten-Modulation (PWM) mit einem einstellbaren Tastverhältnis erfolgt, wobei in einer Messphase eine Abweichung der an dem Verbraucher abfallenden effektiven Spannung von einer vorgegebenen effektiven Sollspannung für unterschiedliche Werte zumindest eines Betriebsparameters an zumindest einem Anteil baugleicher Leistungsendstufen bestimmt wird, wobei in Abhängigkeit von den Abweichungen und den Werten des zumindest einen Betriebsparameters Korrekturwerte für das Tastverhältnis bestimmt und in zumindest einem Kennfeld hinterlegt oder als zumindest ein funktionaler Zusammenhang beschrieben werden und wobei in einer Anwendungsphase das Tastverhältnis an Hand des zumindest einen Kennfelds oder des funktionalen Zusammenhangs dahingehend korrigiert wird, dass die an dem Verbraucher abfallende effektive Spannung einer vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Korrektur der Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers mit einer Leistungsendstufe, wobei die Leistungssteuerung über eine Puls-Weiten-Modulation (PWM) mit einem einstellbaren Tastverhältnis erfolgt, wobei in einer ersten Messphase eine Abweichung der an dem Verbraucher abfallenden effektiven Spannung von einer vorgegebenen effektiven Sollspannung für unterschiedliche Werte zumindest eines Betriebsparameters an einem Anteil baugleicher Leistungsendstufen bestimmt wird, wobei in Abhängigkeit von den Abweichungen und den Werten des zumindest einen Betriebsparameters Korrekturwerte für das Tastverhältnis bestimmt und in zumindest einem Kennfeld hinterlegt oder als funktionaler Zusammenhang beschrieben werden und wobei in einer Anwendungsphase das Tastverhältnis an Hand des zumindest einen Kennfelds oder des funktionalen Zusammenhangs dahingehend korrigiert wird, dass die an dem Verbraucher abfallende effektive Spannung einer vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinheit zur Durchführung der Verfahren. Zur Leistungssteuerung elektrischer Verbraucher ist es bekannt, diese mittels Puls-Weiten-Modulation anzusteuern. Dabei wird die zugeführte elektrische Leistung über ein jeweils eingestelltes Tastverhältnis, welches eine Einschaltdauer gegenüber einer Periodendauer des Ansteuersignals beschreibt, eingestellt. Im Realfall weicht die Signalform des an dem Verbraucher anliegenden, puls-weiten-modulierten Spannungssignals von der idealen Rechteckform ab. Ursache hierfür sind eine begrenzte Flankensteilheit sowie eine mögliche Verzögerung des real vorliegenden Einschaltpulses gegenüber der idealen Vorgabe. Die Vorgabe des Tastverhältnisses erfolgt jedoch unter der Annahme eines idealen Spannungssignals unter Berücksichtigung einer vorliegenden Versorgungsspannung und einer gewünschten effektiven Leistungsaufnahme des Verbrauchers. Insbesondere bei kleinen Tastverhältnissen führen diese Abweichungen der Signalform zu einer fehlerhaften Leistungsabgabe, insbesondere zu einer zu kleinen Leistungsabgabe, an den Verbraucher.
Die Schrift DE 10 2012 214 717 A1 offenbart eine Korrektur des Tastverhältnisses einer über Puls-Weiten-Modulation (PWM) betriebenen Leistungsendstufe. Dazu wird der Spannungsverlauf über einem Verbraucher bestimmt. Aus dem Spannungsverlauf wird die an dem Verbraucher tatsächlich anliegende effektive Spannung bestimmt und mit einer effektiven Sollspannung verglichen. Die effektive Sollspannung entspricht der effektiven Spannung, wie sie von einer idealen Leistungsendstufe ausgegeben würde. Das Tastverhältnis des Leistungsendstufe wird derart korrigiert, dass die tatsächliche effektive Spannung der effektiven Sollspannung entspricht.
Der Spannungsverlauf kann mit einem A/D-Wandler bestimmt werden, der Bestandteil einer der Leistungsendstufe zugeordneten Steuerungseinheit ist. Nachteilig hierbei ist, dass die Steuerungseinheit mit einem entsprechend schnell arbeitenden A/D-Wandler (FADC) als zusätzlicher Hardware-Komponente ausgestattet sein muss. Dies ist insbesondere bei Steuerungseinheiten, welche beispielsweise im Kraftfahrzeug-Bereich zur Ansteuerung von elektrischen Heizungen von Lambdasonden eingesetzt werden, aus Kostengründen nicht vorgesehen. Gleichzeitig werden solche baugleichen Lambdasonden in Kraftfahrzeugen mit unterschiedlicher Bordspannung, beispielsweise mit 12V- und 24V-Systemen, eingesetzt. Kleine Leistungen, wie sie beispielsweise beim Schutzheizen zur Vermeidung von Beschädigungen der Lambdasonde durch angelagertes Wasser erforderlich sind, können ohne eine entsprechende Korrektur im 24V-System nur sehr ungenau eingestellt werden, was zu einem erhöhten Risiko von Feldausfällen infolge von Feuchterissen führt. Auch die maximal zulässige Heizleistung, welche im 12V-System einem maximal möglichen Tastverhältnis zugeordnet ist, kann im 24V-System nur unzureichend genau eingestellt werden, was zu einer Auskühlung oder einer thermischen Überlastung der Lambdasonde führen kann.
Die DE 10 2013 206 567 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungssteuerung oder zur Spannungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers mittels Puls-Weiten-Modulation. Dazu wird in einer Messphase unter verschiedenen Betriebsbedingungen die effektiv an dem Verbraucher anliegende Spannung gemessen und das Tastverhältnis so lange angepasst, bis die gemessene effektive Spannung einer vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht. Die so ermittelten Tastverhältnisse werden mit den zugehörigen Betriebsbedingungen gespeichert. Während einer Anwendungsphase wird ein korrigiertes Tastverhältnis aus den gespeicherten Tastverhältnissen berechnet und zur Leistungsstellung angewendet. Die Bestimmung der gemessenen effektiven Spannung erfolgt mit einer geeigneten Zeitauflösung vorzugsweise digital, so dass der Verlauf der Spannung, insbesondere im Flankenbereich, erfasst und daraus die tatsächliche effektive Spannung bestimmt werden kann. Dabei erfolgt die Erfassung an einem entsprechend ausgerüsteten Messplatz für jede Leistungsendstufe separat oder exemplarisch für einen vorgegebenen Anteil an Leistungsendstufen einer Fertigungscharge. Als Betriebsbedingungen können beispielsweise die Temperatur der Leistungsendstufe, der Wert einer Versorgungsspannung oder das Alter der Leitungsendstufe berücksichtigt werden. Die Korrektur des Tastverhältnisses erfolgt vorzugsweise bei kleinen Tastverhältnissen, bei größeren Tastverhältnissen wird keine Korrektur vorgenommen. Dies kann insbesondere bei hohen Versorgungsspannungen dazu führen, dass eine gewünschten hohe Leistungsabgabe, beispielsweise zur Erreichung einer maximalen Heizleistung eines elektrischen Heizers, nur unzureichend genau eingestellt werden kann, was zu einer Auskühlung oder zu einer thermischen Überlastung des Heizers und eines beheizten Bauteils führen kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Korrektur eines Tastverhältnisses einer puls-weiten-modulierten Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers bereitzustellen, welches im gesamten Leistungsbereich eine korrekte Leistungssteuerung ermöglicht.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Korrektur eines Tastverhältnisses einer puls-weiten-modulierten Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers bereitzustellen, welches Exemplartoleranzen verwendeter Leistungsendstufen ausgleicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine entsprechende Steuereinheit bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass eine Korrektur des Einflusses zumindest eines Betriebsparameters über das zugehörige Kennfelder oder über den zugehörigen funktionalen Zusammenhang nur dann erfolgt, wenn die Leistungsendstufe bei unter einem Vorgabewert liegenden Tastverhältnissen nicht durchschaltet. Schaltet die Leistungsendstufe bei sehr kleinen Tastverhältnissen mit entsprechend kurzen Pulsweiten durch, ist davon auszugehen, dass ein lineares Verhalten der Leistungsendstufe entsprechend einer idealen Leistungsendstufe vorliegt, so dass eine korrekte effektive Spannung entsprechend einer gewünschten effektiven Sollspannung ausgegeben wird. In diesem Fall ist weiterhin davon auszugehen, dass auch bei größeren Tastverhältnissen eine korrekte effektive Spannung ausgegeben wird.
Schaltet die reale Leistungsendstufe bei kleinen Tastverhältnissen nicht durch, ist nicht von einem linearen Verhalten bei größeren Tastverhältnissen auszugehen. In diesem Fall ist die Kompensation eines oder mehrerer weiterer Betriebsparameter entsprechend der hinterlegten Kennfelder oder funktionalen Zusammenhänge erforderlich.
Die reale Leistungsendstufe schaltet nur bei sehr kleinen Tastverhältnissen nicht durch. Die Entscheidung über eine erforderliche Kompensation des Einflusses eines weiteren Betriebsparameters kann daher insbesondere dann getroffen werden, wenn der Vorgabewert bei einem Tastverhältnis von kleiner 5%, insbesondere von kleiner 2%, liegt.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Korrektur des Einflusses zumindest eines ersten Betriebsparameters immer erfolgt und dass die Korrektur des Einflusses zumindest eines zweiten Betriebsparameters nur dann erfolgt, wenn die Leistungsendstufe nach Korrektur des Tastverhältnisses in Abhängigkeit von dem ersten Betriebsparameter bei unter einem Vorgabewert liegenden Tastverhältnissen nicht durchschaltet. Schaltet bei kleinen Tastverhältnissen und bei Korrektur des Einflusses des ersten Betriebsparameters die Leistungsendstufe durch, kann von einer korrekten Kompensation auch bei größeren Tastverhältnissen ausgegangen werden. Schaltet die Leistungsendstufe trotz Korrektur des Einflusses des ersten Betriebsparameters bei kleinen Tastverhältnissen nicht durch, ist auch bei größeren Tastverhältnissen von einer unzureichenden Genauigkeit der ausgegebenen effektiven Spannung auszugehen. In diesem Fall erfolgt dann die Korrektur des Einflusses eines oder mehrerer weiterer Betriebsparameter.
Eine exakte Korrektur der Leistungssteuerung über den gesamten Leistungsbereich kann dadurch erreicht werden, dass als erster Betriebsparameter der Einfluss einer Versorgungsspannung der Leistungsendstufe korrigiert wird und dass als zweiter Betriebsparameter eine angeforderte effektive Spannung und/oder ein angefordertes Tastverhältnis und/oder eine Temperatur der Leistungsendstufe und/oder eine an der Leistungsendstufe angeschlossene Last korrigiert wird. Dabei können einzelne oder mehrere der zweiten Betriebsparameter bei der Korrektur des Tastverhältnisses berücksichtigt werden.
Die das weitere unabhängige Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass während einer zweiten Messphase jede zu korrigierende Leistungsendstufe an einem Betriebspunkt der Leistungsendstufe bei einem vorgegebenen Wert zumindest eines Betriebsparameters, dessen Einfluss auf die Leistungssteuerung korrigiert werden soll, betrieben wird, dass dabei das Tastverhältnis entsprechend des dem Betriebsparameter zugehörigen hinterlegten Kennfeldes oder des funktionalen Zusammenhangs korrigiert wird, dass eine Abweichung einer an dem Verbraucher abfallenden effektiven Spannung von der vorgegebenen effektiven Sollspannung bestimmt wird und dass in Abhängigkeit von der bestimmten Abweichung ein Kompensationswert zur Korrektur des gesamten hinterlegten Kennfeldes oder des funktionalen Zusammenhangs dahingehend bestimmt wird, dass die effektive Spannung in dem vorliegenden Betriebspunkt der vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht. Exemplarstreuungen, beispielsweise auf Grund von Bauteiltoleranzen der einzelnen Leistungsendstufen, können so korrigiert werden. Grundlage dazu ist die Erkenntnis, dass in der Regel keine signifikante Alterung des Schaltverhaltens der Leistungsendstufen vorliegt, so dass sich die Korrekturwerte über die Lebensdauer der Leistungsendstufen nicht ändern. Weiterhin verlaufen die durch die funktionalen Zusammenhänge beschriebenen Kurven oder die Kennfelder über die relevanten Betriebsparameter für einzelne Exemplare eines Endstufentyps zumindest ähnlich. Die Exemplarstreuung führt somit in erster Linie zu einem Offset der Korrekturwerte, also zu einer Verschiebung des gesamten Kennfeldes oder des funktionalen Zusammenhangs zu höheren oder niedrigeren Korrekturwerten. Dieser Offset kann in einer Einzelmessung an einem Betriebspunkt bestimmt und das gesamte Kennfeld bzw. der funktionale Zusammenhang auf Basis des bestimmten Offsets verschoben werden.
Die Korrektur der tatsächlich an einem Verbraucher anliegenden effektiven Spannung kann für eine vorliegende Leistungsendstufe dadurch erfolgen, dass in einer Anwendungsphase ein Kennfeld oder ein funktionaler Zusammenhang in Abhängigkeit von dem zugehörigen Kompensationswert korrigiert wird.
Dazu kann es vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Kompensationswert als gespeicherter Wert oder Trimmung eines elektrischen Widerstandes hinterlegt wird. Die feste Vorgabe des Kompensationswertes wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass sich das Schaltverhalten der Leistungsendstufe durch Alterung nicht oder nur unwesentlich verändert.
Die die Steuereinheit betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt ist, ein Durchschalten der Leistungsendstufe bei kleinen Tastverhältnissen zu erkennen und dass die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Korrektur des Einflusses zumindest eines Betriebsparameters der Leistungsendstufe über das zugehörige Kennfelder oder über den zugehörigen funktionalen Zusammenhang durchzuführen, wenn die Leistungsendstufe bei unter einem Vorgabewert liegenden Tastverhältnissen nicht durchschaltet. Die Steuereinheit ermöglicht so die Durchführung des beschriebenen Verfahrens, nach der eine Korrektur des Tastverhältnisses über den gesamten Leistungsbereich nur als korrekt angesehen werden kann, wenn die Leistungsendstufe auch bei sehr kleinen Tastverhältnissen durchschaltet. Ist dies nicht der Fall, ist eine weitere Kompensation des Einflusses zumindest eines weiteren Betriebsparameters auf das Schaltverhalten der Leistungsendstufe vorzusehen.
Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich bevorzugt zur Leistungssteuerung eines elektrischen Heizers einer Abgassonde im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine anwenden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
1a eine erste elektrische Schaltung zur Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers,
1b eine zweite elektrische Schaltung zur Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers
2a–2d ein PWM-Signal und Spannungsverläufe über den Verbraucher bei verschiedenen Leistungsendstufen und
3 weitere Spannungsverläufe über dem Verbraucher bei einer realen Leistungsendstufe.
1a zeigt eine erste elektrische Schaltung zur Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers 10. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich dabei auf die Leistungssteuerung eines elektrischen Heizers einer Lambdasonde als Verbraucher 10, welche im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Der elektrische Verbraucher 10 und eine Leistungsendstufe 11 sind in Reihe zwischen einer Versorgungsspannung 12 und einer Masse 13 geschaltet. Der Leistungsendstufe 11 ist ein PWM-Signal 20 (PWM: Puls-Weiten-Modulation) zugeführt. Bei durchgeschalteter Leistungsendstufe 11 fällt eine Spannung 21 über dem Verbraucher 10 ab.
In der ersten elektrischen Schaltung ist die Leistungsendstufe 11 als low side switch in der Verbindung des Verbrauchers 10 zur Masse 13 geschaltet. Das PWM-Signal 20 liefert eine Rechteckspannung, wie dies in 2a gezeigt ist. Dabei wird das PWM-Signal 20 von einer nicht gezeigten Steuereinheit bereitgestellt. Liefert das PWM-Signal 20 einen Spannungspuls, schaltet die Leistungsendstufe 20 durch und es fließt ein Strom von der Versorgungsspannung 12 durch den Verbraucher 10 und die Leistungsendstufe 20 zur Masse 13. Dadurch fällt über dem elektrischen Verbraucher 10 die Spannung 21 ab.
1b zeigt eine zweite elektrische Schaltung zur Leistungssteuerung des elektrischen Verbrauchers 10. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich ebenfalls auf die Leistungssteuerung eines elektrischen Heizers einer Lambdasonde als Verbraucher 10. Es sind die gleichen Bezeichner wie zu 1 eingeführt verwendet.
In der zweiten elektrischen Schaltung ist die Leistungsendstufe 11 als high side switch in der Verbindung des Verbrauchers 10 zur Versorgungsspannung 12 geschaltet. Der Verbraucher 10 ist zwischen der Leistungsendstufe 11 und der Masse 13 vorgesehen. Liefert das PWM-Signal gegenüber Masse 13 einen Spannungspuls an die Leistungsendstufe 11, schaltet diese durch, so dass ein Strom von der Versorgungsspannung 12 über die Leistungsendstufe 11 und den elektrischen Verbraucher 10 zur Masse 13 fließt. Der Stromfluss bewirkt den Abfall der Spannung 21 über dem Verbraucher 10.
Die 2a–2d zeigen das PWM-Signal und Spannungsverläufe über den Verbraucher 10 bei verschiedenen Leistungsendstufen 11.
In 2a ist dazu das PWM-Signal 20 gegenüber einer ersten Spannungsachse 22 und einer Zeitachse 24 aufgetragen. Das PWM-Signal 26 ist durch ein sich periodisch wiederholendes Rechtecksignal mit einer Periodendauer 25 und einer Pulsweite 26 gebildet. Das Verhältnis aus der Pulsweite 26 und der Periodendauer 25 stellt das Tastverhältnis dar. Durch Veränderung des Tastverhältnisses kann die an den elektrischen Verbraucher 10 abgegebene elektrische Leistung eingestellt werden. Dazu wird innerhalb einer Periodendauer 25 die Pulsweite 26 variiert.
2b zeigt einen ersten Spannungsverlauf 21.1, wie er durch eine ideale Leistungsendstufe 11 nach Ansteuerung mit dem in 2a gezeigten PWM-Signal 20 an einen Verbraucher 10 ausgegeben wird. Der erste Spannungsverlauf 21.1 ist gegenüber einer zweiten Spannungsachse 23 und der Zeitachse 24 aufgetragen.
Der erste Spannungsverlauf 21.1 ist als Rechteckspannung ausgeführt und verläuft synchron zu dem PWM-Signal 20. Für einen solchen idealen ersten Spannungsverlauf 21.1 ergibt sich die an dem Verbraucher 10 abfallende effektive Spannung U_eff gemäß der Gleichung (1):
Dabei stehen TV für das Tastverhältnis und U_batt für die Versorgungsspannung 12. Wie aus der Gleichung zu entnehmen ist, ist das von dem PWM-Signal 20 vorzugebende Tastverhältnis TV stark von der Versorgungsspannung 12 und der gewünschten effektiven Spannung U_eff über dem Verbraucher 10 abhängig.
2c zeigt einen zweiten Spannungsverlauf 21.2, wie er durch eine ideale Leistungsendstufe 11 mit einer Verzögerung nach Ansteuerung mit dem in 2a gezeigten PWM-Signal 20 an einen Verbraucher 10 ausgegeben wird. Eine Verzögerungsdauer 27.3 ist zwischen einem Startzeitpunkt 27.1, welcher den Beginn eines Pulses des PWM-Signals 20 markiert, und einem verzögerten Startzeitpunkt 27.2 des Pulses im zweiten Spannungsverlauf 21.2 durch einen Doppelpfeil angezeigt.
Ein solcher verzögerter, aber in der Signalform idealer zweiter Spannungsverlauf 21.2 führt zur Ausgabe einer effektiven Spannung, welche der vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht.
In 2d ist ein dritter Spannungsverlauf 21.3 dargestellt, wie er sich über dem Verbraucher 21 bei einer realen Leistungsendstufe 11 und kleinen Tastverhältnissen ergibt. Durch die begrenzte Flankensteilheit weicht die Signalform des dritten Spannungsverlaufs 21.3 deutlich von der idealen Rechteckform ab. Durch die kurze Pulsweite 26 schaltet die Leistungsendstufe 11 bei sehr kleinen Tastverhältnissen nicht mehr vollständig durch. Aus diesem Grund ergibt sich eine deutliche Abweichung der über dem Verbraucher 10 abfallenden effektiven Spannung von der vorgegebenen effektiven Sollspannung. Durch die quadratische Abhängigkeit der in dem Verbraucher 10 umgesetzten elektrischen Leistung von der effektiven Spannung ergibt diese Abweichung einen großen Fehlbetrag in der Leistung des Verbrauchers 10. Für die Anwendung an einem Heizer einer Lambdasonde bedeutet dies, dass im Bereich des Schutzheizens mit den dort vorliegenden kleinen Tastverhältnissen nicht ausreichend Heizleistung bereitgestellt wird, um Feuchtigkeit von der Lambdasonde zu entfernen. Dies kann zur Ausbildung von Feuchterissen und damit zur Zerstörung der Lambdasonde führen.
3 zeigt weitere Spannungsverläufe 21.4, 21.5, 21.6 über dem Verbraucher bei einer realen Leistungsendstufe 11. Dabei ist jeweils der Verlauf eines Pulses gegenüber der zweiten Spannungsachse 23 und einer zweiten Zeitachse 24.1 aufgetragen.
Der vierte Spannungsverlauf 21.4 steht beispielhaft für einen Verlauf der Spannung 21 über dem Verbraucher 10, wie er sich bei kleinen Tastverhältnisse für eine reale Leistungsendstufe 11 ohne Korrektur des Tastverhältnisses einstellen kann. Die Leistungsendstufe 11 schaltet nicht durch, so dass nur eine sehr geringe effektive Spannung an dem Verbraucher 10 anliegt.
Der fünfte Spannungsverlauf 21.5 stellt sich bei kleinen Tastverhältnissen für die reale Leistungsendstufe 11 ein, nachdem der Einfluss eines ersten Betriebsparameters auf das Tastverhältnis korrigiert wurde. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde der Einfluss der Versorgungsspannung 12 auf die Leistungsabgabe korrigiert. Erfindungsgemäß erfolgt eine Überprüfung, ob die Leistungsendstufe 11 mit dem bezüglich des ersten Betriebsparameters korrigierten Tastverhältnis durchschaltet. Ist dies der Fall, kann von einer geeignete Korrektur des Tastverhältnisses über den gesamten Leistungsbereich bis hin zu maximalen Tastverhältnissen ausgegangen werden. Erreicht die Leistungsendstufe 11, wie durch den fünften Spannungsverlauf 21.4 dargestellt, trotz der erfolgten Kompensation des ersten Betriebsparameters nicht den durchgeschalteten Zustand, so ist die verwendete Korrektur für höhere geforderte Tastverhältnisse nicht anwendbar. Daraufhin erfolgt eine weitere Korrektur des Tastverhältnisses in Abhängigkeit von einem weiteren Betriebsparameter. Dieser weitere Betriebsparameter kann eine Temperatur der Leistungsendstufe 11, das Tastverhältnis oder eine durch den Verbraucher 10 gebildete Last der Leistungsendstufe 11 sein.
Im sechsten Spannungsverlauf 21.6 erreicht die reale Leistungsendstufe 11 den durchgeschalteten Zustand, nachdem eine Korrektur des Tastverhältnisses in Abhängigkeit von dem ersten und zumindest einem zweiten Betriebsparameter der Leistungsendstufe 11 durchgeführt wurde. Die effektive Spannung, welche jetzt über dem Verbraucher 10 abfällt, entspricht der effektiven Sollspannung, wie sie bei einer idealen Leistungsendstufe 11 an dem Verbraucher 10 anliegen würde. Für größere angeforderte Tastverhältnisse findet eine reine Verlängerung der durchgeschalteten Phase statt. Die Leistungssteuerung der realen Leistungsendstufe 11 mit dem so korrigierten Tastverhältnis entspricht somit im gesamten Leistungsbereich der Leistungssteuerung einer idealen Leistungsendstufe 11. Die Korrektur kann damit im gesamten Leistungsbereich angewendet werden.
Die erforderlichen Korrekturwerte für die verschiedenen Betriebsparameter werden an einem repräsentativen Anteil von Leistungsendstufen 11 einer Baureihe ermittelt. Dazu werden die Leistungsendstufen 11 bei verschiedenen Werten der Betriebsparameter, deren Einfluss auf die Leistungsstellung kompensiert werden soll, betrieben, wobei die tatsächlich an dem Verbraucher 10 abfallende effektive Spannung mit einer geforderten effektiven Sollspannung verglichen wird. Bei einer Abweichung zwischen der vorliegenden effektiven Spannung und der effektiven Sollspannung wird das Tastverhältnis so lange verändert, bis die effektive Spannung der effektiven Sollspannung entspricht. Aus der Änderung des Tastverhältnisses gegenüber dem Tastverhältnis, dass gemäß Gleichung (1) für eine ideale Leistungsendstufe 11 zur Erreichung der effektiven Sollspannung erforderlich ist, werden Korrekturwerte bestimmt. Die Korrekturwerte können in Kennfeldern oder als funktionale Zusammenhänge in den Steuereinheiten aller baugleichen Leistungsendstufen, welche das PWM-Signal 20 bereitstellen, hinterlegt werden. Schaltet die Leistungsendstufe 11 bei kleinen Tastverhältnissen nicht durch, kann eine Korrektur des Einflusses eines oder mehrerer Betriebsparameter der Leistungsendstufe 11 auf die Leistungsabgabe und damit das erforderliche Tastverhältnis der realen Leistungsendstufe 11 auf Basis der Kennfelder oder der funktionalen Zusammenhänge vorgenommen werden.
Die durch die beschriebenen Messungen an einem repräsentativen Teil der Leistungsendstufen 11 erhaltenen Korrekturwerte ermöglichen nicht die Korrektur von Exemplarstreuungen, wie sie beispielsweise auf Grund von Bauteiltoleranzen auftreten können. Um auch solche Exemplarstreuungen korrigieren zu können werden alle Leistungsendstufen 11 während einer Messphase bei einem Betriebspunkt der Leistungsendstufe unter Anwendung der oben beschriebenen Korrekturen betrieben. Dabei wird die Abweichung der vorliegenden effektiven Spannung von der effektiven Sollspannung bestimmt und das Tastverhältnis so lange angepasst, bis die vorliegende effektive Spannung der effektiven Sollspannung entspricht. Aus der Abweichung wird für die verschiedenen Betriebsparameter, deren Einfluss auf die Leistungssteuerung korrigiert werden soll, ein der jeweiligen Leistungsendstufe 11 zugeordneter Kompensationswert gebildet, welcher die zugehörigen Kennfelder oder die funktionalen Zusammenhänge, die in der Leistungsendstufe 11 hinterlegt sind, derart verschiebt, dass die ausgegebene effektive Spannung der effektiven Sollspannung entspricht. Der Kompensationswert wird in der Steuereinheit der Leistungsendstufe 11 gespeichert oder durch Trimmung eines Widerstandes in der Leistungsendstufe 11 fest eingeschrieben. Die einmalige Anpassung der Kennfelder oder der funktionalen Zusammenhänge einer spezifischen Leistungsendstufe 11 ist möglich, da in der Regel keine signifikante Alterung des Schaltverhaltens der Leistungsendstufe 11 erfolgt. Daher ändern sich die in den Kennfeldern und den funktionalen Zusammenhängen hinterlegten Korrekturwerte und die Kompensationswerte nicht. Weiterhin verlaufen die durch die Kennfelder und die durch die funktionalen Zusammenhänge beschriebenen Korrekturkurven für baugleiche Leistungsendstufen 11 zumindest annähernd gleich. Die Exemplarstreuung führt zu einem Offset der jeweiligen Korrekturwerte, also zu einer Verschiebung des Kennfeldes oder des funktionalen Zusammenhangs zu insgesamt höheren oder kleinere Korrekturwerten. Der Haupteinfluss der Bauteilstreuung kann daher mit Hilfe des Messwertes an einem Einzelexemplar und Addition des exemplarbezogenen Kompensationswertes zur beschriebenen Korrektur des typischen Verhaltens der Baureihe der Leistungsendstufen 11 korrigiert werden. Dies kann für einen Betriebsparameter oder für mehrere Betriebsparameter erfolgen, in dem den zugehörigen Kennfeldern oder funktionalen Zusammenhänge jeweils ein exemplarbezogener Kompensationswert, welcher in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebsparameter ermittelt wurde, zugeordnet wird.
Die Bestimmung der effektiven Spannung während der Messphasen erfolgt durch eine digitale Aufnahme und Auswertung des Spannungsverlaufs 21.1, 21.2, 21.3, 21.4, 21.5, 21.6 mit Hilfe eines schnellen Analog-Digital-Wandlers (FADC). Dazu ist lediglich ein entsprechender Messplatz mit einem solchen Analog-Digital-Wandler auszurüsten und nicht die Steuereinheiten oder die Leistungsendstufen 11 selbst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012214717 A1 [0004]
DE 102013206567 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Korrektur der Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers (10) mit einer Leistungsendstufe, wobei die Leistungssteuerung über eine Puls-Weiten-Modulation (PWM) mit einem einstellbaren Tastverhältnis erfolgt, wobei in einer Messphase eine Abweichung der an dem Verbraucher (10) abfallenden effektiven Spannung von einer vorgegebenen effektiven Sollspannung für unterschiedliche Werte zumindest eines Betriebsparameters an zumindest einem Anteil baugleicher Leistungsendstufen (11) bestimmt wird, wobei in Abhängigkeit von den Abweichungen und den Werten des zumindest einen Betriebsparameters Korrekturwerte für das Tastverhältnis bestimmt und in zumindest einem Kennfeld hinterlegt oder als zumindest ein funktionaler Zusammenhang beschrieben werden und wobei in einer Anwendungsphase das Tastverhältnis an Hand des zumindest einen Kennfelds oder des funktionalen Zusammenhangs dahingehend korrigiert wird, dass die an dem Verbraucher (10) abfallende effektive Spannung einer vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur des Einflusses zumindest eines Betriebsparameters über das zugehörige Kennfelder oder über den zugehörigen funktionalen Zusammenhang nur dann erfolgt, wenn die Leistungsendstufe (11) bei unter einem Vorgabewert liegenden Tastverhältnissen nicht durchschaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgabewert bei einem Tastverhältnis von kleiner 5%, insbesondere von kleiner 2%, liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Einflusses zumindest eines ersten Betriebsparameters immer erfolgt und dass die Korrektur des Einflusses zumindest eines zweiten Betriebsparameters nur dann erfolgt, wenn die Leistungsendstufe (11) nach Korrektur des Tastverhältnisses in Abhängigkeit von dem ersten Betriebsparameter bei unter einem Vorgabewert liegenden Tastverhältnissen nicht durchschaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Betriebsparameter der Einfluss einer Versorgungsspannung (12) der Leistungsendstufe (11) korrigiert wird und dass als zweiter Betriebsparameter eine angeforderte effektive Spannung und/oder ein angefordertes Tastverhältnis und/oder eine Temperatur der Leistungsendstufe (11) und/oder eine an der Leistungsendstufe (11) angeschlossene Last korrigiert wird.
Verfahren zur Korrektur der Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers (10) mit einer Leistungsendstufe (11), wobei die Leistungssteuerung über eine Puls-Weiten-Modulation (PWM) mit einem einstellbaren Tastverhältnis erfolgt, wobei in einer ersten Messphase eine Abweichung der an dem Verbraucher (10) abfallenden effektiven Spannung von einer vorgegebenen effektiven Sollspannung für unterschiedliche Werte zumindest eines Betriebsparameters an einem Anteil baugleicher Leistungsendstufen (11) bestimmt wird, wobei in Abhängigkeit von den Abweichungen und den Werten des zumindest einen Betriebsparameters Korrekturwerte für das Tastverhältnis bestimmt und in zumindest einem Kennfeld hinterlegt oder als funktionaler Zusammenhang beschrieben werden und wobei in einer Anwendungsphase das Tastverhältnis an Hand des zumindest einen Kennfelds oder des funktionalen Zusammenhangs dahingehend korrigiert wird, dass die an dem Verbraucher (10) abfallende effektive Spannung einer vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass während einer zweiten Messphase jede zu korrigierende Leistungsendstufe (11) an einem Betriebspunkt der Leistungsendstufe (11) bei einem vorgegebenen Wert zumindest eines Betriebsparameters, dessen Einfluss auf die Leistungssteuerung korrigiert werden soll, betrieben wird, dass dabei das Tastverhältnis entsprechend des dem Betriebsparameter zugehörigen hinterlegten Kennfeldes oder des funktionalen Zusammenhangs korrigiert wird, dass eine Abweichung einer an dem Verbraucher (10) abfallenden effektiven Spannung von der vorgegebenen effektiven Sollspannung bestimmt wird und dass in Abhängigkeit von der bestimmten Abweichung ein Kompensationswert zur Korrektur des gesamten hinterlegten Kennfeldes oder des funktionalen Zusammenhangs dahingehend bestimmt wird, dass die effektive Spannung in dem vorliegenden Betriebspunkt der vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anwendungsphase ein Kennfeld oder ein funktionaler Zusammenhang in Abhängigkeit von dem zugehörigen Kompensationswert korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationswert als gespeicherter Wert oder Trimmung eines elektrischen Widerstandes hinterlegt wird.
Steuereinheit zur Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers (10) mit einer Leistungsendstufe (11), wobei die Leistungssteuerung über eine Puls-Weiten-Modulation (PWM) mit einem einstellbaren Tastverhältnis erfolgt, wobei in der Steuereinheit zumindest ein Kennfeld oder ein funktionaler Zusammenhang zur Korrektur des Tastverhältnisses in Abhängigkeit von Werten von zumindest einem Betriebsparameter der Leistungsendstufe (11) hinterlegt ist und wobei eine Verarbeitungseinrichtung der Steuereinheit dazu ausgelegt ist, an Hand des Kennfeldes oder des funktionalen Zusammenhangs das Tastverhältnis der Puls-Weiten-Modulation derart anzupassen, dass eine durch die Leistungsendstufe (11) an einen elektrischen Verbraucher (10) angelegte effektive Spannung einer vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt ist, ein Durchschalten der Leistungsendstufe (11) bei kleinen Tastverhältnissen zu erkennen und dass die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Korrektur des Einflusses zumindest eines Betriebsparameters der Leistungsendstufe (11) über das zugehörige Kennfelder oder über den zugehörigen funktionalen Zusammenhang durchzuführen, wenn die Leistungsendstufe (11) bei unter einem Vorgabewert liegenden Tastverhältnissen nicht durchschaltet.
Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Leistungssteuerung eines elektrischen Heizers einer Abgassonde im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine.