DE102016121767B4

DE102016121767B4 - System und Verfahren für eine synchronisierte Treiberschaltung

Info

Publication number: DE102016121767B4
Application number: DE102016121767.0A
Authority: DE
Inventors: Patrick Leteinturier; Christian SCHWEIKERT; Frank Auer; Günther Mohr; Marco Nicolo; Gerhard Pichler; Jürgen Schäfer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2036-11-15
Also published as: CN107009975A; CN107009975B; US10087872B2; DE102016121767A1; US20170138292A1

Abstract

Steuerungssystem, das eingerichtet ist, einen Leistungsschalter anzusteuern, wobei das Steuerungssystem Folgendes umfasst:eine integrierte Treiberschaltung, die Folgendes umfasst:eine Schnittstellenschaltung, die eingerichtet ist, ein Steuerschema über eine serielle Schnittstelle zu empfangen,eine Synchronisationsschaltung, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist,ein Winkelpositionssignal zu empfangen, undein Ansteuersignal mit dem Winkelpositionssignal zu synchronisieren, wobei das Ansteuersignal auf dem Steuerschema basiert, undeine Ansteuerschaltung, die mit der Synchronisationsschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, den Leistungsschalter unter Verwendung des Ansteuersignals anzusteuern, wobei die Synchronisationsschaltung eine Positionsbestimmungsschaltung umfasst, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, ein interpoliertes Winkelpositionssignal auf der Basis des Winkelpositionssignals zu erzeugen, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung aufweist als das Winkelpositionssignal.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektronische Schaltungen und in besonderen Ausführungsformen auf ein System und ein Verfahren für eine synchronisierte Treiberschaltung.
HINTERGRUND
Treiberschaltungen sind elektrische Schaltungen, die verwendet werden, um eine andere Schaltung oder Komponente zu steuern, wie z. B. einen Leistungstransistor, eine Leuchtdiode (LED) oder zahlreiche andere Typen von elektrischen Komponenten. Treiberschaltungen werden gewöhnlich verwendet, um einen Strom, der durch eine Schaltung fließt, zu regulieren, oder werden verwendet, um andere Faktoren für andere Komponenten oder Vorrichtungen, die mit der Treiberschaltung verbunden sind, zu steuern. Der Begriff „Treiberschaltung“ wird beispielsweise häufig für eine spezialisierte integrierte Schaltung verwendet, die Leistungsschalter in Schaltleistungsumsetzern oder Schaltleistungsversorgungen steuert.
In einigen Fällen versorgen Treiberschaltungen Leistungsschalter, um einen Betätigungsstrom für einen Aktuator wie beispielsweise ein Solenoid zu liefern. Kraftfahrzeugsysteme, wie z. B. Fahrzeuggetriebe, Kraftstoffeinspritzsysteme und Brennkraftmaschinenventilsteuerungen, umfassen beispielsweise im Allgemeinen Solenoide, die betätigt werden, um diese Systeme zu steuern. Im Fall eines Kraftstoffeinspritzsystems betätigt eine Treiberschaltung Solenoide, um Kraftstoffeinspritzungen einzuleiten, auf der Basis einer Fahrereingabe und des Kraftmaschinenbetriebs. Auf der Basis der Steuersignale von der Treiberschaltung setzen die Kraftstoffeinspritzdüsen Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine frei.
In verschiedenen Fällen, wie im Fall von Kraftfahrzeugsystemen, kann die Zeitablaufsteuerung der Treiberschaltung von speziellem Interesse sein. Im Fall von Kraftstoffeinspritzdüsen, die durch Leistungsschalter versorgt werden, die durch eine Treiber-IC angesteuert werden, beeinflusst beispielsweise die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzdüsen den Betrieb der Brennkraftmaschine. Aus diesem Grund wird die Treiber-IC herkömmlich mit spezifischen Zeitsteuerinformationen versorgt, um die Kraftstoffeinspritzdüsen gemäß den Bedürfnissen des Kraftfahrzeugsystems korrekt zu steuern. Das Übermitteln der spezifischen Zeitsteuerinformationen zur Treiber-IC in Echtzeit kann einige Herausforderungen in einem Kraftfahrzeugsystem darstellen. Im Allgemeinen kann das Steuern der Zeitsteuerung einer Treiber-IC einige Herausforderungen in verschiedenen Systemen mit einer Treiber-IC darstellen. Es ist eine Aufgabe, hier verbesserte Möglichkeiten bereitzustellen.
Die US 2004 / 0 230 347 A1 offenbart eine integrierte Treiberschaltung mit einer Schnittstelle, die Steuerungsdaten empfängt. Eine Synchronisationsschaltung ist eingerichtet ein Winkelpositionssignal zu empfangen und ein Ansteuersignal mit dem Winkelpositionssignal zu synchronisieren. Mit dem Ansteuersignal wird ein Leistungsschalter angesteuert.
Eine ähnliche Treiberschaltung ist auch aus der US 2006 / 0 207 564 A1 bekannt.
KURZFASSUNG
Es werden ein Steuerungssystem nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 15, ein Steuerungssystem nach Anspruch 24 sowie eine integrierte Treiberschaltung nach Anspruch 32 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Steuerungssystem, das dazu konfiguriert ist, einen Leistungsschalter anzusteuern, eine integrierte Treiberschaltung (IC), die eine Schnittstellenschaltung, eine Synchronisationsschaltung und eine Ansteuerschaltung umfasst. Die Schnittstellenschaltung ist dazu konfiguriert, ein Steuerschema über eine serielle Schnittstelle zu empfangen. Die Synchronisationsschaltung ist mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt und ist dazu konfiguriert, ein Winkelpositionssignal zu empfangen und ein Ansteuersignal mit dem Winkelpositionssignal zu synchronisieren, wobei das Ansteuersignal auf dem Steuerschema basiert. Die Ansteuerschaltung ist mit der Synchronisationsschaltung gekoppelt und ist dazu konfiguriert, den Leistungsschalter unter Verwendung des Ansteuersignals anzusteuern. Die Synchronisationsschaltung umfasst eine Positionsbestimmungsschaltung, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, ein interpoliertes Winkelpositionssignal auf der Basis des Winkelpositionssignals zu erzeugen, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung aufweist als das Winkelpositionssignal.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und von deren Vorteilen wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:

1 ein Systemdiagramm eines Ausführungsform-Aktuatorsystems darstellt;
2 ein Systemblockdiagramm eines Ausführungsform-Solenoid-Treibersystems darstellt;
3 ein Systemblockdiagramm eines Ausführungsform-Kraftstoffeinspritzsystems darstellt;
4 Wellenformdiagramme eines Ausführungsform-Kraftstoffeinspritzsystems im Betrieb darstellt;
5 ein schematisches Diagramm einer integrierten Treiberschaltung (IC) der Ausführungsform darstellt;
6 ein Funktionsschaubild einer Ausführungsform-Brennkraftmaschine darstellt;
7 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Ausführungsform-Steuerungssystems darstellt; und
8 ein schematisches Diagramm einer Beispiel-Leistungsstufentopologie darstellt.

Entsprechende Zeichen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, wenn nicht anders angegeben. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der Ausführungsformen deutlich darzustellen, und sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERLÄUTERNDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Herstellung und Verwendung von verschiedenen Ausführungsformen werden nachstehend im Einzelnen erörtert. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen in einer breiten Vielfalt von spezifischen Zusammenhängen anwendbar sind. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen erläutern lediglich spezielle Weisen zur Herstellung und Verwendung von verschiedenen Ausführungsformen und sollten nicht in einem begrenzten Umfang aufgefasst werden.
Eine Beschreibung wird in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen in einem speziellen Zusammenhang, nämlich Treiberschaltungen und insbesondere synchronisierte Treiberschaltungen für Solenoid-Aktuatoren, durchgeführt. Einige der hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen umfassen Solenoid-Aktuatoren in Kraftfahrzeugsystemen, Steuersysteme für Solenoid-Aktuatoren, integrierte Kraftstoffeinspritzdüsen-Treiberschaltungen (ICs) für die Verwendung bei Direkteinspritzsystemen, Treiber-ICs für Solenoide in Kraftfahrzeugsystemen und Schnittstellen zwischen einem Mikrocontroller und einer Treiber-IC in einem Kraftfahrzeugsystem. In anderen Ausführungsformen können Aspekte auch auf andere Anwendungen angewendet werden, die irgendeinen Typ von Treiberschaltung gemäß irgendeiner Weise beinhalten, wie auf dem Fachgebiet bekannt.
Wie vorstehend im Hintergrund beschrieben, kann die Zeitsteuerung von Steuersignalen, die durch eine Treiber-IC bereitgestellt werden, für Echtzeit-Steuersysteme, die Aktuatoren ansteuern, von Interesse sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird, um die Zeitsteuerung zu steuern, eine Treiber-IC zum Steuern eines Aktuators wie z. B. eines Solenoid-Aktuators in einem mechanischen System mit einer rotierenden Komponente wie z. B. der Kurbelwelle und der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mit der Rotation des mechanischen Systems durch Liefern eines Winkelpositionssignals zur Treiber-IC synchronisiert. In verschiedenen solchen Ausführungsformen liefert ein Mikrocontroller Steuerinformationen zur Treiber-IC durch eine serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle. Die Steuerinformationen können auf zahlreichen Eigenschaften basieren, die für das spezielle mechanische System relevant sind, einschließlich beispielsweise einer Benutzereingabe, Betriebsbedingungen, der Systemkonstruktion und Leistungsspezifikationen. In verschiedenen Ausführungsformen hängt ungeachtet von einigen der Besonderheiten der Steuerinformationen die Anwendung der Steuerinformationen durch die Treiber-IC auf den Aktuator von der Zeitsteuerung ab. Folglich wendet die Treiber-IC in solchen Ausführungsformen die Steuersignale zum Ansteuern des Aktuators auf der Basis der Synchronisation mit einem eingegebenen Winkelpositionssignal an. In speziellen Ausführungsformen wird das eingegebene Winkelpositionssignal von einem Mikrocontroller an der Treiber-IC an einem einzelnen externen Eingangspin empfangen.
In speziellen Ausführungsformen für eine Brennkraftmaschine wie z. B. in einem Kraftfahrzeugsystem betätigt die Treiber-IC Kraftstoffeinspritzdüsen auf der Basis von Steuerinformationen, die von einem Mikrocontroller empfangen werden. In solchen Ausführungsformen empfängt die Treiber-IC ein Winkelpositions-Eingangssignal, das der Winkelposition der Brennkraftmaschine innerhalb eines Rotationszyklus der Brennkraftmaschine entspricht. Insbesondere kann die Brennkraftmaschine mit Zyklen arbeiten, die 720° Rotation umfassen, und folglich gibt das an der Treiber-IC empfangene Winkelpositions-Eingangssignal die Winkelposition im Bereich von 0° bis 720° innerhalb des Zyklus der Brennkraftmaschine an. In solchen Ausführungsformen betätigt die Treiber-IC die Kraftstoffeinspritzdüsen gemäß den empfangenen Steuerinformationen vom Mikrocontroller in genauen Momenten im Brennkraftmaschinenzyklus auf der Basis des Winkelpositions-Eingangssignals. Eine weitere Beschreibung wird nachstehend in Bezug auf spezielle Ausführungsformen in speziellen Zusammenhängen wie z. B. Kraftfahrzeugsystemen oder Brennkraftmaschinen dargestellt; die hier beschriebenen verschiedenen speziellen Ausführungsformen können jedoch auf die Synchronisation zwischen einer Treiber-IC und irgendeinem Typ von Leistungsschalter oder Aktuator in weiteren Ausführungsformen angewendet werden.
1 stellt ein Systemdiagramm eines Ausführungsform-Aktuatorsystems 100 mit einem Mikrocontroller 102, einer Treiber-IC 104, einer Leistungsstufe 106 und einem Aktuator 108 dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen berechnet der Mikrocontroller 102 Steuerinformationen in Bezug darauf, wann die Leistungsstufe 106 aktiviert und deaktiviert werden soll, um den Aktuator 108 anzusteuern. Die Steuerinformationen werden auf der Basis von speziellen Eigenschaften und Spezifikationen des Systems und in Reaktion auf ein Steuersignal CTRL und Messsignal M1 berechnet. In verschiedenen Ausführungsformen arbeitet der Aktuator 108 zum Betätigen einer Komponente im mechanischen System 110. Das mechanische System 110 umfasst Winkelpositionsinformationen. Das mechanische System 110 kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine sein und das Steuersignal CTRL kann eine Anforderung eines menschlichen Fahrers für mehr oder weniger Drehmoment sein. Der Mikrocontroller 102 empfängt das Messsignal M1, das die Winkelpositionsinformationen umfasst, vom mechanischen System 110. Unter Verwendung des Steuersignals CTRL und des Messsignals M1 berechnet der Mikrocontroller 102 Steuerinformationen und liefert die Steuerinformationen zur Treiber-IC 104 über die serielle Schnittstelle S1.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Treiber-IC 104 das Winkelpositionssignal θ vom Mikrocontroller 102 und führt die Steuerinformationen zu der durch die Steuerinformationen angegebenen genauen Zeit aus. In solchen Ausführungsformen basiert das Winkelpositionssignal θ auf dem Messsignal M1. Das Winkelpositionssignal θ kann im Mikrocontroller 102 vorkonditioniert werden. In speziellen Ausführungsformen wird das Winkelpositionssignal θ im Mikrocontroller 102 vorhergesagt. Die Treiber-IC 104 erzeugt ein Leistungsansteuersignal PD mit Aktivierungs- und Deaktivierungssignalen, die während des Betriebszyklus gemäß den Steuerinformationen angewendet werden und mit dem Winkelpositionssignal θ synchronisiert werden. Folglich synchronisiert die Treiber-IC 104 mit dem Rotationszyklus und wendet das Leistungsansteuersignal PD unter Verwendung des Winkelpositionssignals θ an.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Leistungsstufe 106 das Leistungsansteuersignal PD und liefert einen Betätigungsstrom AC zum Aktuator 108 auf der Basis des Leistungsansteuersignals PD. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Aktuator 108 ein Solenoid-Aktuator, der durch den Betätigungsstrom AC betätigt wird. In speziellen Ausführungsformen ist der Aktuator 108 beispielsweise ein Solenoid-Aktuator in einer Kraftstoffeinspritzdüse. Die Kraftstoffeinspritzdüse wird ausgelöst, um Kraftstoff einzuspritzen, auf der Basis des Betätigungsstroms AC, der durch die Leistungsstufe 106 zugeführt wird, die durch die Treiber-IC auf der Basis der im Mikrocontroller 102 empfangenen Steuerinformationen und auf der Basis des Winkelpositionssignals θ gesteuert wird. Wie gezeigt, kann der Aktuator 108 ein Teil des mechanischen Systems 110 sein oder mit diesem gekoppelt sein, um auf das mechanische System 110 zu wirken. Der Aktuator 108 kann beispielsweise Kraftstoffeinspritzungen steuern, wenn sich das mechanische System 110 in einer Brennkraftmaschine befindet.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuersignal CTRL verschiedene Typen von Steuerinformationen umfassen. In speziellen Ausführungsformen kann das Steuersignal CTRL beispielsweise einem menschlichen Fahrer, der ein Gaspedal verwendet, um eine Beschleunigung in einem Kraftfahrzeugsystem einzuleiten, entsprechen. In solchen Ausführungsformen umfasst das Messsignal M1 Winkelpositionsinformationen von der Brennkraftmaschine, die für den Verbrennungszyklus der Brennkraftmaschine im Bereich von 0° bis 720° liegen. Eine weitere Beschreibung von Ausführungsformsystemen wird nachstehend in Bezug auf die anderen Figuren bereitgestellt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Mikrocontroller 102 mit der Treiber-IC 104 durch die serielle Schnittstelle SI und das Winkelpositionssignal θ gekoppelt. In speziellen Ausführungsformen wird die serielle Schnittstelle SI mit einer seriellen Hochgeschwindigkeitsschnittstelle mit zweckgebundenen externen Pins für den Mikrocontroller 102 und die Treiber-IC 104 implementiert. Ebenso kann das Winkelpositionssignal θ zwischen dem Mikrocontroller 102 und der Treiber-IC 104 unter Verwendung eines einzelnen externen Pins an jedem des Mikrocontrollers 102 und der Treiber-IC 104 übermittelt werden. In speziellen Ausführungsformen kann die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle als serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung (HSSL) implementiert werden. In alternativen Ausführungsformen kann die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle als Mikrosekundenbus (MSB) oder serielle periphere Schnittstelle (SPI) implementiert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Leistungsstufe 106 einen Leistungstransistor mit einer Durchbruchspannung umfassen, die größer ist als 28 V, oder insbesondere größer als 60 V. In speziellen Ausführungsformen kann die Leistungsstufe 106 auch verschiedene Schaltumsetzer- oder Schaltversorgungstopologien zum Liefern des Betätigungsstroms AC zum Aktuator 108 umfassen. In alternativen Ausführungsformen kann die Leistungsstufe 106 auch normale oder leistungsarme Transistoren mit Sperrspannungen, die geringer als 60 V, geringer als 28 V oder insbesondere geringer als 10 V sind, umfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Treiber-IC 104 dazu konfiguriert sein, mehrere Leistungsansteuersignale zu erzeugen, und die Leistungsstufe 106 kann irgendeine Anzahl von Schaltern oder Schaltumsetzerschaltungen zum Ansteuern von mehreren Aktuatoren umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen liefert die Leistungsstufe 106 ein Messsignal M2 zur Treiber-IC 104 als Rückmeldungsmessung. Das Messsignal M2 kann in einigen Ausführungsformen eine Strommessung von der Leistungsstufe 106 umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Messsignal M2 eine Spannungsmessung von der Leistungsstufe 106. In zusätzlichen Ausführungsformen umfasst das Messsignal M2 eine Spannungsmessung, die einen Stromwert in der Leistungsstufe 106 angibt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Messsignal M2 sowohl Strom- als auch Spannungsmessungen von der Leistungsstufe 106.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird das Messsignal M2 an der Treiber-IC 104 empfangen. Auf der Basis des Messsignals M2 liefert die Treiber-IC 104 ein Rückmeldungssignal und einen entsprechenden Zeitstempel zum Mikrocontroller 102 über die serielle Schnittstelle SI.
2 stellt ein Systemblockdiagramm eines Ausführungsform-Solenoid-Treibersystems 101 mit einem Mikrocontroller 102, einer Treiber-IC 104, einer Leistungsstufe 106 und einem Solenoid 109 dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Solenoid-Treibersystem 101 eine Ausführungsform-Implementierung des Aktuatorsystems 100 sein. Das Solenoid-Treibersystem 101 wird in Bezug auf eine spezielle Ausführungsform für ein Kraftfahrzeugsystem mit einer Brennkraftmaschine beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann das Solenoid-Treibersystem 101 auch auf irgendeinen Typ von System mit einem mechanischen System mit Winkelpositionsinformationen angewendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Solenoid 109 eine Implementierung des Aktuators 108.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Treiber-IC 104 eine bidirektionale synchrone serielle Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsschnittstellenschaltung (SSCI-Schaltung) 112, eine Speicherschaltung 114, eine Positionsbestimmungsschaltung 116, eine Steuerschaltung 118, eine Ansteuerschaltung 120, eine Messschaltung 122, eine Zeitstempelschaltung 124 und eine Phasenregelkreis-Schaltung (PLL-Schaltung) 126. Der Mikrocontroller 102 liefert Schnittstellensignale IS, einschließlich Steuerinformationen CI und eines Taktsignals CLK, an der seriellen Schnittstelle SI zur Treiber-IC 104 und liefert das Winkelpositionssignal θ zur Treiber-IC 104. Die Treiber-IC 104 empfängt die Schnittstellensignale IS an der bidirektionalen Hochgeschwindigkeits-SSCI-Schaltung 112, die das Schnittstellenprotokoll zum Senden und Empfangen unter Verwendung irgendeiner Anzahl von bidirektionalen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsprotokollen steuert, wie beispielsweise einer seriellen Hochgeschwindigkeitsverbindung (HSSL). In speziellen Ausführungsformen umfassen externe Pins 134b und externe Pins 128b jeweils zweckgebundene Sende- und Empfangspins, einen Taktpin und einen Rücksetzpin. In einigen Ausführungsformen empfängt folglich die bidirektionale Hochgeschwindigkeits-SSCI-Schaltung 112 das Taktsignal CLK und liefert das Taktsignal CLK zur PLL-Schaltung 126. Die Steuerinformationen CI vom Mikrocontroller 102 werden in einigen Ausführungsformen unter Verwendung des HSSL-Protokolls empfangen. In anderen Ausführungsformen können andere bidirektionale Hochgeschwindigkeits-, serielle und synchrone Protokolle verwendet werden. Die Steuerinformationen CI werden zur Speicherschaltung 114 und Steuerschaltung 118 geliefert. In solchen Ausführungsformen können die Steuerinformationen ein Steuerschema, das in der Speicherschaltung 114 gespeichert ist, sowie Stromauslösesignale wie z. B. Einschalt/Ausschalt-Signale, die einer speziellen Zeitsteuerung für die Leistungsstufe 106 zugeordnet sind, die zur Steuerschaltung 118 geliefert werden, umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Steuerschaltung 118 auch ein Synchronisationssignal SS von der Positionsbestimmungsschaltung 116. In solchen Ausführungsformen empfängt die Positionsbestimmungsschaltung 116 das Winkelpositionssignal θ vom Mikrocontroller 102 und erzeugt das Taktsignal GCLK aus der PLL-Schaltung 126. Auf der Basis des Winkelpositionssignals θ und des erzeugten Taktsignals GCLK erzeugt die Positionsbestimmungsschaltung 116 das Synchronisationssignal SS. Die Positionsbestimmungsschaltung 116 empfängt auch ein Steuerschema CS von der Speicherschaltung 114. In solchen Ausführungsformen kann das Steuerschema CS verschiedene Eigenschaften umfassen, die für den Betrieb des Solenoid-Treibersystems 101 relevant sind.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Synchronisationssignal SS eine interpolierte Winkelpositionskomponente mit einer erhöhten Auflösung im Vergleich zum Winkelpositionssignal θ umfassen. Das Winkelpositionssignal θ kann beispielsweise eine Auflösung von 6° für eine Brennkraftmaschine aufweisen und die interpolierte Winkelpositionskomponente des Synchronisationssignals SS kann eine Auflösung von 0,5° oder besser aufweisen. In speziellen Ausführungsformen kann die interpolierte Winkelpositionskomponente des Synchronisationssignals SS eine Auflösung von 0,1° aufweisen. Das Synchronisationssignal SS kann auch die interpolierte Winkelpositionskomponente mit einer Korrektur oder Vorhersage von Änderungen im Systembetrieb umfassen. Insbesondere kann die Positionsbestimmungsschaltung 116 das Synchronisationssignal SS mit Korrektur und Vorhersage auf der Basis des von der Speicherschaltung 114 empfangenen Steuerschemas CS erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen verwendet die Positionsbestimmungsschaltung 116 die interpolierte Winkelpositionskomponente, um zukünftige Winkelpositionen vorherzusagen. In solchen Ausführungsformen kann die interpolierte Winkelpositionskomponente weiter extrapoliert werden. Die Vorhersage der zukünftigen Winkelposition und die Steuerung können beispielsweise teilweise auf dem Steuerschema CS und einer Benutzersteuerung UC basieren, die am Mikrocontroller 102 empfangen wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann folglich das Synchronisationssignal SS eine extrapolierte Winkelpositionskomponente umfassen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Steuerschaltung 118 das Synchronisationssignal SS und die Steuerinformationen CI und die Steuerschaltung 118 erzeugt und liefert auf der Basis dieser Eingaben die Ansteuerung DC für die Ansteuerschaltung 120. In solchen Ausführungsformen umfasst die Ansteuerung DC Ansteuersignale, die mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine synchronisiert werden, um den Aktivierungsstrom AC an das Solenoid 109 zu den geeigneten Zeiten anzulegen. Auf der Basis der Ansteuerung DC erzeugt und liefert die Ansteuerschaltung 120 das Ansteuersignal DS zur Leistungsstufe 106, die wiederum das Solenoid 109 unter Verwendung des Aktivierungsstroms AC ansteuert.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Messschaltung 122 das Messsignal MS, das eine oder mehrere Strom- oder Spannungsmessungen sein kann, von der Leistungsstufe 106. Unter Verwendung des Messsignals MS erzeugt und liefert die Messschaltung 122 ein lokales Rückmeldungssignal FBL1 für die Ansteuerschaltung 120, ein lokales Rückmeldungssignal FBL2 für die Steuerschaltung 118 und ein Systemrückmeldungssignal FBS für die Zeitstempelschaltung 124. Das lokale Rückmeldungssignal FBL1 kann von der Ansteuerschaltung 120 für Schutzfunktionalität wie z. B. Überstromschutz verwendet werden und das lokale Rückmeldungssignal FBL2 kann durch die Steuerschaltung 118 für die Regulierungs- und Steuerfunktionalität wie z. B. Stromregulierung verwendet werden. Die Zeitstempelschaltung 124 erzeugt einen entsprechenden Zeitstempel für das Systemrückmeldungssignal FBS und liefert den Zeitstempel und das Systemrückmeldungssignal FBST zur bidirektionalen Hochgeschwindigkeits-SSCI-Schaltung 112, die dann die Rückmeldungs- und entsprechenden Zeitstempelinformationen über die serielle Schnittstelle SI zum Mikrocontroller 102 liefert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist das Solenoid-Treibersystem 101 in eine Anzahl von separaten Komponenten unterteilt. In speziellen Ausführungsformen ist die Treiber-IC 104 eine separate Halbleiterkomponente mit einem externen Pin 128a und externen Pins 128b zum Koppeln mit dem Mikrocontroller 102 über eine Schnittstelle und einem externen Pin 130a und externen Pins 130b zum Koppeln mit der Leistungsstufe 106 über eine Schnittstelle. Ebenso ist der Mikrocontroller 102 eine separate Halbleiterkomponente mit einem externen Pin 134a und externen Pins 134b zum Koppeln mit der Treiber-IC 104 und einem externen Pin 132a, einem externen Pin 132b, einem externen Pin 132c und einem externen Pin 132d zum Koppeln mit verschiedenen anderen Systemkomponenten über eine Schnittstelle. In solchen Ausführungsformen können der Mikrocontroller 102 und die Treiber-IC 104 an einer gleichen gedruckten Leiterplatte (PCB; nicht gezeigt) angebracht sein. In weiteren Ausführungsformen ist die Leistungsstufe 106 auch eine separate Halbleiterkomponente, die an der gleichen PCB angebracht sein kann oder anderswo im Kraftfahrzeugsystem angebracht sein kann. In Ausführungsformen, in denen das Solenoid 109 verschiedene mechanische Komponenten in einer Brennkraftmaschine wie z. B. eine Kraftstoffeinspritzdüse oder ein Kraftmaschinenventil betätigt, ist das Solenoid 109 an dem Ort der speziellen Komponente angeordnet und ist nicht an derselben PCB angebracht.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Solenoid 109 irgendeine Anzahl von Solenoiden oder anderen Aktuatoren für das Kraftfahrzeugsystem umfassen. Das Solenoid 109 kann beispielsweise Aktuatoren für Kraftstoffeinspritzdüsen in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine, für Kraftmaschinenventile in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine, für Hochdruckpumpen, die an Kraftstoffleitungen angebracht sind, für Kupplungen in Automatikgetrieben oder für andere Komponenten umfassen. In solchen Ausführungsformen kann die Leistungsstufe 106 zahlreiche Leistungsschalter umfassen, um jedes Solenoid oder anderen Aktuator des Solenoids 109 anzusteuern. In verschiedenen Ausführungsformen können die Ansteuerschaltung 120 und die Leistungsstufe 106 verschiedene Leistungstopologien mit mehreren Leistungsschalterkonfigurationen umfassen. 8, die nachstehend beschrieben wird, stellt ein Beispiel einer Leistungstopologie dar. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt leicht die Anwendung von hier beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene andere Schalttopologien.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie vorstehend beschrieben, steuert die Treiber-IC 104 die Leistungsstufe 106 auf der Basis der Steuerinformationen CI an, die vom Mikrocontroller 102 empfangen werden. In solchen Ausführungsformen erzeugt der Mikrocontroller 102 die Steuerinformationen CI auf der Basis von mehreren Parametern, einschließlich beispielsweise Systemeigenschaften und Leistungsspezifikationen, Benutzereingabesteuerung und Sensorinformationen. In verschiedenen Ausführungsformen umfassen die Steuerinformationen CI ein Stromprofil für das Solenoid 109. Die Erzeugung des Stromprofils wird in der Anwendungssoftware innerhalb des Mikrocontrollers 102 durchgeführt. Jedes Stromprofil hängt speziell von dem System ab, in dem das Stromprofil verwendet wird. Im Fall einer Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftmaschinensystem kann beispielsweise das Stromprofil auf der Basis der Kraftmaschinenausgangsleistung, der Kraftmaschinenstruktur und Kraftmaschineneigenschaften, des Kraftstoffgehalts, der Lufteinlasstemperatur, der Kraftmaschinen-Ausgangsgaszusammensetzung, der Kraftstoffeinspritzdüseneigenschaften und anderen Parametern berechnet werden. Einige Beispielstromprofile für eine aktuelle Einspritzdüse und elektronische Kupplungen sind in der US-Patentanmeldung Nr. 14/151 484 , eingereicht am 9. Januar 2014, mit dem Titel „Universal Solenoid Driver” ( US 2015 / 0 192 178 A1 ) dargestellt, die durch den Hinweis in ihrer Gesamtheit hier aufgenommen wird. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt leicht, dass die Erzeugung von Stromprofilen auf dem Fachgebiet bekannt ist und eng der spezifischen Anwendung entspricht. Daher ist eine zusätzliche Beschreibung im Interesse der Kürze nicht enthalten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Treiber-IC 104 irgendeinen Typ von Stromprofil und führt die Steuerung eines solchen Stromprofils aus, um die Leistungsstufe 106 gemäß dem Stromprofil anzusteuern. In solchen Ausführungsformen synchronisiert die Treiber-IC 104 die Ausführung des Stromprofils unter Verwendung des Winkelpositionssignals θ. In speziellen Ausführungsformen wird die genaue Synchronisation in Echtzeit unter Verwendung der Positionsbestimmungsschaltung 116 implementiert, die die Winkelposition der Maschine mit der Winkelposition interpoliert, korrigiert und vorhersagt (wie beispielsweise durch Extrapolation) und das Stromprofil in genau synchronisierten Winkelpositionen der Maschine anwendet.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Stromprofil gespeichert oder mehrere Stromprofile werden in der Speicherschaltung 114 gespeichert. In einigen speziellen Ausführungsformen ist die Speicherschaltung 114 ein flüchtiger Speicher wie z. B. ein SRAM, der beim Start initialisiert wird. In einem Kraftfahrzeugsystem kann beispielsweise die Speicherschaltung 114 während einer Schlüsseleinschaltsequenz initialisiert werden. Die Initialisierung umfasst das Laden eines Stromprofils oder von Stromprofilen in die Speicherschaltung 114. Die Speicherschaltung 114 kann auch während des Betriebs aktualisiert werden, wie z. B. während jedes Kraftmaschinenzyklus. Außerdem erzeugt der Mikrocontroller 102 zusätzliche Echtzeitinformationen, die in den Steuerinformationen CI enthalten sind. In speziellen Ausführungsformen empfängt der Mikrocontroller 102 ein Sensormesssignal SMS1 und ein Sensormesssignal SMS2 am externen Pin 132a bzw. am externen Pin 132b und die Benutzersteuerung UC am externen Pin 132d. Der Mikrocontroller 102 kann auch Rückmeldungs- und entsprechende Zeitstempelinformationen (auf der Basis des Zeitstempels und des Systemrückmeldungssignals FBST) von der Treiber-IC 104 empfangen, wie vorstehend in Bezug auf die Zeitstempelschaltung 124 beschrieben. Auf der Basis der Rückmeldungsinformationen, der Benutzersteuerung UC, des Sensormesssignals SMS1 und des Sensormesssignals SMS2 erzeugt der Mikrocontroller 102 spezielle Schalteraktivierungs- und Schalterdauerinformationen für die spezifische Zeitsteuerung des mechanischen Systems.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 102 auch mehrere zusätzliche Eingänge (nicht gezeigt) aufweisen, die mit mehreren zusätzlichen Sensoren und Steuereingängen gekoppelt sind. Die Hauptluftdrosselklappenposition kann beispielsweise gemessen und zum Mikrocontroller 102 geliefert werden, sowie globale Daten, einschließlich der Lufttemperatur, der Luftmasse, der Sauerstoffkonzentration im Abgas usw. Diese zusätzlichen Eingaben können auch beim Bestimmen von Schalteraktivierungs- und Schalterdauerinformationen für die spezielle Zeitsteuerung des mechanischen Systems verwendet werden. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt leicht die Existenz und Funktion dieser zusätzlichen Signale und Eingaben, die vom Mikrocontroller 102 in verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden, aber aus der Beschreibung hier im Interesse der Kürze ausgeschlossen werden.
Die speziellen Schalteraktivierungs- und Schalterdauerinformationen sind in den Steuerinformationen CI enthalten, die zur Treiber-IC 104 geliefert werden. Um die speziellen Schalteraktivierungs- und Schalterdauerinformationen in der Treiber-IC 104 zu synchronisieren, werden die speziellen Schalteraktivierungs- und Schalterdauerinformationen mit entsprechenden Winkelpositionsinformationen zur Treiber-IC 104 geliefert. Auf der Basis der speziellen Schalteraktivierungs- und Schalterdauerinformationen und entsprechenden Winkelpositionsinformationen kann die Treiber-IC 104 die Anwendung der speziellen Schalteraktivierungs- und Schalterdauerinformationen mit dem Winkelpositionssignal θ synchronisieren.
In einer speziellen Beispielausführungsform ist das Solenoid-Treibersystem 101 innerhalb eines Kraftfahrzeugsystems mit einer Brennkraftmaschine enthalten. Die Brennkraftmaschine arbeitet mit Verbrennungszyklen mit zwei Rotationen der Kraftmaschinen-Kurbelwelle. In solchen Ausführungsformen empfängt der Mikrocontroller 102 das Sensormesssignal SMS1 und das Sensormesssignal SMS2 von einem Kurbelwellensensor bzw. einem Nockenwellensensor, die den Mikrocontroller 102 mit Winkelpositionsinformationen von 720° entsprechend zwei vollständigen Rotationen der Kraftmaschinen-Kurbelwelle versehen. Ferner entspricht die Benutzersteuerung UC der Betätigung des Fahrpedals, z. B. des Gaspedals, durch den Kraftfahrzeugbetreiber, z. B. den menschlichen oder autonomen Fahrer. Unter Verwendung der Winkelposition der Kraftmaschine im Bereich von 0° bis 720° und des angeforderten Drehmoments, das durch den Kraftfahrzeugbetreiber geliefert wird, zusammen mit beispielsweise Rückmeldungsinformationen von der Treiber-IC 104 berechnet der Mikrocontroller 102 die speziellen Schalteraktivierungs- und Schalterdauerinformationen für eine Kraftstoffeinspritzdüse, die durch das Solenoid 109 gesteuert wird. In solchen Ausführungsformen liefert der Mikrocontroller 102 auch das Winkelpositionssignal θ auf der Basis des Sensormesssignals SMS1 und des Sensormesssignals SMS2.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen führt der Mikrocontroller 102 auch eine Interpolation der Winkelposition der Kraftmaschine durch, wie vorstehend in Bezug auf die Positionsbestimmungsschaltung 116 beschrieben. Insbesondere können das Sensormesssignal SMS1, das Sensormesssignal SMS2 und das Winkelpositionssignal θ jeweils eine maximale Auflösung von 6° schaffen. Die maximale Auflösung von 6° kann beispielsweise auf der mechanischen Einrichtung eines Schwungrades basieren, das an einer Kurbelwelle montiert ist und durch den Sensor SMS1 (oder durch den Sensor 218, der nachstehend in Bezug auf 3 beschrieben wird) detektiert wird. Wie ebenso vorstehend in Bezug auf die Positionsbestimmungsschaltung 116 beschrieben, kann der Mikrocontroller 102 die interpolierte Winkelpositionskomponente mit einer Auflösung von 0,5° oder besser erzeugen. In speziellen Ausführungsformen kann die interpolierte Winkelpositionskomponente eine Auflösung von 0,1° aufweisen. In solchen verschiedenen Ausführungsformen führen sowohl die Treiber-IC 104 als auch der Mikrocontroller 102 eine Interpolation des Winkelpositionssignals θ durch und verwenden die interpolierte Winkelposition für die Vorhersage oder Extrapolation der Winkelposition, um die Steuerung des Solenoids 109 mit der Winkelposition der Kraftmaschine während jeweils eines Verbrennungszyklus der Kraftmaschine mit jeweils zwei Rotationen genau zu synchronisieren.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 102 mit irgendeiner Anzahl von Sensoren oder Steuereingängen gekoppelt sein. Der Mikrocontroller 102 empfängt auch ein Oszillatorsignal OSC am externen Pin 132c. Das Oszillatorsignal OSC kann beispielsweise durch einen Oszillatorkristall (nicht dargestellt) bereitgestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die bidirektionale Hochgeschwindigkeits-SSCI-Schaltung 112 mit externen Pins 128b gekoppelt und kommuniziert mit dem Mikrocontroller 102 über die serielle Schnittstelle SI unter Verwendung eines bidirektionalen Hochgeschwindigkeits-SSCI-Kommunikationsprotokolls, wie z. B. des HSSL-Protokolls. In alternativen Ausführungsformen können die bidirektionale Hochgeschwindigkeits-SSCI-Schaltung 112 und entsprechend der Mikrocontroller 102 einen anderen Typ von Busprotokoll für die Kommunikation über die serielle Schnittstelle SI implementieren, wie z. B. das Mikrosekunden-Busprotokoll (MSB-Protokoll), das serielle periphere Schnittstellenprotokoll (SPI-Protokoll) oder andere Busprotokolle. In einigen speziellen Ausführungsformen ist das Busprotokoll ein Hochgeschwindigkeitsbus, der zu Datenraten von mehr als 1 Mbit/s in der Lage ist, wie z. B. in einigen Ausführungsformen im Bereich von 1 Mbit/s bis 25 Mbit/s. Andere Ausführungsformen können ein Busprotokoll mit noch höheren Datenraten oberhalb 25 Mbit/s umfassen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Speicherschaltung 114 einen flüchtigen Speicher. In speziellen Ausführungsformen umfasst die Speicherschaltung 114 eine SRAM-Schaltungs-Nachschlagetabelle (LUT). In anderen Ausführungsformen kann die Speicherschaltung 114 einen nichtflüchtigen Speicher zusätzlich zu oder anstelle des flüchtigen Speichers umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt die PLL-Schaltung 126 ein erzeugtes Taktsignal GCLK mit einer höheren Frequenz als das Taktsignal CLK. Das Taktsignal CLK kann beispielsweise eine Frequenz von 20 MHz aufweisen und das erzeugte Taktsignal GCLK kann eine Frequenz von 120 MHz aufweisen.
3 stellt ein Systemblockdiagramm eines Ausführungsform-Kraftstoffeinspritzsystems 200 mit einem Mikrocontroller 202, einer Treiber-IC 204, einer Leistungsstufe 206, einer Kraftstoffeinspritzdüse 208, einer Kurbelwelle 210, einer Nockenwelle 212, einem Kristalloszillator (XTAL) 214, einem Gaspedal 216, einem Magnetpositionssensor 218 und einem Magnetpositionsensor 220 dar. Um die Darstellung zu verbessern, ist 3 in zwei Figuren, 3A und 3B, unterteilt, wie gezeigt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist das Kraftstoffeinspritzsystem 200 eine spezielle Ausführungsform-Implementierung des Aktuatorsystems 100 oder Solenoid-Treibersystems 101, wie vorstehend beschrieben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt der Mikrocontroller 202 das Kurbelwellen-Winkelpositionssignal CRANK vom Magnetpositionssensor 218, der dazu konfiguriert ist, die Winkelposition der Kurbelwelle 210 zu messen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Magnetpositionssensor 218 einen Verstärker, wie gezeigt. Der Mikrocontroller 202 empfängt auch ein Nockenwellen-Winkelpositionssignal CAM vom Magnetpositionssensor 220, der dazu konfiguriert ist, die Winkelposition der Nockenwelle 212 zu messen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Magnetpositionssensor 220 einen Verstärker, wie gezeigt. Der Magnetpositionssensor 218 und der Magnetpositionssensor 220 sind in einigen Ausführungsformen Hall-Sensoren.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die Kurbelwelle 210 und die Nockenwelle 212 ein Teil einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt). In solchen Ausführungsformen arbeitet die Brennkraftmaschine in Verbrennungszyklen mit zwei Rotationen der Kurbelwelle 210. Die Überwachung des Nockenwellen-Winkelpositionssignals CAM ermöglicht die Identifikation der speziellen Rotation in dem Zyklus mit zwei Rotationen der Kurbelwelle 210. Folglich liegt die Winkelposition der Kurbelwelle 210 für jeden Zyklus im Bereich von 0° bis 720° und kann durch Überwachung sowohl des Kurbelwellen-Winkelpositionssignals CRANK als auch des Nockenwellen-Winkelpositionssignals CAM bestimmt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt der Mikrocontroller 202 ein Kristalloszillatorsignal XOSC vom XTAL 214. Der spezielle Kristalloszillator und die Oszillationsfrequenz können zahlreiche Typen von Taktsignalgeneratoren umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen liefert das Gaspedal 216 eine Benutzereingabe oder Benutzersteuerung für den Mikrocontroller 202. Insbesondere empfängt der Mikrocontroller 202 ein Gaspedal-Steuersignal GPC, das durch das Gaspedal 216 erzeugt wird. In solchen Ausführungsformen kann der Benutzer, z. B. ein menschlicher Fahrer, das Gaspedal 216 treten oder lösen, um mehr oder weniger Drehmoment von der Brennkraftmaschine anzufordern. Der Mikrocontroller 202 empfängt ein Gaspedal-Steuersignal GPC, das das gewünschte Ausmaß an Drehmoment angibt. In verschiedenen alternativen Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 202 andere Typen von Steuereingaben empfangen und das Gaspedal 216 ist eine Beispielausführungsform. Im Fall eines autonomen Fahrzeugs kann beispielsweise das Gaspedal-Steuersignal GPC von einer künstlichen Intelligenz (AI), die das Fahrzeug betreibt, als direktes Steuersignal zum Mikrocontroller 202 geliefert werden, ohne irgendein Gaspedal 216 zu verwenden.
Auf der Basis des Kurbelwellen-Winkelpositionssignals CRANK, des Nockenwellen-Winkelpositionssignals CAM, des Kristalloszillatorsignals XOSC und des Gaspedal-Steuersignals GPC arbeitet der Mikrocontroller 202, um Steuerinformationen zur Treiber-IC 204 zu liefern, um die Kraftstoffeinspritzdüse 208 durch die Leistungsstufe 206 zu betätigen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 202 zusätzliche Steuereingaben empfangen und verschiedene andere Steuerausgaben oder Messungen zu weiteren Systemkomponenten (nicht dargestellt) liefern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Mikrocontroller 202 mehrere nachstehend beschriebene Unterkomponenten. Hauptsächlich Komponenten, die für den Steuerpfad für die Kraftstoffeinspritzdüse 208 relevant sind, werden gezeigt und beschrieben, aber der Mikrocontroller 202 kann irgendeine Anzahl von zusätzlichen Funktionen und äquivalenten Implementierungsblöcken umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen empfängt ein Rauschfilter 222 das Kurbelwellen-Winkelpositionssignal CRANK vom Magnetpositionssensor 218. In solchen Ausführungsformen entfernt das Rauschfilter 222 Rauschen vom Kurbelwellen-Winkelpositionssignal CRANK.
Eine Periodenmessschaltung 224 empfängt eine gefilterte Version des Kurbelwellen-Winkelpositionssignals CRANK und misst die Periode des gefilterten Kurbelwellen-Winkelpositionssignals CR_ANK. Nach der Periodenmessung überwacht eine Lückendetektionsschaltung 226 das Kurbelwellen-Winkelpositionssignal CRANK und detektiert eine Lücke, die eine vollständige Rotation der Kurbelwelle 210 angibt. In solchen Ausführungsformen kann die Kurbelwelle 210 physikalische Zähne umfassen, die um die Kurbelwelle 210 verteilt sind und vom Magnetpositionssensor 218 verwendet werden, um das Kurbelwellen-Winkelpositionssignal CRANK zu erzeugen. Die physikalischen Zähne können um die Kurbelwelle 210 verteilt sein, um 60 Zähne aufzunehmen, aber zwei der Zähne sind entfernt, um eine Lücke zu bilden, die detektiert werden kann, damit jede Rotation der Kurbelwelle 210 detektiert wird. Die Lückendetektionsschaltung 226 detektiert diese Lücke und identifiziert jede Rotation der Kurbelwelle 210. In verschiedenen Ausführungsformen empfängt eine Modulo-360°-Schaltung 228 das Kurbelwellen-Winkelpositionssignal CRANK und die Identifikation der Lücke von der Lückendetektionsschaltung 226. Auf der Basis dieser Signale erzeugt die Modulo-360°-Schaltung 228 eine Version des Kurbelwellen-Winkelpositionssignals CRANK, die modulo 360° ist, d. h. das Signal wiederholt sich bei jeder Rotation der Kurbelwelle 210.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt ein Rauschfilter 232 das Nockenwellen-Winkelpositionssignal CAM vom Magnetpositionssensor 220. In solchen Ausführungsformen entfernt das Rauschfilter 232 Rauschen vom Nockenwellen-Winkelpositionssignal CAM. Eine Periodenmessschaltung 234 empfängt eine gefilterte Version des Nockenwellen-Winkelpositionssignals CAM und misst die Periode des gefilterten Nockenwellen-Winkelpositionssignals CAM. Im Allgemeinen sind die Kurbelwelle 210 und die Nockenwelle 212 mechanisch miteinander gekoppelt, so dass sich die Nockenwelle 212 einmal für jeweils zwei Rotationen der Kurbelwelle 210 dreht. Die Kurbelwelle 210 und die Nockenwelle 212 können beispielsweise durch eine Kette mechanisch miteinander gekoppelt sein. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Nockenwelle 212 einen einzelnen Zahn, der durch den Magnetpositionssensor 220 einmal bei jeder Rotation detektiert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt eine Modulo-720°-Schaltung 230 die Version des Kurbelwellen-Winkelpositionssignals CR_ANK, die modulo 360° ist, und die gefilterte und gemessene Version des Nockenwellen-Winkelpositionssignals CAM. Auf der Basis dieser Eingaben erzeugt die Modulo-720°-Schaltung 230 ein Winkelpositionssignal, das modulo 720° ist und die Position der Kurbelwelle 210 innerhalb jedes Zyklus mit zwei Rotationen angibt.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt die PLL-Schaltung 236 das Kristalloszillatorsignal XOSC vom XTAL 214 und liefert ein internes Taktsignal zur Vorhersageschaltung 242 und Anwendungssoftware 240. In speziellen Ausführungsformen kann die Anwendungssoftware 240 auf dem Kern des Mikrocontrollers 202 betrieben werden und die PLL-Schaltung 236 liefert das interne Taktsignal zum Kern und zu allen anderen Komponenten innerhalb des Mikrocontrollers 202. Die Vorhersageschaltung 242 empfängt das interne Taktsignal von der PLL-Schaltung 236 und das Winkelpositionssignal, das modulo 720° ist, von der Modulo-720°-Schaltung 230. Auf der Basis dieser Signale hat die Vorhersageschaltung 242 die Winkelposition modulo 720° und die Zeitdauer für jeden Zahn an der Kurbelwelle 210. Um die Brennkraftmaschine zu steuern, steuert das Kraftstoffeinspritzsystem 200 den Zeitablauf von Einspritzungen durch die Kraftstoffeinspritzdüse 208 sehr genau. In solchen Ausführungsformen kann die Winkelposition modulo 720°, die an der Vorhersageschaltung 242 zur Verfügung steht, nicht genau genug sein, um die Kraftstoffeinspritzdüse 208 zweckmäßig zu steuern, da die Beschleunigung und Verlangsamung die Winkelposition und die Änderungsrate der Brennkraftmaschine ändern, was zu einer Verringerung der Genauigkeit der Winkelposition modulo 720° führt, die zur Vorhersageschaltung 242 geliefert wird. In solchen Ausführungsformen kommuniziert die Vorhersageschaltung 242 mit einer Beschleunigungs/Verlangsamungs-Konsistenzschaltung 250, die mit einer Eingabe von der Sensorschnittstellenschaltung 238 versorgt wird, um die Effekte der Beschleunigung und Verlangsamung auf die Winkelposition modulo 720° vorherzusagen. Die Vorhersageschaltung 242 erzeugt eine vorhergesagte Winkelposition modulo 720°, die die Konsistenz zwischen der Winkelposition und der Zeitdauer entsprechend jedem Zahn an der Kurbelwelle 210 durch Kommunikation mit der Beschleunigungs/Verlangsamungs-Konsistenzschaltung 250 aufrechterhält. Die vorhergesagte Winkelposition modulo 720° wird zu einer Mikromarken-Generatorschaltung 244 geliefert.
In verschiedenen Ausführungsformen wird die vorhergesagte Winkelposition modulo 720°, die zur Mikromarken-Generatorschaltung 244 geliefert wird, auch zur Mikromarken-Generatorschaltung 264 in der Treiber-IC 204 als Winkelpositionssignal θ geliefert. Wie vorstehend beschrieben, kann jeder Zahn an der Kurbelwelle 210 um 6° getrennt sein, was zu einem Winkelpositionssignal θ an der Mikromarken-Generatorschaltung 244 mit einer Auflösung von 6° führt. In verschiedenen Ausführungsformen ist, um die Kraftstoffeinspritzdüse 208 genau zu steuern, ein Winkelpositionssignal mit höherer Auflösung erforderlich. In solchen Ausführungsform erzeugt die Mikromarken-Generatorschaltung 244 (sowie die Mikromarken-Generatorschaltung 264) ein interpoliertes Winkelpositionssignal mit einer Auflösung von 0,5° oder besser. In speziellen Ausführungsformen weist das interpolierte Winkelpositionssignal, das durch die Mikromarken-Generatorschaltung 244 erzeugt wird, eine Auflösung von 0,1° oder besser auf. Um das interpolierte Winkelpositionssignal mit hoher Auflösung zu erzeugen, kommuniziert die Mikromarken-Generatorschaltung 244 mit der Beschleunigungs/Verlangsamungs-Korrekturschaltung 252, um die Beschleunigung und Verlangsamung der Brennkraftmaschine zu korrigieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Mikromarken-Generatorschaltung 244 als digitale PLL-Schaltung implementiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird das korrigierte und vorhergesagte interpolierte Winkelpositionssignal mit hoher Auflösung zu einer Ereignisvorhersageschaltung 246 geliefert, die auch Einspritzsteuerungs-Zeitsteuerinformationen von der Anwendungssoftware 240 empfängt. Unter Verwendung der Einspritzungssteuerungs-Zeitsteuerinformationen von der Anwendungssoftware 240 und des korrigierten und vorhergesagten interpolierten Winkelpositionssignals von der Mikromarken-Generatorschaltung 244 sagen die Ereignisvorhersageschaltung 246 und der Zeitgeber 248 zusammen die Winkelpositionen zusammen mit den bevorstehenden Kraftstoffeinspritzereignissen vorher und liefern die speziellen Winkelpositionsinformationen zur Anwendungssoftware 240 oder zu zusätzlichen Treiber-ICs (nicht dargestellt) zurück, die andere Funktionen durchführen.
In verschiedenen Ausführungsformen kommuniziert die HSSL-Schnittstellenschaltung 256 im Mikrocontroller 202 mit der HSSL-Schnittstellenschaltung 258 in der Treiber-IC 204. In solchen Ausführungsformen ist die serielle Schnittstelle SI eine HSSL und die HSSL-Schnittstellenschaltung 256 kommuniziert über die serielle Schnittstelle SI mit der HSSL-Schnittstellenschaltung 258. In verschiedenen Ausführungsformen ist die serielle Schnittstelle SI ein anderer Typ von bidirektionaler Hochgeschwindigkeits-SSCI und die HSSL-Schnittstellenschaltung 256 und die HSSL-Schnittstellenschaltung 258 sind entsprechende Schnittstellenschaltungen für den speziellen Schnittstellenbus. In alternativen Ausführungsformen ist die serielle Schnittstelle SI ein anderer Typ von Schnittstellenbus wie z. B. MSB oder SPI und die HSSL-Schnittstellenschaltung 256 und HSSL-Schnittstellenschaltung 258 sind entsprechende Schnittstellenschaltungen für den speziellen Schnittstellenbus.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Erzeugung des korrigierten und vorhergesagten interpolierten Winkelpositionssignals in Bezug auf den Mikrocontroller 202 in SAE Technical Paper 1999-01-0203 von Patrick Leteinturier und Joseph Benning mit dem Titel „Enhanced Engine Position Acquisition & Treatment“ (LETEINTURIER, Patrick ; BENNING, Joseph: Enhanced engine position acquisition & treatment. In: SAE technical papers, 1999, 1999-01-0203, S. 9-19. DOI: 10.4271/1999-01-0203) genauer beschrieben, das durch den Hinweis in seiner Gesamtheit hier aufgenommen wird. Ferner wird die Erzeugung des korrigierten und vorhergesagten interpolierten Winkelpositionssignals in der Treiber-IC 204 durch die Mikromarken-Generatorschaltung 264, die Beschleunigungs/Verlangsamungs-Korrekturschaltung 268 und die Ereignisvorhersageschaltung 266 wiederholt.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Anwendungssoftware 240 Benutzersteuerinformationen von der Sensorschnittstellenschaltung 238, die das Gaspedal-Steuersignal GPC vom Gaspedal 216 empfängt. Die Anwendungssoftware 240 empfängt auch das interne Taktsignal von der PLL-Schaltung 236, Rückmeldungsinformationen von der Treiber-IC 204 durch die HSSL-Schnittstellenschaltung 256 und Rückmeldungsvergleichsinformationen von der Erfassungs- und Vergleichsschaltung 254. Auf der Basis der empfangenen Eingaben und Rückmeldungsinformationen berechnet die Anwendungssoftware 240 eine Auslösehüllkurve mit der Einspritzsteuerungs-Zeitsteuerung mit einer Starteinspritzzeit und einer Stoppeinspritzzeit, die beide mit einer speziellen Winkelposition der Brennkraftmaschine synchronisiert werden. Ferner kann in einigen Ausführungsformen während einer Initialisierungs- oder Startphase die Anwendungssoftware 240 ein Stromprofil oder Stromprofile durch die HSSL-Schnittstellenschaltung 256 liefern, damit sie in der Nachschlagetabelle (LUT) 260 in der Treiber-IC 204 gespeichert werden. Die Initialisierungs- oder Startphase kann beispielsweise ein Schlüsseleinschaltstart in einem Kraftfahrzeugsystem sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen speichert die LUT 260 ein Stromprofil oder mehrere Stromprofile zum Steuern der Kraftstoffeinspritzdüse 208. In verschiedenen Ausführungsformen kann die LUT 260 einen flüchtigen Speicher wie z. B. einen SRAM zum Speichern von Stromprofilen und Informationen, die über die serielle Schnittstelle SI in Echtzeit während des Betriebs übermittelt werden, umfassen. In alternativen Ausführungsformen kann die LUT 260 einen nichtflüchtigen Speicher zusätzlich zu oder anstelle des flüchtigen Speichers umfassen. Die LUT 260 kommuniziert über die serielle Schnittstelle SI durch die HSSL-Schnittstellenschaltung 258 und wird durch die Steuerschaltung 262 gesteuert. Die HSSL-Schnittstellenschaltung 258 empfängt auch ein übertragenes Taktsignal, das sie zur PLL-Schaltung 280 liefert, um ein internes Treibertaktsignal zu erzeugen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen arbeiten die Mikromarken-Generatorschaltung 264 (die den internen Treibertakt und das Winkelpositionssignal θ empfängt), die Beschleunigungs/Verlangsamungs-Korrekturschaltung 268 und die Ereignisvorhersageschaltung 266, wie ebenso vorstehend in Bezug auf die Mikromarken-Generatorschaltung 244, die Beschleunigungs/Verlangsamungs-Korrekturschaltung 252 und die Ereignisvorhersageschaltung 246 und genauer in Leteinturier und Benning beschrieben. In speziellen Ausführungsformen sendet die Ereignisvorhersage 246 Informationen über die serielle Schnittstelle SI. Insbesondere können sowohl die Ereignisvorhersageschaltung 246 als auch die Ereignisvorhersageschaltung 266 separat genaue Winkelpositionsinformationen erzeugen. Die Ereignisvorhersageschaltung 266 kann genau die Zeitsteuerung und entsprechende Winkelposition für jede Kraftstoffeinspritzung gemäß Steuerinformationen in der LUT 260 und von der Steuerschaltung 262 bestimmen.
In verschiedenen Ausführungsformen empfangen die LUT 260 und die Steuerschaltung 262 die Auslösehüllkurve (die die Einspritzsteuerungs-Zeitsteuerung mit einer Starteinspritzzeit und einer Stoppeinspritzzeit umfasst, die beide mit einer speziellen Winkelposition der Brennkraftmaschine erneut synchronisiert werden) von der Anwendungssoftware 240 über die serielle Schnittstelle SI und die jeweiligen HSSL-Schnittstellenschaltungen (256 und 258). Die Ereignisvorhersageschaltung 266 empfängt von der LUT 260 und der Steuerschaltung 262 die Auslösehüllkurve, die durch die Anwendungssoftware 240 erzeugt wird. Auf der Basis der Auslösehüllkurve, des gespeicherten Stromprofils und des korrigierten und vorhergesagten interpolierten Winkelpositionssignals liefert die Ereignisvorhersageschaltung 266 Schaltsteuersignale zur Treiberschaltung 270. Auf der Basis der Schaltsteuersignale steuert die Treiberschaltung 270 die Leistungsstufe 206, um die Kraftstoffeinspritzdüse 208 zu betätigen, um Kraftstoffeinspritzungen in einem Zylinder der Brennkraftmaschine genau zu steuern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Messschaltung 272 Spannungs- oder Strommesssignale MS von der Leistungsstufe 206. In solchen Ausführungsformen liefert die Messschaltung 272 durch die Schutzschaltung 274 Überspannungs- oder Überstromschutzsignale zur Treiberschaltung 270, die die Treiberschaltung 270 im Fall einer detektierten Überspannungs- oder Überstrombedingung deaktivieren oder begrenzen. Ferner liefern die Messschaltung 272 und Diagnoseschaltung 276 Spannungs- oder Strommesssignale MS bzw. Diagnoseinformationen zur Zeitstempelschaltung 278, die entsprechende Zeitstempelinformationen zu den Spannungs- oder Strommesssignalen MS und den Diagnoseinformationen hinzufügt, bevor sie diese zum Mikrocontroller 202 über die serielle Schnittstelle SI zurück liefert.
Die Anwendungssoftware 240 empfängt Spannungs- oder Strommesssignale MS und die Diagnoseinformationen mit dem entsprechenden Zeitstempel als Steuerrückmeldung. In solchen Ausführungsformen empfängt die Erfassungs- und Vergleichsschaltung 254 auch Spannungs- oder Strommesssignale MS, um einen Vergleich mit erwarteten Werten durchzuführen. Das Ergebnis des Vergleichs wird auch zur Anwendungssoftware 240 als Vergleichsrückmeldung geliefert. Auf der Basis der empfangenen Vergleichs- und Steuerrückmeldung kann die Anwendungssoftware 240 die Auslösehüllkurve für bevorstehende Kraftstoffeinspritzungen modifizieren, um beispielsweise eine detektierte Fehlanpassung zwischen der Auslösehüllkurve und der detektierten realen Öffnung und Schließung der Kraftstoffeinspritzdüse 208 zu korrigieren, die durch die Messschaltung 272 gemessen und durch die Erfassungs- und Vergleichsschaltung 254 analysiert wird.
4 stellt Wellenformdiagramme 300-340 eines Ausführungsform-Kraftstoffeinspritzsystems im Betrieb dar. Gemäß einer Ausführungsform stellen die Wellenformdiagramme 300-340 den Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems 200 in Bezug auf den Betrieb des Mikrocontrollers 202 und der Anwendungssoftware 240 und der Treiber-IC 204 dar. In solchen Ausführungsformen stellt das Wellenformdiagramm 300 die vorhergesagte Winkelposition modulo 720° dar, die zur Mikromarken-Generatorschaltung 244 und zur Mikromarken-Generatorschaltung 264 geliefert wird. Das Wellenformdiagramm 305 stellt die Winkelposition modulo 360° dar, die von der Modulo-360°-Schaltung 228 geliefert wird. Das Wellenformdiagramm 310 stellt die Ausgabe des Magnetpositionsschaltung 218 dar, wie z. B. nach dem Filtern im Rauschfilter 222 und der Periodenmessschaltung 224, was dem Signal für jeden Zahn an der Kurbelwelle 210 entspricht. Das Wellenformdiagramm 315 stellt das Mikromarkensignal dar, das durch sowohl die Mikromarken-Generatorschaltung 244 als auch die Mikromarken-Generatorschaltung 264 erzeugt wird. Das Mikromarkensignal gibt die interpolierte Winkelposition der Brennkraftmaschine an.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen erzeugt die Anwendungssoftware 240 eine Auslösehüllkurve, die die Einspritzsteuerungs-Zeitsteuerung mit einer Starteinspritzzeit und einer Stoppeinspritzzeit umfasst, die beide mit einer speziellen Winkelposition der Brennkraftmaschine synchronisiert werden. Die Auslösehüllkurve wird zur Treiber-IC 204 geliefert. Unter Verwendung der Auslösehüllkurve berechnet die Treiber-IC 204 ein lokales Auslösesignal mit Stopp- und Startzeiten für eine Kraftstoffeinspritzung. Das Wellenformdiagramm 320 stellt das lokale Auslösesignal dar. In solchen Ausführungsformen verwendet die Treiber-IC 204 das Stromprofil, wie im Wellenformdiagramm 325 dargestellt, um den zur Kraftstoffeinspritzdüse 208 durch die Leistungsstufe 206 zugeführten Strom zu steuern. Das Stromprofil wird mit einem Startauslöser des lokalen Auslösesignals beginnend angelegt und wird mit einem Endauslöser des lokalen Auslösesignals beendet, das im Wellenformdiagramm 320 dargestellt ist. Der Startauslöser ist beispielsweise die steigende Flanke und der Endauslöser ist die fallende Flanke des lokalen Auslösesignals.
Wie gezeigt, kann das im Wellenformdiagramm 325 dargestellte Stromprofil im Bereich des beabsichtigten Stromanlegens liegen. In solchen Ausführungsformen wird die Leistungsstufe 206 durch die Treiberschaltung 270 gesteuert, um das vom Kraftstoffeinspritzsystem 200 verwendete Stromprofil zu liefern oder eng anzunähern. Um das beabsichtigte Stromprofil zu liefern, liefert die Treiberschaltung 270 ein Einspritzdüsen-Ansteuersignal der hohen Seite (HS), wie im Wellenformdiagramm 330 dargestellt, und ein Einspritzdüsen-Ansteuersignal der niedrigen Seite (LS), wie im Wellenformdiagramm 335 dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Leistungsstufe 206 Schalter der hohen Seite und der niedrigen Seite, die das HS-Einspritzdüsen-Ansteuersignal und das LS-Einspritzdüsen-Ansteuersignal empfangen, die im Wellenformdiagramm 330 bzw. Wellenformdiagramm 335 dargestellt sind.
In verschiedenen Ausführungsformen umfassen das Wellenformdiagramm 330 und das Wellenformdiagramm 335 einerseits die Spannungsinformationen, die durch das Schaltmuster der HS- und LS-Schalter verursacht werden, und andererseits die Rückmeldung des Solenoid-Aktuators in der Kraftstoffeinspritzdüse. Dieses Gegen-EMF-Signal enthält die Informationen dessen, wann der Kolben des Solenoids sich öffnet und schließt, was den realen Beginn und das reale Ende der Kraftstoffströmung durch die Kraftstoffeinspritzdüse in die Brennkammer angibt. In solchen Ausführungsformen wird das Gegen-EMF-Signal indirekt durch die Messschaltung 272 gemessen. Da unvorhersagbare Verzögerungen zwischen dem Steuersignal im Wellenformdiagramm 320 und dem realen Öffnen und Schließen des Solenoids in der Kraftstoffeinspritzdüse bestehen können, kann eine Fehlanpassung zwischen der vorhergesagten und zugeführten Kraftstoffmenge auftreten. In solchen Ausführungsformen werden diese Fehlanpassungsfehler innerhalb des nächsten Einspritzzyklus korrigiert. Die Messinformationen von der Messschaltung 272, die verwendet werden, um den Fehlanpassungsfehler zu bestimmen, stehen direkt mit dem Steuersignal des Wellenformdiagramms 320 in Beziehung, das in der Ansteuer-IC 204 lokal erneut aufgebaut (oder bestimmt) wurde, werden mit einem Zeitstempel in der Zeitstempelschaltung 278 versehen und dem Mikrocontroller 202 zugeführt, wobei die Berechnung der Korrektur für den Fehlanpassungsfehler für den nächsten Zyklus in der Anwendungssoftware 240 durchgeführt wird.
Gemäß solchen verschiedenen Ausführungsformen erzeugen die Messschaltung 272 und die Zeitstempelschaltung 278 Rückmeldungsinformationen, die zum Mikrocontroller 202 über die serielle Schnittstelle SI geliefert werden. Die speziellen Zeitsteuerinformationen und entsprechende Winkelposition des realen Einspritzstarts und des realen Einspritzendes wird beispielsweise als Rückmeldung geliefert. Wie durch das Wellenformdiagramm 320 und die Wellenformdiagramme 325 und 330 gezeigt, besteht eine Verzögerung, z. B. eine Deltazeit oder ein Deltawinkel, zwischen der Einleitung des lokalen Auslösesignals (im Wellenformdiagramm 320) und dem Umschalten des HS-Einspritzdüsen-Ansteuersignals (im Wellenformdiagramm 325) entsprechend dem Beginn der aktuellen Einspritzung an der Kraftstoffeinspritzdüse 208 (im Wellenformdiagramm 330). Folglich stellt das Wellenformdiagramm 340 die Rückmeldungsinformationen mit der Zeitsteuerung und dem Winkel des realen Starts und des realen Endes der aktuellen Einspritzung dar, was dem realen Start und dem realen Ende der Kraftstoffeinspritzung in speziellen Ausführungsformen entspricht.
Wie vorstehend in Bezug auf die anderen Figuren beschrieben, hängt das spezielle Stromprofil von mehreren Faktoren ab. Ferner hängen die Schaltsignale, um ein spezielles Stromprofil zu liefern, von der Leistungsstufentopologie und Komponenten ab, die verwendet werden, um das Stromprofil bereitzustellen. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt leicht die erforderlichen Schritte und Modifikationen, um verschiedene Stromprofile für zahlreiche mechanische Systeme mit Winkelpositionsinformationen zu implementieren und die Schaltsignale für verschiedene spezielle Leistungsstufentopologien zu implementieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die Synchronisation eines Mikrocontrollers mit einer Treiber-IC für ein mechanisches System mit Winkelpositionsinformationen unter Verwendung der Winkelpositionsinformationen durchgeführt. Solche Ausführungsformen können mit irgendeinem Typ von Stromprofil für irgendeinen Typ von Leistungsstufe implementiert werden, die das mechanische System mit Winkelpositionsinformationen ansteuert.
5 stellt ein schematisches Diagramm einer integrierten Treiberschaltung (IC) 400 der Ausführungsform, die mit dem Mikrocontroller 401 durch die serielle Schnittstelle SI und das Winkelpositionssignal θ gekoppelt ist, dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Treiber-IC 400 eine Ausführungsformimplementierung der Treiber-IC 104 oder Treiber-IC 204 sein, wie vorstehend in Bezug auf die anderen Figuren beschrieben. In speziellen Ausführungsformen wird die serielle Schnittstelle SI als HSSL-Bus implementiert, der einen Bustakt BCLK, Sendeleitungen tx_p und tx_n, und Empfangsleitungen rx_p und rx_n umfasst. Der Mikrocontroller 401 kann auch die die Treiber-IC 400 mit einem Rücksetzsignal RST beliefern. In solchen Ausführungsformen umfassen sowohl der Mikrocontroller 401 als auch die Treiber-IC 400 zweckgebundene externe Pins für jedes des Signals RST, des Bustakts BCLK, der Sendeleitungen tx_p und tx_n (zwei Pins), Empfangsleitungen rx_p und rx_n (zwei Pins) und des Winkelpositionssignals θ.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen arbeitet die Treiber-IC 400 mit einem Hauptsteuerpfad vom Mikrocontroller 401 zur analogen Vortreiberschaltung 412 durch die HSSL-Schnittstellenprotokollschaltung (IP-Schaltung) 402, die SRAM-Schaltung 406, den LUT-Sequenzierer 408 und die Reguliererschaltung 410. Die Treiber-IC 400 arbeitet auch mit einem Diagnoserückführungspfad von der analogen Vortreiberschaltung 412 zum Mikrocontroller 401 durch Diagnoseelemente mit der Zeitsteuerschaltung 414, der Analog-Digital-Umsetzer-Schaltung (ADC-Schaltung) 416, der digitalen Filterschaltung 418, der Zwischenspeicherschaltung 426, der Zeitstempel- und Identifikationsschaltung (ID-Schaltung) 422 und der SRAM-First-in-First-Out-Schaltung (FIFO-Schaltung) 424.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Treiber-IC 400 mit mehreren Kanälen wie z. B. für mehrere Solenoide gekoppelt. In einer speziellen Ausführungsform erzeugt die Treiber-IC 400 Schaltsteuersignale für vier parallele Kanäle, die vier Solenoide ansteuern. In verschiedenen Ausführungsformen werden der Hauptsteuerpfad und der Diagnoserückführungspfad einmal pro Kanal ausgeführt. Für eine Treiber-IC mit vier parallelen Betriebskanälen kann jeder Kanal auf auswählbare Treiber durch die programmierbare Schaltmatrix 411 abgebildet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Treiber-IC 400 mehrere Schaltleistungsstufen unter Verwendung von mehreren parallelen Betriebskanälen ansteuern. In solchen Ausführungsformen können Elemente wie z. B. die Reguliererschaltung 410, die analoge Vortreiberschaltung 412, die digitale Filterschaltung 418, die ADC-Schaltung 416, die Zeitsteuerschaltung 414, die Zeitstempel- und ID-Schaltung 422 und die Zwischenspeicherschaltung 426 mehrere Fälle umfassen, mit einem Fall pro Leistungsstufe und Betriebskanal. Drei, vier oder sechs Kanäle können beispielsweise in verschiedenen Implementierungen verwendet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die programmierbare Schaltmatrix 411 eine separate Einheit von der analogen Vortreiberschaltung 412 und ist mit einem oder mehreren Fällen, wie beispielsweise vier, der analogen Vortreiberschaltung 412 verbunden. Ebenso können ein oder mehrere Fälle der Reguliererschaltung 410 verschiedenen Betriebskanälen durch die programmierbare Schalmatrix 411 mit einer oder mehreren analogen Vortreiberschaltungen 412 zugewiesen werden. In solchen Ausführungsformen ermöglicht die Anordnung eine höhere Flexibilität für das Ansteuern von verschiedenen Leistungskonfigurationen.
In verschiedenen Ausführungsformen unterstützt die HSSL-IP-Schaltung 402 einen ersten Streaming-Kanal für Hochgeschwindigkeits-Hochladen von Diagnosedaten zum Mikrocontroller 401 und einen zweiten Kanal mit niedrigerer Geschwindigkeit zum Herunterladen der Stromprofile in die Nachschlagetabelle des Sequenzierers (LUT-Sequenzierers 408) für das Steuern der Reguliererschaltung 410. Der LUT-Sequenzierer 408 ist durch den Mikrocontroller 401 programmierbar und kann mit verschiedenen Elementen programmiert werden, einschließlich des Zeitauftretens (Zeitstempel), des Stromwerts und der Kanalnummer der Reguliererschaltung 410 und definierten Ereignissen. In solchen Ausführungsformen kann der LUT-Sequenzierer 408 diese Elemente in einer flüchtigen Nachschlagetabelle speichern. Ferner verarbeitet der LUT-Sequenzierer 408 diese Elemente für jeden Kanal, um die Reguliererschaltung 410 zu steuern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Reguliererschaltung 410 eine 2-Punkt-Hysterese-Regulierungsschaltung, die durch Abstimmen der Schwellenwerte thre_hi und thre_lo eines digitalen Komparators, der in der Reguliererschaltung 410 enthalten ist, implementiert wird. Für jeden Kanal ist die Eingabe in die Reguliererschaltung 410 eine digitale Darstellung des analogen Stromrückführungssignals CFB_x für die Leistungsschalter des jeweiligen Kanals. Die Ausgabe der Reguliererschaltung 410 ist das impulsbreitenmodulierte (PWM) Steuersignal, das den Ein/Aus-Zustand desselben Ansteuerschalters jedes jeweiligen Kanals steuert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen berechnet die Winkelkorrektur- und Vorhersageschaltung (ACP-Schaltung) 420 das Winkelpositionssignal mit hoher Auflösung wie z. B. durch Interpolation auf der Basis des Winkelpositionssignals θ. Das Winkelpositionssignal θ ist das relevante Eingangssignal, das direkt vom Sensor der Kurbelwelle oder vom Mikrocontroller 401 kommt, wie vorstehend in Bezug auf 3 beschrieben. Das Winkelpositionssignal mit hoher Auflösung, das durch die ACP-Schaltung 420 erzeugt wird, wird für die genaue Synchronisation des ganzen Systems gemäß den Winkelinformationen verwendet. In solchen Ausführungsformen umfasst die ACP-Schaltung 420 eine Zeitgebereinheit mit hoher Auflösung innerhalb des Blocks.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Taktmanagementeinheitsschaltung (CMU-Schaltung) 430 Systemrücksetz- und Taktfunktionen. Die CMU-Schaltung 430 empfängt ein internes Taktsignal mit höherer Frequenz mit einer Frequenz von beispielsweise 160 MHz von der PLL-Schaltung 404 und ein Rücksetzsignal RST vom Mikrocontroller 401 und erzeugt sys_clk mit einer Frequenz von beispielsweise 80 MHz. In speziellen Ausführungsformen leitet die Testmodus-Steuerungsschaltung (TMC-Schaltung) 432 Tests ein und wird von externen Vorrichtungen über eine JTAG-Schnittstelle mit E/A-Anschlüssen TDI, TDO, TCK and TMS programmiert. In weiteren speziellen Ausführungsformen überwacht die Spannungsüberwachungseinheitsschaltung (VMON-Schaltung) 428 Versorgungsspannungen wie beispielsweise VCCP und die Batteriespannung VBAT und Verstärkungsspannungen wie beispielsweise die Verstärkungsspannung VBOOST für die Treiber-IC 400.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen liefert die analoge Vortreiberschaltung 412 die Ansteuersignale für die Leistungsschalter. In solchen Ausführungsformen liefert die analoge Vortreiberschaltung 412 Signale in Bezug auf die Batteriespannung, die Verstärkungsspannung oder Masse. Die Ausgangsanschlüsse (externen Pins) der analogen Vortreiberschaltung 412 sind direkt mit den externen Leistungsschaltern der Leistungsstufe verbunden. Insbesondere sind die externen Pins D_HSx, G_HSx und B_HSx mit dem HS-Leistungsschalter für jeden jeweiligen Kanal gekoppelt und die externen Pins D_LSx und G_LSx sind mit dem LS-Leistungsschalter für jeden jeweiligen Kanal gekoppelt. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Strom durch die Leistungsschalter durch Detektieren der Spannungsabfälle an den seriellen Nebenschlusswiderständen mit niedriger Impedanz gemessen werden. Messungen werden durch die analoge Vortreiberschaltung 412 durch die externen Pins VsenseP_x und VsenseN_x durchgeführt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfassen die Diagnoseelemente die Zeitsteuerschaltung 414, die Analog-Digital-Umsetzer-Schaltung (ADC-Schaltung) 416, die digitale Filterschaltung 418, die Zwischenspeicherschaltung 426, die Zeitstempel- und ID-Schaltung 422 und die SRAM-First-in-First-out-Schaltung (FIFO-Schaltung) 424. In solchen Ausführungsformen werden Spannungen und Ströme von der analogen Vortreiberschaltung 412 in digitale Werte durch die ADC-Schaltung 416 umgesetzt. Die umgesetzten digitalen Signale können durch die digitale Filterschaltung 418 im Signalpfad gefiltert werden. In einigen Ausführungsformen werden Rohdaten und auch gefilterte Daten zum Mikrocontroller 401 gesendet. Die Datenerfassung für die Diagnose kann während periodischen Messintervallen aktiviert werden. In speziellen Ausführungsformen ist die Zeitsteuerung der Datenerfassung durch den Mikrocontroller 401 programmierbar und wird mit der Winkelposition mit hoher Auflösung, die durch die ACP-Schaltung 420 bereitgestellt wird, synchronisiert. In verschiedenen Ausführungsformen werden die digitalen Abtastwerte vom Messblock mit Zeitstempeln und Kanal-IDs an der Zeitstempel- und ID-Schaltung 422 kombiniert. In solchen Ausführungsformen behalten die digitalen Abtastwerte die Referenzinformationen nach der Übertragung in den Speicher im Mikrocontroller 401 durch die SRAM-FIFO-Schaltung 424 und HSSL-IP-Schaltung 402 bei.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anzahl von Kanälen und der entsprechenden Leistungsschalter, die mit der Treiber-IC 400 gekoppelt sind, variieren. Die Treiber-IC kann beispielsweise mit 1, 2, 3 oder 4 separaten Schaltleistungsstufen gekoppelt sein. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Signale der Treiber-IC 400, die in 5 dargestellt sind, die mit dem Zeichen „x“ enden, für jeden Kanal wiederholt. Für die Treiber-IC 400, die vier Kanäle ansteuert, umfassen die Signale folglich vier Fälle „1“, „2“, „3“ und „4“, einen für jeden Kanal.
6 stellt ein Funktionsschaubild einer Ausführungsform-Brennkraftmaschine 500 mit einem Steuerungssystem 502 für die Kraftstoffeinspritzdüse 504 dar. Verschiedene Elemente sind in 6 für erläuterte Zwecke enthalten, werden jedoch im Interesse der Kürze nicht beschrieben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Steuerungssystem 502 einen Mikrocontroller, eine Treiber-IC und eine Leistungsstufe zum Steuern der Kraftstoffeinspritzdüse 504, wie vorstehend in Bezug auf die anderen Figuren beschrieben. Das Steuerungssystem 502 bestimmt die Kraftstoffeinspritzung für die Brennkraftmaschine 500 und betätigt die Kraftstoffeinspritzdüse 504 dementsprechend.
In verschiedenen Ausführungsformen erfasst der Kurbelwellensensor 506 die Winkelposition der Kurbelwelle 508 und kann die Winkelposition zum Steuerungssystem 502 liefern. Ebenso detektiert die Nockenwellenreferenz 510, in welchem Zyklus eines Zyklus mit zwei Rotationen (720°) sich die Nockenwelle befindet, auf der Basis der Öffnung und Schließung des Auslassventils 512 (oder Einlassventils 514). Wenn Kraftstoff und Luft in die Brennkammer über dem Kolben 518 eingelassen werden, leitet eine Zündkerze 516 die Explosion ein, die den Kolben 518 antreibt und die Kurbelwelle 508 weiter dreht.
In solchen Ausführungsformen liefert die Kraftstoffpumpe 522 Kraftstoff vom Kraftstofftank 520 zur Kraftstoffeinspritzdüse 504. In einigen Ausführungsformen hält eine Hochdruckpumpe 524 eine Kraftstoffzufuhr mit stabilem Druck zur Kraftstoffeinspritzdüse 504 während des Betriebs aufrecht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen liefert das Steuerungssystem 502 Steuersignale zur Kraftstoffeinspritzdüse 504 synchron mit der Position des Kolbens 518 und der Winkelposition der Kurbelwelle 508. In anderen Ausführungsformen kann das Steuerungssystem 502 zahlreiche andere Aktuatoren synchron mit der Position des Kolbens 518 und der Winkelposition der Kurbelwelle 508 steuern. Das Steuerungssystem 502 kann beispielsweise das Auslassventil 512, das Einlassventil 514 oder die Hochdruckpumpe 524 steuern. In noch einer anderen Ausführungsform kann das Steuerungssystem 502 verwendet werden, um Kupplungen in einem Getriebe synchron mit der Position des Kolbens 518 und der Winkelposition der Kurbelwelle 508 zu steuern.
7 stellt ein Blockdiagramm eines Verfahrens 600 zum Betreiben eines Ausführungsform-Steuerungssystems dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren 600 die Schritte 605, 610, 615 und 620. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 605 das Empfangen eines Steuerschemas über eine serielle Schnittstelle an einer Treiber-IC. Das Steuerschema kann sowohl Steuerinformationen wie z. B. Auslösehüllkurve als auch ein Stromprofil umfassen. In speziellen Ausführungsformen werden Stromprofile separat während einer Initialisierungsstufe empfangen und die Auslösehüllkurve wird in Echtzeit während des Betriebs empfangen. Nach Schritt 605 umfasst Schritt 610 das Empfangen eines Winkelpositionssignals an der Treiber-IC. Das Winkelpositionssignal kann im Bereich von 0° bis 720° liegen und entspricht in verschiedenen Ausführungsformen der Winkelposition eines mechanischen Systems wie beispielsweise der Brennkraftmaschine.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst Schritt 615 das Synchronisieren eines Ansteuersignals mit dem Winkelpositionssignal. In solchen Ausführungsformen basiert das Ansteuersignal auf dem Steuerschema. In speziellen Ausführungsformen wird das Ansteuersignal auf der Basis einer Auslösehüllkurve, eines Stromprofils und eines interpolierten Winkelpositionssignals erzeugt. Nach Schritt 615 umfasst Schritt 620 das Ansteuern eines Leistungsschalters von der Treiber-IC unter Verwendung des Ansteuersignals. Der Leistungsschalter kann ein einzelner Leistungsschalter oder mehrere Leistungsschalter sein. In einigen Ausführungsformen ist der Leistungsschalter gekoppelt, um einen Betätigungsstrom zu einem Solenoid-Aktuator im mechanischen System zu liefern. Der Leistungsschalter beliefert beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzdüse, eine Pumpe, ein Ventil in einem Brennkraftmaschinensystem. In anderen Ausführungsformen können zahlreiche zusätzliche Schritte im Verfahren 600 enthalten sein und die Schritte des Verfahrens 600 können in alternativen Ausführungsformen umgeordnet werden.
8 stellt ein schematisches Diagramm einer Beispiel-Leistungsstufentopologie 700 mit einem analogen Treibervorderende 702, einem Schalter der hohen Seite HSA, einem Schalter der hohen Seite HSB, einem Schalter der niedrigen Seite LSA und einem Schalter der niedrigen Seite LSB dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst das analoge Treibervorderende 702 beispielhafte Elemente wie z. B. HS-Vortreiber 1, 2, 3, 4, 5 und 6, LS-Vortreiber 1, 2, 3, 4, 5 und 6, Stromüberwachungsschaltungen 1, 2, 3 und 4 und eine VDS-Überwachungsschaltung. Das analoge Treibervorderende 702 kann der Ansteuerschaltung 120, der Treiberschaltung 270 oder der Vortreiberschaltung 412 entsprechen, die hier vorstehend in Bezug auf 2, 3 bzw. 5 beschrieben sind. Wie gezeigt, können mehrere Fälle und entsprechende Schalter enthalten sein. Die Leistungsstufentopologie 700 zeigt zwei Schaltersätze, die durch HS/LS-Vortreiber 1 und HS/LS-Vortreiber 2 angesteuert werden, wobei jeder Schaltersatz beispielsweise mit einer Kraftstoffeinspritzdüse für einen unterschiedlichen Zylinder in einer Brennkraftmaschine gekoppelt sein kann. Ebenso können die HS/LS-Vortreiber 3 und HS/LS-Vortreiber 4 mit jeweiligen Schaltersätzen (nicht dargestellt) für jede zusätzliche Kraftstoffeinspritzdüse und zwei zusätzliche Zylinder gekoppelt sein. In einem Beispiel umfassen folglich vier Zylinder mit vier Kraftstoffeinspritzdüsen jeweils einen entsprechenden Schaltersatz (mit Schaltern der hohen Seite und der niedrigen Seite), die durch einen entsprechenden HS- und LS-Vortreiber 1, 2, 3 und 4 angesteuert werden. In dem gezeigten speziellen Beispiel ist die Stromüberwachungsschaltung 1 mit dem Nebenschlusswiderstand R_SHUNT gekoppelt, um den Strom zu messen, der durch den Schalter der hohen Seite HSA, den Schalter der hohen Seite HSB, den Schalter der niedrigen Seite LSA und den Schalter der niedrigen Seite LSB fließt.
Die HS/LS-Vortreiber 5 und HS/LS-Vortreiber 6 können mit anderen Komponenten in einem Kraftfahrzeugsystem wie beispielsweise Ventilen gekoppelt sein. Ebenso können die Stromüberwachungsschaltungen 2, 3 und 4 mit anderen Schaltsätzen oder anderen Komponenten gekoppelt sein, die durch das analoge Treibervorderende 702 angesteuert werden. In verschiedenen Ausführungsformen entsprechen die Stromüberwachungsschaltungen 1, 2, 3 und 4 der Messschaltung 122 oder der Messschaltung 272, die vorstehend in Bezug auf die 2 bzw. 3 hier beschrieben sind.
Der Schalter der hohen Seite HSA und der Schalter der niedrigen Seite LSA sind mit oberen und unteren Anschlüssen eines induktiven Elements LA gekoppelt. In verschiedenen Ausführungsformen ist das induktive Element LA ein Aktuator, wie z. B. eine Kraftstoffeinspritzdüse für Direkteinspritzsysteme. Der Schalter der hohen Seite HSA ist auch mit der Verstärkungsspannung VBOOST gekoppelt und der Schalter der niedrigen Seite LSA ist auch mit dem Nebenschlusswiderstand R_SHUNT gekoppelt. Der Schalter der hohen Seite HSB und der Schalter der niedrigen Seite LSB sind mit oberen und unteren Anschlüssen eines induktiven Elements LB gekoppelt. In verschiedenen Ausführungsformen ist das induktive Element LB ein Aktuator, wie z. B. eine Kraftstoffeinspritzdüse für Direkteinspritzsysteme. Der Schalter der hohen Seite HSB ist auch mit der Batteriespannung VBAT gekoppelt und der Schalter der niedrigen Seite LSB ist auch mit dem Nebenschlusswiderstand R_SHUNT gekoppelt. Die Leistungsstufentopologie 700 umfasst auch einen Kondensator CA, der mit einem Gate-Anschluss des Schalters der hohen Seite HSA gekoppelt ist, einen Kondensator CB, der mit einem Gate-Anschluss des Schalters der hohen Seite HSB gekoppelt ist, und Dioden D1, D2, D3 und D4.
Die Leistungsstufentopologie 700 stellt einen Typ von beispielhafter Leistungsstufentopologie dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Ausführungsform-Treiber-ICs, wie hier beschrieben, mit irgendeinem Typ von Schalttopologie gekoppelt sein, wie vom Fachmann auf dem Gebiet leicht erkannt wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Steuerungssystem, das dazu konfiguriert ist, einen Leistungsschalter anzusteuern, eine integrierte Treiberschaltung (IC), die eine Schnittstellenschaltung, eine Synchronisationsschaltung und eine Ansteuerschaltung umfasst. Die Schnittstellenschaltung ist dazu konfiguriert, ein Steuerschema über eine serielle Schnittstelle zu empfangen. Die Synchronisationsschaltung ist mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt und ist dazu konfiguriert, ein Winkelpositionssignal zu empfangen und ein Ansteuersignal mit dem Winkelpositionssignal zu synchronisieren, wobei das Ansteuersignal auf dem Steuerschema basiert. Die Ansteuerschaltung ist mit der Synchronisationsschaltung gekoppelt und ist dazu konfiguriert, den Leistungsschalter unter Verwendung des Ansteuersignals anzusteuern. Andere Ausführungsformen umfassen entsprechende Systeme und Vorrichtungen, die jeweils dazu konfiguriert sind, verschiedene Ausführungsformverfahren durchzuführen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Steuerungssystem ferner einen Mikrocontroller, der mit der Treiber-IC gekoppelt ist. Der Mikrocontroller ist dazu konfiguriert, das Steuerschema zur Treiber-IC über die serielle Schnittstelle zu liefern und das Winkelpositionssignal zur Treiber-IC zu liefern. In einigen Ausführungsformen ist der Mikrocontroller ferner dazu konfiguriert, ein anfängliches Winkelpositionssignal zu empfangen, das Winkelpositionssignal auf der Basis des anfänglichen Winkelpositionssignals zu erzeugen, das Winkelpositionssignal zur Treiber-IC zu liefern und ein interpoliertes Winkelpositionssignal auf der Basis des Winkelpositionssignals zu erzeugen. Das interpolierte Winkelpositionssignal weist eine höhere Auflösung als das Winkelpositionssignal auf.
In einigen weiteren Ausführungsformen ist der Mikrocontroller ferner dazu konfiguriert, ein vorhergesagtes Winkelpositionssignal auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und einer Steuereingabe zu erzeugen. In weiteren Ausführungsformen umfasst die Synchronisationsschaltung eine Positionsbestimmungsschaltung, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, auch das interpolierte Winkelpositionssignal auf der Basis des Winkelpositionssignals zu erzeugen, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung als das Winkelpositionssignal aufweist. In solchen Ausführungsformen kann die Positionsbestimmungsschaltung ferner dazu konfiguriert sein, ein vorhergesagtes Winkelpositionssignal auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und einer Steuereingabe zu erzeugen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Winkelpositionssignal Winkelpositionsinformationen einer Rotationsmaschine. In solchen Ausführungsformen kann die Rotationsmaschine in Zyklen arbeiten, wobei jeder Zyklus 720 Grad Rotation umfasst. In einigen Ausführungsformen umfasst die Rotationsmaschine eine Brennkraftmaschine und der Leistungsschalter liefert Strom zu einem Solenoid in einer Kraftstoffeinspritzdüse für die Brennkraftmaschine.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Treiber-IC ferner eine Messschaltung, die dazu konfiguriert ist, ein Messsignal vom Leistungsschalter zu empfangen und ein Rückmeldungssignal zu erzeugen. In solchen Ausführungsformen kann die Treiber-IC ferner eine Zeitstempelschaltung umfassen, die mit der Messschaltung und mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist, wobei die Zeitstempelschaltung dazu konfiguriert ist, das Rückmeldungssignal und einen entsprechenden Zeitstempel zur Schnittstellenschaltung zu liefern. In einigen Ausführungsformen umfasst die Synchronisationsschaltung eine Positionsbestimmungsschaltung, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, ein interpoliertes Winkelpositionssignal auf der Basis des Winkelpositionssignals zu erzeugen, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung aufweist als das Winkelpositionssignal.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Schnittstellenschaltung dazu konfiguriert, unter Verwendung eines bidirektionalen synchronen seriellen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsschnittstellenprotokolls zu arbeiten. In solchen Ausführungsformen kann die Schnittstellenschaltung eine serielle Hochgeschwindigkeits-Verbindungsschnittstellenschaltung (HSSL-Schnittstellenschaltung) umfassen, die zur seriellen Kommunikation über sechs externe Pins der Treiber-IC konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen umfasst die Treiber-IC ferner eine Phasenregelkreisschaltung (PLL-Schaltung), die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist. In weiteren Ausführungsformen umfasst die Treiber-IC ferner eine Speicherschaltung mit einer flüchtigen Speicherschaltung. In anderen Ausführungsformen kann die Speicherschaltung einen nichtflüchtigen Nachschlagetabellenspeicher anstelle von oder zusätzlich zur flüchtigen Speicherschaltung umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Steuerungssystems das Empfangen eines Steuerschemas über eine serielle Schnittstelle an einer Treiber-IC, das Empfangen eines Winkelpositionssignals an der Treiber-IC, das Synchronisieren eines Ansteuersignals mit dem Winkelpositionssignals und das Ansteuern eines Leistungsschalters von der Treiber-IC unter Verwendung des Ansteuersignals. Das Ansteuersignal basiert auf dem Steuerschema. Andere Ausführungsformen umfassen entsprechende Systeme und Vorrichtungen, die jeweils dazu konfiguriert sind, verschiedene Ausführungsformverfahren durchzuführen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Liefern des Steuerschemas zur Treiber-IC über die serielle Schnittstelle von einem Mikrocontroller und das Liefern des Winkelpositionssignals zur Treiber-IC vom Mikrocontroller. In solchen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Empfangen eines anfänglichen Winkelpositionssignals am Mikrocontroller, das Erzeugen des Winkelpositionssignals auf der Basis des anfänglichen Winkelpositionssignals im Mikrocontroller, das Liefern des Winkelpositionssignals vom Mikrocontroller zur Treiber-IC und das Erzeugen eines interpolierten Winkelpositionssignals auf der Basis des Winkelpositionssignals im Mikrocontroller umfassen. In solchen Ausführungsformen weist das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung als das Winkelpositionssignals auf.
In weiteren Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Erzeugen eines vorhergesagten Winkelpositionssignals auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und auf der Basis einer Steuereingabe im Mikrocontroller. In anderen Ausführungsformen umfasst das Synchronisieren des Ansteuersignals mit dem Winkelpositionssignal das Erzeugen des interpolierten Winkelpositionssignals auf der Basis des Winkelpositionssignals in der Treiber-IC und das Synchronisieren des Ansteuersignals mit dem interpolierten Winkelpositionssignal. In solchen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Erzeugen eines vorhergesagten Winkelpositionssignals auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und auf der Basis einer Steuereingabe in der Treiber-IC umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Empfangen eines Messsignals vom Leistungsschalter, das Erzeugen eines Rückmeldungssignals auf der Basis des Messsignals und das Liefern des Rückmeldungssignals zum Mikrocontroller. In solchen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Erzeugen eines entsprechenden Zeitstempelsignals für das Rückmeldungssignal und das Liefern des entsprechenden Zeitstempelsignals mit dem Rückmeldungssignal zum Mikrocontroller umfassen. In einigen Ausführungsformen wird das Winkelpositionssignal von einer Rotationsmaschine empfangen, die in Zyklen arbeitet, wobei jeder Zyklus 720 Grad Rotation umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Steuerungssystem dazu konfiguriert, einen Leistungsschalter in einem mechanischen System mit Winkelpositionsinformationen anzusteuern. Das Steuerungssystem umfasst eine Mikrocontrollerschaltung und eine Treiber-IC. Die Mikrocontrollerschaltung umfasst einen ersten Winkelpositionseingangspin, einen Winkelpositionsausgangspin, einen Steuereingangspin und erste mehrere serielle Schnittstellenpins. Ferner ist die Mikrocontrollerschaltung dazu konfiguriert, ein interpoliertes Winkelpositionssignal auf der Basis der Winkelpositionsinformationen zu erzeugen, die am ersten Winkelpositionseingangspin empfangen werden, ein Winkelpositionssignal durch den Winkelpositionsausgangspin zu liefern und ein Steuerschema für den Leistungsschalter durch die ersten mehreren seriellen Schnittstellenpins zu liefern. Das Winkelpositionssignal basiert auf den Winkelpositionsinformationen, die am ersten Winkelpositionseingangspin empfangen werden, und weist eine niedrigere Auflösung auf als das interpolierte Winkelpositionssignal. Die Treiber-IC umfasst einen zweiten Winkelpositionseingangspin, der mit dem Winkelpositionsausgangspin gekoppelt ist, zweite mehrere serielle Schnittstellenpins, die mit den ersten mehreren seriellen Schnittstellenpins gekoppelt sind, und einen Ansteuerpin, der so konfiguriert ist, dass er mit dem Leistungsschalter gekoppelt ist. Ferner ist die Treiber-IC dazu konfiguriert, das interpolierte Winkelpositionssignal auf der Basis von Informationen zu erzeugen, die am zweiten Winkelpositionseingangspin empfangen werden, das Steuerschema an den zweiten mehreren seriellen Schnittstellenpins zu empfangen, ein Schaltsteuersignal auf der Basis des Steuerschemas und des interpolierten Winkelpositionssignals zu erzeugen, und ein Ansteuersignal zum Leistungsschalter am Ansteuerpin auf der Basis des Schaltsteuersignals zu liefern. Andere Ausführungsformen umfassen entsprechende Systeme und Vorrichtungen, die jeweils dazu konfiguriert sind, verschiedene Ausführungsformverfahren durchzuführen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Mikrocontrollerschaltung ferner dazu konfiguriert, ein vorhergesagtes Winkelpositionssignal auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und einer Steuereingabe zu erzeugen, die vom Steuereingangspin empfangen wird. In solchen Ausführungsformen ist die Treiber-IC ferner dazu konfiguriert, das vorhergesagte Winkelpositionssignal auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und ferner Steuerinformationen, die an den zweiten mehreren seriellen Schnittstellenpins empfangen werden, zu erzeugen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Treiber-IC ferner dazu konfiguriert, ein Rückmeldungssignal und einen Zeitstempel durch die zweiten mehreren seriellen Schnittstellenpins zu liefern. In solchen Ausführungsformen können das Rückmeldungssignal und der Zeitstempel auf einem Zustand des Leistungsschalters basieren. In einigen Ausführungsformen umfasst das mechanische System eine Rotationsmaschine. In verschiedenen solchen Ausführungsformen kann die Rotationsmaschine in Kraftmaschinenzyklen arbeiten, wobei jeder Zyklus 720 Grad Rotation umfasst. In solchen Ausführungsformen kann der Leistungsschalter einen Solenoid-Aktuator während jedes Zyklus der Rotationsmaschine ansteuern. In weiteren Ausführungsformen umfassen die Winkelpositionsinformationen ein erstes Signal eines erfassten Winkels von einem Kurbelwellensensor in der Rotationsmaschine und ein zweites Signal eines erfassten Winkels von einem Nockenwellensensor in der Rotationsmaschine.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Treiber-IC dazu konfiguriert, einen Leistungsschalter in einem mechanischen System mit Winkelpositionsinformationen anzusteuern. Die Treiber-IC umfasst eine Positionsbestimmungsschaltung, die mit einem Winkelpositionseingang der Treiber-IC gekoppelt ist, eine Schnittstellenschaltung, die mit mehreren seriellen Schnittstelleneingängen der Treiber-IC gekoppelt ist, eine Steuerschaltung, die mit der Schnittstellenschaltung und der Positionsbestimmungsschaltung gekoppelt ist, eine Treiberschaltung, die mit der Steuerschaltung gekoppelt ist, und eine Zeitstempelschaltung, die mit der Steuerschaltung gekoppelt ist und so konfiguriert ist, dass sie mit dem Leistungsschalter gekoppelt ist. Die Positionsbestimmungsschaltung ist dazu konfiguriert, ein interpoliertes Winkelpositionssignal auf der Basis eines Winkelpositionssignals zu erzeugen, das vom Winkelpositionseingang empfangen wird, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung aufweist als das Winkelpositionssignal. Die Steuerschaltung ist dazu konfiguriert, ein Schaltsteuersignal zu erzeugen. Die Treiberschaltung ist dazu konfiguriert, den Leistungsschalter auf der Basis des Schaltsteuersignals anzusteuern. Die Zeitstempelschaltung ist dazu konfiguriert, eine Rückmeldungsmessung mit einem entsprechenden Zeitstempel zur Steuerschaltung zu liefern. Andere Ausführungsformen umfassen entsprechende Systeme und Vorrichtungen, die jeweils dazu konfiguriert sind, verschiedene Ausführungsformverfahren durchzuführen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Positionsbestimmungsschaltung ferner dazu konfiguriert, ein vorhergesagtes Winkelpositionssignal auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und einer Steuereingabe zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Zeitstempelschaltung eine Mess- und Diagnoseschaltung, die dazu konfiguriert ist, die Rückmeldungsmessung mit Messinformationen vom Leistungsschalter und Diagnoseinformationen zu erzeugen und den entsprechenden Zeitstempel zu erzeugen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Treiber-IC ferner eine Speicherschaltung mit einem flüchtigen SRAM. Die Speicherschaltung kann auch in einigen Ausführungsformen eine nichtflüchtige Nachschlagetabelle umfassen. In einigen Ausführungsformen ist der Winkelpositionseingang mit einem externen Pin der Treiber-IC gekoppelt und die mehreren seriellen Schnittstelleneingänge der Treiber-IC sind mit sechs externen Pins der Treiber-IC gekoppelt. In weiteren Ausführungsformen weist das Winkelpositionssignal eine Auflösung von 6 Grad auf und das interpolierte Winkelpositionssignal weist eine Auflösung von 0,5 Grad oder feiner auf.
Vorteile von einigen Ausführungsformen können eine genau synchronisierte Steuerung auf der Basis der Winkelposition zwischen einem Mikrocontroller und der Treiber-IC in einem mechanischen System mit einer Komponente mit Winkelpositionsinformationen umfassen. Einige Ausführungsformen können einen Vorteil von verringerter Latenz, einer genaueren Steuerung der Treiber-IC oder von verringerten Verbindungen der externen Pins zwischen dem Mikrocontroller und der Treiber-IC aufweisen. Spezielle Vorteile von einigen Ausführungsformen können eine genaue Steuerung einer Kraftstoffeinspritzdüse schaffen, die eine bessere Verbrennung ermöglicht und zu geringeren Emissionen vom Verbrennungsprozess führt. Spezielle Vorteile können auch eine verringerte Pinanzahl zwischen dem Mikrocontroller und der Treiber-IC umfassen, was eine Kostenverringerung jeder Komponente ermöglicht.
Obwohl diese Erfindung mit Bezug auf erläuternde Ausführungsformen beschrieben wurde, soll diese Beschreibung nicht in einer begrenzenden Hinsicht aufgefasst werden.
Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der erläuternden Ausführungsformen sowie anderer Ausführungsformen der Erfindung sind für den Fachmann auf dem Gebiet bei der Bezugnahme auf die Beschreibung ersichtlich. Daher ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche beliebige solche Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen.

Claims

Steuerungssystem, das eingerichtet ist, einen Leistungsschalter anzusteuern, wobei das Steuerungssystem Folgendes umfasst: eine integrierte Treiberschaltung, die Folgendes umfasst: eine Schnittstellenschaltung, die eingerichtet ist, ein Steuerschema über eine serielle Schnittstelle zu empfangen, eine Synchronisationsschaltung, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, ein Winkelpositionssignal zu empfangen, und ein Ansteuersignal mit dem Winkelpositionssignal zu synchronisieren, wobei das Ansteuersignal auf dem Steuerschema basiert, und eine Ansteuerschaltung, die mit der Synchronisationsschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, den Leistungsschalter unter Verwendung des Ansteuersignals anzusteuern, wobei die Synchronisationsschaltung eine Positionsbestimmungsschaltung umfasst, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, ein interpoliertes Winkelpositionssignal auf der Basis des Winkelpositionssignals zu erzeugen, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung aufweist als das Winkelpositionssignal.
Steuerungssystem nach Anspruch 1, das ferner einen Mikrocontroller umfasst, der mit der integrierten Treiberschaltung gekoppelt ist, wobei der Mikrocontroller eingerichtet ist: das Steuerschema zur integrierten Treiberschaltung über die serielle Schnittstelle zu liefern; und das Winkelpositionssignal zur integrierten Treiberschaltung zu liefern.
Steuerungssystem nach Anspruch 2, wobei der Mikrocontroller ferner eingerichtet ist: ein anfängliches Winkelpositionssignal zu empfangen; das Winkelpositionssignal auf der Basis des anfänglichen Winkelpositionssignals zu erzeugen; das Winkelpositionssignal zur integrierten Treiberschaltung zu liefern; und ein interpoliertes Winkelpositionssignal auf der Basis des Winkelpositionssignals zu erzeugen, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung aufweist als das Winkelpositionssignal.
Steuerungssystem nach Anspruch 3, wobei der Mikrocontroller ferner eingerichtet ist, ein vorhergesagtes Winkelpositionssignal auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und einer Steuereingabe zu erzeugen.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Positionsbestimmungsschaltung ferner eingerichtet ist, ein vorhergesagtes Winkelpositionssignal auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und einer Steuereingabe zu erzeugen.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Winkelpositionssignal Winkelpositionsinformationen einer Rotationsmaschine umfasst.
Steuerungssystem nach Anspruch 6, wobei die Rotationsmaschine in Zyklen arbeitet, wobei jeder Zyklus 720 Grad Rotation umfasst.
Steuerungssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Rotationsmaschine eine Brennkraftmaschine umfasst und der Leistungsschalter einen Strom zu einem Solenoid in einer Kraftstoffeinspritzdüse für die Brennkraftmaschine zuführt.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die integrierte Treiberschaltung ferner eine Messschaltung umfasst, die eingerichtet ist, ein Messsignal vom Leistungsschalter zu empfangen und ein Rückmeldungssignal zu erzeugen.
Steuerungssystem nach Anspruch 9, wobei die integrierte Treiberschaltung ferner eine Zeitstempelschaltung umfasst, die mit der Messschaltung und mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist, wobei die Zeitstempelschaltung eingerichtet ist, das Rückmeldungssignal und einen entsprechenden Zeitstempel zur Schnittstellenschaltung zu liefern.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1-10, wobei die Schnittstellenschaltung eingerichtet ist, unter Verwendung eines bidirektionalen synchronen seriellen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsschnittstellenprotokolls zu arbeiten.
Steuerungssystem nach Anspruch 11, wobei die Schnittstellenschaltung eine serielle Hochgeschwindigkeits-Verbindungsschnittstellenschaltung umfasst, die zur seriellen Kommunikation über sechs externe Pins der integrierten Treiberschaltung eingerichtet ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1-12, wobei die integrierte Treiberschaltung ferner eine Phasenregelkreis-Schaltung umfasst, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1-13, wobei die integrierte Treiberschaltung ferner eine flüchtige Speicherschaltung umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Steuerungssystems, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines Steuerschemas über eine serielle Schnittstelle an einer integrierten Treiberschaltung; Empfangen eines Winkelpositionssignals an der integrierten Treiberschaltung; Synchronisieren eines Ansteuersignals mit dem Winkelpositionssignal, wobei das Ansteuersignal auf dem Steuerschema basiert; Ansteuern eines Leistungsschalters durch die integrierte Treiberschaltung unter Verwendung des Ansteuersignals, und Erzeugen eines interpolierten Winkelpositionssignals auf der Basis des Winkelpositionssignals zu erzeugen, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung aufweist als das Winkelpositionssignal.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner Folgendes umfasst: Liefern des Steuerschemas zur integrierten Treiberschaltung über die serielle Schnittstelle von einem Mikrocontroller; und Liefern des Winkelpositionssignals zur integrierten Treiberschaltung vom Mikrocontroller.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen eines anfänglichen Winkelpositionssignals am Mikrocontroller; Erzeugen des Winkelpositionssignals auf der Basis des anfänglichen Winkelpositionssignals im Mikrocontroller; Liefern des Winkelpositionssignals vom Mikrocontroller zur integrierten Treiberschaltung; und Erzeugen eines interpolierten Winkelpositionssignals auf der Basis des Winkelpositionssignals im Mikrocontroller, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung aufweist als das Winkelpositionssignal.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner ein Erzeugen eines vorhergesagten Winkelpositionssignals auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und einer Steuereingabe im Mikrocontroller umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Synchronisieren des Ansteuersignals mit dem Winkelpositionssignal Folgendes umfasst: Erzeugen des interpolierten Winkelpositionssignals auf der Basis des Winkelpositionssignals in der integrierten Treiberschaltung, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung aufweist als das Winkelpositionssignal; und Synchronisieren des Ansteuersignals mit dem interpolierten Winkelpositionssignal.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner ein Erzeugen eines vorhergesagten Winkelpositionssignals auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und einer Steuereingabe in der integrierten Treiberschaltung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16-20, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen eines Messsignals vom Leistungsschalter; Erzeugen eines Rückmeldungssignals auf der Basis des Messsignals; und Liefern des Rückmeldungssignals zum Mikrocontroller.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner Folgendes umfasst: Erzeugen eines entsprechenden Zeitstempelsignals für das Rückmeldungssignal; und Liefern des entsprechenden Zeitstempelsignals mit dem Rückmeldungssignal zum Mikrocontroller.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Winkelpositionssignal von einer Rotationsmaschine empfangen wird, die in Zyklen arbeitet, wobei jeder Zyklus 720 Grad Rotation umfasst.
Steuerungssystem, das eingerichtet ist, einen Leistungsschalter in einem mechanischen System mit Winkelpositionsinformationen anzusteuern, wobei das Steuerungssystem Folgendes umfasst: eine Mikrocontrollerschaltung mit einem ersten Winkelpositionseingangspin, einem Winkelpositionsausgangspin, einem Steuereingangspin und ersten mehreren seriellen Schnittstellenpins, wobei die Mikrocontrollerschaltung eingerichtet ist: ein interpoliertes Winkelpositionssignal auf der Basis der Winkelpositionsinformationen zu erzeugen, die am ersten Winkelpositionseingangspin empfangen werden, ein Winkelpositionssignal durch den Winkelpositionsausgangspin zu liefern, wobei das Winkelpositionssignal auf den Winkelpositionsinformationen basiert, die am ersten Winkelpositionseingangspin empfangen werden, und eine niedrigere Auflösung aufweist als das interpolierte Winkelpositionssignal, und ein Steuerschema für den Leistungsschalter durch die ersten mehreren seriellen Schnittstellenpins zu liefern; und eine integrierte Treiberschaltung mit einem zweiten Winkelpositionseingangspin, der mit dem Winkelpositionsausgangspin gekoppelt ist, zweiten mehreren seriellen Schnittstellenpins, die mit den ersten mehreren seriellen Schnittstellenpins gekoppelt sind, und einem Ansteuerpin, der eingerichtet ist, mit dem Leistungsschalter gekoppelt zu werden, wobei die integrierte Treiberschaltung eingerichtet ist: das interpolierte Winkelpositionssignal auf der Basis von Informationen zu erzeugen, die am zweiten Winkelpositionseingangspin empfangen werden, das Steuerschema an den zweiten mehreren seriellen Schnittstellenpins zu empfangen, ein Schaltsteuersignal auf der Basis des Steuerschemas und des interpolierten Winkelpositionssignals zu erzeugen, und ein Ansteuersignal zum Leistungsschalter am Ansteuerpin auf der Basis des Schaltsteuersignals zu liefern.
Steuerungssystem nach Anspruch 24, wobei: die Mikrocontrollerschaltung ferner eingerichtet ist, ein vorhergesagtes Winkelpositionssignal auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und einer Steuereingabe zu erzeugen, die vom Steuereingangspin empfangen wird; und die integrierte Treiberschaltung ferner eingerichtet ist, das vorhergesagte Winkelpositionssignal auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und weiteren Steuerinformationen, die an den zweiten mehreren seriellen Schnittstellenpins empfangen werden, zu erzeugen.
Steuerungssystem nach Anspruch 24 oder 25, wobei die integrierte Treiberschaltung ferner eingerichtet ist, ein Rückmeldungssignal und einen Zeitstempel durch die zweiten mehreren seriellen Schnittstellenpins zu liefern.
Steuerungssystem nach Anspruch 26, wobei das Rückmeldungssignal und der Zeitstempel auf einem Zustand des Leistungsschalters basieren.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 24-27, wobei das mechanische System eine rotierende Kraftmaschine umfasst.
Steuerungssystem nach Anspruch 28, wobei die rotierende Kraftmaschine in Kraftmaschinenzyklen arbeitet, wobei jeder Zyklus 720 Grad Rotation umfasst.
Steuerungssystem nach Anspruch 29, wobei der Leistungsschalter einen Solenoid-Aktuator während jedes Zyklus der rotierenden Kraftmaschine ansteuert.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 28-30, wobei die Winkelpositionsinformationen Folgendes umfassen: ein erstes Signal eines erfassten Winkels von einem Kurbelwellensensor in der rotierenden Kraftmaschine; und ein zweites Signal eines erfassten Winkels von einem Nockenwellensensor in der rotierenden Kraftmaschine.
Integrierte Treiberschaltung, die eingerichtet ist, einen Leistungsschalter in einem mechanischen System mit Winkelpositionsinformationen anzusteuern, wobei die integrierte Treiberschaltung Folgendes umfasst: eine Positionsbestimmungsschaltung, die mit einem Winkelpositionseingang der integrierten Treiberschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, ein interpoliertes Winkelpositionssignal auf der Basis eines Winkelpositionssignals zu erzeugen, das vom Winkelpositionseingang empfangen wird, wobei das interpolierte Winkelpositionssignal eine höhere Auflösung aufweist als das Winkelpositionssignal; eine Schnittstellenschaltung, die mit mehreren seriellen Schnittstelleneingängen der integrierten Treiberschaltung gekoppelt ist; eine Steuerschaltung, die mit der Schnittstellenschaltung und der Positionsbestimmungsschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung eingerichtet ist, ein Schaltsteuersignal zu erzeugen; eine Treiberschaltung, die mit der Steuerschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, den Leistungsschalter auf der Basis des Schaltsteuersignals anzusteuern; und eine Zeitstempelschaltung, die mit der Steuerschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, dass sie mit dem Leistungsschalter gekoppelt ist, wobei die Zeitstempelschaltung eingerichtet ist, eine Rückmeldungsmessung mit einem entsprechenden Zeitstempel zur Steuerschaltung zu liefern.
Integrierte Treiberschaltung nach Anspruch 32, wobei die Positionsbestimmungsschaltung ferner eingerichtet ist, ein vorhergesagtes Winkelpositionssignal auf der Basis des interpolierten Winkelpositionssignals und einer Steuereingabe zu erzeugen.
Integrierte Treiberschaltung nach Anspruch 32 oder 33, wobei die Zeitstempelschaltung eine Mess- und Diagnoseschaltung umfasst, die eingerichtet ist: die Rückmeldungsmessung mit Messinformationen vom Leistungsschalter und Diagnoseinformationen zu erzeugen; und den entsprechenden Zeitstempel zu erzeugen.
Integrierte Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 32-34, die ferner eine Speicherschaltung umfasst, die einen flüchtigen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, SRAM, und eine nichtflüchtige Nachschlagetabelle umfasst.
Integrierte Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 32-35, wobei der Winkelpositionseingang mit einem externen Pin der integrierten Treiberschaltung gekoppelt ist; und die mehreren seriellen Schnittstelleneingänge der integrierten Treiberschaltung mit sechs externen Pins der integrierten Treiberschaltung gekoppelt sind.
Integrierte Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 32-36, wobei das Winkelpositionssignal eine Auflösung von 6 Grad aufweist und das interpolierte Winkelpositionssignal eine Auflösung von 0,5 Grad oder feiner aufweist.