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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Versorgen eines Aktuators mit Strom sowie ein Verfahren zum Bestimmen eines Stroms durch einen Aktuator.
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Aktuatoren, wie etwa Sperren, Ventile, Motoren etc., die an Steuergeräte angeschlossen sind, steuern häufig sicherheitsrelevante Funktionen. Wenn es zu Fehlfunktionen in der Ansteuerung kommt bzw. zu elektrischen Fehlern, wie Kurzschlüssen in der Verkabelung, können daraus unter Umständen gefährliche Zustände entstehen. Häufig erfolgt eine funktionale Ansteuerung eines Aktuators losgelöst von dessen grundsätzlicher Versorgung mit einer Spannung. So kann beispielsweise ein Aktuator zwischen zwei Schalter geschaltet sein und mittels einer der Schalter funktional angesteuert werden, wobei eine generelle Versorgung des Aktuators mit Spannung über den anderen, zweiten Schalter erfolgt.
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Im Falle eines sicherheitskritischen Fehlers kann dann der zweite Schalter abgeschaltet werden. Die Basis für die Entscheidung, ob ein sicherheitskritischer Fehler vorliegt, wird häufig über eine zusätzlich vorhandene Strommessung im Pfad zum zweiten Schalter getroffen. Eine gebräuchliche Lösung ist, hierfür einen Strommessshunt sowie einen Strommessverstärker zu verwenden. Es kann weiter sein, dass der Strommessshunt während eines Kurzschlusses ausreichend geschützt werden muss, um zu verhindern, dass er aufgrund des Kurzschlusses nichtleitend wird, wodurch das Steuergerät bzw. der Aktuator seine Funktion einbüßt. Eine Lösung mit einem Strommessshunt und einem Strommessverstärker kann das Steuergerät verteuern, insbesondere wenn der Strommessshunt auch auf geeignete Weise vor Zerstörung im Kurzschlussfall geschützt werden soll. Auch können die Bauteile zusätzliche Leiterplattenfläche benötigen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Kosten, die Komplexität und den Bauraum einer Steuerung für einen Aktuator zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Versorgen eines Aktuators mit Strom. Das Steuergerät kann ein Steuergerät in einem Fahrzeug, wie etwa einem Pkw, sein. Der Aktuator kann ein Ventil, ein Magnet, ein Motor, usw. und im Allgemeinen ein elektromechanischer Aktuator sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Steuergerät wenigstens einen Schalter zum Unterbrechen eines Strompfads zum Aktuator und eine Recheneinheit zum Erzeugen eines Schaltsignals für den Schalter. Der Aktuator kann von einer Gleichspannungsquelle mit Strom versorgt werden. Der Schalter kann mit dem Aktuator in Reihe geschaltet sein. Er kann mit einem positiven Eingang des Aktuators verbunden sein oder kann mit einem negativen Eingang des Aktuators verbunden sein. Es ist auch möglich, dass das Steuergerät zwei Schalter aufweist, die mit dem Aktuator in Reihe geschaltet sind. Die Recheneinheit, beispielsweise ein Mikrocontroller, kann die Schaltsignale für den oder die Schalter erzeugen, mit denen der oder die Schalter geöffnet und geschlossen werden. Es ist möglich, dass zwei Schalter unterschiedlich angesteuert werden. Beispielsweise kann ein Schalter dauerhaft geöffnet sein, während mit dem anderen Schalter der Strom mittels Pulsweitenmodulation eingestellt wird.
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Weiter ist möglich, dass der Schalter mit einer Mehrzahl von Aktuatoren und/oder Lasten verbunden ist.
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Der Schalter umfasst eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern, die mit einem ersten Lastanschluss miteinander verbunden sind und die mit einem Steueranschluss das Schaltsignal empfangen, wobei ein Teil der Halbleiterschalter aus der Mehrzahl von Halbleiterschaltern über einen zweiten Lastanschluss mit dem Aktuator verbunden ist und wobei wenigstens einer der Halbleiterschalter aus der Mehrzahl von Halbleiterschaltern als Messschalter mit einem zweiten Lastanschluss mit der Recheneinheit verbunden ist.
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Die Halbleiterschalter können Feldeffekttransistoren sein. In diesem Fall ist der Steueranschluss das Gate und sind der erste Lastanschluss und der zweite Lastanschluss das Drain und die Source.
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Es ist zu verstehen, dass die Anzahl von Halbleiterschaltern, die mit dem Aktuator verbunden sind, wesentlich größer ist (beispielsweise um den Faktor 100) als die Anzahl der Halbleiterschalter, die als Messschalter verwendet werden. Mit dem wenigstens einen Messschalter kann ein Teil des Stroms durch den Schalter abgezweigt werden und/oder dazu verwendet werden, ein Messsignal bzw. Stromsignal zu erzeugen. Dabei werden alle Halbleiterschalter des Schalters mit dem gleichen Schaltsignal versorgt, d.h. synchron geschaltet.
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Die Recheneinheit ist weiter dazu ausgeführt, aus einem Stromsignal, das mittels eines Stroms aus dem zweiten Lastanschluss des Messschalters erzeugt wird, einen Strom durch den Aktuator zu bestimmen. Beispielsweise kann das Stromsignal direkt in die Recheneinheit eingespeist werden. Es ist auch möglich, dass das Stromsignal mittels einer analogen Schaltung aus dem Messstrom erzeugt wird. Die Recheneinheit kann beispielsweise aus dem Messstrom bzw. dem Stromsignal mittels eines A/D-Wandlers Stromsignalwerte erzeugen und aus diesen Werten, beispielsweise mittels einer in der Recheneinheit hinterlegten Funktion, Werte für den Strom durch den Aktuator berechnen.
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Aufgrund des Aufbaus des Schalters und/oder dessen Einbaus in das Steuergerät muss der Messstrom nicht linear vom Strom durch den Aktuator abhängig sein, sondern kann eine kompliziertere Abhängigkeit aufweisen. Wird diese Abhängigkeit in der Recheneinheit modelliert, kann auch ohne einen Strommessshunt und einen Strommessverstärker ein Strom durch den Aktuator bestimmt werden.
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Auf diese Weise kann eine kostengünstige und platzsparende Strommessfunktionalität für das Steuergerät bereitgestellt werden. Weiter führt ein Ausfall der Strommessfunktion im Schalter nicht automatisch zum Ausfall der Stromversorgung des Aktuators, wodurch die Verfügbarkeit der Spannungsversorgung weiterhin gegeben sein kann.
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Es ist möglich, dass ein Schalter, der mit dem positiven Eingang des Aktuators verbunden ist, und/oder ein Schalter, der mit dem negativen Eingang des Aktuators verbunden ist, derart aufgebaut und mit der Recheneinheit verbunden ist.
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Weiter ist möglich, dass nicht nur ein Messstrom, sondern mehrere Messströme aus zweiten Lastanschlüssen von Halbleiterschaltern des Schalters erzeugt werden. Damit können ein oder mehrere von dem ersten Strommesspfad unabhängige Strommesspfade für denselben Laststrompfad bereitgestellt werden, beispielsweise um mehr Redundanz zu erzeugen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Recheneinheit eine Tabelle gespeichert, die Aktuatorstromwerte zu verschiedenen Stromsignalwerten enthält, wobei die Recheneinheit den Strom durch den Aktuator mittels der Tabelle durch Interpolation zwischen den Werten bestimmt. Die Abhängigkeit des Messstroms von dem Aktuatorstrom kann nicht-linear sein. Dies kann mittels einer Wertetabelle der Recheneinheit modelliert werden. Die Werte für die Tabelle können beispielsweise durch Kalibieren des Steuergeräts bei seiner Fertigung ermittelt werden. Die Recheneinheit kann für einen Stromsignalwert, der basierend auf dem Messstrom erzeugt wurde, benachbarte Stromsignalwerte aus der Tabelle bestimmen, zwischen diesen Werten interpolieren und damit den Strom durch den Aktuator basierend auf entsprechenden in der Tabelle gespeicherten Aktuatorstromwerten bestimmen. Die Interpolation kann linear oder nicht-linear, beispielsweise quadratisch, erfolgen. Mit der Tabelle, insbesondere einer durch Kalibrierung erzeugten Tabelle, kann die Genauigkeit der Strombestimmung erhöht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Steuergerät weiter einen Temperatursensor, der dazu ausgeführt ist, eine Temperatur des Steuergeräts zu erfassen, und/oder einen Spannungssensor, der dazu ausgeführt ist, eine am Aktuator abfallende Spannung zu bestimmen. Die Abhängigkeit des Messstroms von dem Aktuatorstrom kann von weiteren physikalischen Parametern abhängen, wie etwa der Temperatur und/oder der Spannung. Die Recheneinheit kann dazu ausgeführt sein, den Strom durch den Aktuator aus dem Stromsignal, einem Temperatursignal des Temperatursensors und/oder einem Spannungssignal des Spannungssensors zu bestimmen. In der Tabelle können zusätzlich Temperaturwerte und/oder Spannungswerte hinterlegt sein, mit denen die Recheneinheit durch Interpolation den Aktuatorstromwert bestimmt. Die Kalibrierung, mit der die Tabelle bestimmt wird, kann auch für verschiedene Temperaturwerte und/oder Spannungswerte erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Steuergerät weiter eine Signalaufbereitungseinheit, die zwischen den zweiten Lastanschluss des wenigstens einen Messschalters und die Recheneinheit geschaltet ist, um aus dem Strom aus dem zweiten Lastanschluss das Stromsignal für die Recheneinheit zu erzeugen. Die Signalaufbereitungseinheit kann eine analoge Schaltung sein. Mit der Signalaufbereitungseinheit kann das Stromsignal angepasst und/oder verstärkt werden, so dass die Recheneinheit bzw. deren A/D-Wandler eine höhere Auflösung erzielen kann. Durch eine Festlegung des Strommessbereiches kann ebenfalls die Genauigkeit erhöht werden.
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Auch die Signalaufbereitungseinheit kann zur Verbesserung der Genauigkeit der Strommessung beitragen, um beispielsweise dadurch zuverlässigere Aussagen über den zu plausibilisierenden Strom durch den/die angeschlossenen Aktuator(en) treffen zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Signalaufbereitungseinheit einen Widerstand. Das Stromsignal kann eine an dem Widerstand abfallende Spannung sein. Beispielsweise ist der Widerstand mit einem Ende mit dem Messschalter verbunden und mit dem anderen Ende gegen Masse geschaltet. Der Spannungsabfall über diesen Messwiderstand (der auch kleinerer Bauform sein kann) kann per AD-Wandlung durch die Recheneinheit erfasst werden.
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Der Widerstand ist im Gegensatz zu einem Strommessshunt nicht direkt in den Strompfad durch den Aktuator verbaut. Damit wird durch diesen Aufbau ein Kurzschlussschutz für den Widerstand durch den Schalter bereitgestellt und muss nicht separat mit der Recheneinheit realisiert werden.
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Um die Genauigkeit der Strommessung zu erhöhen, kann beispielsweise der Messbereich bzw. der Bereich des Stromsignals durch Wahl eines geeigneten Widerstandswerts des Messwiderstands derart eingeschränkt werden, dass die resultierende Auflösung der Stromauswertung in der Recheneinheit pro Digit des A/D-Wandlers erhöht wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Halbleiterschalter des Schalters als Baugruppe in einem gemeinsamen Gehäuse integriert. Diese Baugruppe kann in das Steuergerät verbaut sein und/oder als Baustein bereitgestellt werden. Die Halbleiterschalter können beispielsweise in ein Kunststoffgehäuse vergossen sein. Beispielsweise kann die Baugruppe an einer Leiterplatte des Steuergeräts befestigt sein. Auch die Recheneinheit, beispielsweise in der Form eines Mikrocontrollers, und/oder die Signalaufbereitungseinheit können an dieser Leiterplatte befestigt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein mit dem zweiten Lastanschluss des wenigstens einen Messschalters verbundener Widerstand in die Baugruppe integriert. Der Widerstand kann Bestandteil der Signalaufbereitungseinheit bzw. kann eine Signalaufbereitungseinheit sein. Auch der Widerstand kann in das Kunststoffgehäuse des Schalters vergossen sein. Eine Integration des Messwiderstandes in einen Schalter-Baustein (beispielsweise mit gleichzeitiger Verbesserung der initialen Messabweichung) kann zu Einsparung von Leiterplattenfläche und/oder Kosten führen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Stroms durch einen Aktuator mit einem Steuergerät, so wie es in etwa oben stehend und unten stehend beschrieben ist. Es ist zu verstehen, dass Merkmale des Verfahrens auch Merkmale des Steuergeräts sein können und umgekehrt. Das Verfahren kann von dem Steuergerät und insbesondere der Recheneinheit ausgeführt werden. Die Verfahrensschritte, die durch die Recheneinheit durchgeführt werden, können auf einem Computerprogramm basieren, das durch einen Prozessor der Recheneinheit ausgeführt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren: Abzweigen eines Teilstroms durch den Schalter mittels des wenigstens einen Messschalters; Erzeugen eines Stromsignals aus dem Teilstrom; und Bestimmen des Stroms durch den Aktuator aus dem Stromsignal durch die Recheneinheit. Das Stromsignal kann beispielsweise von der Signalaufbereitungseinheit aus dem Teilstrom erzeugt werden. Das Stromsignal kann von einem A/D-Wandler der Recheneinheit in einen Stromsignalwert umgewandelt werden. Dieser Stromsignalwert kann von der Recheneinheit zum Bestimmen eines Aktuatorstromwerts verwendet werden, der in nicht-linearer Weise von dem Messstrom abhängen kann. Diese Abhängigkeit kann von weiteren physikalischen Parametern abhängen und/oder kann in der Recheneinheit beispielsweise mittels einer hinterlegten Funktion modelliert sein.
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Der Wert für den Strom durch den Aktuator kann von der Recheneinheit dazu verwendet werden, den Aktuatorstrom zu regeln. Weiter kann durch Vergleich mit einem Schwellwert eine Kurzschlussüberwachung realisiert werden. Durch Wahl geeigneter Diagnoseschwellen kann der Normalbetrieb vom Fehlerfall (z.B. Übertemperatur, Kurzschluss) unterschieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bestimmt die Recheneinheit den Strom durch den Aktuator mittels einer Tabelle durch Interpolation. In der Tabelle können, wie oben beschrieben, dabei Aktuatorstromwerte zu verschiedenen Stromsignalwerten und optional Temperaturwerten und/oder Spannungswerten gespeichert sind.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
- 1 zeigt schematisch ein Steuergerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt schematisch einen Schalter für ein Steuergerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 3 zeigt schematisch eine Signalaufbereitungseinheit für ein Steuergerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Bestimmen eines Stroms durch einen Aktuator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in zusammenfassender Form in der Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt ein Steuergerät 10, das eine Recheneinheit 12 und zwei von der Recheneinheit 12 angesteuerte Schalter 14a, 14b umfasst.
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Die beiden Schalter 14a, 14b sind mit einer Last in der Form eines Aktuators 16 in Reihe geschaltet. Dabei ist ein erster Schalter 14a, der auch „high side“-Schalter genannt werden kann, zwischen eine positive Spannungsquelle 18 und einen positiven Eingang 20 des Aktuators 16 geschaltet. Ein zweiter Schalter 14b, der auch „low side“-Schalter genannt werden kann, ist zwischen einen negativen Eingang 22 des Aktuators 16 und Masse 24 geschaltet. Beide Schalter 14a, 14b sind dazu ausgeführt, über einen Steuereingang 26 angesteuert zu werden und basierend darauf einen Strompfad zum bzw. vom Aktuator 16 zu unterbrechen bzw. herzustellen.
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Die zugehörigen Schaltsignale werden von der Recheneinheit 12, beispielsweise einem Mikrocontroller, erzeugt. Beispielsweise kann, wenn der Aktuator 16 bestromt werden soll, der erste Schalter 14a geschlossen werden. Wenn der Aktuator 16 nicht benutzt werden soll und/oder geschützt werden soll, beispielsweise vor einer Überspannung, kann der erste Schalter 14a geöffnet werden. Die Stärke des Stroms durch den Aktuator 16 kann über den zweiten Schalter 14b gesteuert werden, der beispielsweise mit einem Pulsweiten modulierten Signal angesteuert werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise die Stärke eines Magneten als Aktuator 16 gesteuert werden. Im Allgemeinen kann die Last bzw. der Aktuator 16 ohmisch, induktiv oder beides sein. Beide Schaltsignale können An/Aus-Schaltsignale sein.
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Im Allgemeinen ist auch möglich, dass mehre Lasten bzw. Aktuatoren 16 zwischen einen gemeinsamen ersten Schalter 14a und jeweils einen unabhängigen zweiten Schalter 14b geschaltet sind. Auch ist möglich, dass mehrere Lasten bzw. Aktuatoren 16 jeweils zwischen einen unabhängigen ersten Schalter 14a und jeweils einen unabhängigen zweiten Schalter 14b geschaltet sind.
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Wie in der 1 gezeigt, gibt der erste Schalter 14a an einem Messausgang 28 einen Strom 30 aus, der durch den Schalter 14a von dem Strom aus der Spannungsquelle 18 abgezweigt wird. Eine Signalaufbereitungseinheit 32 wandelt den Strom 30 in ein analoges Stromsignal 34 um, das in die Recheneinheit 12 eingespeist wird. Ein A/D-(analog/digital)-Wandler 36 der Recheneinheit 12 kann das Stromsignal 34 in einen Stromsignalwert umwandeln.
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Es ist möglich, dass der zweite Schalter 14b alternativ oder zusätzlich einen Messausgang 28 aufweist und der Strom aus diesem Messausgang 28 analog dem Strom aus dem ersten Schalter 14a verarbeitet wird.
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Das Steuergerät 10 umfasst einen Temperatursensor 38, der ein Temperatursignal 40 erzeugt, das in die Recheneinheit 12 eingespeist wird. Auch das Temperatursignal 40 kann von einem A/D-Wandler 36 der Recheneinheit 12 in einen Temperaturwert umgewandelt werden. Der Temperatursensor 38 kann eine Temperatur des Steuergeräts 10, beispielsweise eine Temperatur des Schalters 14a, messen. Der Temperatursensor 38 kann benachbart zum Schalter 14a angeordnet sein.
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Das Steuergerät 10 umfasst einen Spannungssensor 42, der ein Spannungssignal 44 erzeugt, das in die Recheneinheit 12 eingespeist wird. Mit dem Spannungssensor 42 kann eine Spannung des Steuergeräts 10, wie etwa die Spannung der Spannungsversorgung oder die Spannung, die am Aktuator 16 abfällt, gemessen werden. Das Spannungssignal 44 kann von einem A/D-Wandler 36 der Recheneinheit 12 in einen Spannungswert umgewandelt werden.
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Wie weiter unten noch einmal detailliert erläutert wird, kann die Recheneinheit 12 aus dem Stromsignalwert und optional dem Temperaturwert und/oder dem Spannungswert die Höhe des Aktuatorstroms durch den Aktuator 16 bestimmen. Dies kann beispielsweise mit einer Tabelle 45 erfolgen, die in der Recheneinheit 12 gespeichert ist. Die Tabelle 45 kann Aktuatorstromwerte zu verschiedenen Stromsignalwerten, Temperaturwerten und/oder den Spannungswerten enthalten. Die Recheneinheit kann aus diesen Werten und den aus den Sensorsignalen 34, 40, 44 ermittelten Werten mittels Interpolation den aktuellen Aktuatorstrom bestimmen.
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Die Komponenten 12, 14a, 14b, 32, 38, 42 des Steuergeräts können auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein und/oder können als Baugruppe mechanisch verbunden sein.
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Die 2 zeigt den ersten Schalter 14a genauer. Der erste Schalter 14a umfasst eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern 46a, 46b, die über einen ersten Lastanschluss 48 miteinander verbunden sind. Diese ersten Lastanschlüsse 48 stellen einen Eingang 50 des ersten Schalters 14a bereit. Der Eingang 50 ist mit der Spannungsquelle 18 verbunden.
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Ein Teil 52 der Halbleiterschalter 46a ist über einen zweiten Lastanschluss 54 miteinander verbunden. Diese zweiten Lastanschlüsse 54 stellen einen Ausgang 56 des ersten Schalters 14a bereit. Der Ausgang 56 ist mit dem Aktuator 16 verbunden.
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Wenigstens einer der Halbleiterschalter 46b ist mit dem Messausgang 28 verbunden, um den Messstrom 30 zu erzeugen. Dieser oder diese Schalter 46b können als Messschalter aufgefasst werden. Es ist zu verstehen, dass der Schalter 14a wesentlich (beispielsweise um den Faktor 100) mehr Halbleiterschalter 14a als Halbleiterschalter bzw. Messschalter 14b aufweist.
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Alle Halbleiterschalter 46a, 46b sind über ihren Steueranschluss 58 miteinander verbunden und sind mit dem Eingang 26 verbunden, der mit der Recheneinheit 12 verbunden ist. Über den Eingang 26 erhält der Schalter 14a und damit die Halbleiterschalter 46a, 46b sein Schaltsignal.
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Die Halbleiterschalter 46a, 46b können wie gezeigt FETs sein. In diesem Fall ist der Lastanschluss 48 das Drain, der Lastanschluss 54 die Source und der Steueranschluss 58 das Gate.
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Der Schalter 14a kann ein Bauelement bzw. eine Baugruppe sein, bei dem alle Komponenten 46a, 46b in einem gemeinsamen Gehäuse 60 verbaut sind.
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Auch der zweite Schalter 14b kann wie der erste Schalter 14a aufgebaut sein. Es kann jedoch sein, dass der Schalter 14b den Halbleiterschalter 46b und den Messausgang 28 nicht umfasst. Der Eingang 50 des zweiten Schalters ist dann mit dem Aktuator 16 und der Ausgang 56 mit der Masse 24 verbunden.
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3 zeigt eine Ausführungsform einer Signalaufbereitungseinheit 32 genauer. Die Signalaufbereitungseinheit 32 umfasst einen Widerstand 62, der mit einem Ende mit dem Messausgang 28 und mit dem anderen Ende mit der Masse 24 verbunden ist. Das Stromsignal 34 kann dann die über den Widerstand 62 abfallende Spannung sein.
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Es ist auch möglich, dass die Signalaufbereitungseinheit 32 bzw. der Widerstand 62 in den Schalter 14a, 14b integriert ist.
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Die 4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Bestimmen eines Stroms durch den Aktuator 16, das mit dem Steuergerät 10 durchgeführt werden kann.
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Im Schritt S10 wird die Tabelle 45 in der Recheneinheit 12 hinterlegt. Dies kann während der Fertigung des Steuergeräts 10 geschehen.
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Eine Tabelle 45 oder eine nicht-lineare Funktion zum Bestimmen des Aktuatorstroms aus dem Stromsignal 34 kann notwendig sein, da das auf dem abgezweigten Strom 30 basierende Stromsignal 34 von äußeren Einflüssen auf das Steuergerät 10 und/oder den Schalter 14a wie beispielsweise einer Versorgungsspannung, einem Laststrom, einer Temperatur usw. abhängen kann.
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Das Erzeugen der Werte in der Tabelle 45 kann auf verschiedene Weise geschehen. Die Tabelle 45 kann individuell für jedes Steuergerät 10 aus Messungen an dem Steuergerät erzeugt werden. Es ist aber auch möglich, dass eine Tabelle 45 gespeichert wird, deren Werte für eine Mehrzahl von Steuergeräten 10 festgelegt wurden.
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Ein individuelles Kalibrieren des Steuergeräts 10, d.h. das Erzeugen einer individuellen Tabelle 45 durch Messungen am Steuergerät 10, kann zu einer großen Genauigkeitsverbesserung für die Strombestimmung führen.
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Die Kalibrierung kann dadurch erfolgen, dass das Steuergerät 10 mit verschiedenen äußeren Einflüssen (wie etwa Spannung, Laststrom, Temperatur) beaufschlagt wird und das unter diesen Bedingungen vorliegende Stromsignal 34 und die durch das Steuergerät gemessenen Umgebungssignale 40, 44, wie etwa ein Spannungssignal 40 und/oder ein Temperatursignal 44, erfasst werden. Werden diese Messungen an mehreren verschiedenen Betriebspunkten durchgeführt, ergibt sich ein Kennfeld aus verschiedenen Messpunkten. Sind diese Messpunkte bekannt, kann somit die Abweichung zwischen gemessenem Strom und tatsächlich fließendem Strom bei den gewählten Betriebspunkten mit nahezu null angenommen werden.
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Die in der Fertigung des Steuergeräts 10 ermittelten Messwerte können im Steuergerät 10 abgespeichert und gegebenenfalls auf bestimmte Werte normiert werden.
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Der Kalibrierungsschritt kann durch die Recheneinheit 12 selbstständig durchgeführt werden, wenn beispielsweise entsprechende Programmkomponenten vorhanden sind. Es ist aber auch vorstellbar, dass im Steuergerät 10 ein eigener Kalibrierungsbaustein vorhanden ist, der die Kalibrierung durchführt. Dieser Kalibrierungsbaustein könnte auch in einen Baustein für den Schalter 14a integriert sein.
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Es ist aber auch möglich, dass eine vorbestimmte Tabelle 45 für eine Mehrzahl von Steuergeräten 10 verwendet wird. Es kann beispielsweise eine grundlegende Kennlinie ermittelt werden, die bei allen Steuergeräten 10 eine geforderte Genauigkeit liefert. Damit kann die Fertigung der Steuergeräte vereinfacht werden.
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Die folgenden Schritte können dann im Normalbetrieb des Steuergeräts 10 ausgeführt werden, beispielsweise dann, wenn das Steuergerät 10 in ein Fahrzeug verbaut wurde.
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Im Schritt S12 wird ein Teilstrom 30 durch den Schalter 14a mittels des wenigstens einen Messschalters 46b von dem Strom aus der Spannungsquelle 18 in Richtung des Aktuators 16 abgezweigt. Mit der Signalaufbereitungseinheit 32 wird ein Stromsignal 34 aus dem Teilstrom 30 erzeugt, beispielsweise eine Spannung, die an einem Widerstand 62 abfällt.
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Im Schritt S14 bestimmt die Recheneinheit 12 die Höhe des Stroms durch den Aktuator 16 bzw. einen entsprechenden Stromwert aus dem Stromsignal 34. Dies kann mittels einer nicht-linearen Funktion und/oder mittels der Tabelle 45 geschehen. Die Recheneinheit 12 kann den Strom durch den Aktuator 16 mittels der Tabelle 45 durch Interpolation bestimmen.
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Die Recheneinheit 12 kann für jeden Betriebspunkt (d.h. Stromsignalwert, Temperaturwert und/oder Spannungswert etc.) unter Berücksichtigung der abgespeicherten Werte in der Tabelle 45 den tatsächlich fließenden Aktuatorstrom bestimmen.
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Um eine Genauigkeit zwischen den in der Tabelle 45 gespeicherten Werten zu erhöhen, kann ein bestimmtes mathematisches Verhalten zwischen den Werten angenommen werden. Dieses mathematische Verhalten kann beispielsweise mit Funktionen n-ter Ordnung nachgebildet werden, wobei die in der Fertigung gemessenen Werte immer Ergebnisse der gewählten Funktion sein können. Die Beziehung kann zwischen den Werten somit durch eine Gerade (linear) oder eine Parabel (quadratisch) nachgebildet werden. Hierbei kann beispielsweise die Temperaturabhängigkeit linear sein und die Abhängigkeit von einem Laststrom über eine quadratische Funktion nachgebildet werden.
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Im Schritt S16 erfolgt eine Überwachung der Funktionalität des Steuergeräts 10 mithilfe des bestimmten Aktuatorstroms. Der Aktuatorstrom kann beispielsweise mit einem Schwellwert verglichen werden, um einen Kurzschluss zu bestimmen. In diesem Fall können beide Schalter 14a, 14b geöffnet werden, um den Aktuator 16 vor dem Kurzschluss zu schützen.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Steuergerät
- 12
- Recheneinheit
- 14a
- erster Schalter
- 14b
- zweiter Schalter
- 16
- Aktuator
- 18
- Spannungsquelle
- 20
- positiver Eingang
- 22
- negativer Eingang
- 24
- Masse
- 26
- Steuereingang
- 28
- Messausgang
- 30
- Messstrom
- 32
- Signalaufbereitungseinheit
- 34
- Stromsignal
- 36
- A/D-Wandler
- 38
- Temperatursensor
- 40
- Temperatursignal
- 42
- Spannungssensor
- 44
- Spannungssignal
- 45
- Tabelle
- 46a
- Halbleiterschalter
- 46b
- Halbleiterschalter, Messschalter
- 48
- erster Lastanschluss
- 50
- Eingang
- 52
- Teil der Halbleiterschalter
- 54
- zweiter Lastanschluss
- 56
- Ausgang
- 58
- Steueranschluss
- 60
- Gehäuse
- 62
- Widerstand
