DE102020205981A1 - Assembly of a vehicle with an integrated actuator - Google Patents
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Abstract
Eine Baugruppe eines Fahrzeugs umfasst einen integrierten Aktor (2) zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe (11), der einen elektromotorischen Verstellantrieb (21) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11), eine Leistungsstellbaugruppe (220) mit einer Anordnung von Halbleiter-Schalteinheiten (HS1, HS2, LS1, LS2) zum elektrischen Speisen des Verstellantriebs (21), ein Logikmodul (222) zum Steuern des Verstellantriebs (21) zum Durchführen eines Verstellvorgangs und ein Kommunikationsmodul (223) zum Austausch von Daten mit einer übergeordneten Steuereinheit (3) aufweist. Die Leistungsstellbaugruppe (220) weist ein Ansteuermodul (224) zum Schalten der Halbleiter-Schalteinheiten (HS1, HS2, LS1, LS2) zwischen einem An-Zustand und einem Aus-Zustand auf. Eine erste der Halbleiter-Schalteinheiten (HS1, HS2, LS1, LS2) und eine zweite der Halbleiter-Schalteinheiten (HS1, HS2, LS1, LS2) bilden im An-Zustand einen Strompfad zum elektrischen Speisen des Verstellantriebs (21) aus. Dabei ist vorgesehen, dass das Ansteuermodul (224) ausgebildet ist, zum pulsweitenmodulierten Speisen des Verstellantriebs (21) die erste der Halbleiter-Schalteinheiten (HS1, HS2, LS1, LS2) und die zweite der Halbleiter-Schalteinheiten (HS1, HS2, LS1, LS2) nach einem vorbestimmten Schaltschema jeweils zwischen dem An-Zustand und dem Aus-Zustand zu schalten, um den Strompfad zum pulsweitenmodulierten Speisen des Verstellantriebs (21) zu unterbrechen.An assembly of a vehicle comprises an integrated actuator (2) for adjusting a vehicle assembly (11), which has an electromotive adjustment drive (21) for adjusting the vehicle assembly (11), a power control assembly (220) with an arrangement of semiconductor switching units (HS1, HS2 , LS1, LS2) for electrically feeding the adjustment drive (21), a logic module (222) for controlling the adjustment drive (21) for performing an adjustment process and a communication module (223) for exchanging data with a higher-level control unit (3). The power control module (220) has a control module (224) for switching the semiconductor switching units (HS1, HS2, LS1, LS2) between an on state and an off state. A first of the semiconductor switching units (HS1, HS2, LS1, LS2) and a second of the semiconductor switching units (HS1, HS2, LS1, LS2) form a current path for electrically feeding the adjustment drive (21) in the on state. It is provided that the control module (224) is designed to feed the adjustment drive (21) in a pulse-width-modulated manner, the first of the semiconductor switching units (HS1, HS2, LS1, LS2) and the second of the semiconductor switching units (HS1, HS2, LS1, LS2) to switch between the on-state and the off-state according to a predetermined switching scheme in order to interrupt the current path for the pulse-width-modulated feeding of the adjustment drive (21).
Description
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe.The invention relates to an assembly of a vehicle according to the preamble of
Eine derartige Baugruppe umfasst einen integrierten Aktor zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe. Der integrierte Aktor umfasst einen elektromotorischen Verstellantrieb zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe, eine Leistungsstellbaugruppe mit einer Anordnung von Halbleiter-Schalteinheiten zum elektrischen Speisen des Verstellantriebs, ein Logikmodul zum Steuern des Verstellantriebs zum Durchführen eines Verstellvorgangs und ein Kommunikationsmodul zum Austausch von Daten mit einer übergeordneten Steuereinheit. Die Leistungsstellbaugruppe weist ein Ansteuermodul zum Schalten der Halbleiter-Schalteinheiten zwischen einem An-Zustand und einem Aus-Zustand auf. Eine erste der Halbleiter-Schalteinheiten und eine zweite der Halbleiter-Schalteinheiten bilden im An-Zustand einen Strompfad zum elektrischen Speisen des Verstellantriebs aus.Such an assembly comprises an integrated actuator for adjusting a vehicle assembly. The integrated actuator comprises an electromotive adjustment drive for adjusting the vehicle assembly, a power adjustment assembly with an arrangement of semiconductor switching units for electrically feeding the adjustment drive, a logic module for controlling the adjustment drive for performing an adjustment process and a communication module for exchanging data with a higher-level control unit. The power control module has a control module for switching the semiconductor switching units between an on state and an off state. A first of the semiconductor switching units and a second of the semiconductor switching units form, in the on state, a current path for electrically feeding the adjustment drive.
Bei einer solchen Fahrzeugbaugruppe kann es sich beispielsweise um eine Tür oder Klappe an einem Kraftfahrzeug handeln. Eine Tür kann beispielsweise durch eine schwenkbar an einer Fahrzeugkarosserie angeordnete Fahrzeugseitentür oder durch eine Heckklappe oder eine Schiebetür ausgebildet sein. Bei der Fahrzeugbaugruppe kann es sich beispielsweise aber auch um ein Schiebedach oder um eine andere Verstelleinheit, zum Beispiel an einem Fahrzeugsitz oder an einer Lüftungseinrichtung handeln.Such a vehicle assembly can, for example, be a door or flap on a motor vehicle. A door can be formed, for example, by a vehicle side door arranged pivotably on a vehicle body or by a tailgate or a sliding door. The vehicle assembly can, for example, also be a sliding roof or another adjustment unit, for example on a vehicle seat or on a ventilation device.
Unter einem integrierten Aktor wird vorliegend eine Antriebsvorrichtung verstanden, die so integriert ist, dass sie eine Verstellfunktion zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe, zum Beispiel einer Heckklappe oder einer Baugruppe eines Fahrzeugsitzes, weitestgehend autark vornehmen kann, also weitestgehend ohne eine übergeordnete Steuerung. Module des integrierten Aktors sind hierbei in ein gemeinsames Gehäuse integriert, sodass der integrierte Aktor am Ort der Fahrzeugbaugruppe zum Bewirken der Verstellbewegung der Fahrzeugbaugruppe angeordnet sein kann.In the present case, an integrated actuator is understood to mean a drive device that is integrated in such a way that it can perform an adjustment function for adjusting a vehicle assembly, for example a tailgate or an assembly of a vehicle seat, largely independently, i.e. largely without a higher-level controller. Modules of the integrated actuator are integrated in a common housing, so that the integrated actuator can be arranged at the location of the vehicle assembly to effect the adjustment movement of the vehicle assembly.
Ein solcher integrierter Aktor kann eine modulare Bauweise in einem Fahrzeug begünstigen, beispielsweise indem in einem Fahrzeug von einer zentralen Steuerung lediglich Befehle zum Auslösen eines Verstellvorgangs, zum Beispiel zum Öffnen oder Schließen einer Heckklappe, an einen zugeordneten Aktor übertragen werden, der sodann einen Verstellvorgang weitestgehend selbsttätig ausführt.Such an integrated actuator can promote a modular design in a vehicle, for example in that in a vehicle only commands for triggering an adjustment process, for example for opening or closing a tailgate, are transmitted to an assigned actuator from a central controller, which then largely carries out an adjustment process executes automatically.
Ein solcher integrierter Aktor soll einen geringen Bauraumbedarf aufweisen, sodass der integrierte Aktor an einer zu verstellenden Fahrzeugbaugruppe verbaut werden kann. Dies erfordert, Module des Aktors, wie den Verstellantrieb, die Leistungsstellbaugruppe, das Logikmodul und das Kommunikationsmodul in einem engen Bauraum miteinander anzuordnen, was aber den Nachteil mit sich bringen kann, dass eine thermische Verlustleistung zum Beispiel an den Halbleiter-Schalteinheiten der Leistungsstellbaugruppe schlechter abgeführt werden kann.Such an integrated actuator should require little installation space, so that the integrated actuator can be installed on a vehicle assembly that is to be adjusted. This requires modules of the actuator, such as the adjustment drive, the power control module, the logic module and the communication module to be arranged in a tight installation space, but this can have the disadvantage that thermal power loss, for example at the semiconductor switching units of the power control module, can be dissipated more poorly can be.
Wärme entsteht an Halbleiter-Schalteinheiten unter anderem durch Schaltvorgänge, die beim Bestromen des Verstellantriebs im Rahmen einer Pulsweitenmodulation vorgenommen werden. Üblicherweise sind im Rahmen der Leistungsstellbaugruppe Halbleiter-Schalteinheiten zu einer Schaltbrücke miteinander verschaltet, indem die Halbleiter-Schalteinheiten gemeinsam eine Vollbrücke zum Bestromen des Verstellantriebs ausbilden. Bei einem Antreiben des Verstellantriebs in eine Drehrichtung fließt ein Strom entlang eines Strompfads beispielsweise über eine erste Halbleiter-Schalteinheit, die beispielsweise mit einer Versorgungsspannung verbunden ist und auch als Highside-Schalteinheit bezeichnet wird, und eine zweite Halbleiter-Schalteinheit, die beispielsweise mit einem Massepotential verbunden ist und als Lowside-Schalteinheit bezeichnet wird. Im Rahmen der Pulsweitenmodulation wird eine der Schalteinheiten, üblicherweise die Highside-Schalteinheit, anhand eines Tastgrads (auch bezeichnet als Duty Cycle) zwischen einem An-Zustand und einem Aus-Zustand geschaltet, sodass der Strompfad in getakteter Weise unterbrochen wird und der Motorstrom anhand eines Mittelwerts des getakteten Stromflusses eingestellt wird. Hierbei treten aufgrund der Schaltvorgänge an der Highside-Schalteinheit Wärmeverluste auf, die zu einer Erwärmung insbesondere an der Highside -Schalteinheit führen können.Heat is generated in semiconductor switching units, among other things, by switching processes that are carried out when the adjustment drive is energized as part of a pulse width modulation. Usually, within the scope of the power control module, semiconductor switching units are interconnected to form a switching bridge, in that the semiconductor switching units jointly form a full bridge for energizing the adjustment drive. When the adjustment drive is driven in one direction of rotation, a current flows along a current path, for example via a first semiconductor switching unit, which is connected, for example, to a supply voltage and is also referred to as a high-side switching unit, and a second semiconductor switching unit, which is for example connected to a ground potential is connected and is referred to as a low-side switching unit. As part of the pulse width modulation, one of the switching units, usually the high-side switching unit, is switched between an on-state and an off-state using a duty cycle, so that the current path is interrupted in a clocked manner and the motor current is interrupted using a The mean value of the pulsed current flow is set. In this case, due to the switching operations on the high-side switching unit, heat losses occur which can lead to heating, in particular of the high-side switching unit.
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Baugruppe eines Fahrzeugs mit einem integrierten Aktor sowie ein Verfahren zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe zur Verfügung zu stellen, die einen thermisch günstigen Betrieb und somit eine Integration von Modulen des Aktors ineinander ermöglichen.The object of the present invention is to provide a subassembly of a vehicle with an integrated actuator and a method for adjusting a vehicle subassembly, which enable a thermally favorable operation and thus an integration of modules of the actuator into one another.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an object with the features of
Demnach ist das Ansteuermodul ausgebildet, zum pulsweitenmodulierten Speisen des Verstellantriebs die erste der Halbleiter-Schalteinheiten und die zweite der Halbleiter-Schalteinheit nach einem vorbestimmten Schaltschema jeweils zwischen dem An-Zustand und dem Aus-Zustand zu schalten, um den Strompfad zum pulsweitenmodulierten Speisen des Verstellantriebs zu unterbrechen.Accordingly, the control module is designed to switch the first of the semiconductor switching units and the second of the semiconductor switching units between the on-state and the off-state in accordance with a predetermined switching pattern for pulse-width-modulated feeding of the adjustment drive, in order to switch the current path for pulse-width-modulated feeding of the adjustment drive to interrupt.
Während üblicherweise beim Ansteuern eines Verstellantriebs in Form eines Elektromotors zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe, zum Beispiel einer Heckklappe oder einer Sitzbaugruppe, eine (einzige) Halbleiter-Schalteinheit in einem Strompfad einer Schaltbrücke geschaltet wird und eine andere Halbleiter-Schalteinheit durchgehend durchgeschaltet ist, um einen Stromfluss über den Strompfad in gepulster Weise zu ermöglichen, ist vorliegend vorgesehen, dass das Ansteuermodul die erste Halbleiter-Schalteinheit und die zweite Halbleiter-Schalteinheit im Strompfad abwechselnd nach einem vorbestimmten Schaltschema schaltet. Das Schaltschema kann hierbei ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Wechseln zwischen einem Schalten der ersten Halbleiter-Schalteinheit und der zweiten Halbleiter-Schalteinheit im Rahmen der Pulsweitenmodulation vorsehen. In jedem Fall erfolgen Schaltvorgänge zum Bereitstellen der Pulsweitenmodulation und somit zum gepulsten Unterbrechen des Strompfads an der ersten Halbleiter-Schalteinheit und der zweiten Halbleiter-Schalteinheit.While usually when controlling an adjustment drive in the form of an electric motor for adjusting a vehicle assembly, for example a tailgate or a seat assembly, a (single) semiconductor switching unit is switched in a current path of a switching bridge and another semiconductor switching unit is continuously switched through to create a current flow To enable the current path in a pulsed manner, it is provided in the present case that the control module switches the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit in the current path alternately according to a predetermined switching scheme. The switching scheme can provide for a regular or irregular change between switching the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit within the scope of the pulse width modulation. In any case, switching operations are carried out to provide the pulse width modulation and thus to interrupt the current path in a pulsed manner on the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit.
Auf diese Weise wird ermöglicht, dass eine Erwärmung an den Halbleiter-Schalteinheiten der Leistungsstellbaugruppe nicht vorwiegend an einer einzigen Halbleiter-Schalteinheit auftreten, sondern Wärmeverluste auf mehrere Halbleiter-Schalteinheiten vorzugsweise gleichmäßig verteilt werden. Hierdurch kann verhindert werden, dass sich eine Halbleiter-Schalteinheit übermäßig stark erwärmt, indem Wärmeverluste auf mehrere Halbleiter-Schalteinheiten verteilt werden.In this way, it is made possible that the semiconductor switching units of the power control assembly do not predominantly heat up on a single semiconductor switching unit, but rather that heat losses are preferably evenly distributed over a plurality of semiconductor switching units. This can prevent a semiconductor switching unit from heating up excessively, in that heat losses are distributed over a plurality of semiconductor switching units.
Das Schaltschema kann so vorbestimmt sein, dass ein regelmäßiges Wechseln zwischen einem Schalten der ersten Halbleiter-Schalteinheit und der zweiten Halbleiter-Schalteinheit vorgesehen wird, sodass eine Erwärmung zumindest näherungsweise gleichförmig an den Halbleiter-Schalteinheiten im Strompfad auftritt.The switching scheme can be predetermined in such a way that regular alternation between switching the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit is provided, so that heating occurs at least approximately uniformly on the semiconductor switching units in the current path.
Das Schaltschema kann aber auch so beschaffen sein, dass sich die Halbleiter-Schalteinheiten des Strompfads unregelmäßig erwärmen, indem zum Beispiel mehr Schaltvorgänge an einer der Halbleiter-Schalteinheiten vorgenommen werden. Ein solches Vorgehen kann zum Beispiel dann günstig sein, wenn eine der Halbleiter-Schalteinheiten eine verbesserte Wärme-Abführung ermöglicht, beispielsweise wenn eine Halbleiter-Schalteinheit eine solche Lage im Aktor einnimmt, dass sie in günstiger Weise für eine Wärmeabfuhr zum Beispiel an einen Kühlkörper angeschlossen werden kann, eine andere Halbleiter-Schalteinheit hingegen nicht. In diesem Fall können beispielsweise mehr Schaltvorgänge an der Halbleiter-Schalteinheit vorgenommen werden, die für eine Wärmeabfuhr thermisch günstiger angebunden ist, als an der anderen Halbleiter-Schalteinheit im Strompfad.However, the circuit diagram can also be such that the semiconductor switching units of the current path heat up irregularly, for example by performing more switching operations on one of the semiconductor switching units. Such a procedure can be beneficial, for example, if one of the semiconductor switching units enables improved heat dissipation, for example if a semiconductor switching unit is in such a position in the actuator that it is advantageously connected to a heat sink for heat dissipation, for example can be, but not another semiconductor switching unit. In this case, for example, more switching operations can be carried out on the semiconductor switching unit that is thermally more favorably connected for heat dissipation than on the other semiconductor switching unit in the current path.
Das Schaltschema gibt das Wechseln zwischen einer Schaltphase, in der die erste der Halbleiter-Schalteinheiten geschaltet wird, und einer Schaltphase, in der die zweite der Halbleiter-Schalteinheiten geschaltet wird, vor. Das Schaltschema kann hierbei auf eine Frequenz der Pulsweitenmodulation abgestimmt sein, im Rahmen derer ein gepulstes Bestromen des Verstellantriebs mit einem Tastgrad erfolgt, der die Dauer eines Pulses im Verhältnis zur durch die Modulationsfrequenz bestimmten Periode angibt und auch als Duty Cycle bezeichnet wird.The switching scheme specifies the change between a switching phase in which the first of the semiconductor switching units is switched and a switching phase in which the second of the semiconductor switching units is switched. The switching scheme can be matched to a frequency of the pulse width modulation, within which the adjustment drive is pulsed with a duty cycle that indicates the duration of a pulse in relation to the period determined by the modulation frequency and is also referred to as the duty cycle.
Der integrierte Aktor weist beispielsweise eine Sensorbaugruppe zum Erfassen einer Verstellbewegung an dem Verstellantrieb auf. Der integrierte Aktor soll eine integrierte Steuerung für den Betrieb des Verstellantriebs aufweisen und weist dazu solche Komponenten und Module auf, die einen weitestgehend unabhängigen Betrieb zum Durchführen eines Verstellvorgangs ermöglichen. So kann der integrierte Aktor beispielsweise über das Kommunikationsmodul lediglich einen Verstellbefehl von einer übergeordneten Steuereinheit (die beispielsweise durch eine Zentralsteuerung eines Fahrzeugs verwirklicht ist) erhalten, der den integrierten Aktor dazu veranlasst, einen Verstellvorgang zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe, zum Beispiel einer Heckklappe oder einer Baugruppe eines Fahrzeugsitzes, durchzuführen. Der eigentliche Verstellvorgang wird dann durch den integrierten Aktor selbst gesteuert, insbesondere durch das Logikmodul des integrierten Aktors in Zusammenwirken mit der Leistungsstellbaugruppe. Das Logikmodul kann hierbei insbesondere ausgebildet sein, Sensorsignale der Sensorbaugruppe auszuwerten, um eine Steuerung des Verstellvorgangs in Abhängigkeit der Sensorsignale vorzunehmen.The integrated actuator has, for example, a sensor assembly for detecting an adjustment movement on the adjustment drive. The integrated actuator should have an integrated control for the operation of the adjustment drive and for this purpose it has components and modules that enable largely independent operation for carrying out an adjustment process. For example, the integrated actuator can only receive an adjustment command from a higher-level control unit (which is implemented, for example, by a central control of a vehicle) via the communication module, which prompts the integrated actuator to perform an adjustment process to adjust the vehicle assembly, for example a tailgate or an assembly of a vehicle seat. The actual adjustment process is then controlled by the integrated actuator itself, in particular by the logic module of the integrated actuator in cooperation with the power control module. The logic module can in particular be designed to evaluate sensor signals from the sensor assembly in order to control the adjustment process as a function of the sensor signals.
Die Sensorbaugruppe kann beispielsweise Hall-Sensoren aufweisen, mit denen eine Drehbewegung einer Motorwelle des Verstellantriebs detektiert werden kann. Anhand von Sensorsignalen der Sensorbaugruppe kann eine Drehzahl des Verstellantriebs und ein Verstellweg anhand zum Beispiel eines Zählens von Pulsen der Hall-Sensoren bestimmt werden.The sensor assembly can have Hall sensors, for example, with which a rotary movement of a motor shaft of the adjustment drive can be detected. Using sensor signals from the sensor assembly, a speed of the adjustment drive and an adjustment path can be determined using, for example, counting pulses from the Hall sensors.
Das Logikmodul kann insbesondere dazu ausgestaltet sein, Sensorsignale der Sensorbaugruppe oder anderer Sensoren, die Bestandteil des integrierten Aktors oder auch extern zum integrierten Aktor sind, zum Bereitstellen einer Sicherheitsfunktionalität auszuwerten, um einen Verstellvorgang in Abhängigkeit von einer solchen Auswertung zu steuern. Beispielsweise kann das Logikmodul eine Einklemmschutzfunktionalität, eine Überspannungsschutzfunktionalität und/oder eine Übertemperaturschutzfunktionalität bereitstellen. Im Rahmen einer Einklemmschutzfunktonalität kann beispielsweise erkannt werden, ob sich gegebenenfalls ein Objekt im Verstellweg einer zu verstellenden Fahrzeugbaugruppe befindet, beispielsweise anhand einer Auswertung der Drehzahl des Verstellantriebs oder des Motorstroms, sodass bei Erkennen eines Einklemmfalls ein Verstellvorgang modifiziert oder unterbrochen werden kann. Im Rahmen einer Überspannungsschutzfunktionalität kann eine Fehlfunktion bei Anliegen einer Überspannung verhindert werden. Im Rahmen einer Übertemperaturschutzfunktionalität kann einer übermäßigen Erwärmung entgegengewirkt werden, beispielsweise indem ein Verstellvorgang modifiziert oder gestoppt wird.The logic module can in particular be designed to evaluate sensor signals of the sensor assembly or other sensors that are part of the integrated actuator or also external to the integrated actuator to provide a safety functionality in order to control an adjustment process as a function of such an evaluation. For example, the logic module can provide anti-trap functionality, overvoltage protection functionality and / or overtemperature protection functionality. As part of an anti-jamming functionality, it can be recognized, for example, whether an object is in the adjustment path of a vehicle assembly to be adjusted, for example by evaluating the speed of the adjustment drive or the motor current, so that an adjustment process can be modified or interrupted if a jamming event is detected. As part of an overvoltage protection functionality, a malfunction in the event of an overvoltage can be prevented. As part of an overtemperature protection functionality, excessive heating can be counteracted, for example by modifying or stopping an adjustment process.
Im Rahmen des integrierten Aktors sind die Komponenten und Module des Aktors, insbesondere der Verstellantrieb, die Leistungsstellbaugruppe und das Logikmodul in ein gemeinsames Gehäuse integriert und können somit in integrierter Weise am Ort der Fahrzeugbaugruppe angeordnet werden, um einen Verstellvorgang an der Fahrzeugbaugruppe vorzunehmen.As part of the integrated actuator, the components and modules of the actuator, in particular the adjustment drive, the power control assembly and the logic module, are integrated in a common housing and can thus be arranged in an integrated manner at the location of the vehicle assembly in order to carry out an adjustment process on the vehicle assembly.
In einer Ausgestaltung sind die Halbleiter-Schalteinheiten durch Transistoren, insbesondere MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) gebildet, zu denen gegebenenfalls Dioden parallel geschaltet sein können oder die intrinsische Dioden, sogenannte Bodydioden, aufweisen können. Die Halbleiter-Schalteinheiten sind mit dem Ansteuermodul verbunden, insbesondere indem das Ansteuermodul an ein Gate eines jeden zum Beispiel durch ein MOSFET ausgebildeten Transistors zur Bereitstellung einer Steuerspannung zum Schalten der jeweiligen Halbleiter-Schalteinheit angeschlossen ist.In one embodiment, the semiconductor switching units are formed by transistors, in particular MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field effect transistors), to which diodes can optionally be connected in parallel or which can have intrinsic diodes, so-called body diodes. The semiconductor switching units are connected to the control module, in particular in that the control module is connected to a gate of each transistor formed, for example, by a MOSFET for providing a control voltage for switching the respective semiconductor switching unit.
Die erste Halbleiter-Schalteinheit kann beispielsweise eine mit einer Versorgungsspannung verbundene, sogenannte Highside-Schalteinheit ausbilden, während die zweite der Halbleiter-Schalteinheiten eine mit einem Massepotential verbundene Lowside-Schalteinheit darstellt. Sind beide Halbleiter-Schalteinheiten in ihrem An-Zustand, ist der Verstellantrieb, der zwischen den Halbleiter-Schalteinheiten angeordnet ist, über die erste Halbleiter-Schalteinheit mit dem Versorgungspotenzial und über die zweite Halbleiter-Schalteinheit mit dem Massepotential verbunden, sodass ein Motorstrom in den Verstellantrieb eingespeist wird. Durch abwechselndes Schalten der Halbleiter-Schalteinheiten kann der so gebildete Strompfad unterbrochen werden, sodass eine Pulsweitenmodulation des Motorstroms durchgeführt wird.The first semiconductor switching unit can, for example, form a so-called high-side switching unit connected to a supply voltage, while the second of the semiconductor switching units represents a low-side switching unit connected to a ground potential. If both semiconductor switching units are in their on state, the adjustment drive, which is arranged between the semiconductor switching units, is connected to the supply potential via the first semiconductor switching unit and to ground potential via the second semiconductor switching unit, so that a motor current flows into the Adjustment drive is fed. By alternately switching the semiconductor switching units, the current path formed in this way can be interrupted so that pulse width modulation of the motor current is carried out.
Die Halbleiter-Schalteinheiten der Anordnung der Leistungsstellbaugruppe bilden vorzugsweise gemeinsam eine Vollbrücke zum Speisen des Verstellantriebs aus. Während eine mit zwei Halbleiter-Schalteinheiten ein Betreiben des Verstellantriebs beispielsweise in eine (bestimmte) Drehrichtung ermöglicht, kann eine Vollbrücke - die durch zwei Highside-Schalteinheiten und zwei Lowside-Schalteinheiten gebildet ist, die zur Ausbildung einer H-Brücke miteinander verschaltet sind - ein Betreiben des Verstellantriebs in unterschiedliche Drehrichtungen ermöglichen, indem der Verstellantrieb in unterschiedlicher Richtung bestromt wird.The semiconductor switching units of the arrangement of the power control assembly preferably together form a full bridge for feeding the adjustment drive. While one with two semiconductor switching units enables the adjustment drive to be operated, for example, in a (certain) direction of rotation, a full bridge - which is formed by two high-side switching units and two low-side switching units that are interconnected to form an H-bridge - can be used Enable operation of the adjustment drive in different directions of rotation by energizing the adjustment drive in different directions.
In einer Ausgestaltung ist das Ansteuermodul ausgebildet, zum pulsweitenmodulierten Speisen des Verstellantriebs die erste der Halbleiter-Schalteinheiten und die zweite der Halbleiter-Schalteinheiten derart zwischen den An-Zustand und dem Aus-Zustand zu schalten, dass auf eine vorbestimmte erste Anzahl von Schaltvorgängen der ersten der Halbleiter-Schalteinheiten eine vorbestimmte zweite Anzahl von Schaltvorgängen der zweiten der Halbleiter-Schalteinheiten folgt. In einer ersten Phase wird somit die erste Halbleiter-Schalteinheit für die vorbestimmte erste Anzahl von Schaltvorgängen zwischen dem An-Zustand und dem Aus-Zustand geschaltet. In dieser ersten Phase ist die zweite Halbleiter-Schalteinheit durchgeschaltet und befindet sich somit in ihrem An-Zustand. In einer darauf folgenden zweiten Phase wird demgegenüber die zweite Halbleiter-Schalteinheit für die vorbestimmte zweite Anzahl von Schaltvorgängen zwischen dem An-Zustand und dem Aus-Zustand geschaltet, während die erste Halbleiter-Schalteinheit sich durchgehend im An-Zustand befindet. Es erfolgt somit ein gepulstes Bestromen des Verstellantriebs im Sinne einer Pulsweitenmodulation.In one embodiment, the control module is designed to switch the first of the semiconductor switching units and the second of the semiconductor switching units between the on state and the off state in such a way that a predetermined first number of switching operations of the first the semiconductor switching units is followed by a predetermined second number of switching operations of the second of the semiconductor switching units. In a first phase, the first semiconductor switching unit is thus switched between the on-state and the off-state for the predetermined first number of switching operations. In this first phase, the second semiconductor switching unit is switched through and is therefore in its on state. In a second phase that follows, the second Semiconductor switching unit switched for the predetermined second number of switching operations between the on-state and the off-state, while the first semiconductor switching unit is continuously in the on-state. There is thus a pulsed energization of the adjustment drive in the sense of a pulse width modulation.
Die erste Anzahl von Schaltvorgängen und die zweite Anzahl von Schaltvorgängen ist jeweils gleich oder größer als 1. Die erste vorbestimmte Anzahl und die zweite vorbestimmte Anzahl kann beispielsweise gleich sein. Ist die erste Anzahl und die zweite Anzahl beispielsweise gleich 1, werden die erste Halbleiter-Schalteinheit und die zweite Halbleiter-Schalteinheit alternierend geschaltet, sodass auf einen Schaltvorgang der ersten Halbleiter-Schalteinheit ein Schaltvorgang an der zweiten Halbleiter-Schalteinheit folgt und somit zwischen unterschiedlichen Phasen zum alternierenden Schalten der Schalteinheiten entsprechend der Modulationsfrequenz der Pulsweitenmodulation gewechselt wird.The first number of switching operations and the second number of switching operations is each equal to or greater than 1. The first predetermined number and the second predetermined number can be the same, for example. For example, if the first number and the second number are equal to 1, the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are switched alternately, so that a switching operation of the first semiconductor switching unit is followed by a switching operation on the second semiconductor switching unit and thus between different phases for alternating switching of the switching units is changed according to the modulation frequency of the pulse width modulation.
Denkbar ist aber auch, dass die erste Anzahl und die zweite Anzahl größer, beispielsweise deutlich größer als 1 ist, beispielsweise 5, 10, 20, 100 oder 200.However, it is also conceivable that the first number and the second number are greater, for example significantly greater than 1, for example 5, 10, 20, 100 or 200.
In einer Ausgestaltung ist das Ansteuermodul ausgebildet, zum pulsweitenmodulierten Speisen des Verstellantriebs die erste der Halbleiter-Schalteinheiten und die zweite der Halbleiter-Schalteinheiten in einer ersten Ansteuerphase mit einem ersten Tastgrad und in einer zweite Ansteuerphase mit einem vom ersten Tastgrad unterschiedlichen, zweiten Tastgrad zu schalten. Die erste Ansteuerphase kann beispielsweise einem Anlaufvorgang bei einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe entsprechend. Die zweite Ansteuerphase kann demgegenüber einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe nach dem Anlaufen entsprechen. Entsprechend kann der erste Tastgrad größer sein als der zweite Tastgrad. Beispielsweise kann der erste Tastgrad in einem Bereich zwischen 50 % und 100 % liegen, während der zweite Tastgrad in einem Bereich zwischen 0 % und 50 % liegt. Jeweils entspricht der Tastgrad dem Verhältnis der Länge eines Strompulses und der Periodendauer im Rahmen der Pulsweitenmodulation.In one embodiment, the control module is designed to switch the first of the semiconductor switching units and the second of the semiconductor switching units in a first control phase with a first duty cycle and in a second control phase with a second duty cycle different from the first duty cycle for pulse-width modulated feeding of the adjustment drive . The first control phase can, for example, correspond to a start-up process when the vehicle assembly is adjusted. In contrast, the second activation phase can correspond to an adjustment of the vehicle assembly after it has started up. Correspondingly, the first duty cycle can be greater than the second duty cycle. For example, the first duty cycle can be in a range between 50% and 100%, while the second duty cycle is in a range between 0% and 50%. In each case, the duty cycle corresponds to the ratio of the length of a current pulse and the period duration within the scope of the pulse width modulation.
Die erste Ansteuerphase kann hierbei deutlich kürzer als die zweite Ansteuerphase sein. In der ersten Ansteuerphase treten bei einem größeren Tastgrad größere thermische Verluste und somit eine größere Erwärmung an den Halbleiter-Schalteinheiten auf, sodass wünschenswert sein kann, die erste Ansteuerphase kurz im Vergleich zur zweiten Ansteuerphase zu halten.The first control phase can be significantly shorter than the second control phase. In the first control phase, greater thermal losses and thus greater heating of the semiconductor switching units occur with a greater duty cycle, so that it may be desirable to keep the first control phase short compared to the second control phase.
Die Länge der Ansteuerphasen und ein Wechsel zwischen den Ansteuerphasen kann hierbei dynamisch im Betrieb eingestellt werden, indem eine Verlustleistung oder Verlustenergie an den Halbleiter-Schalteinheiten der Leistungsstellbaugruppe im Betrieb überwacht wird. Die Verlustleistung und die Verlustenergie, die zu einer Erwärmung an den Halbleiter-Schalteinheiten führt, kann beispielsweise im Betrieb anhand des Motorstroms und der Anzahl der Schaltvorgänge anhand einer Modellrechnung berechnet werden. Wird zum Beispiel während der ersten Ansteuerphase anhand einer solchen Überwachung festgestellt, dass die Erwärmung an einer oder an mehreren der Halbleiter-Schalteinheiten einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, so kann in die zweite Ansteuerphase mit reduziertem Tastgrad gewechselt werden, um einer übermäßigen Erwärmung entgegenzuwirken.The length of the control phases and a change between the control phases can be set dynamically during operation by monitoring power loss or energy loss on the semiconductor switching units of the power control module during operation. The power loss and the energy loss, which leads to heating of the semiconductor switching units, can for example be calculated during operation using the motor current and the number of switching processes using a model calculation. If, for example, during the first control phase it is determined on the basis of such a monitoring that the heating on one or more of the semiconductor switching units exceeds a predetermined threshold value, then it is possible to switch to the second control phase with a reduced duty cycle in order to counteract excessive heating.
In einer Ausgestaltung ist das Ansteuermodul ausgebildet, zum pulsweitenmodulierten Speisen des Verstellantriebs die erste der Halbleiter-Schalteinheiten und die zweite der Halbleiter-Schalteinheiten mit einem vorbestimmten Tastgrad zu schalten, wenn ein zum Durchführen eines Verstellvorgangs erforderlicher Solltastgrad in einem energetisch ungünstigen Bereich zwischen einer vorbestimmten unteren Tastgradgrenze und einer vorbestimmten oberen Tastgradgrenze liegt. Der vorbestimmte Tastgrad wird hierbei beispielsweise auf die obere Tastgradgrenze oder die untere Tastgradgrenze oder einen Wert außerhalb des durch die Tastgradgrenzen vorgegebenen Bereichs gesetzt, wenn der Solltastgrad sich in dem Bereich befindet. Hierhinter steckt der Gedanke, dass in einem Bereich, zum Beispiel bei einem Tastgrad zwischen 85 % und 99,9 %, es energetisch günstiger ist, einen Tastgrad von 100 % einzustellen, weil Schaltverluste in einem Tastgradbereich zwischen 85 % und 99,9 % zu erhöhten Schaltverlusten und somit zu einer größeren Erwärmung als bei einem Tastgrad 100 % führen würden. Ist für einen Verstellvorgang, zum Beispiel zum Anfahren aus einer bestimmten Verstellposition, ein Tastgrad innerhalb des vorbestimmten, ungünstigen Tastgradbereichs erforderlich, wird anstelle des Solltastgrads ein anderer Tastgradwert festgesetzt, der sich an den Grenzen des Bereichs oder außerhalb des Bereichs befindet, sodass ein thermisch ungünstiger Tastgradbereich vermieden wird.In one embodiment, the control module is designed to switch the first of the semiconductor switching units and the second of the semiconductor switching units with a predetermined duty cycle for pulse-width-modulated feeding of the adjustment drive if a target duty cycle required to carry out an adjustment is in an energetically unfavorable range between a predetermined lower one Duty cycle limit and a predetermined upper duty cycle limit is. The predetermined duty cycle is set here, for example, to the upper duty cycle limit or the lower duty cycle limit or a value outside the range specified by the duty cycle limits if the target duty cycle is in the range. The idea behind this is that in a range, for example with a duty cycle between 85% and 99.9%, it is energetically more favorable to set a duty cycle of 100% because switching losses increase in a duty cycle range between 85% and 99.9% increased switching losses and thus would lead to greater heating than with a duty cycle of 100%. If a duty cycle within the predetermined, unfavorable duty cycle range is required for an adjustment process, for example for starting from a certain adjustment position, a different duty cycle value is set instead of the target duty cycle, which is at the limits of the range or outside the range, so that a thermally unfavorable one Duty cycle range is avoided.
Denkbar wäre auch, alternierend zwischen zwei Tastgradwerten, zum Beispiel zwischen 85% und 100%, zu wechseln, um Zwischenwerte einzustellen.It would also be conceivable to alternate between two duty cycle values, for example between 85% and 100%, in order to set intermediate values.
Die Tastgradgrenzen können vorab festgelegt sein. Dies Tastgradgrenzen können beispielsweise anhand einer Modellrechnung, bei der die Schaltverluste mit einbezogen werden, bestimmt werden.The duty cycle limits can be defined in advance. These duty cycle limits can be determined, for example, using a model calculation in which the switching losses are included.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Durchführen eines Verstellvorgangs einer Fahrzeugbaugruppe gelöst. Bei dem Verfahren wird die Fahrzeugbaugruppe durch einen integrierten Aktor verstellt, der einen elektromotorischen Verstellantrieb, eine Leistungsstellbaugruppe mit einer Anordnung von Halbleiter-Schalteinheiten zum elektrischen Speisen des Verstellantriebs, ein Logikmodul zum Steuern des Verstellantriebs zum Durchführen des Verstellvorgangs und ein Kommunikationsmodul zum Austausch von Daten mit einer übergeordneten Steuereinheit aufweist. Das Ansteuermodul der Leistungsstellbaugruppe schaltet die Halbleiter-Schalteinheiten zwischen einem An-Zustand und einem Aus-Zustand. Eine erste der Halbleiter-Schalteinheiten und eine zweite der Halbleiter-Schalteinheiten bilden im An-Zustand einen Strompfad zum elektrischen Speisen des Verstellantriebs aus. Dabei ist vorgesehen, dass das Ansteuermodul zum pulsweitenmodulierten Speisen des Verstellantriebs die erste der Halbleiter-Schalteinheiten und die zweite der Halbleiter-Schalteinheiten nach einem vorbestimmten Schaltschema jeweils zwischen dem An-Zustand und dem Aus-Zustand schaltet, um den Strompfad zum pulsweitenmodulierten Speisen des Verstellantriebs zu unterbrechen.The object is also achieved by a method for performing an adjustment process for a vehicle assembly. In the method, the vehicle assembly is adjusted by an integrated actuator which has an electric motor adjustment drive, a power adjustment assembly with an arrangement of semiconductor switching units for electrically feeding the adjustment drive, a logic module for controlling the adjustment drive to carry out the adjustment process and a communication module for exchanging data having a higher-level control unit. The control module of the power control module switches the semiconductor switching units between an on state and an off state. A first of the semiconductor switching units and a second of the semiconductor switching units form, in the on state, a current path for electrically feeding the adjustment drive. It is provided that the control module for pulse-width-modulated feeding of the adjustment drive switches the first of the semiconductor switching units and the second of the semiconductor switching units according to a predetermined switching pattern between the on-state and the off-state, in order to establish the current path for pulse-width-modulated feeding of the adjustment drive to interrupt.
Die vorangehend für die Baugruppe beschriebenen Vorteile und vorteilhaften Ausgestaltungen finden analog auch auf das Verfahren Anwendung, sodass auf das vorangehend Ausgeführte verwiesen werden soll.The advantages and advantageous configurations described above for the assembly are also applied analogously to the method, so that reference should be made to what has been stated above.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer Fahrzeugbaugruppe in Form einer Heckklappe eines Fahrzeugs; -
2 eine schematische Ansicht der Fahrzeugbaugruppe in Form der Heckklappe, mit daran angeordneten integrierten Aktoren; -
3 eine schematische Ansicht eines integrierten Aktors; -
4 eine schematische Ansicht einer Leistungsstellbaugruppe eines integrierten Aktors; -
5 eine Ansicht der Leistungsstellbaugruppe in einem ersten Schaltzustand während einer Pulsweitenmodulation zum Speisen eines Verstellantriebs; -
6 eine Ansicht der Leistungsstellbaugruppe in einem anderen Schaltzustand; -
7A eine schematische Ansicht eines Ansteuersignals zum Schalten von Halbleiter-Schalteinheiten und eines sich ergebenden Stromflusses eines Motorstroms, nach einem herkömmlichen Schema; -
7B eine schematische Ansicht eines Ansteuersignals zum Schalten von Halbleiter-Schalteinheiten und eines sich ergebenden Stromflusses eines Motorstroms, nach einem vorgeschlagenen Schema; -
8A eine Ansicht einer Verlustleistung an den Halbleiter-Schalteinheiten einer Leistungsstellbaugruppe; und -
8B eine Ansicht der sich ergebenden Verlustenergie an den Halbleiter-Schalteinheiten.
-
1 a schematic view of a vehicle assembly in the form of a tailgate of a vehicle; -
2 a schematic view of the vehicle assembly in the form of the tailgate, with integrated actuators arranged thereon; -
3 a schematic view of an integrated actuator; -
4th a schematic view of a power control module of an integrated actuator; -
5 a view of the power control module in a first switching state during a pulse width modulation for feeding an adjustment drive; -
6th a view of the power control module in a different switching state; -
7A a schematic view of a control signal for switching semiconductor switching units and a resulting current flow of a motor current, according to a conventional scheme; -
7B a schematic view of a control signal for switching semiconductor switching units and a resulting current flow of a motor current, according to a proposed scheme; -
8A a view of a power loss on the semiconductor switching units of a power control module; and -
8B a view of the resulting energy loss at the semiconductor switching units.
Eine Antriebsvorrichtung in Form eines integrierten Aktors
Das Verstellen der Fahrzeugbaugruppe
Die integrierten Aktoren
Die integrierten Aktoren
Wie schematisch in
Eine weitere Halbleiter-Schalteinheit RPP dient als Verpolschutz und ist durch einen Transistor T5 in Form eines MOSFET mit einer Bodydiode
Die Halbleiter-Schalteinheiten
Mittels der Leistungsstellbaugruppe
Bei Betreiben des Verstellantriebs
Dies ist in
Im Rahmen der Pulsweitenmodulation wird der Strompfad gemäß
Die Pulsweitenmodulation zum Betreiben eines Verstellantriebs zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe erfolgt herkömmlich, wie dies in
Der in
Beim Schalten der Halbleiter-Schalteinheiten
Für die in
Die Verlustleistung an der Halbleiter-Schalteinheit
Die Verlustleistung an der Halbleiter-Schalteinheit
Die Verlustleistung an der Halbleiter-Schalteinheit
Um eine asymmetrische Erwärmung an den Halbleiter-Schalteinheiten
Insbesondere sind in An-Phasen
Die Halbleiter-Schalteinheiten
Die aufgrund der Schaltvorgänge entstehende Verlustleistung und die damit einhergehende Verlustenergie und somit Erwärmung wird somit auf die Halbleiter-Schalteinheiten
Der Tastgrad während der Pulsweitenmodulation ist nicht notwendigerweise konstant, sondern kann dynamisch im Betrieb angepasst werden, wie dies aus
So kann in einer ersten Ansteuerphase
In einer anschließenden Ansteuerphase
Der Wechsel zwischen den Ansteuerphasen
Beim Steuern der Leistungsstellbaugruppe
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen.The idea on which the invention is based is not restricted to the exemplary embodiments described above, but can also be implemented in other ways.
Ein integrierter Aktor, wie er vorangehend beschrieben worden ist, lässt sich zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe in Form einer Heckklappe oder einer anderer Fahrzeugtür oder -klappe, wie einer Fahrzeugseitentür oder eines Schiebedachs, verwenden, aber auch zum Verstellen anderer Fahrzeugbaugruppen, wie zum Beispiel einer Verstellbaugruppe eines Fahrzeugsitzes oder einer Lüftungseinrichtung.An integrated actuator, as described above, can be used to adjust a vehicle assembly in the form of a tailgate or another vehicle door or flap, such as a vehicle side door or a sliding roof, but also to adjust other vehicle assemblies, such as an adjustment assembly a vehicle seat or a ventilation system.
Der elektromotorische Verstellantrieb kann durch einen Elektromotor, zum Beispiel durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung oder auch einen anderen Elektromotor, verwirklicht sein.The electromotive adjustment drive can be implemented by an electric motor, for example by a brushless direct current motor with electronic commutation or also by another electric motor.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 1010
- FahrzeugkarosserieVehicle body
- 1111th
- Fahrzeugbaugruppe (Fahrzeugtür)Vehicle assembly (vehicle door)
- 110110
- ScharnierachseHinge axis
- 22
- Integrierten AktorIntegrated actuator
- 2020th
- Strebestrut
- 200, 201200, 201
- Abschnittsection
- 2121
- VerstellantriebAdjustment drive
- 2222nd
- SteuerelektronikControl electronics
- 220220
- LeistungsstellbaugruppePower control module
- 221221
- SensorbaugruppeSensor assembly
- 222222
- LogikmodulLogic module
- 223223
- Kommunikationsmodul (Busmodul)Communication module (bus module)
- 224224
- AnsteuermodulControl module
- 2323
- Gehäusecasing
- 33
- Steuereinheit (Zentralsteuerung)Control unit (central control)
- 44th
- BussystemBus system
- A1-A9A1-A9
- SchaltphaseSwitching phase
- B1, B2B1, B2
- AnsteuerphaseControl phase
- D1-D5D1-D5
- Diodediode
- HS1, HS2HS1, HS2
- Halbleiter-SchalteinheitSemiconductor switching unit
- LS1, LS2LS1, LS2
- Halbleiter-SchalteinheitSemiconductor switching unit
- MM.
- MassepotentialGround potential
- OO
- ÖffnungsrichtungOpening direction
- S1S1
- SpeisepfadFood path
- T1-T5T1-T5
- Transistortransistor
- x1x1
- AnfangspositionStarting position
- x2x2
- EndpositionEnd position
- UBUB
- VersorgungsspannungSupply voltage
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102007031548 A1 [0008]DE 102007031548 A1 [0008]
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DE102020205981.0A DE102020205981A1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Assembly of a vehicle with an integrated actuator |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007031548A1 (en) | 2007-07-06 | 2009-01-08 | Pierburg Gmbh | Electric motor commutator and method for driving an electric motor commutator |
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2020
- 2020-05-12 DE DE102020205981.0A patent/DE102020205981A1/en active Pending
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