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Die Erfindung betrifft ein System zur Ansteuerung eines Elektromotors von Fahrzeugkomponenten.
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Aktuell werden Elektromotoren zur Ausführung von Funktionen elektrischer Komponenten im Fahrzeug meist von separaten Steuergeräten, wie zum Beispiel von einem Zentral-Steuergerät oder LIN-Slaves angesteuert.
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Da es immer mehr elektrisch angetriebene Komponenten in einem Fahrzeug gibt, die Entwicklung damit immer aufwändiger wird, und der Platzbedarf aufgrund der erhöhten Anzahl an Steuergeräten steigt, ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein System zur Ansteuerung eines Elektromotors von Fahrzeugkomponenten bereitzustellen, durch das diese Probleme umgangen werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine Motorplatine zur Anordnung an einem Elektromotor, wobei auf der Motorplatine Bauelemente sowie Pins integriert sind, die dazu eingerichtet sind, den Elektromotor anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Motorplatine eine Steuereinheit vorgesehen ist, die eine Software aufweist, um den Elektromotor zu betreiben, wenn ein Ansteuersignal von außerhalb zum Aktivieren des Elektromotors gegeben wurde, und wobei der Steuereinheit Parameter des Elektromotors vorgegeben werden.
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Durch das Anordnen der Steuereinheit direkt auf der Motorplatine ist ein Baukastensystem geschaffen, bei dem dieselbe Software mit entsprechender Parametrisierung für unterschiedliche Komponenten verwendet werden kann. Somit werden sowohl Entwicklungsaufwand als auch Platz gespart.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass Parameter mindestens eines oder eine Kombination umfassen aus: Drehzahl, Stromschwellwert, maximale Ansteuerzeit, Anfahrrampe, Drehrichtung, Hallcounts, anzufahrende Positionen, angelernte Positionen, zyklisches Nachnormieren von Endanschlägen und/oder angelernten Hallcounts.
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Ferner wird ein System zur Ansteuerung eines Elektromotors vorgeschlagen, aufweisend einen Elektromotor, der dazu eingerichtet ist, vorgegebene Komponenten eines Fahrzeugs zu betreiben, sowie eine an dem Elektromotor angeordnete Motorplatine, wie beschrieben.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, eine Initialisierung und/oder eine Diagnose des Elektromotors durchzuführen. Vorteilhaft umfasst die Initialisierung ein Bestimmen eines Endanschlags und einer Softstoppposition.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Form der Motorplatine derart gewählt ist, dass sie in ein Gehäuse des Elektromotors passt.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass betreibbare Komponenten bewegliche Komponenten im Innenraum oder Außenraum des Fahrzeugs umfassen.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass Komponenten mindestens eines oder eine Kombination umfassen aus: Heckklappe, Scheibenwischer, Fenster, Verriegelung eines Schlosses, Sitz, Beschattung, Reinigungsdüse, Kofferraumabdeckung, Spiegel, Licht.
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Ferner wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend das System. Außerdem wird eine Verwendung des Systems in einem Fahrzeug vorgeschlagen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische, hardwarenahe Darstellung wichtiger Komponenten des Systems gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische, logische Darstellung wichtiger Komponenten des Systems gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Das Grundkonzept der Erfindung ist es, die Ansteuerung eines Elektromotors 100, der zum Betreiben elektrisch angetriebener Komponenten in einem Fahrzeug vorgesehen ist, direkt auf der Motorplatine 200 vorzusehen. Das heißt, dass das oder bisher externen Steuergeräte in die Motorplatine des Elektromotors 100 integriert werden und somit das Steuergerät selbst entfallen kann.
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Wie eingangs erwähnt, werden aktuell Elektromotoren 100 zur Ausführung von Funktionen elektrischer Komponenten im Fahrzeug meist von separaten Steuergeräten, wie einem Zentral-Steuergerät oder LIN-Slaves, angesteuert. Die Motorplatine 200 dient aktuell lediglich dazu, die vom zum Elektromotor 100 zugehörigen Steuergerät ausgegebenen Signale umzusetzen, also den Elektromotor 100 entsprechend den Signalen zu steuern. Steuergerät und Motorplatine 200 sind über einen Bus miteinander zum Signalaustausch verbunden. Aufgrund dieser Konstellation wird für jede elektrisch angetriebene Komponente ein eigenes Steuergerät entwickelt. Die immer höhere Anzahl an elektrisch mittels einem Elektromotor 100 angetriebenen Komponenten führt dazu, dass immer mehr Steuergeräte und Kabel im Fahrzeug benötigt werden und auch der Entwicklungsaufwand steigt.
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Aufgrund der Erkenntnis, dass die Ansteuerung von Elektromotoren 100, die elektrisch angetriebene Komponenten im Fahrzeug betreiben, in der Regel gleich ist, wird vorgeschlagen, die Ansteuerung des Elektromotors 100 direkt auf der Motorplatine 200 zu integrieren. Elektrisch angetriebene Komponenten sind bewegliche Komponenten im Innenraum oder Außenraum, die mit einem Elektromotor 100 angetrieben werden. Beispielsweise sind dies Fenster, Beschattungen wie Sonnenrollos, Sitze, Spiegel, Kofferraumabdeckungen (innen), Kofferraumdeckel (Heckklappe), Scheibenwischer, Reinigungsdüsen, Licht, etc., also nicht das Fahrzeug selbst oder Achsen davon.
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Elektromotoren 100 zum Antreiben der Komponenten können unterschiedlich ausgelegt sein, also mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden, unterschiedliche Drehzahlen und Leistungen etc. haben. Im Prinzip funktionieren sie aber alle gleich, d.h. sie drehen sich je nach Bestromung links oder rechts, eine Positionsermittlung ist über (sowieso immer vorhandene, in 1 deshalb nicht dargestellte) Hallsensoren möglich, ebenso wie eine Profilsteuerung durch einen Vergleich der Ist- mit der Solldrehzahl. Außerdem ermöglicht eine Stromauswertung eine Block- und Überstromerkennung.
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Die Ansteuerung der Komponenten erfolgt ausschließlich über entsprechende Ansteuersignale, die aktuell von einem externen, mit der Motorplatine 200 verbundenen Steuergerät, vorgegeben werden. Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, die Ansteuersignale direkt über eine auf der Motorplatine 200 vorgesehene Steuereinheit 10 z.B. in Form eines Microcontrollers auszugeben, wie in 1 und 2 schematisch dargestellt.
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Die Steuereinheit 10 dient als ECU (Logikanteil in 2), kann also Software ausführen und Berechnungen anstellen. Von extern ist lediglich ein Ansteuersignal, welches z.B. über eine Kommunikationsschnittstelle (LIN-Schnittstelle) erhalten wird, nötig, das die Anforderung zur Aktivierung des Elektromotors 100 z.B. vom Fahrzeugsteuergerät übermittelt. Alles andere übernimmt die Steuereinheit 10 (Blöcke „Logikanteil“, sowie „Treiber, Transistoren, Sensoren, etc.“ in 2). Das heißt, dass die Steuereinheit 10 basierend auf diesen Aktivierungs-Befehlen Signale zur Ansteuerung des Elektromotors 100 an die auf derselben Platine, der Motorplatine 200, befindlichen Bauelemente 4 (Halbleiterschalter, H-Brücke) ausgibt.
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Für eine geeignete Ansteuerung sind die für die anzusteuernde Komponente benötigten Parameter in der Steuereinheit 10 zu hinterlegen. Parameter können dabei mindestens eines oder eine Kombination aus Drehzahl, Stromschwellwert, maximale Ansteuerzeit, Anfahrrampe, Drehrichtung, Hallcounts, anzufahrende Positionen, angelernte Positionen, Zyklisches nachnormieren von Endanschlägen und/oder angelernten Hallcounts sein, wobei auch weitere Parameter hinterlegt werden können, welche zur Ansteuerung des Elektromotors 100 dienen.
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Die Parametrisierung erfolgt in Abhängigkeit des verwendeten Elektromotors 100 sowie der auszuführenden Funktion (komponentenabhängig). Beispielsweise kann eine PWM-Ansteuerung erfolgen, um die Geschwindigkeit bzw. die Solldrehzahl einzustellen. Außerdem kann ein Stromschwellwert eingestellt werden, um die Stärke im Endanschlag bzw. eine Soft-Stopp-Position und eine Blockstromerkennung bereitzustellen. Ebenso können ein Verfahrprofil, z.B. eine Anfahrrampe, sowie eine maximale Ansteuerzeit eingestellt werden. Selbstverständlich können auch Drehzahl und Drehrichtung vorgegeben werden.
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Die Parametrisierung kann nunmehr für jede Komponente mit zugehörigem Elektromotor 100 einmalig erfolgen, egal in welchem Fahrzeug sie verbaut wird, da die Steuerung des Elektromotors 100 direkt am Elektromotor 100 verbaut ist und dieser sich damit auch selbst initialisieren kann. Dies ist beispielsweise von Vorteil, um einen Softstopp zu realisieren. Da bei der Initialisierung der Endanschlag ermittelt wird, kann die Steuereinheit 10 basierend auf dieser Information einen Softstopp, d.h. eine Softstoppposition ermitteln, um mechanische Belastung und Geräusche zu verringern, die beim Fahren in den Endanschlag auftreten können.
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Auf der Motorplatine 200 sind ferner noch, wie bisher, ein Pin 1 für die Eingangsspannung (z.B. Klemme 30), ein Pin 2 zur Kommunikation (Steuergerät, LIN), ein Pin 3 für Masse (Klemme 31), sowie (nicht gezeigt) ein Überspannungsschutz, ein Verpolschutz, sowie Eingangsfilter vorgesehen, welche hier nicht näher beschrieben werden, da ihre Funktionsweise bekannt ist und diese nicht Teil der Erfindung sind.
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Der Vorteil der vorgeschlagenen Motorplatine 200 mit integrierter Steuereinheit 10 zur Ansteuerung des Elektromotors 100 ist, dass nunmehr nur noch ein Bauteil, die Motorplatine 200, benötigt wird, um eine elektrisch (mit einem Elektromotor 100) angetriebene Komponente anzusteuern. Die Steuereinheit 10 weist die Software zur Ansteuerung auf und muss lediglich für die anzusteuernde Komponente entsprechend parametrisiert werden. Außerdem muss nicht für jede Komponente ein separates Steuergerät entwickelt und vorgesehen werden. Die Software ist auch bei unterschiedlichen Motoren (kleine Motoren mit wenig Stromaufnahme, große Motoren mit großer Stromaufnahme) dieselbe, lediglich die Parameter unterscheiden sich. Wie bereits erwähnt, besteht auch der Vorteil, dass eine Initialisierung erfolgen kann. Ebenso kann eine Selbstdiagnose erfolgen, da alle benötigten Parameter in der Motorplatine 200, genauer der Steuereinheit 10 vorhanden sind.
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Die vorgeschlagene Motorplatine 200 kann separat oder als System zusammen mit dem Elektromotor 100 vorgesehen sein. In jedem Fall ist kein separates Steuergerät mehr nötig, welches die Motorparameter vorgeben muss. Es ist lediglich die Anforderung zur Aktivierung des Elektromotors 100 nötig, die von extern (Fahrzeugsteuergerät in 2) kommt.
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Bisher erfolgte durch das extern vorgesehene Steuergerät ein Umschalten der Batteriespannung am Elektromotor 100 und ein hartes Verfahren in den Endanschlag. Das heißt, es gab keine Geschwindigkeitskontrolle, aber eine hohe Geräuschemissionen in Form von Klacken der Mechanik. Durch die nunmehr in Form eines Microcontrollers auf der Motorplatine 200 integrierte Steuereinheit 10 ist eine deutlich verminderte Geräuschemission, sowie eine präzisere Geschwindigkeitssteuerung des Elektromotors 100, z.B. durch PWM, möglich. Außerdem wird weniger Platz benötigt, da die Motorplatine 200 nicht wesentlich größer ist als die bisherigen Motorplatinen und sie sich somit nahtlos in das aktuelle Gehäuse des Elektromotors 100 einfügt. Außerdem ist vorteilhaft, dass keine Änderungen im Spannungsbereich und Temperaturbereich erforderlich sind. Außerdem sind deutlich weniger Schnittstellen bei der Entwicklung nötig, da die Software auf der Steuereinheit 10 vorhanden ist und nur noch parametrisiert werden muss. Durch die Integration der Steuereinheit 10 direkt auf der Motorplatine 200 ist auch ein EMV-Vorteil gegeben, es werden keine geschirmten Leitungen mehr benötigt, da die Signalübertragung über Leiterbahnen Motorplatine 200 erfolgt, und es werden Leitungen reduziert.
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Die Motorplatine kann in jeder Art von Fahrzeug verwendet werden, also sowohl in PKWs, als auch in NKWs (Nutzkraftwägen) wie LKWs, Busse etc., bis hin zu Zweirädern wie Motorrädern.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Elektromotor
- 200
- Motorplatine
- 1-3
- Pins
- 4
- Bauelemente
- 10
- Steuereinheit
