DE69418198T2

DE69418198T2 - Prüf- und drehzahlregelung von elektrischen motoren in kraftfahrzeugen mit elektronisch gesteuerten bremssystemen

Info

Publication number: DE69418198T2
Application number: DE69418198T
Authority: DE
Inventors: Anthony John Ainsworth; John Bolton; Stewart Andrew Hurst
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1993-07-31
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2014-08-02
Also published as: ES2135592T3; GB2280762A; KR960704742A; GB9325341D0; US5811947A; JPH09501124A; EP0710199A1; AU7269594A; DE69418198D1; WO1995003963A1; EP0710199B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Prüfung und Drehzahlregelung von Pumpen- und anderen Elektromotoren, die in Fahrzeugen mit elektronisch gesteuerten Bremssystemen verwendet werden. Ein Beispiel für ein Verfahren zur Messung der Drehzahl eines Motors ist aus der DE-A-38 30 164 bekannt, bei dem die Stromversorgung unterbrochen und eine Spannungsmessung durchgeführt wird, die für die genannte Drehzahl indikativ ist.
Beispielsweise bei einem ABS-System liefert eine von einem solchen Motor angetriebene Pumpe die Hydraulikversorgung für das ABS-System, und daher ist es wichtig, daß Einrichtungen zur Verfügung stehen, um zu prüfen, ob der Pumpenmotor richtig arbeitet beziehungsweise funktionsfähig ist. Es ist auch wünschenswert, daß die Drehzahl des Motors bekannt und regelbar ist.
Konventionell erfolgt die Betätigung und Steuerung des Pumpenmotors mit Hilfe eines elektromagnetischen Relais oder eines elektronischen Schalters, das/der sich auf der "hohen Seite" des Motors befindet, das heißt im Rahmen der Schaltungsanordnung, die mit der Seite der Motorwicklung verbunden ist, die nicht unmittelbar mit dem Fahrzeugchassis (Masse) verbunden ist. Um zu prüfen, ob der Motor "eingeschaltet" und funktionsfähig ist, wird das Relais vorübergehend eingeschaltet. Da jedoch die Betriebsgeschwindigkeit eines solchen Relais relativ gering ist, beginnt der Motor zu laufen, bevor das Relais wieder ausgeschaltet werden kann. Dies hat eine Reihe von Nachteilen, wie zum Beispiel stärkere Geräuschentwicklung und höhere Kosten, schlechte Prüffähigkeit und schlechteres Pedalgefühl. Außerdem muß der Motor die Nennleistung bei 8 Volt Versorgung abgeben und dabei doch in der Lage sein, über längere Zeit mit 16 Volt an den Grenzwerten des vorgegebenen Temperaturbereichs zu arbeiten.
ABS-Pumpenmotoren werden gewöhnlich nicht drehzahlgeregelt, weil die Kosten in Verbindung mit der Messung der Motordrehzahl mit Hilfe eines separaten Transducers zu hoch sind. Diese Kostenbeschränkungen haben höhere Geräuschpegel, schlechteres Pedalgefühl und potentielle Unzuverlässigkeit des Motors aufgrund des großen Spannungsbereichs zur Folge, über den der Motor wahrscheinlich arbeiten muß.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Mittel zur Prüfung und Drehzahlregelung für Motoren wie ABS-Pumpenmotoren bereitzustellen, mit dem die obengenannten Probleme in Verbindung mit dem Stand der Technik verringert werden können.
Aus der DE-38 30 164 ist bekannt, daß die Drehzahl eines Motors elektrisch unter Ausnutzung der Tatsache festgestellt werden kann, daß die Restmagnetisierung im Motor dessen Funktion als Generator für eine kurze Zeitdauer ermöglicht, die zur Messung ausreicht. Die Stromversorgung zum Motor wird in dem Moment unterbrochen, in dem der Strom den Nullwert überquert, und die vom Motor infolge der Restmagnetisierung erzeugte Spannung wird überwacht. Die Zeitdauer ab dem Moment der letzten Nullwertüberquerung der Motorspeisespannung bis zur ersten Nullwertüberquerung der erzeugten Spannung wird als erstmalige T&sub1; gemessen, und die Zeitdauer ab dem Moment der ersten Nullwertüberquerung der erzeugten Spannung bis zur zweiten Nullwertüberquerung der erzeugten Spannung wird als zweitmalige T&sub2; gemessen. Die Drehzahl des Motors wird unter Anwendung von T&sub1; und T&sub2; errechnet.
Aus der WO-A-094/07717, die in bezug auf die vorliegende Anmeldung nicht vorveröffentlicht ist, ist auch bekannt, daß ein Wert für die tatsächliche Drehzahl einer Hydraulikpumpe, die von einem Elektromotor angetrieben wird, der mit einer pulsierten (unterbrochenen) Versorgung erregt wird, nur mit Hilfe der Spannung festgestellt werden kann, die durch die Motorwicklung während der Abtrenn-(Ausschalt-) Perioden erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisch gesteuertes Bremssystem in Fahrzeugen mit einem Elektromotor bereitgestellt, der zwischen einer Spannungsquelle und Masse geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Öffnen und Schließen eines seriellen Elektronikschalters gesteuert wird, der sich auf der "niedrigen Seite" des Motors zwischen dem Motor und der genannten Masse befindet, sowie dadurch, daß es zum Ermitteln eines Wertes für die tatsächliche Drehzahl des Motors folgendes umfaßt:
ein erstes Mittel zum Messen der Versorgungsspannung;
ein zweites Mittel zum Messen der EMK, die von dem Motor erzeugt wird, während die Versorgung abgetrennt ist; und
ein Berechnungsmittel zum Subtrahieren des mit dem zweiten Mittel erhaltenen Wertes von dem mit dem ersten Mittel erhaltenen Wert, um den genannten Wert für die tatsächliche Drehzahl des Motors zu ermitteln.
Das genannte erste Mittel ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß es die EMK des Motors in den genannten Trennungsperioden der Versorgung erst nach einer Verzögerung mißt, damit die durch Abschalten des Motors verursachte Gegen-EMK auf ein vorbestimmtes Niveau oder für eine vorbestimmte Zeit abklingen kann, bevor die Messung durchgeführt wird.
Das genannte vorbestimmte Niveau der Gegen-EMK beträgt vorteilhafterweise im wesentlichen null Volt, das heißt es bleibt nur das gewünschte Signal beziehungsweise das Nutzsignal.
Vorzugsweise ist ein Filter zwischen der niedrigen Seite des Motors und dem genannten zweiten Meßmittel angeordnet, um die gewünschte Unterscheidung, d. h. die genannte Unterscheidung zwischen dem Nutzsignal und Rauschen, zu erzielen.
Der genannte serielle Elektronikschalter ist vorzugsweise ein MOSFET, vorteilhafterweise ein N-Kanal- MOSFET.
Vorzugsweise ist ein weiteres Filter zwischen der hohen Seite des Motors und dem genannten zweiten Meßmittel angeordnet, das die Versorgungsspannung mißt. Das zweite Filter wird vorteilhafterweise so gesteuert, das es im wesentlichen zur selben Zeit arbeitet wie das erstgenannte Filter. Durch die Bereitstellung des zweiten Filters ergibt sich der Vorteil einer weiteren Verbesserung des Signalabstands.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betätigt in einem Fahrzeug mit einem ABS- Bremssystem die zündschaltergesteuerte Versorgung in der elektrischen Anlage des Fahrzeugs nur ein Logikgate zum Regeln der Zufuhr von direktem Batteriestrom zum Spannungsregler des Fahrzeugs, wobei der Schaltkreis für den ABS-Pumpenmotor und seine elektronische Steuerung (MOSFET) direkt an der Batterieversorgung angeschlossen sind, um als Energiesenke zum Schützen aller Siliciumbauelemente in dem elektrischen Steuersystem zu fungieren, mit Ausnahme des genannten Zündschaltungslogikgates.
Der Elektronikschalter, der zwar vorzugsweise aus (einem) MOSFET(s) besteht, könnte ein beliebiges spezielles "Elektronikrelais", ein "Smart-Schalter", ein bipolares Bauelement oder ein ähnliches (schnellwirkendes) Elektronikbauelement sein.
Die Erfindung wird nachfolgend, jedoch nur beispielhaft, unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Schaltdiagramm einer Ausgestaltung eines ABS-Pumpenmotor-Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Reihe von Kurven zur Illustration des Betriebs eines Teils der Vorrichtung von Fig. 1;
Fig. 3 ein Schaltdiagramm einer zweiten Ausgestaltung eines ABS-Pumpenmotor-Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Illustration von einem Mittel zur Regelung der Anstiegsrate des Motorstroms;
Fig. 5 ein Beispiel des veränderlichen Impulstastverhältnissignals über den Motor mit der Anordnung von Fig. 4;
Fig. 6 die Verwendung mehrerer MOSFETs parallelgeschaltet zum Steuern des Pumpenmotors; und
Fig. 7 ein Schaltdiagramm einer zweiten Ausgestaltung eines ABS-Pumpenmotor-Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zunächst bezugnehmend auf Fig. 1, ein ABS- Pumpenmotor 10 ist auf einer Seite der Fahrzeugbatterieversorgung B&spplus; über eine Leitung 12 mit der Sicherung 14 angeschlossen. Die andere Seite des Pumpenmotors ist über einen MOSFET 16, vorzugsweise vom N-Kanal-Typ, an Masse B- gekoppelt. Das Ansteuerungssignal für den MOSFET 16 wird über eine Leitung 18 von einem "Motorantrieb"-Ausgangsstift MD einer Mikrosteuerung 20 zugeführt. Die EMK des Pumpenmotors wird über eine Leitung 22 überwacht, die einen Abtasterschalter 24 beinhaltet, gesteuert durch einen "Abtastersteuerung"-Ausgang SC der Mikrosteuerung 20, und gekoppelt mit einem Filter, das von einem Kondensator 26 gebildet wird, dessen eine Seite geerdet und dessen andere Seite mit der Leitung 22 verbunden ist. Die Leitung 22 verläuft zwischen einer Seite des Motors 10 und einem Eingang ADC der Mikrosteuerung 20. Die andere Seite des Motors ist mit einem Eingang ADC1 der Mikrosteuerung 20 durch eine Leitung 28 verbunden. Der Einfachheit halber ist zwischen dem Motor und ADC&sub1; ein Direktanschluß dargestellt; in der Praxis würde diese Leitung (28) jedoch ebenfalls gefiltert und durch Duplikate der Elemente 24, 26 und SC gesteuert.
Der Fahrzeugzündschalter 30 ist in eine Leitung 34, zur Fahrzeugversorgung B&spplus; unterhalb des Anschlusses der Leitung 12 integriert. Die Pfeile 32 zeigen die gewöhnlichen Verbindungen mit anderen Fahrzeuglasten von der Leitung 34 an, gesteuert durch den Zündschalter. Der konventionelle Spannungsregler 36 zum Erzeugen einer regulierten Versorgung RS wird durch die Fahrzeugversorgung B&spplus; über eine Leitung 38 erregt, die mit der Leitung 12 gekoppelt ist und einen durch ein OR- Gate 42 gesteuerten seriellen Schalter 40 enthält. Ein Eingang des OR-Gates 42 ist erstens mit der zündschaltergesteuerten Leitung 34 verbunden, an der eine Spannung anliegt, die als b&spplus; bezeichnet wird, die gleich B&spplus; ist, wenn der Zündschalter über eine Diode D&sub1; und einen Widerstand R&sub1; geschlossen wird, und zweitens über einen weiteren Widerstand R&sub2; zu Erde. Der andere Eingang des OR-Gates 42 ist über eine Leitung 44 und den Widerstand R&sub3; mit einem "Versorgungsregelungs"-Anschluß SU der Mikrosteuerung 20 verbunden.
Die ABS-Systemkomponenten sind die, die von der gestrichelten Linie 46 umschlossen sind, und sie beinhalten Ausgangsmagnetspulen-Ansteuerungstransistoren T&sub1;, T&sub2; ... für Magnetspulen S&sub1;, S&sub2; ... und ein Failsafe- Relais RF, das wiederum mit der Leitung 12 gekoppelt ist, die vom Zündschalter 30 unabhängig ist.
Somit wird in dem vorliegenden System das konventionelle "hochseitige" Pumpenmotorrelais oder der hochseitige Leistungstransistor durch den Leistungs- MOSFET 16 ersetzt, der die Motormasseversorgung regelt. Dies ermöglicht ein häufiges Testen des Motorschaltkreises mit kurzen Impulsen, die keine signifikanten Störungen erzeugen. Der niederohmige Pfad von Motor und Ansteuerungs-MOSFET ermöglichen Größen- und Kosteneinsparungen für alle Ausgangsansteuerungstransistoren T&sub1;, T&sub2; usw. Auch die Auswirkungen der Drehstromgeneratorspannungswelligkeit auf die Versorgungsspannung, der Änderungen der Batterielastbedingungen und der Temperatur werden durch Überwachung der Motorversorgungsspannung und der EMK verbunden, die von dem Motor gemeinsam erzeugt werden, zum gleichen Zeitpunkt oder wenigstens dicht beieinander liegend. Diese Auswirkungen würden sonst die Genauigkeit der Drehzahlerfassung verringern.
Normalerweise kommt der Strom zum Speisen der aktiven Siliciumbauelemente in einer elektronischen Steuereinheit (ECU) von der zündschaltergesteuerten Versorgung. In der illustrierten Ausgestaltung betätigt die Zündversorgung b&spplus; jedoch nur den Logikschalter, der durch das OR-Gate 42 gebildet wird, um die Speisung des Spannungsreglers 36 mit direktem Batteriestrom zu regeln. Somit fungieren Motor und MOSFET als Wärmesenke, um alle Siliciumbauelemente mit Ausnahme des Zündeingang- Logikgates 42 zu schützen. Aufgrund des in der zündschaltergesteuerten Leitung 34 entstehenden niedrigen Eingangsstroms können die Komponenten D&sub1;, R&sub1; und R&sub2; viel kleiner und billiger sein, als dies normalerweise der Fall wäre.
Eine Rückkopplungsfunktion zum Regeln der Motordrehzahl wird erhalten, indem die durch den Motor nach dessen Abschalten erzeugte EMK gemessen und dieser Wert von der Versorgungsspannung B&spplus; subtrahiert wird. Das Ansteuerungssignal zur Motorsteuerung FET 16 ist pulsbreitenmoduliert (PWM), so daß die Versorgungsspannung proportional zum Verhältnis zwischen der Breite der ON-Impulse und den Ausschaltimpulsen ist. Die Abtastung der generierten EMK erfolgt erst dann, wenn die durch den Ausschaltimpuls erzeugte Gegen-EMK ausreichend abgeklungen ist, so daß die generierte EMK des Motors 10 auf zuverlässige Weise gemessen werden kann. Dies erfordert eine Filterung des abgetasteten Signals, die von dem Filterkondensator 26 durchgeführt wird. Diese Filterung wird auf eine solche Weise durchgeführt, daß die Auswirkungen der geleiteten Emissionen, die normalerweise durch eine PWM- Motorsteuerung erzeugt werden, beträchtlich reduziert werden. Die Immunität der Steuerung gegenüber externen Störungen wird durch dieses Filter 26 ebenfalls verbessert.
Ein weiteres Merkmal in bezug auf das oben beschriebene, synchrongeschaltete Filter besteht darin, daß die Abtastung der generierten EMK von dem Motor 10 über den Analogschalter 24 das (Tiefpaß-) Filter 26 aktiviert, so daß eine längere Zeitkonstante für das Filter verwendet werden kann, als dies der Fall wäre, wenn es unmittelbar an den Drain des FET angeschlossen würde. Der Filterkondensator 26 behält eine Ladungsspannung, die der Motordrehzahl während der Zeit entspricht, während der der Analogschalter 24 offen ist, und erfüllt somit eine "Abtasten und Halten" Funktion, die die Meßgenauigkeit verbessert. Da das Filter nur dann mit dem Motor verbunden ist, wenn der Motor abgeschaltet ist, bedeutet dies, daß die Zeitkonstante des Filters dann am längsten ist, wenn die Motordrehzahl am höchsten ist, was für eine optimale Steuerung des Motors vorteilhaft ist; die Filterkomponenten können so gewählt werden, daß bei niedrigen Drehzahlen die Belastung des Filters die Motoransprechzeit nicht beträchtlich erhöht, während bei höheren Drehzahlen eine optimale Filterung der Motor-EMK erzielt wird.
Bei dem vorliegenden, oben beschriebenen System wird die generierte Spannung über eine Zeitdauer, die zwischen einem Bruchteil einer Millisekunde und einigen Millisekunden während der Motorabschaltperiode variieren kann, integriert; dies hat eine Verbesserung der Störfestigkeit, das heißt der Genauigkeit des Meßprozesses zur Folge.
Wie eingangs erläutert, wird bei der konventionellen Motorbetätigung durch ein Relais zum Testen des Einschaltzustands des Motors das Relais eingeschaltet. Ein Relais spricht relativ langsam an, daher läuft der Motor, bevor das Relais abgeschaltet werden kann. Durch Verwendung des MOSFET 16 kann der Motoreinschalttest durchgeführt werden, indem der Motor einen kurzeitigen Testimpuls erhält, so daß der ihn ansteuernde Mikroprozessor eine Änderung des Zustands der Überwachungsleitung "sehen" kann, ohne daß der Motor genügend Zeit erhält, um zu laufen zu beginnen.
Die Verwendung eines MOSFET zum Ansteuern des Motors ermöglicht auch die Absorption der Lastentladungsenergie. Dies kann auf zweierlei Weise geschehen:
1. Zulassen, daß MOSFET und Motor die Energie ableiten, indem entweder veranlaßt wird, daß der MOSFET die Spannung begrenzt, indem eine Zener-Diode zwischen Drain und Gate angeschlossen wird, oder indem veranlaßt wird, daß der MOSFET selbst eine Lawine auslöst, wenn ein Niederspannungs-MOSFET verwendet wird. Dies könnte jedoch eine zu starke Erhitzung des MOSFET verursachen.
2. Vollständiges Einschalten des MOSFET durch die Mikrosteuerung, so daß der Motor die gesamte Energie absorbiert.
Bei dem zweiten Verfahren gibt es eine geringfügige Zeitverzögerung zwischen der Lastentladung und dem Einschalten des FET. Daher können beide Verfahren angewendet werden, so daß bei der Lastentladung sowohl der MOSFET als auch der Motor die Energie absorbieren, bis die Mikrosteuerung den MOSFET vollständig eingeschaltet hat, so daß der Motor dann die gesamte Energie absorbiert.
Da der Motor, oder Motor und MOSFET, die Lastentladungsenergie am B&spplus; Eingang zur Steuerung absorbieren, werden auch alle sonstigen an die B&spplus; Leitung angeschlossenen Verbraucher geschützt. Wenn also der Zündeingang allein als Logikeingang zum Umschalten von Strom von der B&spplus; Leitung zur Steuerung verwendet wird, kann die Steuerung durch den Zündeingang ohne Hochstrom- Transientenschutz ein- und ausgeschaltet werden.
Bei Verwendung des Lawinenselbstauslösungs-MOSFET in Verbindung mit der Mikrosteuerung zum Einschalten des Bauelementes hat dieses Verfahren den Vorteil, das die im Lastentladungs-Transientenschutz-Betriebsmodus verwendeten Komponenten dieselben sind wie die, die im normalen Motorsteuerungsmodus verwendet werden, so daß die Schaltung auf Fehler überprüft werden kann, die ansonsten den Verlust des Transientenschutzes verursachen würden. Dies hat Vorteile gegenüber konventionellen Lastentladungs-Klemmbauelementen (wie z. B. eine Zener- Diode), weil diese normalerweise nur während des Hochspannungszustands arbeiten. Da man nicht weiß, wann ein Hochspannungszustand während des normalen Fahrzeugbetriebs auftritt, ist es schwierig, vor dem Auftreten eines Transientenzustands zu prüfen, ob das Bauelement vorhanden ist. Die Erfindung überwindet dieses Problem durch Testen dieser Schaltung während des Normalbetriebsmodus.
Gemäß Fig. 2 wird die Drehzahl des Motors durch Filtern und Messen der generierten Spannung von dem Motor zwischen den Pumpen E und F in Kurve 4 ermittelt. Die Rate, mit der sich die gefilterte Spannung ändern kann, wird anhand der RC-Zeitkonstante ermittelt; diese ändert sich nur zwischen den Punkten E und F, wie an der Kurve 2 ersichtlich ist. Zwischen Proben wird die vorherige Spannung durch den Kondensator im Einschaltzustand gehalten, der als Tiefpaßfilter wirkt. Da HF-Störung (RFI) gewöhnlich hochfrequent und AC-gekoppelt ist, wird praktisch die gesamte RFI ausgefiltert.
Diese gefilterte Spannung wird von ADC2 (ADC = A/D- Wandler) gemessen, wie aus Kurve 3 hervorgeht. Diese gemessene Spannung wird dann von B&spplus; subtrahiert, wie von ADC1 gemessen. Diese resultierende Spannung ist proportional zur Drehzahl des Motors. Die Drehzahl des Motors kann durch eine negative Rückkopplungsregelschleife konstant gehalten werden, indem das Impulstastverhältnis des pulsbreitenmodulierten (PWM) Signals am Motor-MOSFET-Antrieb eingestellt wird.
Somit sind die Vorteile, die sich aus der Nutzung der Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben, unter anderem, daß der Motor 10 und seine Sicherung 14 geprüft werden können, ohne daß die Systemzuverlässigkeit beeinträchtigt wird oder Pumpengeräusche erzeugt werden; daß der Motor und sein MOSFET 16 "Lastentladungs"-Energie absorbieren, wodurch Kosten in anderen Komponenten eingespart werden; und eine kostenarme Regelung der Motordrehzahl, wodurch Systemrauschen reduziert werden kann, sowie ein verbessertes Pedalgefühl und eine verbesserte ABS-Leistung. Außerdem kann ein Motor mit geringerer Spezifikation verwendet werden als bisher, da der derzeitige Motor nur für beispielsweise 12 Volt vorgegeben werden muß, um ohne Überlastung bei 16 Volt zu arbeiten. Somit ist ein Motor mit einer 12 Volt Spezifikation leistungsstärker als notwendig, um die benötigte Leistung bei 8 Volt zu erbringen. Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung kann der Motor so vorgegeben werden, daß sich ein theoretischer Leistungsausgang bei 8 Volt ergibt, so daß der Motordrehzahlregler als Spannungsregler fungiert, wenn die Spannung bei 16 Volt ist, wodurch Schäden am Motor verhütet werden. Ferner ermöglicht die Erfindung Kosteneinsparungen dahingehend, daß N-Kanal-MOSFETs unmittelbar auf der niedrigen (Masse-) Seite des Motors verwendet werden können, so daß sich die Verwendung kostspieliger P-Kanal-MOSFETs oder der zusätzlichen Ansteuerungsschaltungsanordnung erübrigt, die notwendig ist, um ein N-Kanal-Bauelement als hochseitigen Schalter zu verwenden, zum Beispiel eine Ladungspumpenschaltung oder dergleichen.
Der ABS-Betrieb kann im allgemeinen bei einer relativ niedrigen Drehzahl des Motors durchgeführt werden, so daß weniger Geräusche entwickelt werden. Nur dann, wenn eine volle Hydraulikpumpenleistung benötigt wird (von der ABS-Steuerungssoftware erkannt), wird der Motor mit voller Leistung angetrieben. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein kleinerer Motor für kurze Zeit ohne Schäden übersteuert werden kann.
Fig. 3 zeigt eine Modifikation der Anordnung von Fig. 1. In der Anordnung von Fig. 1 wird die Motordrehzahl softwaremäßig in der Mikrosteuerung 20 errechnet, indem die auf der Leitung 20 über ADC2 gemessene Spannung von der auf der Leitung 28 über ADC1 gemessene Spannung subtrahiert wird. In dem modifizierten System von Fig. 3 wird ein Differentialverstärker A verwendet, um die Differenz zwischen den Spannungen auf den Leitungen 22 und 28 zu errechnen, die für die Motordrehzahl repräsentativ sind. Die Widerstände R&sub4; und R&sub5; bilden ein präzises Potentiometer zur Erzeugung des positiven (nichtinvertierenden) Eingangs zum Betriebsverstärker A mit einem Signal, das zur Spannung auf der Leitung 12 proportional ist. Die Widerstände R&sub6; und R&sub7; sind ebenfalls Präzisionswiderstände, die den negativen (invertierenden) Eingang zum Verstärker A mit einem Signal erzeugen, das zur Spannung auf der Leitung 22 proportional ist, und um die Regelungsrückkopplung des Verstärkers A zu justieren, um eine korrekt skalierte Spannung an den ADC1 anzulegen.
Die letztere Anordnung bietet den Vorteil, daß nur ein ADC-Port benötigt wird, um die jeweilige Funktion durchzuführen, außerdem ist der Software-Overhead geringer.
In der Anordnung von Fig. 1 ermöglicht die Verwendung eines pulsbreitenmodulierten (PWM) FET 16 zum Steuern des Motors 10 die Verwendung eines Motors, der einen geringeren Spannungsnennwert hat, als normalerweise für eine elektrische 12 Volt Anlage vorgegeben wird (zum Beispiel 5-8 V im Vergleich zu 8-16 V). Ein mögliches Problem mit einer solchen Anordnung besteht in einigen Fällen darin, daß die höhere Stromspitze (Einschaltstrom) in Verbindung mit einer niedrigeren Betriebsspannung zu einer teilweisen Entmagnetisierung der Dauermagneten des Motors führen kann. Dieses mögliche Problem kann dadurch überwunden werden, daß die anfängliche Anstiegsrate des Motorstroms softwaremäßig (als Softstart bezeichnet) gesteuert werden kann. Dies kann dadurch erzielt werden, daß die Impulsrate der Modulation für eine kurze Zeitdauer (z. B. 100 ms) mit Intervallen von 100 us erhöht wird. Eine einfache Routine zur Durchführung dieses Vorgangs und für einen offenen Steuerbetrieb ist in Fig. 4 dargestellt. Nach dem Einschalten des Pumpenmotors wird ein Rampengenerator gestartet, der das Impulstastverhältnis der Motorspannung wie in Fig. 5 beispielhaft dargestellt über einen Ausgangspuffer und den FET 16 justiert. Eine äquivalente Funktion könnte alternativ hardwaremäßig erzielt werden (nicht dargestellt).
Die Grundanordnung von Fig. 1 arbeitet mit einem einzigen MOSFET 16 zum Steuern des Motors 10. In der alternativen Anordnung von Fig. 6 wird der einfache MOSFET durch eine Mehrzahl (in diesem Falle vier) ähnlicher, parallelgeschalteter MOSFETs ersetzt. Ein Vorteil dieser letzteren Anordnung besteht darin, daß größere Gleichstrommotoren gesteuert werden können, als die derzeitige Motoren des Standes der Technik dies mit einem einzigen (Relais) Bauelement zulassen. Außerdem lassen sich Einsparungen dadurch erzielen, daß Motoren der Größe wie in der Anordnung von Fig. 1 gezeigt angesteuert werden, indem mehrere kostenarme FET- Bauelemente das einzelne Bauelement von Fig. 1 ersetzen.
Die Ausgestaltung von Fig. 7 ist mit der von Fig. 1 identisch, mit der Ausnahme, daß sie einen zweiten Filterkondensator 26a aufweist, gesteuert durch einen zweiten Abtasterschalter 24a, wobei eine Seite des Kondensators 26a an Masse und die andere Seite an die Leitung 28 angeschlossen ist, die von der hohen Seite des Motors 10 zum Versorgungsspannungsmeßeingang ADC1 führt. Die Schalter 24, 24a sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie im wesentlichen zu den gleichen Zeiten durch eine gemeinsame Steuerleitung 25 am Ausgangsanschluß SC der Steuerung 20 betätigt werden. Dieses zweite Filter 26a trägt zu einer weiteren Verbesserung des Signalabstands bei.

Claims

1. Elektronisch gesteuertes Bremssystem in Fahrzeugen mit einem Elektromotor, der zwischen einer Spannungsquelle (B&spplus;) und Masse (B&supmin;) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Öffnen und Schließen eines seriellen Elektronikschalters (16) gesteuert wird, der sich auf der "niedrigen Seite" des Motors (10) zwischen dem Motor (10) und der genannten Masse (B&supmin;) befindet, sowie dadurch, daß es zum Ermitteln eines Wertes für die tatsächliche Drehzahl des Motors folgendes umfaßt:

ein erstes Mittel (ADC1, 20; R&sub4;, R&sub5;) zum Messen der Versorgungsspannung (B&spplus;);

ein zweites Mittel (ADC2, 20; R&sub6;, R&sub7;) zum Messen der EMK, die von dem Motor erzeugt wird, während die Versorgung abgetrennt ist;

ein Berechnungsmittel (20; A) zum Subtrahieren des mit dem zweiten Mittel erhaltenen Wertes von dem mit dem ersten Mittel erhaltenen Wert, um den genannten Wert für die tatsächliche Drehzahl des Motors (10) zu ermitteln.

2. System nach Anspruch 1, bei dem das genannte erste Mittel (ADC1, 20, R&sub4;, R&sub5;) so ausgestaltet ist, daß es die EMK des Motors in den genannten Trennungsperioden der Versorgung erst nach einer Verzögerung mißt, damit die durch Abschalten des Motors verursachte Gegen-EMK auf ein vorbestimmtes Niveau oder für eine vorbestimmte Zeit abklingen kann, bevor die Messung durchgeführt wird.

3. System nach Anspruch 2, bei dem ein [sic] vorbestimmtes Niveau der Gegen-EMK im wesentlichen null Volt beträgt.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, bei dem ein Filter (26) zwischen der niedrigen Seite des Motors (10) und dem genannten zweiten Meßmittel angeordnet ist, um die genannte Unterscheidung zwischen dem Nutzsignal und Rauschen zu erzielen.

5. System nach Anspruch 4, bei dem ein weiteres Filter (26a) zwischen der hohen Seite (10) des Motors und dem genannten zweiten Meßmittel angeordnet ist, das die Versorgungsspannung mißt.

6. System nach Anspruch 5, bei dem das genannte weitere Filter (26a) so gesteuert wird, daß es im wesentlichen zur selben Zeit arbeitet wie das erstgenannte Filter (26).

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Motordrehzahl impulsbreitenmoduliert geregelt wird, wobei der genannte, von dem genannten Berechnungsmittel (20; A) erhaltene Motordrehzahlwert als Rückkopplungssignal verwendet wird.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der genannte serielle Elektronikschalter (16) ein MOSFET ist.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der genannte serielle Elektronikschalter (16) ein N- Kanal- MOSFET ist.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der genannte serielle Elektronikschalter (16) eine Mehrzahl von MOSFETs parallelgeschaltet umfaßt.

11. Fahrzeug mit einem ABS-Bremssystem, das eine von dem genannten Elektromotor angetriebene ABS-Pumpe beinhaltet, und System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die durch einen Fahrzeugzündschalter (30) gesteuerte Stromversorgung (b&spplus;) nur ein Logikgatter (42) zum Regeln der Zufuhr von direktem Batteriestrom (B&spplus;) zum Spannungsregler (36) des Fahrzeugs betätigt, wobei der Schaltkreis für den ABS-Pumpenmotor (10) und sein elektronischer Steuerschalter (16) unabhängig vom Zündschalter (30) direkt an die Batterieversorgung (B&spplus;) angeschlossen sind, um als Energiesenke zum Schützen aller Siliciumbauelemente in dem elektrischen Steuersystem des Fahrzeuges zu fungieren, mit Ausnahme des genannten Zündschaltungslogikgatters (42).

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ausgestaltet zum ABS-Bremsen und ausgestattet mit einer ABS-Pumpe, die von dem genannten Elektromotor angetrieben wird, um eine Hydraulikversorgung zum ABS-System bereitzustellen.