EP4200969A1 - Vorrichtung und verfahren zur einsparung von analogen eingängen an einem steuergerät - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur einsparung von analogen eingängen an einem steuergerät

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EP4200969A1
EP4200969A1 EP21755470.8A EP21755470A EP4200969A1 EP 4200969 A1 EP4200969 A1 EP 4200969A1 EP 21755470 A EP21755470 A EP 21755470A EP 4200969 A1 EP4200969 A1 EP 4200969A1
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signals
analog
transmitted
lines
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Jonathan Mueller
Wolfgang Fischer
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • G—PHYSICS
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    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for saving analog inputs on a control unit.
  • DE 11 2017 002 989 T5 describes a way of multiplexing input signals into a control unit in order to reduce the size and complexity of connectors. In this case, primarily digital signals are multiplexed. However, a separate multiplexer is provided in DE 11 2017 002 989 T5.
  • US Pat. No. 1,0,490,060 B2 describes a system in which various sensor data are input into an ECU as analog signals, with the various sensor signals being multiplexed in a multiplexer based on time or frequency. However, a separate multiplexer is also provided in DE 11 2017 002 989 T5.
  • the invention relates to a circuit with a control device, in particular for two-wheelers.
  • a control device in particular for two-wheelers.
  • several analog signals should be transmitted to the control unit via a single line.
  • signal multiplexing have been proposed for this purpose.
  • signals can be time-multiplexed if the signals are not required at the same time.
  • frequency multiplexing can be carried out, for example.
  • the advantage of the invention is a solution for making x analog signals with fewer than x free inputs available for a control device in a bicycle.
  • two analog current measurements are required for an integrated starter generator (ISG) application.
  • the two phase currents are measured and transmitted to the control unit via two lines. After the start, there is no longer any need to measure the current, so that when the engine is running, signals other than the current information, such as an analogue signal from the engine temperature sensor or the like, can be transmitted via the lines to the control unit.
  • signals other than the current information such as an analogue signal from the engine temperature sensor or the like, can be transmitted via the lines to the control unit.
  • Typical ECUs usually have too few pins available for new applications.
  • FIG. 1 shows a circuit for carrying out the method according to the invention for saving analog inputs on a control device.
  • Figure 1 is a schematic of a system 10 with an internal combustion engine 11, an electric machine 12, a power converter 14 and a than Engine control unit trained control unit 16 shown, with which a method according to the invention can be carried out.
  • the electric machine 12 has a rotor 20 and a stator 22 .
  • the rotor 20 is rigidly and non-rotatably connected to a crankshaft 24 of the internal combustion engine 11 .
  • a speed sensor 26 can be used, for example, to detect a speed and an absolute position with a suitably designed crankshaft. These values can then be supplied to control unit 16 .
  • the power converter 12 is designed as an inverter and is connected to the control unit 16 via control lines L1, L2, L3. Furthermore, the inverter 12 is electrically connected to a battery 18 .
  • two analog signals S1 and S2 go from the inverter to control unit 16.
  • the signals SI, S2 are measured current values.
  • the two phase currents are measured and transmitted to the control unit via two lines.
  • the signals SI, S2 are routed to A/D converters on a circuit board 30 in the control unit 16 so that a processor present in the control unit 16 can read out and evaluate the current signals.
  • an analog current measurement is only required during activation in order to bring the internal combustion engine 11 from a standstill to a suitably high speed. Suitable speeds are in a range between 100 and 400 rpm, in particular 300 rpm. The speeds are preferably less than 1000 rpm.
  • the current signals contain information about the position of the rotor 20. If the rotor 20 has reached a rotational speed which lies in the stated range, This position information is made available via the speed detection system from the speed sensor 26 and the sensor wheel. After the start, there is no longer any need to measure the current, so that when the engine is running, other signals such as an analogue signal from the engine temperature sensor or the like can be transmitted via the lines to the control unit instead of the current information.
  • the invention proposes a solution that occupies an analog input of the control unit 16 with two different physical signals.
  • a signal from an engine temperature sensor TEngine goes to the inverter 14 instead of directly to the control unit 16.
  • An analog connection on the control unit 16 can thus be saved.
  • the inverter 14 has a logic 40 internally.
  • the internal logic 40 is suitable for transmitting the current signals of two phases of the electrical machine to the control unit 16 via the lines SI, S2 in the case of starter operation
  • the engine temperature signal is instead transmitted to the control unit 16 via one of the lines SI, S2.
  • engine temperature signal other signals can also be used, such as the signal from a lambda probe, a roll-over switches or an air temperature sensor.
  • digital inputs can also be used if the analog inputs of the control unit can be reconfigured accordingly to digital inputs.
  • a time-division multiplex approach on the control device 16 can thus save corresponding analog pins.
  • control unit 16 To do this, it is necessary for control unit 16 to recognize which signal is present at which analog pin.
  • This problem can be solved, for example, by only transmitting the current signal from the inverter 14 up to a certain motor speed.
  • the current signal is transmitted from the inverter 14 up to a motor speed of approximately 1000 rpm.
  • a temperature signal is transmitted.
  • the signal from the current sensor of the inverter 14 provides information about the engine speed.
  • the frequency of the phase currents is proportional to the speed of the rotor and thus the crankshaft of the internal combustion engine.
  • High-frequency PWM switching is used during the ISG control.
  • a minimum frequency at the "Inverter Actuation" input can be a switching condition for outputting the current instead of the temperature. This means that the required engine temperature is available before the start of control and during combustion operation. The current temperature information only has to be dispensed with during the start and thus for a negligibly short time.
  • a frequency-division multiplex approach can also be used.
  • both a low-frequency signal for example a temperature signal
  • the current signal are transmitted, with the current signal being transmitted in a higher frequency band.
  • the current signal is modulated to a carrier frequency via amplitude modulation.
  • the carrier frequency is 5 kHz, for example. However, it is also conceivable that the carrier frequency is 20 kHz.
  • the low-frequency signal may be modulated onto a carrier frequency. Both signals are read into control unit 16 via high-frequency scanning.
  • the method is not limited to the combination of individual signals. If necessary, all current information of the inverter 14 can be 'multiplexed' with suitable signals. The number of current measurement channels can thus be increased if necessary without the number of analog pins in control unit 16 having to be increased.
  • the switching conditions are suitable, more than two signals can be placed on one line. It is conceivable, for example, that any information is on a line before an event. As soon as this information is no longer necessary, a current signal is transmitted instead. Once a corresponding speed has been reached, third information such as the lambda signal, which is only relevant when the engine is running, is transmitted.
  • Both the time and frequency multiplex approaches can be implemented in digital form using a suitable digital computer in the hardware of the inverter 14 . If such a computer is not available, a suitable implementation in analog hardware can also be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Einsparung von analogen Eingängen an einem Steuergerät (16). Es wird vorgeschlagen, dass an einem analogen Eingang des Steuergeräts (16) mindestens zwei voneinander verschiedenen physikalischen Signale übertragen werden.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zur Einsparung von analogen Eingängen an einem Steuergerät
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Einsparung von analogen Eingängen an einem Steuergerät.
Stand der Technik
Die DE 11 2017 002 989 T5 beschreibt eine Möglichkeit, Eingangssignale in ein Steuergerät zu multiplexen, um die Größe und Komplexität von Konnektoren zu verringern. Dabei werden vornehmlich digitale Signale multiplext. Jedoch ist in der DE 11 2017 002 989 T5 ein separater Multiplexer vorgesehen.
Die US 10 490 060 B2 beschreibt ein System, bei dem verschiedene Sensordaten als Analogsignale in eine ECU eingegeben werden, wobei die verschiedenen Sensorsignale in einem Multiplexer zeitlich oder frequenzbasiert multiplext werden. Jedoch ist auch in der DE 11 2017 002 989 T5 ein separater Multiplexer vorgesehen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltung mit einem Steuergerät, insbesondere für Zweiräder. Um die Anzahl von analogen Eingängen zu begrenzen bzw. bei zu wenigen vorhandenen analogen Eingängen mehr Signale verarbeiten zu können, sollen mehrere Analogsignale über eine einzige Leitung in das Steuergerät übertragen werden. Dazu sind verschiedene Arten des Signalmultiplexings vorgeschlagen. Einerseits können Signale zeitlich gemultiplext werden, wenn die Signale nicht gleichzeitig benötigt werden. Andererseits kann beispielsweise ein Frequenzmultiplexing durchgeführt werden.
Vorteil der Erfindung ist eine Lösung um x analoge Signale mit weniger als x freien Eingängen für ein Steuergerät in einem Zweirad verfügbar zu machen. Beispielhaft werden zwei analoge Strommessungen für eine Integrierte Starter- Generator (ISG)-Anwendung benötigt. Die zwei Phasenströme werden gemessen und über zwei Leitungen an das Steuergerät übertragen. Nach dem Start besteht die Notwendigkeit für die Strommessung nicht mehr, sodass bei laufendem Motor statt der Strominformationen andere Signale wie beispielsweise ein Analogsignal des Motortem paratursensors oder dergleichen über die Leitungen zum Steuergerät übertragen werden können. Somit können bereits bestehende analoge Eingänge des Steuergeräts verwendet werden und es müssen keine Pins befreit werden. An typischen Steuergeräten sind meistens zu wenig Pins für neue Anwendungen verfügbar.
Darüber hinaus ist es auch denkbar, zwei Stromsignale über eine Leitung zu multiplexen. Da aber beide Ströme gleichzeitig benötigt werden, kann hier nicht mehr anhand der Motordrehzahlbereiche zu verschiedenen Zeiten ein anderes Signal gewählt werden, sondern es müssen beide Signale gemeinsam auf die Leitung gelegt werden. Z.B. durch Frequenz-Multiplexer.
Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Einsparung von analogen Eingängen an einem Steuergerät.
Beschreibung
In Figur 1 ist schematisch ein System 10 mit einer Brennkraftmaschine 11, einer elektrischen Maschine 12, einem Stromrichter 14 und einem als Motorsteuergerät ausgebildeten Steuergerät 16 gezeigt, mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
Die elektrische Maschine 12 weist einen Rotor 20 und einen Stator 22 auf. Der Rotor 20 ist dabei starr und drehfest mit einer Kurbelwelle 24 der Brennkraftmaschine 11 verbunden.
Mittels eines Drehzahlsensors 26 können z.B. bei geeignet ausgebildeter Kurbelwelle eine Drehzahl sowie eine absolute Position erfasst werden kann. Diese Werte können dann dem Steuergerät 16 zugeführt werden.
Der Stromrichter 12 ist als Inverter ausgebildet und ist über Steuerleitungen LI, L2, L3 mit dem Steuergerät 16 verbunden. Weiterhin ist der Inverter 12 mit einer Batterie 18 elektrisch verbunden.
Vom Inverter gehen im Ausführungsbeispiel zwei analoge Signale S1 und S2 zum Steuergerät 16.
Im Falle einer Integrierten Starter Generator - Anwendung für beispielsweise Zweiräder, wie Motorräder oder dergleichen sind die Signale SI, S2 Strommesswerte. Die zwei Phasenströme werden gemessen und über zwei Leitungen an das Steuergerät übertragen.
Die Signale SI, S2 werden im Steuergerät 16 auf einer Platine 30 zu A/D- Wandlern geleitet, damit ein im Steuergerät 16 vorhandener Prozessor die Stromsignale auslesen und auswerten kann.
Im Falle einer Integrierten Starter Generator - Anwendung für beispielsweise Zweiräder, wie Motorräder oder dergleichen wird eine analoge Strommessung nur während der Ansteuerung benötigt, um den Brennkraftmaschine 11 vom Stillstand auf eine geeignet hohe Drehzahl zu bringen. Geeignete Drehzahlen liegen hierbei in einem Bereich zwischen 100 und 400 U/min, insbesondere bei 300 U/min. Bevorzugt sind die Drehzahlen kleiner als 1000 U/min. Die Stromsignale enthalten dabei eine Information über die Position des Rotors 20. Hat der Rotor 20 eine Drehzahl, die im genannten Bereich liegt, erreicht, wird diese Positionsinformation über das Drehzahlerfassungssystem aus Drehzahlsensor 26 und Geberrad zur Verfügung gestellt. Nach dem Start besteht die Notwendigkeit für die Strommessung nicht mehr, sodass bei laufendem Motor statt der Strominformationen andere Signale wie beispielsweise ein Analogsignal des Motortemparatursensors oder dergleichen über die Leitungen zum Steuergerät übertragen werden können.
Die Erfindung schlägt eine Lösung vor, die einen Analogeingang des Steuergeräts 16 mit zwei verschiedenen physikalischen Signalen belegt.
Um die Anzahl von analogen Eingängen zu begrenzen bzw. bei zu wenigen vorhandenen analogen Eingängen mehr Signale verarbeiten zu können, sollen mehrere Analogsignale über eine einzige Leitung in das Steuergerät 16 übertragen werden. Dazu sind mehrere verschiedene Arten des Signalmultiplexings vorgeschlagen. Einerseits können Signale zeitlich gemultiplext werden, wenn die Signale nicht gleichzeitig benötigt werden. Andererseits kann beispielsweise ein Frequenzmultiplexing durchgeführt werden.
So geht im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ein Signal eines Motortemperatursensors TEngine statt direkt auf das Steuergerät 16 an den Inverter 14. Somit kann ein Analoganschluss am Steuergerät 16 eingespart werden.
Der Inverter 14 weist intern eine Logik 40 auf. Die interne Logik 40 ist dafür geeignet, im Falle des Starter- Betriebes die Stromsignale zweier Phasen der elektrischen Maschine über die Leitungen SI, S2 an das Steuergerät 16 zu übertragen
Im bestimmungsgemäßen Betrieb, das heißt bei laufender Brennkraftmaschine 11, in dem die elektrische Maschine 12 Strom erzeugt, wird stattdessen das Motortemperatursignal an das Steuergerät 16 über eine der Leitungen SI, S2 übertragen.
Anstatt des Motortemperatursignals können auch andere Signale verwendet werden, wie zum Beispiel das Signal einer Lambdasonde, eines Roll-Over- Switches oder eines Lufttemperatursensors. Alternativ können auch Digitaleingänge verwendet werden, wenn die analogen Eingänge des Steuergeräts entsprechend zu digitalen Eingängen umkonfiguriert werden können.
Somit können über einen Zeitmultiplex-Ansatz am Steuergerät 16 entsprechend Analog-Pins gespart werden.
Dazu ist es notwendig, dass das Steuergerät 16 erkennt, welches Signal gerade an welchem Analog-Pin anliegt.
Beispielhaft kann dieses Problem gelöst werden, indem das Stromsignal nur bis zu einer gewissen Motordrehzahl vom Inverter 14 übertragen wird. Beispiel: das Stromsignal wird bis zu einer Motordrehzahl von ungefähr 1000 U/min vom Inverter 14 übertragen. Bei Motordrehzahlen > 1000 U/min, insbesondere ab 1500U/min, wird ein Temperatursignal übertragen. Das Signal des Stromsensors des Inverters 14 liefert die Information über die Motordrehzahl. Die Frequenz der Phasenströme ist proportional zur Drehzahl des Rotors und damit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.
Vor Beginn der ISG-Ansteuerung liegt kein Eingangssignal am Eingang „Inverter Actuation“ an.
Während der ISG-Ansteuerung kommt hochfrequentes PWM-Schalten zum Einsatz.
Umschaltbedingung für die Ausgabe des Stroms statt der Temperatur kann eine Mindestfrequenz am Eingang „Inverter Actuation“ sein. Damit steht vor Ansteuerbeginn und im Verbrennungsbetrieb die benötigte Motor-Temperatur zur Verfügung. Lediglich während des Starts und damit vernachlässigbar kurz muss auf die aktuelle Temperaturinformation verzichtet werden.
Statt eines Zeitmultiplex-Ansatzes kann auch ein Frequenzmultiplex-Ansatz verwendet werden. Dabei wird sowohl ein niederfrequentes Signal (zum Beispiel ein Temperatursignal) sowie das Stromsignal übertragen, wobei das Stromsignal in einem höheren Frequenzband übertragen wird. Das hat den Vorteil, dass zu jedem Zeitpunkt beide Signale im Steuergerät 16 verfügbar sind. Das Stromsignal wird hierbei über eine Amplitudenmodulation auf eine Trägerfrequenz moduliert. Die Trägerfrequenz beträgt beispielsweise 5 kHz. Es ist aber auch denkbar, dass die Trägerfrequenz 20 kHz beträgt.
Es ist aber auch denkbar, dass das niederfrequente Signal auf eine Trägerfrequenz moduliert wird. Im Steuergerät 16 werden über eine hochfrequente Abtastung beide Signale eingelesen.
Das hat den Vorteil, dass zu jedem Zeitpunkt beide Signale am und im Steuergerät 16 verfügbar sind.
Es ist aber auch denkbar, dass über einen Frequenzmultiplex zwei hochfrequente Stromsignale auf einer Leitung übertragen werden, wobei beide hochfrequente Signale auf einer Leitung übertragen werden müssen. Nachteil hierbei ist, dass mehr Ressourcen im Steuergerät 16 benötigt werden.
Es können aber auch andere dem Fachmann bekannte Modulationsverfahren verwendet werden.
Das Verfahren beschränkt sich nicht auf die Kombination einzelner Signale. Bei Bedarf können alle Strominformationen des Inverters 14 mit geeigneten Signalen ,gemultiplext‘ werden. Damit kann bei Bedarf die Anzahl der Strommesskanäle erhöht werden, ohne dass die Anzahl an analogen Pins im Steuergerät 16 erhöht werden muss.
Liegen geeignete Umschaltbedingungen vor, können mehr als zwei Signale auf eine Leitung gelegt werden. Vorstellbar ist beispielsweise, dass vor einem Ereignis eine beliebige Information auf einer Leitung liegt. Sobald diese Information nicht mehr notwendig ist, wird stattdessen ein Stromsignal übertragen. Ab Erreichen einer entsprechenden Drehzahl wird eine dritte Information wie beispielsweise das Lambda- Signal, das nur bei laufendem Motor relevant ist, übertragen. Sowohl die Realisierung der Zeit- als auch Frequenzmultiplex-Ansätze kann in digitaler Form über einen geeigneten Digitalrechner in der Hardware des Inverters 14 erfolgen. Steht ein solcher Rechner nicht zur Verfügung, kann auch eine geeignete Realisierung in analoger Hardware vorgesehen werden.

Claims

- 8 - Ansprüche
1. Verfahren zur Einsparung von analogen Eingängen an einem Steuergerät (16) mit einem als Inverter ausgebildeten Stromrichter (14), wobei an einem Analogen Eingang des Steuergeräts (16) mindestens zwei voneinander verschiedenen physikalischen Signale übertragen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Signale Stromsignale sein können.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei in dem Fall einer Integrierten Starter Generator - Anwendung eine analoge Strommessung nur während der Ansteuerung als Starter benötigt wird, um eine Brennkraftmaschine (11) vom Stillstand auf eine Drehzahl zu bringen, die in einem Bereich zwischen 100 und 400 U/min, insbesondere bei 300 U/min, bevorzugt kleiner als 1000 U/min liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei im Fall einer Integrierten Starter Generator - Anwendung zwei Phasenströme gemessen werden und über zwei Leitungen an das Steuergerät übertragen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei nach dem Start die Notwendigkeit für die Strommessung nicht mehr besteht, sodass bei laufendem Motor andere Signale über die Leitungen zum Steuergerät übertragen werden können, wobei bestehende analoge Eingänge des Steuergeräts (16) verwendet werden können.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Signal ein Analogsignal eines Motortemparatursensors sein kann.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Inverter (14) eine interne Logik (40) aufweist, wobei die Logik (40) dafür geeignet ist, - 9 - im Falle des Integrierten-Starter-Betriebes die Stromsignale der Phasen der elektrischen Maschine über die Leitungen SI, S2 an das Steuergerät (16) zu übertragen.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwei Signale gemeinsam durch Frequenz- Multiplexer auf eine Leitung gelegt werden können.
9. System (10) zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Brennkraftmaschine (11), einer elektrischen Maschine (12), einem Stromrichter (14) und einem als Motorsteuergerät ausgebildeten Steuergerät (16), wobei der Stromrichter (12) als Inverter ausgebildet ist und über Steuerleitungen (LI, L2, L3) mit dem Steuergerät (16) verbunden ist.
10. System (10) nach Anspruch 9, wobei der Stromrichter (12) mit einer Batterie (18) elektrisch verbunden ist.
11. System (10) nach Anspruch 10, wobei die elektrische Maschine (12) einen Rotor (20) und einen Stator (22) aufweist, wobei der Rotor (20) starr und drehfest mit einer Kurbelwelle (24) der Brennkraftmaschine (11) verbunden ist.
EP21755470.8A 2020-08-20 2021-08-05 Vorrichtung und verfahren zur einsparung von analogen eingängen an einem steuergerät Withdrawn EP4200969A1 (de)

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