B E S C H R E I B U N G
Schalteinrichtung zur Detektion einer Spannungsunterbrechung
Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zur Detektion einer Spannungsunterbrechung an einem Steuergerät in einem Kraftfahrzeug, mit einem nichtflüchtigen Speicher zur Aufnahme von Kalibrierdaten für ein mittels des Steuergerätes und einer Antriebseinheit einstellbares Stellteil. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur selbstständigen Rekalibrierung eines Steuergerätes für eine Antriebseinheit eines Stellteils nach einer Unterbrechung einer externen Spannungsversorgung, bei dem das Stellteil mittels der Antriebseinheit und zur Kalibrierung in eine definierte Position gefahren wird und bei dem anschließend die Kalibrierdaten mittels der ermittelten Istposition abgeglichen und in einen nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden.
Zur Bewegung von Stellmitteln in Kraftfahrzeugen werden mehr und mehr elektromotorische Antriebseinheiten eingesetzt. Über signalverarbeitende Anordnungen werden die Antriebseinheiten dabei gesteuert oder geregelt. Aus der DE 38 29 405 A1 ist eine signalverarbeitende Anordnung bekannt geworden, die diskrete Signale des im Elektromotor angeordneten Umdrehungssensors, die jeweils einem kleinen, konstanten Stellweg des von der Antriebseinheit angetriebenen Stellmittels entsprechen, erfaßt. Aus diesen Sensorsignalen wird zusammen mit der Drehrichtung des Elektromotors die Istposition des Stellmittels bestimmt. Die Antriebseinheit und die signalverarbeitende Anordnung sind dabei zumeist über eine gemeinsame Spannungsversorgungsleitung an das Bordnetz des Kraftfahrzeuges angeschlossen.
Wird die Spannungsversorgung des Bordnetzes unterbrochen, so gehen in der Regel die in der Antriebseinheit oder signalverarbeitenden Anordnung gespeicherten Daten verloren. Das hat zur Folge, dass die Istpositionen der Stellteile nach der Wiederherstellung der Spannungsversorgung nicht mehr bekannt sind und eine Positionsregelung oder Steuerung durch die signalverarbeitende Anordnung zunächst nicht mehr möglich ist. Damit die Istpositionen der Stellteile nicht verloren gehen, ist aus der
DE 197 26 752 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer elektromotorischen Antriebseinheit bekannt geworden, bei dem Unterbrechungen der Versorgungsspannung detektiert und entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden, damit die Istpositionen nicht verloren gehen. Die Druckschrift beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer elektromotorischen Antriebseinheit, die in wenigstens einen Stromkreis eingebunden ist, mit einer den Elektromotor steuernden oder regelnden signalverarbeitenden Anordnung und mit Schaltungsmitteln, durch die Unterbrechungen oder Kontaktstörungen des Stromkreises detektiert und an die signalverarbeitende Anordnung weitergegeben werden, wobei Unterbrechungen oder Kontaktstörungen durch Erfassung des im Stromkreis fließenden Stromes detektiert werden. Im Falle der Detektion einer Unterbrechung der Versorgungsspannung, wird die Istposition des Stellteils durch Auswertung von Umdrehungssignalen der Motorankerwelle des Elektromotors ermittelt. Dazu sind am Ende der Motorankerwelle zwei Hallsensoren angebracht, die ein Signal abgeben, das entsprechend proportional zur Umdrehung der Motorankerwelle ist. Die Hallsensorsignale werden abhängig von der Drehrichtung in einem weiteren nichtflüchtigen Speicher der signalverarbeitenden Anordnung inkrementiert oder dekrementiert. Der summierte Wert der Inkremente oder Dekremente repräsentiert die absolute Istposition des Stellteils. Das Steuergerät als signalverarbeitende Anordnung kann zum Beispiel dann ohne Spannungsversorgung sein, wenn im Falle von Wartungsarbeiten am Kraftfahrzeug die Fahrzeugbatterie oder die Antriebsein- heit gewechselt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung zur Detektion einer Spannungsunterbrechung einer externen Spannungsversorgung zu entwickeln, die ein selbstständiges Rekalibrieren eines Steuergerätes ermöglicht und die darüber hinaus einfach aufgebaut und kostengünstig zu realisieren ist. Darüber hinaus soll ein Verfahren entwickelt werden, das zur Detektion einer Spannungsunterbrechung verwendet werden kann und ein selbstständiges Rekalibrieren eines Steuergerätes einleitet.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Steuergerät über einen Spannungsregler mit einer internen Spannung versorgt ist und dass vor dem Spannungsregler, in die externe Spannungsversorgung des Steuergerätes, eine bistabile Kippschaltung geschaltet ist und dass in das Steuergerät ein Microcomputer
integriert ist, der mit der Kippschaltung in Verbindung steht. In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe dahingehend gelöst, dass in die externe Spannungsversorgung eine bistabile Kippschaltung geschaltet ist, die beim Einschalten der externen Spannungsversorgung ihren Ausgangszustand ändert, so dass nach dem Einschalten der internen Spannungsversorgung für das Steuergerät, mittels einer Abfra- ge des Ausgangszustandes der Kippschaltung, eine Aussage über eine Unterbrechung der externen Versorgungsspannung ermöglicht wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schalteinrichtung ist nun die Möglichkeit geschaffen, mit minimalsten konstruktiven Mitteln und darum kostengünstig eine Spannungsunterbrechung einer externen Versorgungsspannung zu detektieren und mittels eines Steuergerätes eine erneute Kalibrierung der Antriebseinheiten der Stellteile durchzuführen. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mit minimalsten Mitteln eine Aussage darüber getroffen werden kann, ob die externe Spannungsversorgung unterbrochen wurde. Da über den Ausgangszustand an der Kippschaltung eine Aussage über die Unterbrechung der externen Spannungsversorgung getroffen werden kann, arbeitet die Schalteinrichtung selbstständig und kann somit eine Kalibrierung des Steuergerätes vornehmen, ohne dass die Schalteinrichtung von außen initialisiert werden muß.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Form einer Zeichnung und anhand eines Diagrammes näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 den grob schematischen Aufbau einer Schalteinrichtung zur Detektion einer Spannungsunterbrechung und
Figur 2 den prinzipiellen zeitlichen Verlauf zur Detektion einer Spannungsunterbrechung in einem Diagramm.
Die Figur 1 zeigt eine Schalteinrichtung 1 , die über eine Klemme 2 mit einer externen Spannungsquelle UBatt verbunden ist. Über die Klemme 3 ist die Schalteinrichtung 1 mit der Masse GND, zum Beispiel der Karosserie des Fahrzeuges, verbunden. Das Steuergerät 4 beinhaltet einen Spannungsregler 5 und einen Microcomputer 6, der mit einem nichtflüchtigen Speicher 7 versehen ist. An die Klemmen 2, 3 und vor das
Steuergerät 4 ist eine bistabile Kippschaltung 8 geschaltet. Der Spannungsregler 5 beinhaltet zusätzlich ein Inhibitionsglied 9.
Das Steuergerät 4 dient zum Steuern oder Regeln einer Antriebseinheit eines einstellbaren Stellteils. Dieses Stellteil kann zum Beispiel eine Lüfterklappe in einer Kli- maanlage sein, es kann sich aber zum Beispiel auch um einen Elektromotor zum Antrieb eines Fensterhebers handeln. Üblicherweise ist die Antriebseinheit ein Elektromotor oder ein mit einem Getriebe ausgestatteter Elektromotor, der zum Beispiel mit einem inkrementalen Wegmeßsystem ausgestattet sein kann. Damit das Steuergerät 4 die entsprechenden Bewegungen der Stellteile bzw. die Anzahl der Umdre- hungen der Elektromotoren berechnen kann, muß das Stellteil zuerst in eine definierte Position verfahren werden, in der dann die Istposition des Motors ermittelt und in einem auf dem Microcomputer 6 befindlichen nichtflüchtigen Speicher 7 abgelegt werden. Dieser Kalibriervorgang zur Bestimmung der Istposition der Antriebseinheit ist notwendig, um aus dieser Position heraus eine vorgebbare Bewegung des Stell- teils ausführen zu können. Der nichtflüchtige Speicher 7, in dem die Istposition des Kalibriervorgangs abgelegt wird, kann zum Beispiel ein EEPROM sein. Diese elektrisch löschbaren Speicher bieten den Vorteil, dass im Falle einer Rekalibrierung der Speicher erneut beschrieben werden kann.
Im Normalfall liegt die externe Versorgungsspannung Usatt an den Klemmen 2, 3 der Schalteinrichtung 1 an. Ist nun das Steuergerät 4 über die sogenannte Klemme 15 in die Elektronik des Kraftfahrzeuges eingebunden, so liegt am Spannungsregler 5 lediglich in dem Fall Spannung an, in dem die Zündung des Kraftfahrzeuges eingeschaltet ist. Der Spannungsregler 5 hat die Aufgabe, den Microcomputer 6 mit einer konstanten Spannung, die zum Beispiel 5 Volt sein kann, zu versorgen, so dass der Microcomputer 6 von den doch stark schwankenden Spannungen der externen Versorgungsspannung Ußatt entkoppelt ist. In den Spannungsregler 5 ist ein Inhibitionsglied 9 integriert. Das Inhibitionsglied dient dazu, dass der Microcomputer 6 nach dem Ausschalten der Zündung nicht unmittelbar spannungslos geschaltet wird, so dass notwendige Operationen zum Abschalten des Microcomputers 6 zuerst ausgeführt werden können. Nach dem Einschalten des Zündstromes, das heißt die Klemme 15 ist mit einer Spannung beaufschlagt, wird der Microcomputer 6 über den Spannungsregler 5 mit einer internen Versorgungsspannung Uιnt beaufschlagt. Der
Microcomputer 6 prüft nun, ob der Ausgangszustand Q der bistabilen Kippschaltung 8 auf „high" oder „low" steht. Steht der Ausgangszustand auf Jow" so wird kein Kalibriervorgang eingeleitet, da die externe Versorgungsspannung UBatt nicht unterbrochen war. Wird nun im Rahmen zum Beispiel einer Inspektion oder eines Austausches der Antriebseinheit das Steuergerät von der externen Versorgungsspannung Ußatt getrennt, so geht der eingestellte Iow-Zustand der Kippschaltung beim Wiederanlegen der externen Versorgungsspannung Ußatt verloren. Durch den unsymmetrischen Aufbau der Kippschaltung 8 wird der Ausgang Q auf „high" geschaltet. Nach dem Einschalten der internen Versorgungsspannung Uιnt wird nun wiederum der Ausgangszustand Q der Kippschaltung ausgewertet. Da die Kippschaltung 8 sich im high-Zustand befindet, weiß der Microcomputer 6, dass die Schalteinrichtung 1 zwischenzeitlich von der externen Versorgungsspannung Ußatt getrennt war. In diesem Fall erfolgt die Einleitung des Rekalibriervorgangs. Bevorzugt wird für die bistabile Kippschaltung 8 ein Flip-Flop eingesetzt.
In Figur 2 ist der Verfahrensverlauf zur Initialisierung zur selbständigen Rekalibrie- rung eines Steuergerätes 1 anhand eines zeitlichen Verlaufes, in Bezug auf die anliegenden Spannungen bzw. Zustände, dargestellt. In der untersten Zeile des Diagramms ist der Ausgangszustand Q als Jow" 10 oder „high" 11 dargestellt. Die zweite Zeile zeigt einen Impuls R zum Zurücksetzen des Ausgangszustandes Q der Kippschaltung 8. In der dritten Zeile von unten ist in das Diagramm der Spannungsverlauf der internen Versorgungsspannung Ujnt aufgetragen. In der oberen Zeile ist der Spannungsverlauf der externen Versorgungsspannung Ußatt wiedergegeben.
Zum Zeitpunkt T1 befindet sich die Schalteinrichtung 1 im Normalbetrieb des Kraft- fahrzeuges. Die Versorgungsspannung Ußatt ist an die Schalteinrichtung 1 angeklemmt und die Zündung des Kraftfahrzeuges wurde gestartet, das Kraftfahrzeug läuft und die Klemme 15 wird mit Spannung versorgt. Der Microcomputer 6 wird dabei mit einer Spannung Uint beaufschlagt. Da der Ausgangszustand Q der Kippschaltung 8 auf „low" 10 geschaltet ist, ist keine Rekalibrierung der Istwerte der An- triebseinheit erforderlich. Zum Zeitpunkt T2 wird die interne Versorgungsspannung Ujnt abgeschaltet. Das Fahrzeug ist nicht mehr in Betrieb. Zum Zeitpunkt T3 wird die externe Versorgungsspannung Ußatt von der Schalteinrichtung 1 getrennt. Dies hat zur Folge, dass nach einem Einschalten der externen Versorgungsspannung Ußatt die
bistabile Kippschaltung 8 umkippt und nun der Zustand „high" 11 anliegt. Nach einem erneuten Zünden oder Anlegen der internen Versorgungsspannung Uint wird der Ausgangszustand Q über den Microcomputer 6 abgefragt. Der Ausgangszustand Q befindet sich zum Zeitpunkt T4 auf „high" 11. Der Microcomputer 6 leitet nun den Re- kalibriervorgang der Antriebseinheit für das Stellteil ein. Die gelesenen Istdaten wer- den in dem nichtflüchtigen Speicher 7 abgelegt, das heißt die Istposition der Antriebseinheit wird im EEPROM 7 gepeichert. Aus dieser definierten Position heraus und mittels der gespeicherten Daten der Istposition kann das Stellteil in beliebige mögliche Stellungen verfahren werden. In einem folgenden Schritt wird über die Leitung 12, dargestellt in Figur 1 , der Ausgangszustand Q der Kippschaltung 8 erneut umgekippt, so dass der Ausgangszustand Q erneut auf „low" 10 steht. Über die Leitung 13 steht der Mikrocomputer dabei zur Abfrage des Ausgangszustands Q mit der Kippschaltung 8 in Verbindung.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines bistabilen Flip-Flops 8 ist erfindungs- gemäß eine konstruktiv einfache und kostengünstige Schalteinrichtung 1 realisiert, die ein selbständiges Rekalibrieren eines Steuergerätes 4 für eine Antriebseinheit eines Stellteils nach einer Unterbrechung einer externen Spannungsversorgung Ußatt ermöglicht.