| JP2005065442 | DRIVER |
| WO/1996/028883 | CIRCUIT FOR DRIVING AN ELECTRIC MOTOR |
| JP3478081 | CONTROLLER FOR DC MOTOR |
DAIMINGER, Ralf (Dr. von Schmitt Strasse 3, Bamberg, 96050, DE)
RICHTER, Stefan (Sudetenstrasse 15, Michelau, 96247, DE)
DAIMINGER, Ralf (Dr. von Schmitt Strasse 3, Bamberg, 96050, DE)
Ansprüche
1. Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor (2), der mit einer Verstellmechanik mechanisch s gekoppelt ist, mit einem Relais (5), das mit dem Elektromotor (2) zum Schalten eines Motorstroms elektrisch verbunden ist, mit einem Treiberschaltkreis (4), der zum Schalten des Relais (5) mit einer Relaisspule (L) verbunden ist, und o - mit einem Mikrocontroller (1 ), der über eine Signalleitung (3) mit dem
Treiberschaltkreis (4) verbunden ist, bei dem die Signalleitung (3) mit einem Wechselsignalausgang (10) des Mikrocont- rollers (1 ) verbunden ist, wobei der Mikrocontroller (1 ) zur Ausgabe eines 5 Wechselsignals am Wechselsignalausgang (10) ausgebildet ist, der Treiberschaltkreis (4) einen mit der Signalleitung (3) verbundenen ersten Kondensator (C1 ) aufweist, der Treiberschaltkreis (4) einen mit dem ersten Kondensator (C1 ) verbundenen Gleichrichter (D1 , D2) aufweist, 0 - der Treiberschaltkreis (4) einen mit dem Gleichrichter (D1 , D2) verbundenen zweiten Kondensator (C2) aufweist, und der Treiberschaltkreis (4) einen Transistor (Q) aufweist, der mit dem Gleichrichter (D1 , D2), dem zweiten Kondensator (C2) und mit der Relaisspule (L) verbunden ist. 5
2. Verstellsystem nach Anspruch 1 , bei dem der Treiberschaltkreis (4) einen mit dem zweiten Kondensator (C2), dem Gleichrichter (D1 , D2) und mit dem Transistor (Q) verbundenen Widerstand (R) aufweist.
0 3. Verstellsystem nach Anspruch 2, bei dem die Frequenz des Wechselsignals,
Kapazitäten des ersten Kondensators (C1 ) und des zweiten Kondensators (C2) und der Wert des Widerstands (R) des Treiberschaltkreises (4) derart abge- stimmt sind, dass während einer übertragung des Wechselsignals ununterbrochen ein Relaisstrom durch die Relaisspule (L) und den Transistor (Q) fließt.
4. Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Mikro- Controller (1 ) mit einem Taktgeber (12) verbunden und betrieben ist.
5. Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Wechselsignal nach Art eines Rechtecksignals ist.
6. Verstellsystem nach Anspruch 5, bei dem das Wechselsignal durch Puls-Weiten- Modulation erzeugt ist, wobei das pulsweitenmodulierte Wechselsignal zusätzlich zur Modulierung des Motorstroms einen Leistungshalbleiterschalter ansteuert.
7. Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Trei- berschaltkreis (4) aus Einzelbauelementen aufgebaut ist.
8. Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Treiberschaltkreis (4) durch eine Dichtung oder Lack gegen Feuchtigkeit geschützt ist.
9. Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Mikro- controller (1 ), die Signalleitung (3) und der Treiberschaltkreis (4) auf einem einzigen Schaltungsträger aufgebaut sind.
10. Verstellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der MikroController
(1 ) in einem zentralen Türsteuergerät innerhalb einer Fahrzeugtür und der Treiberschaltkreis (4) zum Türsteuergerät distanziert in einer bei dem Elektromotor
(2) montierten Motorelektronik aufgebaut sind. |
Beschreibung Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mit einem Fensterheber oder mit einem Kraftfahrzeugschloss.
Aus der DE 202 13 758 U1 ist eine Schaltung zur Ansteuerung eines Elektromotors einer Verstelleinrichtung in einem Fahrzeug bekannt. Die Schaltung weist Schaltelemente zur Steuerung der Bestromung des Elektromotors und einen MikroController mit einem Ausgangsanschluss zur Ausgabe eines quantitativen Steuersignals an eines der Schaltelemente zur Steuerung der Bestromung des Elektromotors durch dieses Schaltelement auf. Die Schaltung weist weiterhin eine Einrichtung zur Erzeugung eines Richtungssteuersignals für eines der Schaltelemente zur Steuerung der Bestromungsrich- tung des Elektromotors aus dem von dem MikroController ausgegebenen Steuersignal auf.
Die DE 103 50 178 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Relais. Ein Steuerbefehlsgeber stellt ein Ansteuersignal für das Relais bereit. Dieses wird einer Auswerteeinheit zugeführt, die zusammen mit einem Relaistreiber Bestand- teil eines integrierten Schaltkreises ist. Das vom Relaistreiber bereitgestellte Treibersignal wird über eine Relaisansteuerleitung, welche vorzugsweise von einer Schutzleitung umschlossen ist, dem Relais zugeführt. Dadurch sollten insbesondere feuchtigkeitsbedingte Fehlschaltungen des Relais verhindert werden. Die vom Steuerbefehlsgeber gelieferten Ansteuersignale liegen in Form einer Befehlssequenz vor, die ein nichttriviales Signalmuster aufweist. Die Auswerteeinheit vergleicht das angelieferte Signalmuster mit einem in einem Speicher hinterlegten Referenzmuster und generiert nur dann das Schaltsignal für den Relaistreiber, wenn das angelieferte Signalmuster mit dem abgespeicherten Referenzmuster übereinstimmt. Durch die Verwendung eines nichttrivialen Signalmusters soll sichergestellt werden, dass weder durch Umwelt- einflüsse, insbesondere Feuchtigkeit, noch durch Schaltungsfehler das Vorliegen von korrekten Ansteuersignalen vorgetäuscht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs für eine möglichst sichere Ansteuerung eines Elektromotors des Verstellsystems mit einem möglichst einfachen Schaltkreis anzugeben. Insbesondere soll sichergestellt sein, dass im Fehlerfall auch bei statischem Ansteuersignal eines Mikrocontrollers eine bestehen- de Ansteuerung des Motors abgebrochen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Varianten der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Demzufolge ist ein Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das beispielsweise einen Fensterheber oder ein Kraftfahrzeugschloss aufweist. Das Verstellsystem weist einen Elektromotor auf, der mit einer Verstellmechanik des Verstellsystems mechanisch gekoppelt ist. Insbesondere können mittels der Verstellmechanik sicherheitsrele- vante Funktionen, wie das öffnen und Schließen einer Fahrzeugscheibe oder einer Kraftfahrzeugtür ausgeführt werden.
Weiterhin weist das Verstellsystem ein Schaltelement, insbesondere ein Relais, auf, das mit dem Elektromotor zum Schalten eines Motorstroms elektrisch verbunden ist. Ein Treiberschaltkreis des Verstellsystems ist mit einer Relaisspule zum Schalten eines Relais verbunden. Bevorzugt ist der Treiberschaltkreis aus Einzelbauelementen auf einem Schaltungsträger ausgebildet. Der Treiberschaltkreis ist dabei zum Schalten eines durch die Relaisspule fließenden Spulenstroms ausgebildet.
Der Treiberschaltkreis ist über eine Signalleitung mit einem Mikrocontroller des Verstellsystems verbunden. Die Signalleitung ist vorzugsweise ein elektrischer Leiter der zur übertragung von Signalen geeignet ist. Ein derartiger Leiter ist beispielsweise ein Kabel oder eine Leiterbahn auf einer Platine oder Leiterplatte.
Die Signalleitung ist mit einem Wechselsignalausgang des Mikrocontrollers verbunden. Der Mikrocontroller ist zur Ausgabe eines Wechselsignals am Wechselsignalausgang ausgebildet. Ein derartiger Wechselsignalausgang ist beispielsweise ein Ausgang des Mikrocontrollers, an dem dieser ein getaktetes Signal, insbesondere ein pulsweiten-
modulierten Rechtecksignal abgeben kann. Auch ein Port des Mikrocontrollers mit schnell wechselnden High- und Low-Pegeln kann verwendet werden.
Der Treiberschaltkreis weist mehrere Bauelemente auf, deren Verschaltung dem Wechselsignal des Mikrocontrollers für ein Schalten des Spulenstromes des Relais spezifisch zugeordnet ist. Der Treiberschaltkreis weist einen mit der Signalleitung verbundenen ersten Kondensator auf. Der erste Kondensator dient dabei vorzugsweise der Entkopplung des Wechselsignals von Gleichspannungen auf der Signalleitung.
Weiterhin weist der Treiberschaltkreis einen mit dem ersten Kondensator verbundenen Gleichrichter auf. Für eine Kostenoptimierung kann ein einfacher Einweggleichrichter in Form einer Diode verwendet werden. Alternativ kann auch ein Brückengleichrichter verwendet werden.
Zudem weist der Treiberschaltkreis einen mit dem Gleichrichter verbundenen zweiten Kondensator auf. Vorzugsweise ist der zweite Kondensator dabei zur Glättung des gleichgerichteten Wechselsignals verschaltet.
Ferner weist der Treiberschaltkreis einen Transistor auf, der mit dem Gleichrichter, dem zweiten Kondensator und der Relaisspule verbunden ist. Vorzugsweise liegt das gleichgerichtete und geglättete Signal als Spannung an dem Steuereingang des Transistors an, so dass dieser in den leitenden Zustand schaltet. Der Steuereingang des Transistors ist je nach verwendetem Transistortyp dessen Basis oder Gate.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Treiberschaltkreis einen mit dem zweiten Kondensator, dem Gleichrichter und dem Transistor verbundenen Widerstand aufweist. Der Widerstand beeinflusst zusammen mit einem in den Steuereingang des Transistors fließendem Strom und dem zweiten Kondensator die Entladecharakteristik und damit die Abschaltcharakteristik des Spulenstroms des Relais.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Frequenz des Wechselsignals, die Kapazitäten des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators und der Wert des Widerstands des Treiberschaltkreises derart abgestimmt, dass wäh-
- A - rend einer übertragung des Wechselsignals ununterbrochen ein Relaisstrom durch die Relaisspule und den Transistor fließt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass der Treiber- Schaltkreis eine Hochpasscharakteristik aufweist. Die entsprechende Treiber- bzw. Hochpassschaltung stellt sicher, dass sowohl der Ansteuertransistor als auch das Relais statisch aktiviert sind.
Der MikroController kann mit einem externen Taktgeber verbunden und betrieben sein. Bevorzugt ist das vom MikroController erzeugte Wechselsignal nach Art eines Rechtecksignals. Der MikroController kann auch mit einem internen Taktgeber verbunden und betrieben sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Wechselsignal durch Puls-Weiten-Modulation erzeugt ist. Das puls-weiten-modulierte Wechselsignal steuert dabei zusätzlich zur Modulierung des Motorstroms einen Leistungshalbleiterschalter an. Mittels der Modulierung des Motorstroms kann das Moment oder die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors gesteuert oder geregelt werden.
Wenn die Gefahr des Eindringens von Feuchtigkeit in die Elektronik mit dem Treiberschaltkreis gegeben ist, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Treiberschaltkreis durch eine Dichtung oder Lack gegen die Feuchtigkeit geschützt.
Grundsätzlich ist es möglich, den MikroController, die Signalleitung und den Treiber- Schaltkreis auf einem einzigen Schaltungsträger auszubilden. In diesem Fall kann eine motorintegrierte Elektronik im oder am Antriebsgehäuse ausgebildet werden. Hingegen sieht eine ebenfalls vorteilhafte alternative Ausgestaltung vor, dass der Mikrocontroller in einem zentralen Türsteuergerät innerhalb einer Fahrzeugtür und der Treiberschaltkreis vom Türsteuergerät distanziert in einer bei dem Elektromotor montierten Motor- elektronik aufgebaut sind.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur einen Schaltplan eines Verstellsystems eines Kraftfahrzeugs.
Das Verstellsystem weist einen Elektromotor 2 auf, der mit einer (nicht dargestellten) Mechanik zum Antrieb einer Verstellbewegung gekoppelt ist. Die Mechanik ist beispielsweise die Verstellmechanik eines Fensterhebers, einer Heckklappe oder eines Kraftfahrzeugschlosses. Zur Steuerung eines Motorstroms durch den Elektromotor 2 sind zwei Schalter S1 und S2 vorgesehen, die eine Verbindung jeweils eines Motoran- Schlusses mit Batteriespannungspotential UB oder Masse GND ermöglichen. Der Schalter S1 ist ein Bestandteil eines Relais 5 mit einer Relaisspule L, wobei der Schalter S1 durch magnetische Kopplung bei Bestromung der Relaisspule L verstellt wird. Die Relaisspule L ist mit einem Anschluss am Batterieversorgungsanschluss U 5 und mit einem weiteren Anschluss an einem Treiberschaltkreis 4 zum Treiben eines Relaisspulen- Stroms angeschlossen. Parallel zur Relaisspule L ist eine Diode D3 in Sperrrichtung geschaltet.
Zur Ansteuerung des Treiberschaltkreises 4 ist ein MikroController 1 vorgesehen, dessen Ausgang 10 über eine Signalleitung 3 mit einem Eingang des Treiberschaltkreises 4 verbunden ist. Der Mikrocontroller 1 bezieht seine Versorgungsspannung U μ c über einen Spannungsregler 11 ebenfalls aus der Batteriespannung U B . Weiterhin ist der Mikrocontroller 1 mit einem internen oder externen Taktgeber 12 - beispielsweise einem Quarz - verbunden. Der Mikrocontroller 1 kann in nicht näher dargestellter Art und Weise weitere Schnittstellen - beispielsweise eine Bus-Schnittstelle (LIN-Bus/CAN- Bus) - aufweisen.
Der Mikrocontroller 1 weist eine Recheneinheit zur Abarbeitung eines Steuerprogramms aus. Innerhalb des Steuerprogramms wird zur Steuerung des Elektromotors 2 ein Signal am Signalausgang 10 ausgegeben, welches Signal über die Signalleitung 3 zum Treiberschaltkreis 4 gelangt. Dabei kann ist es nicht auszuschließen, dass das Steuerprogramm ausfällt oder stehen bleibt und daher nicht fortlaufend abgearbeitet wird. Ebenfalls ist es möglich, dass der Mikrocontroller 1 aufgrund von EMV- Beeinflussung (EMV: Electro-Magnetische Verträglichkeit) oder ESD-Beeinflussung
(ESD: Electro-Static Discharge) zumindest temporär eine Fehlfunktion aufweist. Ebenso kann der Mikrocontroller 1 aufgrund eines Ausfalls des Taktgebers 12 eine Fehlfunktion aufweisen.
In diesen Fällen der Fehlfunktion ist das Potential am Signalausgang 10 unbestimmt; jedoch aufgrund des stehen gebliebenen Programms im Mikrocontroller 1 ist das Potential am Signalausgang 10 im Wesentlichen konstant. Dabei kann es vorkommen, dass der Mikrocontroller 1 nicht mehr in der Lage ist den Signalausgang 10 zu deaktivieren. Auch die Auslösung eines Resets und damit die Einstellung des Potentials über einen externen Watchdog sind nicht möglich, da beispielsweise bei einem fehlenden Takt eine Pegeländerung am Reset-Eingang des MikroControllers 1 keine Auswirkung auf das Potential am Signalausgang 10 hat. Hierzu würde der Mikrocontroller 1 einige Taktzyklen benötigen. Ein Treiber für die Relaisspule L, der in Abhängigkeit von diesem Potential am Signalausgang 10 des Mikrocontrollers 1 einen Spulenstrom durch die Relaisspule L steuern würde, könnte zu einer Zerstörung des Elektromotors 2 führen, wenn dieser aufgrund des Potentials am Signalausgang 10 durch die Schalterstellung des Schalters S1 für einen langen Zeitraum bestromt würde.
Um dieser Fehlfunktion sicher zu vermeiden, ist vorgesehen, dass der Mikrocontroller 1 am Signalausgang 10 zur Ansteuerung der Relaisspule L ein Wechselsignal abgibt. Dieses Wechselsignal ist dabei mit einer Funktionsfähigkeit des Mikrocontrollers 1 zwangsverknüpft, so dass der Mikrocontroller 1 nur während der Abarbeitung des Steuerprogramms das Wechselsignal erzeugen kann. Fällt der Taktgeber 12 aus oder bleibt das Programm des Mikrocontrollers 1 aus anderen Gründen stehen, so wird am Signalausgang 10 kein Wechselsignal mehr ausgegeben. Der Signalausgang 10 verbleibt auf einem konstanten Potential.
Der Treiberschaltkreis 4 ist derart ausgebildet, dass ausschließlich bei Vorliegen eines Wechselsignals an seinem Eingang ein Strom durch die Relaisspule L getrieben wird. Hierzu weist der Treiberschaltkreis 4 einen ersten Kondensator C1 auf, dessen erster Anschluss mit der Signalleitung 3 verbunden ist. Dieser Längskondensator C1 entkoppelt den Gleichanteil im Signal auf der Signalleitung vom Wechselsignal. Der zweite Anschluss des ersten Kondensators C1 ist mit einer ersten Diode D1 verbunden, die
als Gleichrichter zur Einweg-Gleichrichtung des Wechselsignals wirkt. Eine zweite Diode D2 ermöglicht die Entladung des ersten Kondensators C1 und ist daher mit einem Bezugspotential (Masse) GND und dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators C1 verbunden.
Weiterhin weist der Treiberschaltkreis 4 einen zweiten Kondensator C2 auf, der das gleichgerichtete Wechselsignal glättet. Hierzu ist der zweite Kondensator C2 mit der ersten Diode D1 und mit einem Bezugspotential (Masse) GND verbunden. An dem zweiten Kondensator C2 sind ebenfalls der Basisanschluss B und der Emitteranschluss E eines NPN-Bipolartransistors Q verbunden, so dass eine über den zweiten Kondensator C2 abfallende Kondensatorspannung auch über der Basis-Emitter-Diode des Bipolartransistors Q abfällt. Ist ein Basis-Emitter-Strom ausreichend groß, so wird der Bipolartransistor Q in den leitenden Zustand geschaltet. Die am Kollektor C des Bipolartransistors Q verbundene Relaisspule L ist im leitenden Zustand des Bipolartransistors Q stromdurchflossen. Ein Wechselsignal am Signalausgang 10 des Mikrocontrollers 1 wird also über den ersten Kondensator C1 von Gleichanteilen entkoppelt und über die erste Diode D1 gleichgerichtet, um anschließend den zweiten Kondensator C2 aufzuladen, bis ein ausreichender Basis-Emitter-Strom den Bipolartransistor Q in den leitenden Zustand schaltet.
Wird kein Wechselsignal am Signalausgang 10 des Mikrocontrollers 1 mehr ausgegeben, so wird der zweite Kondensator C2 über den Basis-Emitter-übergang des Bipolartransistors Q und über einen parallel zum Basis-Emitter-übergang geschalteten Widerstand R entladen. Mit dem Entladen gelangt der Bipolartransistor Q in den sperrenden Zustand. Die Relaisspule L wird dann nicht mehr bestromt, so dass das Relais 5 abfällt und der Schalter S1 in eine Ausgangsstellung zurückfällt.
Vorteilhafterweise sind eine Frequenz des Wechselsignals, Kapazitätswerte des ersten Kondensators C1 und des zweiten Kondensators C2 und der Wert des Widerstands R des Treiberschaltkreises 4 derart abgestimmt, dass während einer übertragung des Wechselsignals ununterbrochen ein Relaisstrom durch die Relaisspule L und den Transistor Q fließt. Dabei dürfen Unterbrechungen nicht zu einem unerwünschten Abfall des Relais 5 führen. Jedoch ist es bei Bedarf möglich, durch änderung der Frequenz
einen durch die Relaisspule L geführten mittleren Strom mittels des MikroControllers 1 einzustellen.
Treten Störungen SD auf der Signalleitung 3 auf, sind Gleichanteile der Störung - wie beispielsweise driftende Potentiale - durch den ersten Kondensator C1 ebenfalls entkoppelt und führen daher nicht zu einem ungewollten Schalten des Bipolartransistors Q in den leitenden Zustand. Durch die Erfindung ist sichergestellt, dass im Fehlerfall eine bestehende Ansteuerung des Motors 2 ungeachtet statischer Ansteuersignale des Mik- rocontrollers 1 abgebrochen wird.
Vorteilhafterweise werden die Bauelemente C1 , C2, D1 , D2, R und Q des Treiberschaltkreises 4 auf einem Schaltungsträger, wie eine Platine bzw. eine Leiterplatte, angeordnet. Vorteilhafterweise ist das Layout der Leiterbahnen auf dem Schaltungsträger derart ausgebildet, dass die Anschlüsse der Bauelemente des Treiberschaltkreises entweder mit einem Bezugspotential (Masse) GND verbunden sind, oder dass diese zu dem Bezugspotential (Masse) GND benachbart angeordnet sind, so dass eine Ausbildung einer ungewollten Kurzschlussbrücke im Störungsfall nicht zu einem Schalten des NPN-Bipolartransistors Q in den leitenden Zustand führt.
Die Erfindung ist nicht auf das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann der Fachmann leicht eine komplementäre Schaltung gleicher Funktion mit einem PNP-Bipolartransistor und dem Bezugspotential U 8 ableiten. Ebenfalls ist es möglich anstelle eines Bipolartransistors einen Darlington-Transistor einen MOS-Feldeffek- ttransistor oder dergleichen zu verwenden.
Bezugszeichenliste
1 MikroController
2 Elektromotor
3 Signalleitung
4 Treiberschaltkreis
5 Relais
10 Wechselsignalausgang
11 Spannungsregler
12 externer Taktgeber, Quarz
C1. C2 Kondensator
D1 , D2, D3 Diode
R Widerstand
Q NPN-Bipolartransistor
B Basis
E Emitter
C Kollektor
L Relaisspule
S1. S2 Relaisschalter
GND Masse
U B Batteriespannung
U μC Mikrocontrollerversorgungsspannung
SD Störsignal
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