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.