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Title:
METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AT LEAST TWO UNITS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/095205
Kind Code:
A1
Abstract:
A method and a device for operating at least two units are disclosed, whereby the control of both units is achieved depending on a changing control signal, by means of a clock module with a power output stage. The control is switched from the first to the second unit, depending on the operating conditions, by means of a switching signal in the clock module.

Inventors:
JOOS KLAUS (DE)
SORG JOACHIM (DE)
STREIB MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/000972
Publication Date:
November 28, 2002
Filing Date:
March 16, 2002
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (US)
JOOS KLAUS (DE)
SORG JOACHIM (DE)
STREIB MARTIN (DE)
International Classes:
B60T8/32; B60T17/02; F02D35/00; F02D41/30; F02D43/00; (IPC1-7): F02D41/30; F02D35/00; F02D43/00
Foreign References:
DE4420754A11995-09-07
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben wenigstens zweier Aggregate, wo bei wenigstens eines der Aggregate nur zeitweise betrie ben wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuersignal mit wenigstens einem veränderlichem Parameter für die Ag gregate gebildet wird und dass ein Schaltsignal erzeugt wird, durch welches die Ansteuerung mittels des Ansteuer signals von dem einen auf das andere Aggregat umgeschal tet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das. Schaltsignal die Verbindung des ersten Aggregats mit einer Spannungsversorgungsquelle, den Betrieb des anderen mittels des Ansteuersignals bewirkt, oder den Betrieb des ersten Aggregats mittels des veränderlichen Ansteuersi gnals, das Abschalten der Ansteuerung des zweiten Aggre gats bewirkt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass das Schaltsignal gebildet wird, wenn eine Anforderung zur Aktivierung des zweiten Aggregates, welches nur zeitweise betrieben wird, vor liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des zweiten Aggregats abgeschaltet wird, wenn die Anforderung für die Aktivierung des zweiten Ag gregats weggefallen ist.
5. Vorrichtung zum Betreiben wenigstens zweier Aggregate, mit wenigstens einem Taktmodul, welches ein veränderli ches Ansteuersignal empfängt und wenigstens eines der Ag gregate ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Takt modul eine Leistungsendstufe und Schaltelemente umfasst, welche bei Empfang eines Schaltsignals die Ansteuerung für die Aggregate umschalten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Aggregat im ersten Schaltzustand der Schaltele mente mit der Endstufe verbunden ist, im anderen Schalt zustand mit der Versorgungsspannung, während das zweite Aggregat im ersten Schaltzustand mit der Endstufe und im zweiten von der Ansteuerung abgeschaltet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, dass das erste Aggregat eine Elektrokraftstoffpumpe und das zweite Aggregat eine Sekundärluftpumpe ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Ansteuerung der wenigstens zwei Aggregate nur ein Taktmodul verwendet wird, welches nur eine Leistungsendstufe umfasst.
9. Vorrichtung zum Betreiben wenigstens zweier Aggregate, mit einer Steuereinheit, welche ein veränderliches An steuersignal an ein Taktmodul zum Betreiben wenigstens eines der Aggregate ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ferner ein Schaltsignal an das Taktmo dul ausgibt, in dessen Abhängigkeit die Ansteuerung in Abhängigkeit des veränderlichen Ansteuersignals von dem ersten auf das zweite Aggregat umgeschaltet wird.
10. Computerprogramm mit ProgrammcodeMitteln, um alle Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
11. Computerprogrammprodukt mit ProgrammcodeMitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzu führen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer aus geführt wird.
Description:
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben wenigstens zweier Aggregate Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben wenigstens zweier Aggregate, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug.

In vielen technischen Anwendungen werden Aggregate wie Pum- pen, Motoren oder dergleichen eingesetzt, die zum Teil nur zeitweise oder auch wechselweise zueinander betätigt werden.

Zur Verbesserung des Betriebs derartiger Aggregate und der Anpassung an den tatsächlichen Bedarf wird vermehrt von der nur ein-oder ausschaltenden Ansteuerweise zu einer bedarfs- gerechten Steuerung übergegangen. Diese bedarfsgerechte Steuerung berücksichtigt den jeweiligen Betriebszustand und passt die Ansteuerung des jeweiligen Aggregats und damit dessen Leistungsverbrauch an den jeweiligen Betriebszustand an. Als Ansteuersignal sind dabei insbesondere getaktete, pulsweitenmodulierte Signale vorgesehen, mit deren Hilfe der mittlere Strom durch das Aggregat und damit dessen Leistung quasi-kontinuierlich gesteuert und dem tatsächlichen Bedarf angepasst werden kann. Dabei ist in der Regel zur Ansteue- rung des Aggregats ein Modul vorgesehen, welches abhängig von wenigstens einem Eingangssignal den Strom im Aggregat steuert.

Beispiele aus der Kraftfahrzeugtechnik für derartige Aggre- gate sind Sekundärluftpumpen, elektrische Kraftstoffpumpen, Rückförderpumpen von Blockierschutzhydrauliken, Speicherla- depumpen zur Steuerung einer Bremsanlage, etc.

Aus der DE 44 43 879 AI ist eine elektrische Kraftstoffpumpe bekannt, welche mit Hilfe eines Taktmoduls abhängig vom pulsweitenmodulierten Ansteuersignal einer Steuereinheit be- darfsorientiert gesteuert wird. Das Taktmodul umfasst dabei im Wesentlichen eine Leistungsendstufe, welche den Strom durch die Pumpe in Abhängigkeit des Ansteuersignals der Steuereinheit beeinflusst. In entsprechender Weise ist aus der DE 44 40 517 Al die bedarfsorientierte Steuerung einer Rückförderpumpe einer Bremsanlage beschrieben, welche eben- falls über ein Taktmodul abhängig von einem pulsweitenmodu- lierten Ansteuersignal betätigt wird. Entsprechendes gilt auch für die Ansteuerungen von Sekundärluftpumpen (verglei- che z. B. DE 43 09 854 A1).

Werden mehrere (wenigstens zwei) solcher Aggregate verbaut, scheint es notwendig, eine entsprechende Anzahl von Taktmo- dulen vorzusehen. Da diese Taktmodule im Wesentlichen aus Leistungselektronik bestehen, d. h. in der Regel sehr lei- stungsstarke Halbleitermodule darstellen, die entsprechend teuer und voluminös sind, wird der Aufwand dadurch erhöht.

Vorteile der Erfindung Die Verwendung eines Taktmoduls für die Steuerung wenigstens zweier Aggregate (z. B. Pumpen) reduziert den Aufwand erheb- lich.

In besonderer vorteilhafter Weise wird auf das Taktmodul zur Ansteuerung des oder der Aggregate, die nur für eine ver- gleichsweise kurze Zeit während des gesamten Betriebs benö- tigt werden, verzichtet und die Ansteuerung über das Taktmo- dul eines anderen Aggregats durchgeführt. Letzteres wird dann für diese Zeit beispielsweise aus einer ggf ohnehin vorhandenen Batterie versorgt.

Dadurch werden Kosten für ein zweites oder weitere Taktmodu- le eingespart. Diese Kosten liegen erheblich höher als die Kosten für einen oder mehrere Umschalter im verbleibenden Taktmodul.

Vorteilhaft ist die Anwendung der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise in der Kraftfahrzeugtechnik. in Verbindung mit einer elektrischen Kraftstoffpumpe und einer Sekundärluft- pumpe, die nur für einige zehn Sekunden im Kaltstartfall im Betrieb ist. Damit fällt der Nachteil, dass während des Be- triebs der Sekundärluftpumpe über das Taktmodul keine Rege- lung der Elektrokraftstoffpumpe stattfinden kann, nicht ins Gewicht.

Besonders vorteilhaft ist, dass, da immer nur ein Aggregat geregelt betrieben wird, für die Aggregate in der Steuerein- heit zusammen nur ein pulsweitenmodulierter Ausgang und Um- schaltausgänge benötigt werden. Entsprechendes gilt für den Regelalgorithmus, der nur einmal für die Aggregate vorhanden sein muss. Dies trägt zur Rechnerentlastung bei.

In vorteilhafter Weise wird ferner Bauraum und Gewicht ein- gespart, wenn die Zahl der Taktmodule sich verringert.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be- schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung zweier Aggregate über ein Taktmodul, während in Figur 2 ein Flussdiagramm skizziert ist, welches den Ansteueralgorithmus für die Ag- gregate und für das Betreiben des Taktmoduls darstellt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen Figur 1 zeigt eine elektronische Steuereinheit 10, welcher Eingangsleitungen 12 bis 16 von Messeinrichtungen 18 bis 22 zugeführt werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Steuereinheit 10 um eine Steuereinheit zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs. Demgemäß werden über die Eingangsleitungen 12 bis 16 von den entspre- chenden Messeinrichtungen 18 bis 22 Betriebsgrößen der An- triebseinheit und/oder des Fahrzeugs zugeführt, die im Rah- men einer Motorsteuerung ausgewertet werden. Beispiele hier- für sind die zugeführte Luftmasse, der Saugrohrdruck, die Abgaszusammensetzung, die Fahrpedalstellung, etc. Über die Ausgangsleitungen 24 bis 28 steuert die Steuereinheit 10 die Leistungsparameter der Antriebseinheit, im Falle eines Ver- brennungsmotors die Luftzufuhr, die Kraftstoffzumessung und/oder den Zündwinkel.

Darüber hinaus umfasst die Steuereinheit 10 Algorithmen zur bedarfsgerechten Ansteuerung wenigstens zweier Aggregate, im bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Elektrokraftstoffpumpe 30 und einer Sekundärluftpumpe 32. Beispiele für derartige Algorithmen, bei denen abhängig von wenigstens einer Be- triebsgröße wenigstens ein veränderlicher Parameter des An- steuersignals bestimmt wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Ferner ist in Figur 1 ein Taktmodul 34 sowie eine Spannungs- quelle 36, beispielsweise eine Batterie, dargestellt. Zwei Ausgangsleitungen 35 und 38 der Steuereinheit 10 führen von der Steuereinheit 10 zum Taktmodul 34. Über zwei Ausgangs- leitungen 40 und 42 des Taktmoduls 34 werden die Aggregate 30 und 32 mit Strom versorgt. Eine Versorgungsspannungslei- tung 44 führt von der Spannungsquelle 36 zum Taktmodul 34.

Das Taktmodul selbst besteht aus einer Endstufe 46 sowie zwei Umschaltern 48 und 50. Die Ausgangsleitung 35 der Steu- ereinheit 10 führt auf die Leistungsendstufe 46, die über die Leitung 52 mit der Spannungsquelle 36 verbunden ist. Die Ausgangsleitung 38 der Steuereinheit 10 führt zu den Um- schaltern 48 und 50, die abhängig vom dem über diese Leitung gesendeten Signal geschaltet werden. Die Ausgangsleitung 54 der Leistungsendstufe 46 führt auf den Umschalter 50 und auf den Umschalter 48. Der Umschalter 48 ist ferner über die Leitung 56 mit der Versorgungsleitung 44 verbunden. Der Um- schalter 48 verbindet im ersten Schaltzustand die Leitung 40 mit der Leitung 54, im zweiten die Leitung 40 mit der Lei- tung 56. Der Umschalter 50 verbindet im ersten Schaltzustand die Leitung 42 mit der Leitung 54, im zweiten ist er offen.

Dargestellt ist in Figur 1 am Beispiel des bevorzugten Aus- führungsbeispiels der Ansteuerung der Aggregate Elektro- kraftstoffpumpe und Sekundärluftpumpe der Normalbetriebszu- stand, in welchem die Sekundärluftpumpe nicht aktiv ist und die Elektrokraftstoffpumpe bedarfsorientiert, beispielsweise im Rahmen eines Druckregelkreises, angesteuert wird. Zu die- sem Zweck gibt die Steuereinheit 10 ein nach Maßgabe des Steuer-bzw. Regelalgorithmus gebildetes pulsweitenmodulier- tes Signal über ihre Ausgangsleitung 35 ab. In der Lei- stungsendstufe 46, die in einem bevorzugten Ausführungsbei- spiel aus wenigstens einem Leistungsschalter besteht, wird in Abhängigkeit des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals die Stromzuführung zum Aggregat 30 gesteuert, indem bei- spielsweise der Leistungsschalter entsprechend dem Ansteuer- signal schließt und öffnet. So stellt sich letztendlich ein mittlerer Strom durch das Aggregat ein. Dieser Strom wird von der Spannungsquelle 36, vorzugsweise einer Batterie oder einem Generator, bereitgestellt. Der gesteuerte Strom fließt dann über den Umschalter 48 und die Ausgangsleitung 40 zum Aggregat 30. Wird nun innerhalb des Algorithmus des Mikro- computers der Steuereinheit 10 entschieden (beispielsweise bei einem Kaltstart), dass die Sekundärluftpumpe aktiviert werden muss, so wird zunächst über die Ausgangsleitung 38 ein Schaltsignal von der Steuereinheit 10 ausgegeben, wel- ches die Umschalter 48 und 50 in die nicht dargestellte Po- sition umschaltet. Diese Umschalter können Halbleiterschal- ter oder Relais sein. Das Umschaltsignal hat zur Folge, dass das Aggregat 30, die Elektrokraftstoffpumpe, und seine An- steuerleitung 40 direkt unter Überbrückung der Leistungsend- stufe 4'6 mit der Spannungsquelle 36 verbunden wird. Die Se- kundärluftpumpe 32 wird dagegen über den Umschalter 50 mit dem Ausgang bzw. der Ausgangsleitung 54 der Leistungsendstu- fe 46 verbunden. Das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal der Steuereinheit 10, welches diese über die Leitung 35 an die Leistungsendstufe 46 abgibt, dient nun dazu, die Sekundär- luftpumpe 32 mit der gewünschten Leistung zu betreiben. Ent- sprechend der obigen Darstellung wird abhängig vom pulswei- tenmodulierten Signal die Leistungsendstufe 46 derart be- trieben, dass sich der gewünschte mittlere Strom durch die Sekundärluftpumpe 32 einstellt. Ist die Sekundärluftpumpe aktiv, so ist die Elektrokraftstoffpumpe direkt mit der Spannungsquelle verbunden, so dass diese mit voller Lei- stung, d. h. maximalem Strom, betrieben wird. Wird nach ei- nigen zehn Sekunden die Sekundärluftpumpe abgeschaltet, wer- den über das Schaltsignal und die Leitung 38 die Schalter 48 und 50 wieder in die gezeigte Stellung umgeschaltet. Dies bedeutet, dass die Sekundärluftpumpe 32 abgeschaltet wird und die Elektrokraftstoffpumpe wieder in Abhängigkeit des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals der Steuereinheit 10 betrieben wird.

Die geschilderte Vorgehensweise wurde am bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiel der Steuerung von Elektrokraftstoffpumpe und Sekundärluftpumpe beschrieben. Die dargestellte Vorgehens- weise ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt. Viel- mehr ist sie überall dort einsetzbar, wo wenigstens zwei Ag- gregate zu betreiben sind, von denen wenigstens eines nur zeitweise betrieben wird. Weitere Beispiele zum Einsatz der oben dargestellten Vorgehensweise ist die Steuerung der Elektrokraftstoffpumpe und einer Rückförderpumpe eines Anti- blockierschutzsystems, welche nur dann läuft, wenn eine ent- sprechende Betriebssituation auftritt, oder einer Speicher- ladepumpe eines elektrohydraulischen Bremssystems. Weitere Beispiele für ständig zu betreibende Aggregate sind bei- spielsweise Kompressoren einer Klimaanlage oder Pumpen zur Druckerzeugung im Rahmen einer Servolenkung, während nur zeitweise betriebene Aggregate beispielsweise auch Vakuum- pumpen zur Ladung eines Vakuumbremskraftverstärkers, etc. zu nennen sind.

Die oben dargestellten Ansteuer-und Schaltsignale werden von Programmen eines Mikrocomputers, der Teil der Steuerein- heit 10 ist, gebildet. Ein Beispiel für ein solches Compu- terprogramm ist anhand des Flussdiagramms der Figur 2 skiz- ziert.

Das skizzierte Programm wird mit Einschalten der Versor- gungsspannung durch den Fahrer durchlaufen. Im ersten Schritt 100 wird überprüft, ob eine Anforderung zur Aktivie- rung der Sekundärluftpumpe vorliegt, beispielsweise ob vor- gesehene Kaltstartbedingungen erfüllt sind. Ist dies nicht der Fall, so wird gemäß Schritt 102 das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal TEKP in Abhängigkeit des zur bedarfsorien- tierten Steuerung der Elektrokraftstoffpumpe vorgesehenen Algorithmus gebildet und über die Leitung 35 ausgegeben. Da- nach wird das Programm mit Schritt 100 wiederholt. Liegt ei- ne Anforderung zur Aktivierung der Sekundärluftpumpe gemäß Schritt 100 vor, so wird gemäß Schritt 104 über die Aus- gangsleitung 38 ein Schaltsignal ausgegeben, welches im Taktmodul 34 zu einer Verbindung der Ansteuerleitung der Elektrokraftstoffpumpe direkt mit der Spannungsquelle und zu einer Verbindung der Ansteuerleitung für die Sekundärluft- pumpe mit der Leistungsendstufe führt. Danach wird im Schritt 106 das Ausgangssignal TSLP nach Maßgabe des Algo- rithmus berechnet, welche zur bedarfsorientierten Steuerung der Sekundärluftpumpe implementiert ist. Dieses Ausgangs- signal wird über die Ausgangsleitung 35 ausgegeben. Danach wird im Schritt 108 überprüft, ob die Anforderung zur Akti- vierung der Sekundärluftpumpe beendet ist oder nicht. Sie ist beispielsweise dann beendet, wenn der Kaltstartbetriebs- zustand beendet ist oder wenn eine angegebene Maximalzeit abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, wird im nächsten Durchlauf mit Schritt 106 das Ansteuersignal zur Steuerung der Sekundärluftpumpe erneut bestimmt. Ist die Anforderung zu Ende, so wird gemäß Schritt 110 das Schaltsignal über den Ausgang 38 erneut ausgegeben und die Verbindung der Lei- stungsendstufe mit der Elektrokraftstoffpumpe und die Ab- schaltung der Sekundärluftpumpenansteuerung bewirkt. Nach Schritt 110 wird das Programm wieder mit Schritt 100 wieder- holt.

Vorstehend ist die Ansteuerung der Aggregate auf der Basis von pulsweitenmodulierten Signalen dargestellt. Die darge- stellte Anordnung bzw. Vorgehensweise wird jedoch nicht nur in Verbindung mit pulsweitenmodulierten Ansteuersignalen, bei denen das Taktverhältnis, d. h. das Verhältnis zwischen Pulslänge und Pulspause variiert wird, angewendet, sondern auch in Verbindung mit anderen Ansteuersignaltypen, bei- spielsweise Ansteuersignalen, bei welchen allein die Pul- spause oder allein die Pulslänge oder die Amplitude des An- steuersignals, d. h. die Höhe des Ansteuersignals variiert wird.