DE102004016856A1

DE102004016856A1 - Process to regulate the operation of an automotive supplementary heater with pulse width modulation control

Info

Publication number: DE102004016856A1
Application number: DE200410016856
Authority: DE
Inventors: Detlev Hermann
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-10-27

Abstract

A process regulates the operation of an automotive supplementary heater with pulse width modulation control of the glow-heating element. Different power is delivered that the duration of the switched-on power supply is varied in proportion to the periodic duration of the phase of the regulator voltage. During the pulse width modulation phase a pre-determined glow-heat power level is achieved by lateral averaging of the phase voltage control over a period of time, where at least two different durations of the voltage control are known for different periods.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Glüheinrichtung für ein Zusatzheizgerät eines Kraftfahrzeugs, wobei eine über Pulsweitenmodulation getaktete Ansteuerspannung verwendet wird, bei der unterschiedliche Leistungsstufen der Glüheinrichtung dadurch erzielt werden können, dass das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands der Ansteuerspannung zu der Periodendauer der Taktung der Ansteuerspannung verändert werden kann.The The present invention relates to a method for driving a glow device for a auxiliary heater a motor vehicle, wherein a pulsed via pulse width modulation Drive voltage is used at the different power levels the glowing device can be achieved by that the ratio the length the turned-on state of the drive voltage to the period the timing of the drive voltage can be changed.

Ein Verfahren der vorgenannten Art ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 196 05 216 A1 bekannt. Die darin beschriebene Glüheinrichtung, die als Keramikglühstift ausgeführt ist, ist in verschiedenen Leistungsstufen betreibbar. Dies kann bei der vorgenannten Patentanmeldung zum einen dadurch erreicht werden, dass unterschiedlich große Ansteuerspannungen an die Glüheinrichtung angelegt werden. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dass die Ansteuerung mittels einer konstanten, jedoch über ein Pulsweitenmodulationsverfahren getakteten Ansteuerspannung erfolgt.A method of the aforementioned type is known from the German patent application DE 196 05 216 A1 known. The annealing device described therein, which is designed as a ceramic glow pin, can be operated in different power levels. In the case of the aforementioned patent application, this can firstly be achieved by applying drive voltages of different magnitude to the glow device. Alternatively, there is also the possibility that the control takes place by means of a constant, but via a pulse width modulation method clocked drive voltage.

Bei einer derartigen Pulsweitenmodulation wird das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands der Ansteuerspannung zu der Periodendauer der Taktung gewählt. Dieses Verhältnis nennt man Tastverhältnis oder Tastgrad. Wenn die Leistung der Glüheinrichtung auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden soll, muss die Möglichkeit bestehen, diesen Tastgrad mit einer entsprechend feinen Auflösung einzustellen. Die Einstellung des Tastgrades wird in der Regel mittels eines Mikroprozessors realisiert, bei dem oft kein Timer-Hardwaremodul für eine Pulsweitenmodulation zur Verfügung steht, so dass eine derartige Ansteuerung vermittels einer Softwarelösung durchgeführt werden muss.at Such a pulse width modulation is the ratio of Length of the switched state of the drive voltage to the period the timing chosen. This ratio is called duty cycle or duty cycle. When the power of the glow device is set to a predetermined Value should be set, the possibility must exist this Set the duty cycle with a correspondingly fine resolution. The attitude the duty cycle is usually realized by means of a microprocessor, often no timer hardware module for pulse width modulation to disposal stands, so that such a control by means of a software solution are performed got to.

Als nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Ansteuerung der Glüheinrichtung vermittels Pulsweitenmodulation erweist sich, dass bei hohen Frequenzen der Taktung der Ansteuerung und somit bei kleinen Periodendauern sowie bei einer feinen Auflösung der Einstellung des Tastgrades eine sehr kleine Schrittweite der einzelnen Einschalt- und Ausschaltprozesse der Ansteuerspannung gegeben sein muss. Durch eine derartige kleine Schrittweite werden die für die Ansteuerung verwendeten Prozessoren über Gebühr ausgelastet. Wenn beispielsweise bei einer Taktung mit einer Frequenz von 50 Hz und somit bei einer Periodendauer der Taktung von 20 ms ein Tastgrad mit einer Auflösung von 1 einstellbar sein soll, muss eine Schrittweite der Ein- und Ausschaltvorgänge von 0,2 ms gegeben sein. In diesem Fall müsste also alle 0,2 ms ein Zähler inkrementiert werden, um den zu steuernden Ausgang je nach Einstellung des Tastgrades ein- oder auszuschalten. Falls man bei dem vorgenannten Beispiel eine größere Schrittweite von beispielsweise 1 ms wählt, kann der Tastgrad nur noch mit einer Auflösung von 5 % eingestellt werden.When disadvantageous in known from the prior art method for Control of the glow device By means of pulse width modulation proves that at high frequencies the timing of the control and thus for small periods as well as at a fine resolution the setting of the duty cycle a very small increment of the individual switch-on and switch-off processes of the drive voltage must be given. By such a small increment the for the control used processors overcharged. If, for example at a frequency of 50 Hz and thus at a frequency Period of the clocking of 20 ms a duty cycle with a resolution of 1 should be adjustable, a step size of the on and off operations of Be given 0.2 ms. In this case, a counter would have to be incremented every 0.2 ms depending on the setting of the duty cycle switch on or off. If in the above example, a larger increment of, for example 1 ms selects, the duty cycle can only be set with a resolution of 5%.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, das trotz vergleichsweise großer Schrittweite eine feine Auflösung des Tastgrades ermöglicht.The The problem underlying the present invention is the creation a method of the type mentioned, despite the comparatively greater Increment a fine resolution of the duty cycle.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.This is inventively a method of the type mentioned above with the characterizing Characteristics of claim 1 achieved. The dependent claims relate preferred developments of the invention.

VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF INVENTION

Dabei ist gemäß Anspruch 1 vorgesehen, dass eine vorgegebene Leistungsstufe der Glüheinrichtung im Rahmen der Pulsweitenmodulation durch zeitliche Mittelung der getakteten Ansteuerspannung über einen Zeitraum erzielt werden kann, in dem mindestens zwei unterschiedlich lange eingeschaltete Zustände der Ansteuerspannung vorliegen. Durch die zeitliche Mittelung über unterschiedlich lange eingeschaltete Zustände kann trotz vergleichsweise großer Schrittweite der Ein- und Ausschaltvorgänge ein mittlerer Tastgrad mit vergleichsweise hoher oder feiner Auflösung erzielt werden. Dies hat seinen Grund darin, dass zwar die einzelnen Zustände eingeschalteter Ansteuerspannung aufgrund der großen Schrittweite nicht sehr fein eingestellt werden können, gleichzeitig aber durch die zeitliche Mittelung unterschiedlich langer Zustände eingeschalteter Ansteuerspannung ein mittlerer Tastgrad mit vergleichsweise feiner, beziehungsweise großer Auflösung eingestellt werden kann.there is according to claim 1 provided that a predetermined power level of the annealing device as part of the pulse width modulation by temporal averaging of clocked drive voltage via a period can be achieved in which at least two different long switched states the drive voltage present. Due to the temporal averaging over different long switched states can despite comparatively large Step size of switching on and off a medium duty cycle can be achieved with comparatively high or fine resolution. this has its reason is that although the individual states of activated drive voltage because of the big step size can not be set very fine, but at the same time by the temporal averaging of different long states turned on Drive voltage a medium duty cycle with comparatively fine, or bigger resolution can be adjusted.

Dabei besteht die Möglichkeit, dass in dem Zeitraum der Mittelung mindestens zwei unterschiedlich lange ausgeschaltete Zustände der Ansteuerspannung vorliegen. Weiterhin können dabei die mindestens zwei unterschiedlich langen eingeschalteten Zustände und/oder die mindestens zwei unterschiedlich langen ausgeschalteten Zustände der Ansteuerspannung in zeitlich benachbarten Perioden der Taktung angeordnet sein.there it is possible, that in the averaging period at least two different long switched off states the drive voltage present. Furthermore, while the at least two different long switched states and / or at least two different lengths of switched off states of the drive voltage in be arranged temporally adjacent periods of the clocking.

Gemäß Anspruch 4 kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei unterschiedlich langen eingeschalteten Zustände und/oder die mindestens zwei unterschiedlich langen ausgeschalteten Zustände der Ansteuerspannung periodisch, insbesondere mit der Frequenz der Taktung wiederholt werden. Somit ergibt sich für jede Sequenz von beispielsweise zwei oder drei oder vier Zuständen eingeschalteter Ansteuerspannung, von denen mindestens zwei unterschiedlich sind, ein mittlerer Tastgrad, der den Vorgaben entspricht. Dieser Tastgrad wird dann durch die periodische Wiederholung der Sequenz von beispielsweise eingeschalteten Zuständen über einen gewünschten Zeitraum aufrechterhalten, so dass die Glüheinrichtung über den gewünschten Zeitraum angesteuert wird, um eine entsprechende Leistung aufzunehmen.According to claim 4 it can be provided that the at least two different long switched-on states and / or the at least two different long switched-off states of the drive voltage are repeated periodically, in particular with the frequency of the clocking. So With results for each sequence of, for example, two or three or four states of the switched drive voltage, of which at least two are different, an average duty cycle that meets the requirements. This duty cycle is then maintained by periodically repeating the sequence of, for example, on states for a desired period of time so that the glow device is driven for the desired period of time to receive a corresponding power.

Gemäß Anspruch 5 kann vorgesehen sein, dass die zeitliche Mittelung über einen Zeitraum von mindestens zwei Perioden der Taktung erfolgt. Hierbei kann beispielsweise in jeder der beiden Perioden ein unterschiedlich langer Zustand eingeschalteter Ansteuerspannung vorliegen.According to claim 5 can be provided that the time averaging over a Period of at least two periods of the clocking takes place. in this connection For example, in each of the two periods a different long state switched drive voltage present.

Gemäß Anspruch 6 kann vorgesehen sein, dass die Anzahl (AP_E) der Perioden, über die eine Mittelung erfolgt, nach folgender Formel berechnet wird:

wobei

– SW_V die verwendete Schrittweite oder Genauigkeit ist, mit der das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands der Ansteuerspannung zu der Periodendauer der Taktung der Ansteuerspannung eingestellt werden kann, und wobei
– SW_E die Auflösung oder Genauigkeit ist, mit der die vorgegebene Leistungsstufe der Glüheinrichtung eingestellt werden soll.

According to claim 6 it can be provided that the number (AP _E ) of the periods over which an averaging takes place is calculated according to the following formula:

in which

- SW _{V is} the used step size or accuracy with which the ratio of the length of the on state of the drive voltage to the period of the timing of the drive voltage can be adjusted, and wherein
- SW _{E is} the resolution or accuracy with which the specified power level of the glow device is to be set.

Das Ergebnis der vorgenannten Formel gibt an, über wie viele Perioden gemittelt werden muss, um bei vorgegebener, insbesondere vergleichsweise großer Schrittweite, und erwünschter, insbesondere feiner, beziehungsweise hoher Auflösung, ein Tastgrad entsprechend den Vorgaben beziehungsweise eine Leistungsstufe der Glüheinrichtung entsprechend den Vorgaben erzielt werden kann. Es besteht die Möglichkeit, in einer entsprechenden Ansteuervorrichtung einen Algorithmus zu verwenden, der nach der vorgenannten Formel die Anzahl der Perioden bestimmt und eine Sequenz von eingeschalteten und ausgeschalteten Zuständen, die der vorgenannten Anzahl der Perioden entspricht, immer wieder wiederholt.The Result of the above formula indicates over how many periods averaged must be at a given, in particular comparatively large increment, and desirable, in particular fine, or high resolution, a duty cycle accordingly the specifications or a performance level of the glowing device can be achieved according to the specifications. There is a possibility in an appropriate drive an algorithm use, according to the aforementioned formula, the number of periods determined and a sequence of on and off states which corresponds to the aforementioned number of periods, repeatedly repeated.

Gemäß Anspruch 7 kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Länge der eingeschalteten Zustände sich aus der verwendeten Schrittweite (SW_V) oder Genauigkeit, mit der das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands der Ansteuerspannung zu der Periodendauer der Taktung der Ansteuerspannung eingestellt werden kann, und aus der Anzahl der Einschaltschritte pro eingeschaltetem Zustand ergibt. Die Länge eines eingeschalteten Zustands der Ansteuerspannung ergibt sich dabei insbesondere als Produkt aus der Schrittweite SW_V und der Anzahl der Einschaltschritte pro eingeschaltetem Zustand.According to claim 7 it can be provided that the respective length of the switched-on states of the step used (SW _V ) or accuracy, with the ratio of the length of the on state of the drive voltage to the period of the timing of the drive voltage can be adjusted, and off the number of switch-on steps per switched-on state. The length of an on state of the drive voltage results in particular as a product of the step size SW _V and the number of switch-on steps per switched state.

Gemäß Anspruch 8 kann vorgesehen sein, dass die gesamte Anzahl (AE_ges) der Einschaltschritte in der Anzahl (AP_E) der Perioden, über die die Mittelung erfolgt, nach folgender Formel berechnet wird:

wobei

– TG das mittlere, zur Einstellung der vorgegebenen Leistungsstufe der Glüheinrichtung erforderliche Verhältnis der Länge der eingeschalteten Zustände der Ansteuerspannung zu der Periodendauer der Taktung der Ansteuerspannung ist, wobei
– T_per die Periodendauer der Taktung ist, und wobei
– SW_V die verwendete Schrittweite oder Genauigkeit ist, mit der das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands der Ansteuerspannung zu der Periodendauer der Taktung der Ansteuerspannung eingestellt werden kann.

According to claim 8 it can be provided that the total number (AE _tot ) of the switch-on steps in the number (AP _E ) of the periods over which the averaging takes place is calculated according to the following formula:

in which

- TG is the average, required for setting the predetermined power level of the glowing ratio of the length of the switched states of the driving voltage to the period of the timing of the driving voltage, wherein
- T _is the period of the clocking, and where
- SW _{V is} the step size or accuracy used with which the ratio of the length of the on state of the drive voltage to the period of the timing of the drive voltage can be adjusted.

Das Ergebnis der vorgenannten Formel liefert die Anzahl der Einschaltschritte, die in einer zu wiederholenden Sequenz von eingeschalteten und ausgeschalteten Zuständen erfolgen müssen. Es besteht die Möglichkeit in einer Einrichtung zur Ansteuerung einer Glüheinrichtung einen Algorithmus vorzusehen, der die Anzahl der Einschaltschritte berechnet und sie über die zur Mittelwertbildung erforderlichen Perioden verteilt. Auf diese Weise ergibt sich ein gemittelter Tastgrad, der durch die Wiederholungen ein vergleichsweise gleichmäßiges Ansteuern der Glüheinrichtung mit der gewünschten mittleren Spannung ermöglicht.The Result of the above formula gives the number of switch-on, which in a sequence to be repeated from on and off states must be done. There is a possibility in an apparatus for controlling a glow device an algorithm which calculates the number of switch-on steps and sends them over the distributed for averaging necessary periods. To this This results in an averaged duty cycle, due to the repetitions a comparatively uniform activation of the glow device with the desired medium voltage allows.

ZEICHNUNGENDRAWINGS

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenFurther Advantages and features of the present invention will become apparent with reference to the following description of preferred embodiments with reference to the attached figures. Show in it

1 schematisch den Verlauf einer Ansteuerspannung gemäß dem Stand der Technik; 1 schematically the course of a drive voltage according to the prior art;

2 einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten schematischen Verlauf einer Ansteuerspannung. 2 a schematic profile of a drive voltage generated by the method according to the invention.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION THE EMBODIMENTS

Aus 1 ist eine Ansteuerspannung ersichtlich, die mit einer Frequenz von 50 Hz getaktet ist und somit eine Periodendauer von 20 ms aufweist. Der Tastgrad, das heißt das Verhältnis zwischen der Länge des eingeschalteten Zustandes und der Periodendauer beträgt 0,19, beziehungsweise 19 %. 1 ist deutlich entnehmbar, dass sämtliche Zustände eingeschalteter Ansteuerspannung jeweils eine gleiche Länge, nämlich eine Länge von 3,8 ms aufweisen. Dementsprechend weisen auch die Zustände ausgeschalteter Ansteuerspannung jeweils die gleiche Länge auf, nämlich eine Länge von 16,2 ms. Um den Tastgrad von 0,19 auf die zweite Stelle hinter dem Komma genau einstellen zu können, muss die Pulsweitenmodulation mit einer Auflösung von 1 einstellbar sein. Dies erfordert im Stand der Technik bei einer Periodendauer von 20 ms eine Schrittweite von 0,2 ms. Im Stand der Technik kann über diese relativ kleine Schrittweite die Länge des eingeschalteten Zustands auf 0,2 ms genau eingestellt werden, so dass in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel die Länge genau auf 3,8 ms eingestellt werden muss.Out 1 is a drive voltage seen, which is clocked at a frequency of 50 Hz and thus has a period of 20 ms. The duty cycle, that is the ratio between the length of the switched-on state and the period is 0.19, or 19%. 1 It can be clearly seen that all states of activated drive voltage each have an equal length, namely a length of 3.8 ms. Accordingly, the states of switched off drive voltage each have the same length, namely a length of 16.2 ms. In order to be able to set the duty cycle from 0.19 to the second place after the decimal point, the pulse width modulation must be adjustable with a resolution of 1. In the prior art, this requires a step size of 0.2 ms for a period of 20 ms. In the prior art, the length of the switched-on state can be set precisely to 0.2 ms over this relatively small step size, so that in the illustrated embodiment, the length must be set exactly to 3.8 ms.

Das in 2 abgebildete erfindungsgemäße Beispiel weist in der zeitlichen Mittelung den gleichen mittleren Tastgrad auf wie das Beispiel gemäß 1. Aus 2 ist ersichtlich, dass der erste der eingeschalteten Zustände eine Länge von 3 ms aufweist, wohingegen die übrigen vier eingeschalteten Zustände eine Länge von 4 ms aufweisen. Durch Addition der fünf eingeschalteten Zustände ergibt sich eine eingeschaltete Zeit von 19 ms. Diesen 19 ms stehen 5 Periodendauern mit einer Länge von 20 ms gegenüber, so dass die Gesamtdauer der 5 Perioden 100 ms beträgt. Der Quotient aus 19 ms und 100 ms ist 0,19, so dass der vorgenannte mittlere Tastgrad von 0,19 gegeben ist.This in 2 illustrated inventive example has the same average duty cycle in the time averaging as the example according to 1 , Out 2 It can be seen that the first of the switched-on states has a length of 3 ms, whereas the remaining four switched-on states have a length of 4 ms. Addition of the five switched-on states results in a switched-on time of 19 ms. This 19 ms is offset by 5 periods with a length of 20 ms, so that the total duration of the 5 periods is 100 ms. The quotient of 19 ms and 100 ms is 0.19, so that the aforementioned average duty cycle of 0.19 is given.

Dies wird jedoch bei dem in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Beispiel mit einer vergleichsweise großen Schrittweite von 1 ms erreicht. Aus 2 ist deutlich ersichtlich, dass sowohl die Länge der eingeschalteten Zustände, als auch die Länge der ausgeschalteten Zustände nur mit einer Genauigkeit von 1 ms eingestellt werden können beziehungsweise müssen. Trotz dieser relativ geringen Genauigkeit lässt sich mit dem in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren der mittlere Tastgrad und damit die Leistungsstufe der Glüheinrichtung mit gleicher Genauigkeit darstellen wie dies aus dem Stand der Technik gemäß 1 bekannt ist. Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist jedoch, dass aufgrund der verwendeten größeren Schrittweite die Auslastung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschäftigten Prozessors deutlich geringer ist.However, this is at the in 2 example shown achieved with a comparatively large step size of 1 ms. Out 2 It can clearly be seen that both the length of the switched-on states and the length of the switched-off states can or must only be set with an accuracy of 1 ms. Despite this relatively low accuracy can be with the in 2 illustrated inventive method, the average duty cycle and thus the power level of the annealing device with the same accuracy as in the prior art 1 is known. However, it is advantageous in the method according to the invention that, due to the larger step size used, the utilization of a processor employed with the method according to the invention is markedly lower.

Claims

Method for controlling a glow device for an auxiliary heater of a motor vehicle, wherein a pulsed via pulse width modulation drive voltage is used in which different power levels of the glow means can be achieved by changing the ratio of the length of the on state of the drive voltage to the period of the timing of the drive voltage can, characterized in that a predetermined power level of the glowing device can be achieved in the context of pulse width modulation by time averaging the pulsed drive voltage over a period in which there are at least two different lengths of the drive voltage states.

Method according to claim 1, characterized in that that in the averaging period at least two different long switched off states the drive voltage present.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized that the at least two different long switched on States and / or the at least two different long switched off states of the Drive voltage arranged in temporally adjacent periods of the clocking are.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the at least two different long switched on States and / or the at least two different long switched off states of the Drive voltage periodically, in particular with the frequency of the clocking, be repeated.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the time averaging over a period of at least two periods of the clocking takes place.

Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the number (AP _E ) of the periods over which an averaging is carried out is calculated according to the following formula:

wherein - SW _{V is} the used step size or accuracy with which the ratio of the length of the on state of the drive voltage to the period of the timing of the drive voltage can be adjusted, and wherein - SW _{E is} the resolution or accuracy with which the predetermined power level of the Glüheinrichtung on to be asked.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the respective length of the switched-on states of the used step size (SW _V ) or accuracy, with the ratio of the length of the on state of the drive voltage to the period of the timing of the drive voltage set and from the number of switch-on steps per switched-on state.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the total number (AE _tot ) of the switch-on in the number (AP _E ) of the periods over which the averaging is calculated according to the following formula:

wherein - TG is the average, required for setting the predetermined power level of the annealing device ratio of the length of the on states of the driving voltage to the period of the timing of the driving voltage, wherein - T _is the period of the timing, and wherein - SW _V used the step size or Accuracy is with which the ratio of the length of the on state of the drive voltage to the period of the timing of the drive voltage can be adjusted.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized that the drive voltage in all switched states has the same value.