CN103069154A - 用于运行机动车的起动器的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行机动车的起动器（203）的方法，其中，测量一个物理量，其特征在于，根据测得的物理量限制或不限制所述起动器（203）的起动器电流，其中，在限制所述起动器电流的情况下在一个预给定的时间之后结束所述限制。本发明还涉及一种用于运行机动车的起动器的装置（201）和一种控制程序。

Description

用于运行机动车的起动器的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行机动车的起动器的方法和装置。本发明还涉及一种控制程序。
背景技术
已知的是，通过保险装置来限制电流，例如机动车或家用电子装置中的电流。这些保险装置在出现过载电流时断开并且在校正了过载电流的原因之后通常必须被替换或通过使用者重新激活。
但是也存在这样的耗电器，其中例如在接通时出现非常短的过载电流峰值并且电路的永久断开是不允许的。例子是白炽灯、继电器还有电动机。由于所描述的电流峰值，供电电压通过例如电池中的另外的串联电阻引起地强烈下降。
刚刚描述的行为的另一个例子是机动车的车载电网的车载电网电压在运行用于起动机动车的内燃机的起动器期间的突降。在这里在起动该起动器时通常出现超过1000安培的电流，这些电流能够产生车载电网电压的多个伏特的突降。其它的耗电器通过在起动过程期间的该突降而关断并且一旦车载电网电压或供电电压重新处在许可范围中就必须重新起动。
在专利文献EP1041277B1中例如电动机的供电电压通过电阻在电动机的起动阶段被限制。在起动阶段期间测量电动机中的电流。在接通电动机之后不久，电流变化曲线经过局部最大值。该局部最大值被检测到并且在出现局部最大值的时间点之后电动机中的电流重新处在预给定的值之下之后，电阻借助晶体管被跨接，从而电动机通过全部的供电电压运行。
但是在这里缺点尤其是，这样的限制即便在电动机的不利运行条件时仍被执行，例如在低温和/或低供电电压时。尤其是可能发生以下情况，即在这样的情形中电动机的起动过程延迟或电动机首先完全不起动。
发明内容
因此，本发明的任务可以在于，给出一种用于运行机动车的起动器的方法和装置，它即便在不利的周围环境条件时、例如在低温和/或低供电电压时仍能够实现发动机的可靠起动。
该任务借助独立权利要求的主题实现。本发明的有利扩展构型是各个从属权利要求的主题。
本发明包括以下构思，即提供一种用于运行机动车的起动器的方法。在第一步骤中测量一个物理量。在接下来的第二步骤中根据测得的物理量做出是否限制起动器的起动器电流的判定。如果例如测得的物理量小于或大于或者说小于等于或大于等于一个预给定的值，那么起动器的起动器电流被限制。优选也可以规定，前面提到的条件导致，起动器的起动器电流不被限制。尤其是也可以规定，当测得的物理量不在预给定的范围中时或当它在预给定的范围中时，起动器的起动器电流被限制或不被限制。
如果在前一步骤中确定，起动器的起动器电流应当被限制，那么在这种情况下对起动器电流的限制在一个预确定的时间之后结束。在这里尤其是可以基于之前测得的物理量或之前测得的这些物理量来确定或测定预给定的时间。预给定的时间就此而言尤其是可以取决于测得的物理量。
该方法在此尤其是提供以下优点，即机动车的实际运行周围环境在起动过程期间或在起动发动机时被考虑。尤其是如果对于起动过程存在很差的或不利的运行条件，那么起动器电流不被限制，从而起动器能够以所有的供电电压运行。在这里在现有技术中根据实际的运行周围环境，限制在起动过程期间始终是有效的。
该方法还尤其是提供以下优点，即由于在应当限制起动器电流的预给定的时间之后结束对起动器电流的限制，在预给定的时间之后起动器能够重新以所有的供电电压运行，从而有最大的起动转矩供发动机的起动使用。
本发明还包括以下构思，即提供一种用于运行机动车的起动器的装置。按照本发明该装置包括一个用于限制起动器电流的限制器和一个用于电跨接该限制器的跨接器，从而在跨接时起动器电流不被限制。该装置还包括一个用于将该限制器切换到一个跨接模式或一个非跨接模式中的控制单元。如果跨接器被切换到跨接模式中，那么该跨接器跨接限制器，从而起动器电流不被限制。如果跨接器被切换到非跨接模式中，那么跨接器不跨接限制器。起动器电流在此被限制。优选控制单元包括一个或多个金属氧化物半导体-场效应晶体管（MOSFET）、尤其是功率MOSFET和/或一个或多个控制开关电路、尤其是集成的控制开关电路（控制IC（“集成电路”））。
按照本发明该控制单元还被构造用于根据一个测得的物理量将该跨接器切换到跨接模式或非跨接模式中。该控制单元还被构造用于在一个预给定的时间之后结束该跨接模式。
与方法相关地描述的优点类似地也适用于该装置。
优选该装置包括三个用于将该装置连接到机动车的起动器电路中的端子或管脚。在这里例如第一端子或管脚可以连接到电能源上。尤其是该电能源包括一个或多个电池和/或一个或多个电容器。尤其是电能源提供电能、尤其是电压给机动车的起动器。例如第二端子可以与起动器继电器或与起动器连接。优选第三端子或管脚与地连接或布置在地上。由此能够以有利的方式实现，即该装置被安装到机动车的一个已经存在的起动器电路中。由此能够实现成本低廉的改装。基于这三个端子，该装置也可以被称为三管脚装置。基于该装置直接安装到起动器电路中的可能性，该装置还可以自给自足地且自主地在起动器电路中运行。尤其是不需要另外的外部的控制装置，这以有利的方式节省成本和重量。如果需要与机动车中的其它控制装置通信，那么这可以例如借助一个另外的端子实现。
根据一种优选的实施方式，物理量是温度和/或电参数。优选电参数是电压和/或电流。尤其是电压或电流可以是电能源的供电电压或供电电流。尤其是温度是机动车的周围环境温度和/或发动机室温度。由此能够以有利方式实现，起动器的起动过程能够匹配于机动车的相应的实际的周围环境状态。如果例如温度小于0℃，那么起动器电流优选不被限制。在温度高于0℃时，例如可以发生起动器电流限制，尤其是当供电电压位于7V和12V之间时。优选在供电电压的7V至12V之间的范围中起动器电流被限制。还优选地规定，在供电电压大于12V时与温度无关地限制起动器电流，因为在这种情况下高的供电电压能够实现起动器的可靠起动过程。优选在供电电压小于7V时与温度无关地不限制起动器电流。由此能够以有利方式即便在小的供电电压时仍能够实现对发动机的可靠起动。
优选设置一个用于检测物理量的检测器。尤其是该检测器包括一个电压检测器和/或一个电流检测器。尤其是该检测器包括一个或多个温度传感器。例如可以规定，检测器被集成在控制单元中。优选也可以规定，检测器设置在控制单元外部以及尤其是与控制单元连接以便传递相应的检测信号。尤其是检测器在控制单元中的集成提供了该装置的特别紧凑的结构的优点。如果检测器设置在控制单元外部，那么他可以以有利方式特别容易地且成本低廉地被更换。
根据另一个举例的实施方式，检测起动器电路中的一个另外的电参数的下降，其中，该下降的检测时间点对应于预给定的时间的起始时间点。即例如检测限制器上的电压降。从限制器上下降的电压低于一个预给定的阈值的时间点起，开始经过预给定的时间，在该预给定的时间中限制起动器电流。优选在这里设置一个用于产生时间信号的计时器。计时器尤其是被集成到控制单元中，但是也可以例如设置在他外部。一旦例如限制器上的电压降低于预给定的阈值时，控制单元就激活计时器。计时器然后在预给定的时间之后输出时间信号给控制单元，由此它将跨接器从跨接模式切换到非跨接模式中，从而在预给定的时间之后结束对起动器电流的限制。
在另一个实施方式之后，起动器电流借助电阻被限制。尤其是该限制器包括一个或多个电阻。优选限制器包括一个可变调节的电阻，例如电位计。由此能够以有利方式使起动器电流限制适配于不同机动车的不同起动器。
优选结束对起动器电流的限制，其方式是一个与电阻电并联的晶体管、尤其是功率晶体管跨接该电阻。优选晶体管是一个场效应晶体管（FET）或一个金属氧化物半导体-场效应晶体管（MOSFET）。由此能够尤其是以有利方式实现在跨接模式与非跨接模式之间的特别快速的切换。
优选该装置被用于限制一个或多个电负载中的电流。电负载可以例如是电动机和/或起动器。
本发明还包括以下构思，即给出一种具有程序代码的控制程序，当该控制程序在一个控制单元上被执行时，该程序代码用于执行该方法。
附图说明
下面借助优选的实施例参照附图详细描述本发明。在这里示出：
图1示出车载电网电压和起动器电流的时间变化曲线；
图2示出用于运行机动车的起动器的装置；
图3示出图3的装置的细节视图；
图4示出用于运行机动车的起动器的另一个装置；
图5示出一个图表，该图表示出在什么条件下例如可以限制起动器电流；
图6示出图3的装置的各个部件的多个电参数和运行状态的时间变化过程；
图7示出当起动器借助按照本发明的方法运行时车载电网电压和起动器电流的时间变化曲线；和
图8示出用于运行机动车的起动器的方法的示意性流程图。
在下面对于相同的特征使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出一个车载电网电压和一个起动器电流的时间变化曲线。在该草图中时间t以任意的单位绘制。在左侧纵坐标上绘制单位为伏特的车载电网电压U。在右侧纵坐标上绘制单位为安培的起动器电流I。车载电网电压的时间变化曲线通过附图标记101表示。起动器电流的时间变化曲线通过附图标记103表示。要注意，在起动器接通时起动器电流上升直到大约1000A。车载电网电压同时从大约12.5V突降到大约7V。尤其是车载电网的耗电器在起动过程期间通过该电压突降引起关断并且一旦车载电网电压重新位于许可范围中时必须重新起动。
借助在图2和3中所示的用于运行机动车（未示出）的起动器203的装置201尤其是能够实现限制在图1中所示的电压突降。在这里图3示出该装置201的细节视图。装置201具有一个电阻205。与电阻205并联地连接一个晶体管207。该装置201还包括一个控制单元209，该控制单元与借助电阻205和晶体管207构成的开关电路电连接。该装置201还具有三个端子211a、211b和211c。这些端子211a、211b和211c也可以被称为管脚。装置201借助端子211a连接到一个电池213上。在电池213和端子211之间还设有一个电感215。装置201借助端子211b连接到起动器203上。在起动器203和端子211b之间还串联连接地设有一个起动器继电器217和一个另外的电感219。装置201借助第三端子211c与地连接。借助这三个端子或管脚211a、211b、211c尤其是能够以有利方式实现：无需大的耗费就将该装置201用在一个已有的起动器电路中。成本低廉的改装在这一点上能够实现。基于三个管脚211a、b、c的存在，该装置201也可被称为三管脚装置。
在图2和3中所示的实施例中，电阻205形成用于限制起动器电流的限制器。晶体管207形成用于电跨接该限制器的跨接器，从而在跨接时起动器电流不受限制。控制单元209本身可以尤其是将晶体管207转换到跨接模式或非跨接模式中。
还在控制单元209中集成一个用于产生时间信号的计时器208。尤其是当起动器203被起动并且发生对起动器电流的限制时，计时器208被激活。在预给定的时间之后，计时器208产生一个时间信号，控制单元209对该时间信号做出反应，其方式是控制单元209将晶体管207切换到跨接模式中。
如果起动器继电器207闭合，例如因为存在使用者的起动需求，则流过一个借助电池213提供的电池电流IB。如果晶体管207处在非跨接模式中，那么电池电流IB流过电阻205通过起动器继电器217和另外的电感219流向起动器203。相应流动的电流在端子211b之后也被称为起动器电流IS。如果晶体管207位于跨接模式中，那么电池电流IB通过晶体管207流向起动器203。在这种情况中起动器电流IS不受限制。
图4示出用于运行机动车的起动器203的装置401的一个另外的优选实施方式。在装置401的控制单元209中还集成一个电压检测器403和一个温度传感器405。电压检测器403尤其是测量电池电压213。温度传感器405尤其是测量机动车的周围环境温度和/或发动机室温度。两个测得的物理量尤其是在判定起动器的起动器电流是否应当被限制时流入。控制单元209根据该判定然后将晶体管207相应地切换到跨接模式或非跨接模式中。
图5示出一个图表，该图表示意地表示这样的区域，在该区域中在起动过程中起动器电流已经直接在起动器的起动时受到限制。在纵坐标上以伏特为单位绘出例如电池213的电池电压U，其中电池电压也可以被称为供电电压。在横坐标上以摄氏度绘出机动车的周围环境温度。如果不仅供电电压而且周围环境温度位于阴影区域501中，那么在起动过程中首先限制起动器203的起动器电流，其中，然后尤其是在稍后的时间点取消该限制。阴影区域501包括大于等于0℃的周围环境温度和在7V与12V之间的电压值，其中，7V和12V仍属于阴影区域501。如果供电电压和/或周围环境温度位于阴影区域501以外，那么起动器电流IS也直接在起动器205的起动时不受限制，例如其方式是晶体管207被切换到跨接模式中。电阻205在这一点上被跨接。由此能够以有利方式在开始起动器电流限制方面进行判定时考虑机动车的实际运行参数。因此大于12V的供电电压是电池充分充电的标志，电池即便在出现电流峰时仍能够提供足够高的供电电压给车载电网的耗电器。具有小于7V的供电电压的旧或弱的电池的情况被考虑到，在这种情况下也不进行起动器电流限制，因为否则受限制的电流例如不足以可靠地起动起动器或因为起动器的起动过程否则被显著地延长。
图6示出起动器电路的结构元件的一些物理量和一些运行状态在起动过程期间的时间变化过程。上方的具有附图标记601的图表示出起动器继电器217在时间t上的状态。起动器继电器217可以在打开和闭合状态之间来回切换。
具有附图标记603的图表示出起动器电流IS的时间变化曲线。
具有附图标记605的图表显示：何时电阻205被跨接或者不被跨接。
具有附图标记607的图表显示：何时晶体管207处在非跨接模式中，即晶体管207是打开的，或者处在跨接模式中，即晶体管207是闭合的。
在阶段I中电阻205没有被跨接。在时间点t1将起动器继电器217闭合。因为电阻205未被跨接，起动器电流IS被限制。晶体管207就目前而言位于非跨接模式中。
输入线中的电流在这里在电阻205上产生电压降。如果该电流达到阈值IT，那么计时器208被激活，开始阶段II。在阶段II期间，即在时间间隔tS期间，起动器电流IS继续被限制。在一个预给定的时间tS之后，计时器208输出一个时间信号，接下来控制单元209将晶体管207切换到跨接模式中（参见阶段III）。即电阻205通过晶体管207被跨接。由此起动器电流IS不再继续被限制。
在向阶段IV过渡时，起动器电流IS重新降到阈值IT以下。控制单元209将晶体管207重新切换回到非跨接模式中。换言之装置401重新回落到其静止状态。
图7示出在已知的没有限流装置的起动器装置中和在装置201或401中的车载电网电压和起动器电流的时间变化曲线。该草图以任意单位示出时间t。在左侧纵坐标上绘出以伏特为单位的车载电网电压U。在右侧的纵坐标上绘出以安培为单位的起动器电流I。已知的没有限流装置的起动器装置中的车载电网电压以附图标记701表示。相应的起动器电流的时间变化曲线以附图标记703表示。按照本发明的装置201或401中的车载电网电压的时间变化曲线以附图标记705表示。按照本发明的装置201或401中的起动器电流的时间变化曲线以附图标记707表示。明显看出，由于按照本发明的装置201或401，起动器电流被限制在大约700A，从而车载电网电压的电压突降在大约9V时被限制，而不是如在现有技术中那样继续下降到大约7V。
图8示出用于运行机动车的起动器的方法的一个实施方式的流程图。在步骤801中测量一个物理量。例如该物理量可以是机动车的周围环境温度和/或电池供电电压。在步骤803中然后进行以下判定：是否根据在步骤801中测得的物理量限制或不限制起动器的起动器电流。如果在步骤803中判定，起动器电流不被限制，例如其方式是在步骤805中控制单元209将晶体管207切换到跨接模式中。如果在步骤803中判定，起动器电流要被限制，那么在步骤807中限制起动器电流，尤其是通过将晶体管207切换到非跨接模式中。在经过一个预给定的时间之后，然后在步骤809中结束对起动器电流的限制，尤其是通过控制单元209将晶体管207切换到跨接模式中，从而晶体管207电跨接电阻205。由此然后不再继续限制起动器电流。
本发明尤其是还提供以下优点：
-装置201或401可以自给自足地且自主地在一个电负载的输入线中
工作。在这里不需要用于其他控制装置的接口。
-由此尤其是减少了制造中的成本。
-尤其是也能够以有利的方式实现将该装置安装到已经存在的起动器电路中。
-尤其是在极限范围中，例如在低的供电电压时或在低的温度时全部供电电压可供起动机动车的发动机使用。
-除了供电电压的突降，电磁干扰，例如可能通过输入线中的电流的时钟脉冲引起的电磁干扰被减少。由此还能够以有利方式实现：减少用于使例如车载电网稳定的措施。缓冲电池、缓冲电容器或后接的DCDC转换器变得多余。这还以有利的方式导致重量和成本减少。
-由此尤其是通过减少在起动时出现的转矩来提高电机、例如起动器的使用寿命。
-电机可以更轻且更便宜地被制造。因此例如可以减少壁厚。由此能够以有利的方式实现进一步的重量和成本节省。
-电压供电装置例如借助机动车中的起动器电池保护。其使用寿命增加。
-噪声和振动被减少并且尤其是由此也提高了舒适性。
-起动器过程被改善。因此例如能够以有利方式减少通过电机起动的内燃机的起动时间。
在这里描述的装置尤其是减少成本、结构空间和重量。
-它还提供实现高集成的、自给自足地在起动器上工作的解决方案的可能性，它可以用作廉价的改装方案。
-尤其是通过借助三管脚端子的结构能够实现除几乎零以外的装置静态电流接收，尽管装置永久地被供电，其中，通过集成电阻上的电压被超过来激活或起动该装置。
按照本发明该装置也可以用于在电负载时限制电流。即尤其是按照本发明提供了一种用于限制电负载的起动电流的方法和装置，其中，在起动器的情况下起动电流对应于起动器电流。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于运行机动车的起动器（203）的方法，其中，测量一个物理量，并且根据测得的物理量限制或不限制所述起动器（203）的起动器电流，其中，在限制所述起动器电流的情况下在一个预给定的时间之后结束所述限制，其特征在于，在结束所述限制之后根据所述起动器电流IS低于一个阈值IT来切换到限制模式中。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在一个测得的物理量小于或小于等于一个预给定的值时，所述起动器电流不被限制。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，作为物理量检测机动车的供电电压，其中，当所述供电电压小于7V时，所述起动器电流不被限制。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述物理量是温度和/或电参数。
5.根据权利要求1或4的方法，其特征在于，检测一个起动器电路中的一个另外的电参数的下降，其中，所述下降的检测时间点对应于所述预给定的时间的起始时间点。
6.根据以上权利要求之一的方法，其特征在于，所述起动器电流借助一个电阻（205）被限制。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，通过一个与所述电阻（205）电并联的晶体管（207）跨接所述电阻（205）来结束对所述起动器电流的限制。
8.用于运行机动车的起动器（203）的装置（201），包括：
一个用于限制起动器电流的限制器（205），
一个用于电跨接该限制器（205）的跨接器（207），从而在跨接时所述起动器电流不被限制，
一个用于将该限制器（207）切换到一个跨接模式或一个非跨接模式中的控制单元（209），其中，所述控制单元（209）被构造用于根据一个测得的物理量将该跨接器（207）切换到跨接模式或非跨接模式中，
其中，该控制单元（209）还被构造用于在一个预给定的时间之后结束该跨接模式，其特征在于，
所述控制单元被这样地构成，使得所述控制单元在结束所述限制之后根据所述起动器电流IS低于一个阈值IT来切换到限制模式中。
9.根据权利要求8的装置（201），其特征在于，在一个测得的物理量小于或小于等于一个预给定的值时，所述控制单元不限制所述起动器电流。
10.根据权利要求9的装置（201），其特征在于，作为物理量所述控制单元检测机动车的供电电压，其中，当所述供电电压小于7V时，所述控制单元不限制所述起动器电流。
11.根据权利要求8的装置（201），其特征在于，该限制器（205）和该跨接器（207）电并联。
12.根据权利要求8或11的装置（201），其特征在于，该限制器（205）包括一个电阻（205）和/或该跨接器（207）包括一个晶体管（207）。
13.根据权利要求8至12之一的装置（201），其特征在于，设有一个用于检测该物理量的检测器（403；405）。
14.根据权利要求8至13之一的装置（201），其特征在于，设有一个用于产生时间信号的计时器（208）。
15.具有程序代码的控制程序，当该控制程序在一个控制单元（209）上被执行时，该程序代码用于执行根据权利要求1至7之一的方法。

Claims (11)

1.用于运行机动车的起动器（203）的方法，其中，测量一个物理量，其特征在于，根据测得的物理量限制或不限制所述起动器（203）的起动器电流，其中，在限制所述起动器电流的情况下在一个预给定的时间之后结束所述限制。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述物理量是温度和/或电参数。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，检测一个起动器电路中的一个另外的电参数的下降，其中，所述下降的检测时间点对应于所述预给定的时间的起始时间点。
4.根据以上权利要求之一的方法，其特征在于，所述起动器电流借助一个电阻（205）被限制。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，通过一个与所述电阻（205）电并联的晶体管（207）跨接所述电阻（205）来结束对所述起动器电流的限制。
6.用于运行机动车的起动器（203）的装置（201），包括：
一个用于限制起动器电流的限制器（205），
一个用于电跨接该限制器（205）的跨接器（207），从而在跨接时所述起动器电流不被限制，
一个用于将该限制器（207）切换到一个跨接模式或一个非跨接模式中的控制单元（209），其中，所述控制单元（209）被构造用于根据一个测得的物理量将该跨接器（207）切换到跨接模式或非跨接模式中，其特征在于，
该控制单元（209）还被构造用于在一个预给定的时间之后结束该跨接模式。
7.根据权利要求6的装置（201），其特征在于，该限制器（205）和该跨接器（207）电并联。
8.根据权利要求6或7的装置（201），其特征在于，该限制器（205）包括一个电阻（205）和/或该跨接器（207）包括一个晶体管（207）。
9.根据权利要求6至8之一的装置（201），其特征在于，设有一个用于检测该物理量的检测器（403；405）。
10.根据权利要求6至9之一的装置（201），其特征在于，设有一个用于产生时间信号的计时器（208）。
11.具有程序代码的控制程序，当该控制程序在一个控制单元（209）上被执行时，该程序代码用于执行根据权利要求1至5之一的方法。
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