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Stand der Technik
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für einen
elektrischen Hochstromverbraucher, insbesondere eine Startersteuerung
für einen Startermotor einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug,
in einem Stromkreis mit einem internen ohmschen Widerstand und mit
weiteren ohmschen Widerständen, insbesondere Leitungswiderständen
in einem Gesamtstromkreis. Außerdem bezieht sich die Erfindung
auf ein Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung und ein
Computerprogrammprodukt.
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Es
ist bekannt, dass eine Steuerung zur Ansteuerung eines Hochstromverbrauchers
einen Strom und/oder eine Spannung aufgrund von gewünschten
Anforderungen verändert.
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Zum
Starten einer Brennkraftmaschine mit einer Startvorrichtung mit
einem Start-Stopp-System ist es bekannt, eine elektronische Steuerung
der Startvorrichtung einzusetzen.
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Die
DE 10 2005 021 227
A1 beschreibt eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
in einem Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Steuervorrichtung,
bei der der Startermotor von einem Transistor von der Steuervorrichtung
direkt angesteuert wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung eine Steuervorrichtung, ein Verfahren
zum Betreiben derselben und ein Computerprogrammprodukt der eingangs
beschriebenen Art weiterzubilden, um eine Steuervorrichtung zur
standardisierten, definierten Ansteuerung des Hochstromverbrauchers
bei unterschiedlichen Fahrzeugplattformen sicherzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1,
3 und 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche
definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße Steuervorrichtung umfasst eine
Anpassungseinrichtung zur Anpassung an einen individuellen ohmschen
Gesamtwiderstand eines Stromkreises. Somit kann von der Steuervorrichtung,
insbesondere für unterschiedliche ohmsche Gesamtwiderstände
des Stromkreises oder auch für unterschiedliche Stromkreise,
die Bestromung eines Hochstromverbrauchers an den individuellen
ohmschen Gesamtwiderstand des Stromkreises angepasst werden, und
zwar insbesondere um den Hochstromverbraucher mit einem definierten
Strom zu beaufschlagen. Unterschiedliche Gesamtwiderstände sind
beispielweise durch unterschiedliche Kabelführungen mit
unterschiedlichen Kabellängen, Kabeldurchmessern oder auch
Kabelmaterialien bei unterschiedlichen Kraftfahrzeugplattformen
bedingt oder können auch durch einen Alterungs- oder Temperatureinfluss
verursacht werden, wobei sich insbesondere der innere Leitungswiderstand
in Abhängigkeit von der Temperatur verändert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung eine
Startersteuerung für einen Startermotor einer Brennkraftmaschine
in einem Kraftfahrzeug, wobei vorzugsweise eine Stromführung
zur Bestromung des Startermotors als Hochstromverbraucher durch
die Startersteuerung hindurch erfolgt, und zwar mit einer Batterie
als Stromquelle. Besonders auch bei Kraftfahrzeugen kann mit der
erfindungsgemäßen Steuervorrichtung die Bestromung
des Hochstromverbrauchers vorteilhaft gesteuert und ein Spannungseinbruch
im Bordnetz reduziert bzw. vermieden werden, insbesondere falls hohe
Einschalt- oder Anlaufströme das Bordnetz belasten, beispielsweise
bei einem Start-Stopp-Betrieb.
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Die
Anpassungseinrichtung kann mit einer elektronischen Schaltungsanordnung
aus analogen Bauelementen realisiert werden, beispielsweise mit einer
Konstantstromquelle in analoger Schaltungstechnik.
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Es
ist bevorzugt, dass die Steuervorrichtung, insbesondere die Anpassungseinrichtung,
eine Schaltungsanordnung mit digitalen Bauelementen umfasst, und
zwar insbesondere einen Mikrocomputer mit einem Speicher, beispielsweise
mit einem Programmspeicher mit Programmbefehlen. Mit digitaler Schaltungstechnik
lassen sich kostengünstig unterschiedliche Funktionen für
die Anpassung realisieren. Mit dem Mikrocomputer kann sich die Steuervorrichtung
mit geringem Aufwand an einen individuellen Gesamtwiderstand, insbesondere
auch von unterschiedlichen elektrischen Hochstromverbrauchern, anpassen.
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Vorzugsweise
wird der Strom bei der Bestromung des Hochstromverbrauchers gemessen
und ausgewertet. Durch die Messung des Stroms kann unmittelbar ein
Einfluss des individuellen ohmschen Gesamtwiderstandes berücksichtigt
werden.
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Dabei
ist bevorzugt, dass die Anpassungseinrichtung eine Strommessvorrichtung
zur Messung des Stroms, insbesondere des Stroms zur Bestromung des
Hochstromverbrauchers, umfasst, wobei die Strommessvorrichtung mit
dem Mikrocomputer zur Auswertung und entsprechenden Ansteuerung des
Hochstromverbrauchers in Kommunikation steht. Für die Anpassung
an einen individuellen ohmschen Gesamtwiderstand des Stromkreises
wird mit der Strommessung ein aktueller Zustand, insbesondere der
Gesamtwiderstand, des Stromkreises bestimmt, sodass der Hochstromverbraucher
entsprechend definiert angesteuert wird. So kann sich die Steuerung an
unterschiedliche Fahrzeugplattformen oder auch an einen sich beispielsweise
temperatur- oder alterungsbedingt ändernden Gesamtwiderstand
des Stromkreises anpassen.
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Vorzugsweise
umfasst die Strommessvorrichtung einen Analog-Digital-Wandler, um
den Strom durch eine Messung einer über einem Widerstand abfallenden
Spannung zu bestimmen, sodass eine kostengünstige und genaue
Messung und auch eine einfache Verarbeitung bei der erfindungsgemäßen Anpassung
mittels des Mikrocomputers ermöglicht wird.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform der Steuervorrichtung
weist zumindestens zwei parallel geschaltete Strompfade zur Bestromung
des Hochstromverbrauchers auf. Dabei sind die parallel geschalteten
Strompfade jeweils mit ei nem Leistungsschalter ausgebildet, um zu
bestromende Strompfade jeweils einzeln durch Einschalten des entsprechenden
Leistungsschalters zu bestromen. Dann kann ein insgesamt über
die Steuervorrichtung zur Bestromung abgegebener, beziehungsweise durch
die Steuervorrichtung zur Bestromung fließender Strom gesteuert
werden, indem gewisse, vorzugsweise, wie nachfolgend erläutert,
durch eine Bestromungsgruppe definierte, Strompfade von den parallel
geschalteten Strompfaden jeweils mit ihrem Leistungsschalter bestromt
werden, sodass sich die einzelnen Ströme der jeweils bestromten
Strompfade zu dem abgegebenen Strom addieren.
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Die
Bestromungsgruppe ist eine bloße Information, welche oder
wie viele der parallel geschalteten Strompfade zu bestromen sind.
Insbesondere kann die Bestromungsgruppe also auch Strompfade repräsentieren,
die momentan nicht bestromt sind, sondern erst zu einem späteren
Zeitpunkt bestromt werden sollen. Die Bestromungsgruppe kann auch alle
der parallel geschalteten Strompfade, insbesondere für
einen maximalen Gesamtstrom, oder auch keinen der zu bestromenden
Strompfade umfassen, um beispielsweise die Bestromung des Hochstromverbrauchers
zu unterbrechen, etwa für einen gepulsten Betrieb.
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Vorzugsweise
wird die Bestromungsgruppe von der Anpassungseinrichtung festgelegt,
und zwar insbesondere eigenständig durch den Mikrocomputer
der Steuervorrichtung, beispielsweise als eine Liste oder als eine
Anzahl. Die Bestromungsgruppe kann auch mit dem Mikrocomputer verändert
beziehungsweise angepasst werden und in dem Speicher gespeichert
werden, um beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt die
von der Bestromungsgruppe repräsentierten Strompfade zu
bestromen. Somit wird eine einfach zu realisierende Steuerung zur
Bestromung eines Hochstromverbrauchers ermöglicht, nämlich
nur durch Schalten der Leistungsschalter entsprechend der Bestromungsgruppe,
und zwar durch den Mikrocomputer gesteuert.
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Letztendlich
bestimmt der Widerstand des gesamten Stromkreises, der gegebenenfalls
auch die parallel geschalteten Strompfade umfasst, den Strom zur
Bestromung des Hochstromverbrauchers. Da die parallelen Strompfade
jeweils einen Leistungsschalter aufweisen, kann der innere Gesamtwiderstand
der Steuervorrichtung, also auch der resultierende Gesamtwiderstand
des Stromkreises, angepasst und so der Hochstromverbraucher definiert
angesteuert werden.
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Vorzugsweise
weist jeder der parallel geschalteten Strompfade eine Strombegrenzungsvorrichtung,
insbesondere einen ohmschen Widerstand, auf. So lässt sich
der Strom der Bestromung eines jeden der Strompfade einstellen,
zumindest jedoch das Verhältnis der Ströme von
mindestens zwei bestromten parallelen Strompfaden festlegen.
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Als
Strombegrenzungsvorrichtung werden kommerzielle Widerstände,
insbesondere mit einem metallischen Leiter, gewählt. Diese
sind in robusten, besonders für Kraftfahrzeuge geeigneten
oder auch kostengünstigen Ausführungen verfügbar.
Es können auch Leitungswiderstände der parallel
geschalteten Strompfade als Strombegrenzungsvorrichtung genutzt
werden, die insbesondere durch das Material, die Länge
und die Querschnittsfläche der Leitungen definiert sind,
und die günstig und einfach, beispielsweise als konventionelle
Kabel, realisierbar sind.
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Die
Leistungsschalter können auch als elektromagnetische Schalter,
beispielsweise als ein Kfz-Relais, ausgeführt sein. Es
ist jedoch bevorzugt, als Leistungsschalter elektronische Bauelemente
zu wählen, beispielsweise Transistoren, und zwar besonders
bevorzugt Feldeffekttransistoren. Solche Bauelemente lassen sich
einfach in der Steuervorrichtung integrieren und montieren und besitzen
eine hohe Lebensdauer, ein geringes Gewicht und eine geringe Größe.
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Im Übrigen
kann ein einzelner Leistungsschalter auch eine Mehrzahl von parallel
geschalteten Schaltern, also beispielsweise parallel geschaltete
Feldeffekttransistoren, umfassen, sodass der Strom zur Bestromung
eines Strompfades auch auf eine Mehrzahl von Einzelschaltern verteilt
wird, die jeweils geringere Ströme schalten, also kostengünstiger,
von höherer Lebensdauer oder auch von kleinerer Größe
sein können. Außerdem kann so ein einzelner Strompfad
mit einem Strom beaufschlagt werden, der größer
als ein maximaler, mit jeweils einem verfügbaren Feldeffekttransistor
schaltbarer, Strom ist.
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Die
Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt dadurch gelöst,
dass es in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen ladbar ist, um
alle Schritte eines der zuvor oder nachfolgend genannten Verfahren
auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung,
insbesondere dem Mikrocomputer, ausgeführt wird.
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Wie
zuvor genannt, lässt sich der Strom zur Bestromung des
Hochstromverbrauchers mittels der Strompfade durch die Steuervorrichtung
steuern, wobei sich vorzugsweise unterschiedliche Ströme
durch eine unterschiedliche Auswahl beziehungsweise Anzahl von zu
bestromenden Strompfaden, also unterschiedliche Bestromungsgruppen,
einstellen lassen. Dabei können unterschiedliche Strompfade
für unterschiedliche Ströme, beispielsweise durch
unterschiedliche ohmsche Widerstände als Strombegrenzungsvorrichtungen,
ausgelegt sein, also unterschiedliche Beiträge zu einem
Gesamtstrom liefern. Alternativ können auch unterschiedliche
Strompfade für jeweils gleiche Ströme, beispielsweise
durch gleiche ohmsche Widerstände als Strombegrenzungsvorrichtungen,
ausgelegt sein. Im letzten Fall kann der Gesamtstrom, also der Strom
zur Bestromung des Hochstromverbrauchers, einfach über
eine bloße Anzahl der jeweils bestromten Strompfade gesteuert werden.
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Ferner
können Pfad-Informationen über Eigenschaften der
Strompfade, insbesondere der Strombegrenzungsvorrichtungen, und
zwar vorzugsweise über die Werte der ohmschen Widerstände, von
der Anpassungseinrichtung in dem Speicher des Mikrocomputers gespeichert
werden, sodass der aus einer Bestromungsgruppe resultierende Strom
zur Bestromung des Hochstromverbrauchers durch den Mikrocomputer
berechenbar ist und durch Schalten entsprechender Leistungsschalter
definiert steuerbar ist.
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Es
ist bevorzugt, dass der Strom zur Bestromung des Hochstromverbrauchers
gesteuert wird, indem die Bestromungsgruppe geändert wird,
um letztendlich eine andere Kombination beziehungsweise eine andere
Auswahl der parallel geschalteten Strompfade zu bestromen.
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Bei Überschreiten
eines Stroms zur Bestromung des Hochstromverbrauchers über
einen Schwellenwert kann die Bestromungsgruppe so geändert
werden, dass der Gesamtwiderstand der durch die Bestromungsgruppe
repräsentierten Strompfade erhöht wird, also der
Strom verringert wird. Dementsprechend kann auch bei Unterschreiten
eines Stroms zur Bestromung des Hochstromverbrauchers unter einen,
vorzugsweise vom ersten Schwellenwert verschiedenen, Schwellenwert
die Bestromungsgruppe so geändert werden, dass der Gesamtwiderstand
der durch die Bestromungsgruppe repräsentierten Strompfade
verringert wird, also der Strom erhöht wird. Das kann realisiert
werden, indem die Anzahl der von der Bestromungsgruppe erfassten
Strompfade unverändert bleibt, insbesondere durch unterschiedliche
Strombegrenzungsvorrichtungen unterschiedlicher Strompfade.
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Vorzugsweise
wird jedoch bei Überschreiten eines Stroms zur Bestromung
des Hochstromverbrauchers über einen Schwellenwert die
Bestromungsgruppe verringert, also die Anzahl der von der Bestromungsgruppe
repräsentierten parallel geschalteten Strompfade reduziert,
und bei Unterschreiten des Stroms unter einen, vorzugsweise vom ersten
Schwellenwert verschiedenen, Schwellenwert die Bestromungsgruppe
vergrößert, also die Anzahl der von der Bestromungsgruppe
repräsentierten parallel geschalteten Strompfade vergrößert.
So wird der Strom gesteuert, indem einfach die Anzahl der zu bestromenden
Strompfade geändert wird. Dabei können die Strombegrenzungsvorrichtungen,
insbesondere die Widerstände, von zumindest zwei, vorzugsweise
von allen, parallel geschalteten Strompfaden im Wesentlichen gleich
sein, also insbesondere einen im Wesentlichen gleichen ohmschen
Widerstand aufweisen.
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Vorzugsweise
werden die durch die Bestromungsgruppe bestimmten Strompfade nur
gleichzeitig bestromt, also deren Leistungsschalter gleichzeitig
geschaltet. So kann eine Überlastung eines einzelnen Strompfades
vermieden werden. Auch ist so der Strom, insbesondere ein Einschalt-
oder Anlaufstrom, des Hochstromverbraucher mittels der Auswahl zu
jeder Zeit definiert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird, insbesondere mit der
Messvorrichtung, der Strom zur Bestromung des Hochstromverbrauchers, oder
auch ein Test- oder Prüfstrom, vor einer Arbeitsphase des
Hochstromverbrauchers gemessen, beispielsweise bei einem Anlaufen
einer, vorzugsweise unbelasteten, elektrischen Maschine, insbesondere des
Startermotors, und zwar vorzugsweise ohne Kopplung mit der Brennkraftmaschine.
Dabei ist bevorzugt, den Hochstromverbraucher vor der Arbeitsphase
kurzzeitig, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchstens
200 ms, 100 ms, 50 ms, 25 ms oder 15 ms, zu bestromen und insbesondere
ihn dabei auch anzudrehen. Somit lässt sich eine Stromaufnahme
bei geringer Belastung des Hochstromverbrauchers messen bei der
Auswertung auch der aktuelle, insbesondere alterungs- und temperaturbedingte,
Gesamtwiderstand des Stromkreises berücksichtigen. Dann
lässt sich die Steuervorrichtung mit der Anpassungseinrichtung
an diesen individuellen Gesamtwiderstand anpassen, um den Hochstromverbraucher
definiert anzusteuern, wobei vorzugsweise die Bestromungsgruppe
von der Anpassungseinrichtung, insbesondere mit dem Mikrocomputer, angepasst,
also geändert, wird.
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Gemäß einem
die Erfindung weiterbildenden Verfahren kann bei einer Änderung
der Bestromungsgruppe die geänderte Bestromungsgruppe von
der Anpassungseinrichtung gespeichert werden und der Hochstromverbraucher über
die durch die geänderte Bestromungsgruppe definierten Strompfade,
insbesondere auch zu einem späteren Zeitpunkt, vorzugsweise
bei der Arbeitsphase, bestromt werden.
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Insgesamt
kann also der Strom bei einer Bestromung des Hochstromverbrauchers über
Strompfade gemäß einer ersten Bestromungsgruppe
gemessen werden, zur Anpassung der Steuervorrichtung eine geänderte
Bestromungsgruppe bestimmt werden, die geänderte Bestromungsgruppe
gespeichert werden und der Hochstromverbraucher über die
durch die geänderte Bestromungsgruppe definierten, parallel
geschalteten Strompfade, bestromt werden. Vorzugsweise führt
die Anpassungseinrichtung diese Schritte selbsttätig aus
und steuert so selbstlernend den Strom.
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Es
ist bevorzugt, die Bestromung des Hochstromverbrauchers nach dem
zuvor genannten, kurzen Andrehen zur Strommessung zu unterbrechen und
erst nach einer kurzen Pause, die beispielsweise höchstens
500 ms, 300 ms oder 100 ms beträgt, den Hochstromverbraucher,
vorzugsweise nach der erfindungsgemäßen Anpassung,
definiert zu bestromen. So kann ein Spannungseinbruch, insbesondere
in einem batteriegespeisten Stromkreis in einem Kraftfahrzeug reduziert
werden.
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Bei
einem besonders bevorzugten Verfahren wird mit der Steuervorrichtung
der Startermotor einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug
betrieben, wobei die Steuervorrichtung parallel geschaltete Strompfade
mit jeweils einem Leistungsschalter und mit jeweils einer Strombegrenzungsvorrichtung
aufweist, und zwar indem der Startermotor vor der Arbeitsphase über
alle Strompfade bestromt wird, dabei der Anlaufstrom bei einem,
insbesondere dem kurzen, Andrehen des Startermotors gemessen wird, bei Überschreiten
des Anlaufstroms über einen Schwellenwert eine Bestromungsgruppe
von zu bestromenden Strompfaden um zumindest einen, vorzugsweise
genau einen, Strompfad reduziert wird und bei Unterschreiten des
Anlaufstroms unter einen, insbesondere weiteren, Schwellenwert die
Bestromungsgruppe zumindest einen, vorzugsweise genau einen, zu
bestromenden Strompfad erhöht wird, die Bestromungsgruppe
gespeichert wird und in der Arbeitsphase der Startermotor mit den
von der gespeicherten Bestromungsgruppe repräsentierten
Strompfaden bestromt wird. So kann der Stromkreis regelmäßig,
insbesondere auch vor jeder Arbeitsphase des Startermotors, überprüft
und für die Arbeitsphase der Gesamtwiderstand des Stromkreises
reduziert bzw. erhöht werden, beispielsweise um den maximalen
Anlaufstrom zu begrenzen bzw. die Antriebsleistung zu erhöhen.
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Dabei
ist besonders bevorzugt, dass die Steuervorrichtung zwei, vorzugsweise
drei, parallel geschaltete Strompfade mit jeweils einem Leistungsschalter,
insbesondere einem Feldeffekttransistor, und mit jeweils einer Strombegrenzungsvorrichtung, insbesondere
einem ohmschen Widerstand, aufweist und dass die zuvor genannte
verringerte Bestromungsgruppe nur einen der beiden, beziehungsweise
zwei der drei Strompfade umfasst. Zwei, beziehungsweise drei parallel
geschaltete Strompfade ermöglichen bei geringem Schaltungsaufwand
insgesamt drei, beziehungsweise sieben unterschiedliche Kombinationen
für eine Bestromung der Strompfade und dementsprechend
unterschiedliche Gesamtströme für eine definierte
Bestromung des Hochstromverbrauchers.
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Ferner
kann die Steuervorrichtung Bestandteil eines Starter-basierten Start-Stopp-Systems
für Brennkraftmaschinen in einem Kraftfahrzeug sein. Insbesondere
dabei, aber auch unabhängig davon, kann ein Startvorgang,
insbesondere ein Kaltstart, der Brennkraftmaschine durch eine maximale
Bestromung des Startermotors erfolgen, indem alle parallel geschalteten
Strompfade bestromt werden. Dabei kann, wie zuvor beschrieben, der
Anlaufstrom gemessen, eine geänderte Bestromungsgruppe
bestimmt und die geänderte Bestromungsgruppe von der Anpassungseinrichtung
gespeichert werden, sodass bei einem Startvorgang, insbesondere
bei einem nachfolgenden Warmstart, der Startermotor mit einem angepassten
Strom bestromt werden kann, indem die durch die gespeicherte, geänderte
Bestromungsgruppe bestimmten Strompfade bestromt werden. So kann
die Leistung des Startermotors der jeweiligen Situation, beispielsweise
einem Warm- bzw. Kaltstart, angepasst werden.
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Im Übrigen
kann, wie zuvor genannt, eine solche Steuervorrichtung auch vorteilhaft
in unterschiedlichen Kraftfahrzeugplattformen eingesetzt werden
und die Bestromung des Startermotors mittels der Anpassungseinrichtung
an unterschiedliche Stromführungen eigenständig
angepasst werden, sodass eine Modifikation der Steuervorrichtung
entsprechend der jeweiligen Kraftfahrzeugplattform entfällt
und sich die Steuervorrichtung selbstlernend anpasst.
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Ferner
kann bei Überschreiten des gemessenen Stroms zur Bestromung
des Hochstromverbrauchers über einen maximalen Strom die
Bestromung aller Strompfade durch Ausschalten aller Leistungsschalter
beendet werden. So lässt sich das Risiko einer Überlastung,
insbesondere des Hochstromverbrauchers, reduzieren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Stromkreises mit einer Startervorrichtung
von einem Kraftfahrzeug und
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2 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Betreiben der Steuervorrichtung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Die 1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Stromkreises 20 mit
einer Startervorrichtung von einem Kraftfahrzeug, der eine erfindungsgemäße
Steuervorrichtung 10, deren Betriebsverfahren in der 2 wiedergegeben
ist, und ei nen Starter 5 umfasst. Die Startervorrichtung
ist ein Starter-basiertes Start-Stopp-System zum Starten einer Brennkraftmaschine 9 mittels
eines Startermotors 22, und zwar indem ein Starterritzel 8 in
einen Zahnkranz 7 der Brennkraftmaschine 9 eingespurt
wird.
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Der
Stromkreis 20 weist in einer Reihenschaltung eine Batterie 21 mit
einem Innenwiderstand 24 von beispielsweise ca. 4 bis 6
mΩ, die Steuervorrichtung 10 mit einem Leitungswiderstand 14, drei
parallel geschaltete Strompfade 11 mit jeweils einem Widerstand 13, 13a, 13b als
Strombegrenzungsvorrichtung und mit jeweils einem Feldeffekttransistor 12, 12a, 12b als
Leistungsschalter, den Startermotor 22 mit einem Innenwiderstand 25 und zwei
Leitungswiderstände 28, 29 des Stromkreises 20,
die beispielsweise etwa 1 mΩ bis 2 mΩ bzw. 2,5 mΩ betragen,
auf. Ein Sicherheitsschalter 15 ist in Reihenschaltung
zu den parallel geschalteten Strompfaden 11 geschaltet,
um eine unerwünschte Bestromung des Startermotors 22 zu
verhindern.
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Der
Stromkreis 20 umfasst ferner ein Starterrelais 27,
das ein Schaltrelais 23 mit einem Schaltkontakt 23a zum
Bestromen des Startermotors 22 und ein Einspurrelais 6 zum
Einspuren des Starterritzels 8 umfasst. Dabei handelt es
sich um ein redundant geschaltetes Starterrelais 27, wobei
der Startermotor 22 also über den Schaltkontakt 23a des
Schaltrelais 23 oder auch über die Steuervorrichtung 10 bestrombar
ist.
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In
dem Stromkreis 20 sind insbesondere die Innenwiderstände 24, 25 und
die Leitungswiderstände 28, 29 temperatur-
und alterungsabhängig. Wie nachfolgend erläutert,
wird die Bestromung des Startermotors 22 über
die parallel geschalteten Strompfade 11 gesteuert, sodass
die Temperatur- und/oder Alterungseinflüsse, insbesondere
der Widerstände 14, 24, 25, 28, 29,
ausgeglichen werden.
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Die
parallel geschalteten Strompfade 11 können jeweils
einzeln oder auch in beliebigen Kombinationen von einer Anpassungseinrichtung 17 mittels der
Feldeffekttransistoren 12, 12a, 12b bestromt
werden, sodass die Steuervorrichtung 10 über den
resultierenden Gesamtwiderstand der eingeschalteten parallelen Strompfade 11 den
an den Startermotor 22 abgegebene Strom definiert ansteu ert.
Dabei beträgt der maximale Strom 750 A, der bei der Bestromung aller
parallel geschalteter Strompfade 11 erzielt wird.
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Die
Widerstände 13, 13a, 13b betragen
in diesem Ausführungsbeispiel bei 120°C ca. 17,7
mΩ, 10,9 mΩ beziehungsweise 8,7 mΩ, sodass
sich zusätzlich zu einem Zustand, bei dem alle parallel
geschalteten Strompfade 11 ausgeschaltet, also praktisch
nicht leitend beziehungsweise hochohmig sind, noch sieben weitere,
unterschiedliche Werte des Gesamtwiderstandes durch Kombinationen
der parallel geschalteten Widerstände 13, 13a, 13b zur
Stromsteuerung einstellen lassen. Der interne Leitungswiderstand 14 beträgt
etwa 1,5 mΩ.
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Die
Anpassungseinrichtung 17 zum Steuern der Leistungsschalter
weist einen Mikrocomputer 18 mit einem Speicher 19 und
einem Computerprogrammprodukt auf, welche für ein erfindungsgemäßes
Verfahren, das in der 2 näher beschrieben wird,
ausgebildet sind. Ferner weist die Steuervorrichtung 10 eine
Strommessvorrichtung 16 zum Messen des von der Batterie 21 durch
die Steuervorrichtung 10 an den Startermotor 22 abgegebenen
Stroms auf, der gerade der Summe der Ströme der jeweils bestromten,
parallel geschalteten Strompfade 11 entspricht. Der Strom
wird dabei mit der Strommessvorrichtung 16 aus der über
den parallel geschalteten Strompfaden 11 abfallenden Spannung
bestimmt, sodass die Widerstände 13, 13a, 13b als
Shunt dienen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
auch der Strom mittels des Widerstands 14 oder auch eines
zusätzlichen, in Reihe geschalteten, Widerstands gemessen
werden.
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Die 2 beschreibt
schematisch ein Verfahren 30 zum Betreiben der Steuervorrichtung 10. Wie
zuvor genannt, beschreibt dieses Ausführungsbeispiel ein
Starter-basiertes Start-Stopp-System. Die 2 zeigt
somit ein bei jedem Startvorgang wiederholtes Betriebsverfahren
der Steuervorrichtung 10. Dabei lässt sich ein
sogenannter Kaltstart, also ein Start der Brennkraftmaschine 9 nach
einer längeren Ruhepause, die insbesondere zu einer Temperaturabsenkung
deutlich unter die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 9 führt,
und ein Warmstart, der nach nur einer kurzfristigen Unterbrechung
des Betriebs der Brennkraftmaschine 9 erfolgt, unterscheiden.
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Der
Beginn 31 eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine 9 wird
beispielsweise bei einem Kaltstart durch eine Betätigung
eines Zündschalters oder bei einem Warmstart durch eine
Betätigung eines Gaspedals oder auch durch ein Loslassen
eines Bremspedals veranlasst.
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In
einem Schritt 32 wird eine gespeicherte Bestromungsgruppe
von zu bestromenden Strompfaden 11 aus dem Speicher 19 der
Anpassungseinrichtung 17 abgerufen wird. Die Bestromungsgruppe ist
also eine Information, welche der parallelen Strompfade 11 bestromt
werden sollen. Vorzugsweise wird bei einem Kaltstart in dem Schritt 32 eine
Bestromungsgruppe, die alle drei Strompfade 11 umfasst,
aus dem Speicher 19 abgerufen, um den Gesamtwiderstand
der parallelen Strompfade 11 möglichst gering
und somit die Bestromung, also Leistung des Startermotors 22 möglichst
hoch zu wählen.
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Anschließend
werden in einem Schritt 33 die Leistungsschalter, nämlich
die Feldeffekttransistoren 12, 12a, 12b,
der von der Bestromungsgruppe repräsentierten Strompfade
für eine Bestromung des Startermotors 22 eingeschaltet.
Durch die Bestromung wird in einem Schritt 34 der Startermotor 22 etwa
15 ms angedreht, dabei in einem Schritt 35 ein Anlaufstrom,
also der Strom beim Andrehen des Startermotors 22, gemessen
und in einem Schritt 36 alle Leistungsschalter ausgeschaltet.
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In
einem Schritt 37 wird geprüft, ob der gemessene
Anlaufstrom einen oberen Schwellenwert überschreitet. Falls
dies der Fall ist, wird in einem Schritt 42 eine neue Bestromungsgruppe
für einen vergrößerten Gesamtwiderstand
der zu bestromenden Strompfade 11 bestimmt, indem die Bestromungsgruppe
um einen Strompfad reduziert wird. Die neue Bestromungsgruppe wird
in einem Schritt 44 von dem Mikrocomputer 18 der
Anpassungseinrichtung 17 in dem Speicher 19 gespeichert.
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Andernfalls
wird in einem Schritt 38 geprüft, ob der Anlaufstrom
einen unteren Schwellenwert unterschreitet. Falls das zutrifft,
wird in einem Schritt 43 eine neue Bestromungsgruppe für
einen verringerten Gesamtwiderstand der zu bestromenden Strompfade 11 bestimmt,
indem die Bestromungsgruppe um einen Strompfad vergrößert
wird. Die neue Bestromungsgruppe wird in dem Schritt 44 von
der Anpassungseinrichtung 17 in dem Speicher 19 gespeichert.
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Daraufhin
wird in einer Arbeitsphase 39 der Startermotor 22 über
die parallel geschalteten Strompfade 11 bestromt, und zwar
nur über diejenigen Strompfade 11, welche von
der, gegebenenfalls in den Schritten 42 oder 43 geänderten,
Bestromungsgruppe repräsentiert werden, um die Brennkraftmaschine 9 zu
starten.
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Ist
die Brennkraftmaschine 9 gestartet, werden in einem Schritt 40 die
Leistungsschalter 12, 12a, 12b ausgeschaltet,
um die Bestromung des Startermotors 22 zu beenden und den
Startvorgang in einem Schritt 41 abzuschließen.
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Die
Steuervorrichtung 10 kann sich selbstlernend an dauerhafte
und/oder langfristige Änderungen des Stromkreises 20 anpassen,
indem bei Unter- beziehungsweise Überschreiten des Stroms über
beziehungsweise unter gewisse Schwellenwerte die Bestromungsgruppe
angepasst und dauerhaft und/oder langfristig gespeichert wird. So
können beispielsweise Alterungs- oder Temperatureffekte
ausgeglichen werden oder auch die Steuerung 10 in unterschiedlichen
Stromkreisen 20, beispielsweise bei unterschiedlichen Kraftfahrzeugplattformen,
eingesetzt werden, wobei sie sich bei der ersten Inbetriebnahme
selbstlernend für den jeweiligen Stromkreis 20 einstellt,
indem eine geeignete Bestromungsgruppe für nachfolgende
Bestromungen des Startermotors 22 ermittelt und gespeichert
wird.
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Bei
einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
weist die Steuervorrichtung 10 nur zwei parallel geschaltete
Strompfade 11 auf. So lässt sich der Anlaufstrom
des Startermotors 22 in drei Stufen steuern. Eine solche
Steuervorrichtung ist ressourcenschonender und kostengünstiger
herzustellen.
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Ein
weiteres, nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von den zuvor genannten dadurch, dass die Steuervorrichtung 10 außerdem
eine Temperatur der Brennkraftmaschine 9 erfasst und, falls
die Temperatur einen gewissen Schwellenwert unterschreitet, die
Bestromungsgruppe so ändert, dass der Gesamtwiderstand
der zu bestromenden Strompfade 11 verringert wird oder
auch die Bestromungsgruppe so definiert, dass alle parallel geschalteten
Strompfade 11 bestromt werden, um einen maximalen Strom
einzustellen.
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Weitere,
nicht dargestellte, Ausführungsbeispiele unterscheiden
sich von den zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen
im Hochstromverbraucher, sodass anstatt des Startermotors 22 ein
Widerstandsheizelement, beispielsweise von einer Sitzheizung, einer
Heck- oder Frontscheibenheizung, oder auch ein elektrischer Motorantrieb,
beispielsweise für eine Fahrzeugtür oder eine
Fahrzeugseitenscheibe, von der erfindungsgemäßen
Steuervorrichtung 11 bestromt werden.
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Weitere,
nicht dargestellte, Ausführungsbeispiele unterscheiden
sich von den zuvor dargestellten dadurch, dass die Strombegrenzungsvorrichtungen,
also die Widerstände 13, 13a, 13b der
parallel geschalteten Strompfade 11, alle einen im Wesentlichen
gleichen Wert aufweisen. Dann erfolgt die Stromsteuerung unmittelbar
durch die Anzahl der bestromten Strompfade 11, sodass die
Bestromungsgruppe eine Information in Form einer vorzugsweise ganzen
Zahl darstellt, die erhöht wird, um den Strom zur Bestromung
des Startermotors 22 zu erhöhen und verringert
wird, um den Strom zu reduzieren. Alle Figuren zeigen lediglich
schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen
wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für
die Erfindung als Wesentlich verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005021227
A1 [0004]