DE102009045352A1

DE102009045352A1 - Steuerung für eine Hochstromvorrichtung, Verfahren zum Betreiben und zur Herstellung der Steuerung

Info

Publication number: DE102009045352A1
Application number: DE200910045352
Authority: DE
Inventors: Achim Herzog
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2011-04-14

Abstract

Es wird eine Steuerung (1) für eine Hochstromvorrichtung (2), insbesondere für eine Startvorrichtung (2) einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steuerung (1) mit einem Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) zur Bestromung der Hochstromvorrichtung (2) ausgebildet ist, beschrieben. Um seine Genauigkeit zu verbessern, wird die Steuerung (1) mit einer Stromauswerteeinrichtung (6) zur Auswertung der Bestromung über den Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) ausgebildet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht auf eine Steuerung für eine Hochstromvorrichtung, insbesondere für eine Startvorrichtung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steuerung mit einem Strompfad zur Bestromung der Hochstromvorrichtung ausgebildet ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung der Steuerung, auf ein Verfahren zum Betreiben der Steuerung sowie auf ein Computerprogrammprodukt.
Es sind Steuerungen für Hochstromvorrichtungen bekannt, die mit einem Strompfad zur Bestromung der Hochstromvorrichtungen ausgebildet sind. Eine solche Hochstromvorrichtung kann insbesondere eine elektrische Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug sein.
Die DE 10 2005 021 227 A1 beschreibt eine Steuerung mit einem Strompfad zur Bestromung einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die Startvorrichtung von der Steuerung gezielt angesteuert wird, und zwar indem die Bestromung gesteuert wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung, ein Verfahren zur Herstellung der Steuerung, ein Verfahren zum Betreiben der Steuerung und ein Computerprogrammprodukt der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine Genauigkeit bei der Bestromung der Hochstromvorrichtung über einen großen Betriebsbereich möglichst einfach verbessert wird.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 8, 12 und 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Es ist ein Gedanke der Erfindung, eine Steuerung für eine Hochstromvorrichtung mit einer Stromauswerteeinrichtung zur Auswertung der Bestromung der Hochstromvorrichtung über den Strompfad auszubilden ist. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung der Steuerung dadurch gelöst, dass die Steuerung mit der Stromauswerteeinrichtung zur Auswertung der Bestromung über den Strompfad ausgebildet wird. Ferner wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Betreiben der Steuerung gelöst, bei dem mit der Stromauswerteeinrichtung die Bestromung der Hochstromvorrichtung über den Strompfad ausgewertet wird. Durch die Auswertung der Bestromung, beziehungsweise mit der Stromauswerteeinrichtung, lässt sich eine Information über die tatsächliche Bestromung ermitteln und somit die Zuverlässigkeit der Steuerung, insbesondere auch die Genauigkeit der Bestromung, verbessern. So kann mit der Stromauswerteeinrichtung beispielsweise ausgewertet werden, ob tatsächlich eine Bestromung erfolgt, bei welcher Stromstärke oder auch mit welchem zeitlichen Verlauf die Bestromung erfolgt. Ferner kann die Genauigkeit der Bestromung verbessert werden, indem ein Ist-Zustand der Bestromung mit der Stromauswerteeinrichtung ausgewertet wird, sodass beispielsweise Fertigungstoleranzen der Hochstromvorichtung und/oder der Steuerung, oder auch äußere Einflüsse wie Temperatur- und Alterungseffekte berücksichtigbar sind. Die genaue Ansteuerung der Startvorrichtung ist für einen Start-Stopp-Betrieb, insbesondere zum hochgenauen Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz einer auslaufenden Brennkraftmaschine wichtig, und außerdem um Spannungseinbrüche zu vermeiden.
Es deshalb bevorzugt, dass die Steuerung für eine Startvorrichtung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist, wobei insbesondere die Startvorrichtung ein Bestandteil eines starterbasierten Start-Stopp-Systems sein kann. Dementsprechend sind auch die zuvor und nachfolgend genannten Verfahren vorzugsweise auf eine solche Steuerung für eine Startvorrichtung als Hochstromvorrichtung bezogen. Mit einem Start-Stopp-System kann die Brennkraftmaschine mit der Steuerung in geeignetem Betriebsphasen des Kraftfahrzeugs gestoppt und auch wieder gestartet werden, beispielsweise um einen Kraftstoffverbrauch oder CO₂-Emissionen zu reduzieren. Zum Starten der Brennkraftmaschine wird eine hohe Leistung der Startvorrichtung benötigt, die durch eine entsprechend hohe Bestromung erzielt wird. Allerdings resultiert daraus beim Starten ein Spannungseinbruch eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs und ein ordnungsgemäßer Betrieb weiterer Bordnetzverbraucher ist, insbesondere bei einem Warmstart, gefährdet. Folglich lassen sich durch eine genauere Bestromung der Startvorrichtung der Spannungseinbruch des Bordnetzes genauer steuern, insbesondere verringern, und die Bordnetzverbraucher sicher betreiben.
Dabei ist bevorzugt, dass die Startvorrichtung redundant bestrombar ist, beispielsweise indem ein Startermotor der Startvorrichtung außer über den Strompfad der Steuerung auch über ein Starterrelais, insbesondere außerhalb der Steuerung, bestrombar ist. So lässt sich die Startvorrichtung über den Strompfad der Steuerung definiert Bestromen oder auch über das Starterrelais mit einer maximalen Bestromung, beispielsweise bei einem Kaltstart, betreiben.
Der Strompfad ist vorzugsweise mit einem Widerstandselement ausgebildet. Das Widerstandselement umfasst einen Widerstandswert, zu weiteren Widerstandswerten insbesondere in Reihenschaltung. Mit dem Widerstandselement Lässt sich die Bestromung der Hochstromvorrichtung begrenzen, also eine definierte Stromstärke einstellen, sodass die Genauigkeit bei der Bestromung verbessert wird. Ferner kann ein unerwünscht hoher Stromfluss, beispielsweise beim Einschalten der Hochstromvorrichtung, durch das Widerstandselement verhindert werden, indem es als Vorwiderstand ausgebildet ist.
Um die Genauigkeit bei der Bestromung zu verbessern, kann die Stromauswerteeinrichtung eine Spannungsmesseinrichtung und eine Berechnungseinrichtung umfassen. So lässt sich eine über dem Widerstandswert, insbesondere auch über dem zuvor genannten Widerstandselement, abfallende Spannung mit der Spannungsmesseinrichtung messen und mit der Berechnungseinrichtung die Bestromung aus dem Widerstandswert und der Spannung berechnen. Die Spannungsmesseinrichtung ist kostengünstig und von hoher Präzision realisierbar, beispielsweise mit einem Analog-Digital(AD)-Wandler, sodass auch die Stromauswerteeinrichtung kostengünstig herstellbar ist und die Bestromung mit hoher Genauigkeit auswertbar ist.
Das Widerstandselement kann also die Funktion eines Vorwiderstandes für eine Strombegrenzung bei der Bestromung der Hochstromvorrichtung aufweisen. Zusätzlich, aber auch unabhängig davon, kann das Widerstandselement als ein Shunt genutzt werden, der, in Reihenschaltung in dem Strompfad angeordnet, die Bestimmung der Stromstärke mittels einer Spannungsmessung mit der Spannungsmesseinrichtung ermöglicht. Vorzugsweise wird das Widerstandselement sowohl als Vorwiderstand als auch als Shunt betrieben, sodass die Steuerung kostengünstig und mit reduziertem Bauteilaufwand realisierbar ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Strompfad der Steuerung, also auch die Steuerung selbst, mit zumindest zwei, vorzugsweise drei, parallel geschalteten Strompfaden, vorzugsweise mit jeweils einem solchen Widerstandselement, ausgebildet, wobei ferner die parallelen Strompfade über jeweils eine Schaltvorrichtung ein- und ausschaltbar sein können. Dann kann die Stromstärke bei der Bestromung der Hochstromvorrichtung durch einfaches Schalten der Schaltvorrichtungen, also durch eine geeignete Auswahl von zu bestromenden Strompfaden der parallel geschalteten Strompfade, gesteuert werden und die Genauigkeit der Bestromung verbessert werden. Außerdem lässt sich eine Strombelastung des Widerstandselements bei der Bestromung der Hochstromvorrichtung reduzieren, indem die Bestromung auf mehrere parallel geschaltete Strompfade verteilt wird. Die zuvor und nachfolgend bezüglich eines Strompfades beschriebenen Merkmale sind insbesondere auch als Merkmale zumindest eines, insbesondere aller, der parallel geschalteten Strompfade zu verstehen. Im Übrigen kann eine solche Schaltvorrichtung als ein Schaltrelais oder auch als ein Hochleistungs-FET ausgebildet sein und ist vorzugsweise ein Bestandteil der Steuerung.
Bei einer Mehrzahl parallel geschalteter Strompfade mit jeweils einem Widerstandselement kann die Genauigkeit bei der Bestromung der Hochstromvorrichtung verbessert werden, indem mit einer oder auch einer Mehrzahl von Spannungsmesseinrichtungen, die jeweils über entsprechenden Widerstandswerten abfallenden Spannungen gemessen und mit vorzugsweise einer, möglicherweise auch einer Mehrzahl, von Berechnungseinrichtungen die jeweiligen Bestromungen der Strompfade aus den Widerstandswerten und den Spannungen berechnet werden, um so einen Gesamtstrom, insbesondere als Summe der Bestromungen der parallel geschalteten Strompfade, nach der Formel I = U/R auszuwerten.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform Vorzugsweise umfasst der Widerstandswert einen Innenwiderstand des Widerstandselements, einen Leitungswiderstand von zumindest einer Anschlussleitung des Widerstandselements und/oder auch einen Kontaktwiderstand zumindest einer elektrischen Kontaktierung zwischen dem Widerstandselement und einer Anschlussleitung. Dadurch lassen sich der Innenwiderstand, der bei herkömmlichen Widerstandselementen als eine charakteristische Größe des jeweiligen Bauteils angegeben wird, und außerdem noch Widerstände, die durch eine konkrete bauliche Realisierung der Steuerung bedingt sind, nämlich beispielsweise Leitungswiderstände und Kontaktwiderstände, berücksichtigen und so die Genauigkeit bei der Bestromung verbessern. Der Widerstandswert ist also vorzugsweise durch einen Ersatzwiderstand der konkreten baulichen Realisierung bestimmt, der insbesondere den Innenwiderstand, den Leitungswiderstand und den Kontaktwiderstand umfasst. Der Kontaktwiderstand ist beispielsweise ein Widerstand, der bei einer Bondverbindung auftritt.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Steuerung kann das Widerstandselement in einer Reihenschaltung in dem Strompfad angeordnet werden, und zwar vorzugsweise indem das Widerstandselement beidseitig jeweils mit einer Anschlussleitung in dem Strompfad kontaktiert wird. Dann fließt bei einer Bestromung des Strompfads der gesamte Strom auch über das Widerstandselement und es lässt sich die Bestromung durch eine Spannungsmessung der über dem Widerstandselement abfallenden Spannung genau auswerten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Widerstandselement mit genau zwei Anschlussleitungen ausgebildet. Dadurch lässt sich das Widerstandselement kostengünstig, nämlich ohne Sense-Abgriffe, ausbilden. Bei einer Reihenschaltung des Widerstandselements in dem Stromkreis ist ein solches Widerstandselement als Shunt ohne aufwendige Vierleitertechnik nutzbar. Im Übrigen umfasst dabei der Widerstandswert außer dem Innenwiderstand zwei Leitungswiderstände, nämlich die der beiden Anschlussleitungen, und einen Kontaktwiderstand, der die beiden Kontaktierungen des Widerstandselements an den Anschlussleitungen berücksichtigt.
Die Genauigkeit der Bestromung kann erhöht werden, indem der Widerstandswert als ein kalibrierter Wert ausgebildet ist, wobei der Widerstandswert vorzugsweise durch eine Kalibration mit einem definierten Prüfstrom innerhalb des Strompfads der Steuerung, also insbesondere in bereits eingebautem Zustand des Widerstandselements in der Steuerung, ermittelbar ist. Der Widerstandswert kann also bei dem Verfahren zur Herstellung der Steuerung kalibriert werden, und zwar vorzugsweise in dem Strompfad. Dabei ist bevorzugt, dass der Strompfad mit einem definierten Prüfstrom beaufschlagt wird, eine über dem zu kalibrierenden Widerstandswert abfallende Spannung gemessen wird und der kalibrierte Widerstandswert aus dem definierten Prüfstrom und der gemessenen Spannung berechnet wird. So lassen sich beispielsweise Bauteiltoleranzen des Widerstandselements oder der Anschlussleitungen oder auch Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Steuerung, beispielsweise bei der Kontaktierung mit den Anschlussleitungen, berücksichtigten, um die Genauigkeit bei der Auswertung der Bestromung zu verbessern.
Um die Steuerung kostengünstig zu realisieren, kann die Steuerung, insbesondere auch die Berechnungseinrichtung, einen Mikrocomputer mit einem Speicher aufweisen. Mit dem Mikrocomputer lässt sich eine flexible Steuerung mit geringen Bauteilkosten realisieren, die einfach an unterschiedliche Hochstromvorrichtungen anpassbar ist.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das in einen Programmspeicher eines Mikrocomputers mit Programmbefehlen ladbar ist, um die Schritte eines der zuvor oder nachfolgend genannten Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in einer solchen, zuvor oder nachfolgend beschriebenen, Steuerung ausgeführt wird. Vorteil eines Computerprogrammprodukts ist, dass variable Werte typabhängig oder zustandsabhängig sowie empirisch ermittelte Werte, insbesondere der Widerstandswert, einfach eingesetzt werden können. Somit ist durch ein kostengünstiges Design der Steuerung eine einfache und genaue Auswertung der Bestromung möglich.
Im Übrigen ist bevorzugt, dass der Widerstandswert, insbesondere der kalibrierte Widerstandswert, in dem Speicher gespeichert ist, wobei er vorzugsweise bei dem Verfahren zur Herstellung der Steuerung in dem Speicher gespeichert wird.
Dann kann bei dem Verfahren zum Betreiben der Steuerung der Widerstandswert, insbesondere von der Berechnungseinrichtung, aus dem Speicher des Mikrocomputers ausgelesen werden, beispielsweise um die Stromstärke bei der Bestromung der Hochstromvorrichtung aus dem Widerstandswert und der über dem Widerstandswert abfallenden Spannung in dem Mikrocomputer zu berechnen. So lässt sich die Bestromung mit geringem Aufwand genau auswerten.
Die Spannungsmesseinrichtung kann zwei Spannungsteiler gegen ein gemeinsames Potenzial, insbesondere gegen Masse, umfassen, wobei die Spannungsteiler in einer Schaltungsanordnung beidseitig des Widerstandselements angeordnet sind, und zwar so, dass bei dem Verfahren zum Betreiben der Steuerung oder auch beim Verfahren zur Herstellung der Steuerung, insbesondere beim Kalibrieren, eine zumindest über dem Widerstandselement abfallende Spannung abgegriffen wird. Dadurch lässt sich das Widerstandselement als Shunt für eine Strommessung nutzen, wobei die abfallende Spannung mittels der Spannungsteiler skaliert wird, und zwar insbesondere auf einen geeigneten Eingangsspannungsbereich eines Spannungssensors. So lässt sich die Stromauswerteeinrichtung, insbesondere die Spannungsmesseinrichtung, mit einem herkömmlichen, kostengünstigen Spannungssensor realisieren. Ein solcher Spannungssensor kann ein AD-Wandler sein, wobei der AD-Wandler in der Schaltungsanordnung jeweils mit einer Teilspannung der Spannungsteiler verbunden ist. AD-Wandler sind als kostengünstige Bauelemente verfügbar und ermöglichen eine präzise Spannungsmessung für eine hohe Genauigkeit der Stromauswerteeinrichtung.
Vorzugsweise ist die Berechnungseinrichtung für eine Korrektur des Widerstandswertes in Abhängigkeit von der Temperatur ausgebildet. Ferner kann die Steuerung eine Temperaturerfassungseinrichtung für eine Temperatur der Steuerung, insbesondere des Widerstandselements und/oder einer Anschlussleitung des Widerstandselements, aufweisen.
Im Übrigen lässt sich bei einem Verfahren zum Betreiben der Steuerung mit einer, insbesondere der genannten, Temperaturerfassungseinrichtung eine Temperatur der Steuerung, insbesondere des Widerstandselements und/oder der Anschlussleitung des Widerstandselements, erfassen und, insbesondere mit der Berechnungseinrichtung, der Widerstandswert in Abhängigkeit von der Temperatur korrigieren, um die Genauigkeit bei der Berechnung der Bestromung zu verbessern.
Vorzugsweise ist eine Information über eine Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes in dem Speicher gespeichert, wobei vorzugsweise die Information bei dem Verfahren zur Herstellung der Steuerung in dem Speicher gespeichert wird. Dabei kann die Information eine Temperaturabhängigkeit des Innenwiderstands, des Kontaktwiderstandes und/oder des Leitungswiderstands umfassen, wobei insbesondere auch nur eine Information über einen oder eine Auswahl dieser Widerstände, insbesondere des Leitungswiderstandes, gespeichert wenden kann, da diese unterschiedlich stark von einer Temperatur abhängig sein können, sodass beispielsweise die Temperaturabhängigkeit des Innenwiderstands aufgrund geeigneter Materialwahl vernachlässigbar klein gegenüber der Temperaturabhängigkeit des Leitungswiderstandes sein kann.
Im Übrigen kann bei dem Verfahren zum Betreiben der Steuerung die Temperaturinformation aus dem Speicher ausgelesen wenden und der Widerstandswert entsprechend der Temperatur der Steuerung korrigiert werden. So lässt sich ein Temperatureinfluss auf den Widerstandswert berücksichtigen und die Genauigkeit bei der Bestromung der Hochstromvorrichtung verbessern.
Die Information über die Temperaturabhängigkeit kann ein Temperaturkoeffizient sein, sodass beim Verfahren zum Betreiben der Steuerung eine Temperaturkompensation realisierbar ist, indem ein temperaturkompensierter Widerstandswert berechnet wird, und zwar insbesondere aus einer erfassten Temperatur, dem Temperaturkoeffizienten und einem Widerstandwert bei einer bekannten Temperatur. Vorzugsweise beschreibt der Temperaturkoeffizient eine lineare Abhängigkeit des Widerstandswertes von der Temperatur, sodass der Widerstandswert von der Berechnungseinrichtung mit dem Temperaturkoeffizient und der erfassten Temperatur einfach multipliziert werden kann. Somit lässt sich die Genauigkeit der Bestromung, also insbesondere der Auswertung der Bestromung, erhöhen, und zwar vorzugsweise zusätzlich zu der durch die Kalibration verbesserten Genauigkeit.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schaltplan einer Steuerung,
2 einen Schaltplan einer Stromauswerteeinrichtung der Steuerung,
3 ein Flussdiagramm mit Schritten eines Verfahrens zur Herstellung der Steuerung und
4 ein Flussdiagramm mit Schritten eines Verfahrens zum Betreiben der Steuerung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt einen Schaltplan einer Steuerung 1 für eine Startvorrichtung 2 für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einem Strompfad 3 zur Bestromung der Startvorrichtung 2. Der Strompfad 3 ist mit drei parallel geschalteten Strompfaden 3a, 3b, 3c ausgebildet, die jeweils in einer Reihenschaltung ein Widerstandselement 4a, 4b, 4c und eine Schalteinrichtung 5a, 5b, 5c aufweisen, sodass jeder der parallel geschalteten Strompfade 3a, 3b, 3c jeweils durch Schalten der Schalteinrichtung 5a, 5b, 5c bestrombar ist. So lässt sich durch eine geeignete Auswahl bei der Bestromung der parallel geschalteten Strompfade 3a, 3b, 3c insgesamt die Bestromung der Startvorrichtung 2 über den Strompfad 3 definiert steuern. Dabei ist also jeder der parallel geschalteten Strompfade 3a, 3b, 3c der Steuerung 1 jeweils zur Bestromung der Startvorrichtung 2 ausgebildet, wobei jeder der Widerstandselemente 4a, 4b, 4c als Vorwiderstand der Startvorrichtung 2 dient.
Ferner ist die Steuerung 1 mit einer Stromauswerteeinrichtung 6 zur Auswertung der Bestromung der Startvorrichtung 2, die in der 2 näher beschrieben wird, ausgebildet, und zwar insbesondere für eine Bestimmung einer tatsächlichen Stromstärke über den Strompfad 3 beziehungsweise über die parallel geschalteten Strompfade 3a, 3b, 3c.
Die Startvorrichtung 2 umfasst im Wesentlichen einen Startermotor 2a, der mechanisch mit der Brennkraftmaschine koppelbar ist, um diese zu starten. Dabei wird der Startermotor 2a von einem Starterrelais angesteuert, das eine Einspurwicklung 2b zum Einspuren eines nicht dargestellten Starterritzels in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine für die genannte Kopplung und ein Schaltrelais 2c für eine maximale Bestromung des Startermotors 2a parallel zu dem Strompfad 3 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Startermotor 2a also sowohl über der Schaltrelais 2c als auch über den Strompfad 3 der Steuerung 1 aus einer Batterie 7 in einem Bordnetz 8 redundant bestrombar.
Im Übrigen ist das Kraftfahrzeug mit einem Start-Stopp-System für einen Start-Stopp-Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ausgebildet, wobei die Brennkraftmaschine in geeigneten Betriebsphasen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei einem kurzen Halt an einer roten Ampel, gestoppt wird, um einen Kraftstoffverbrauch und CO₂-Emissionen zu reduzieren, und für eine Weiterfahrt mittels der Startvorrichtung 2 wieder gestartet wird. Zum Starten der Brennkraftmaschine, insbesondere beim Einschalten der Startvorrichtung 2, wird eine hohe elektrische Leistung benötigt, die zu einem Spannungseinbruch auf dem Bordnetz 8 führt, der insbesondere bei einem Warmstart, bei dem nicht dargestellte Bordnetzverbraucher eingeschaltet sind, problematisch ist. Um also besonders einen Einschaltstrom der Startvorrichtung 2, insbesondere des Startermotors 2a, zu reduzieren, wird die Startvorrichtung 2 vorzugsweise über den Strompfad 3 der Steuerung 1 mit den Widerstandselementen 4a, 4b, 4c als Vorwiderstände definiert bestromt und beispielsweise nach der Reduzierung des Einschaltstroms oder auch bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine von Beginn an für eine maximale Leistung mittels des Schaltrelais 2c maximal bestromt. So lässt sich also auch ein Spannungseinbruch auf dem Bordnetz 8 reduzieren.
Die 2 zeigt einen Schaltplan der Stromauswerteeinrichtung 6, bei dem exemplarisch nur einer der drei parallel geschalteten Strompfade 3a, 3b, 3c mit einem der Widerstandselemente 4a, 4b, 4c dargestellt ist, nämlich der Strompfad 3a mit dem Widerstandselement 4a. Die nachfolgenden Merkmale treffen also analog auf die übrigen Strompfade 3b, 3c und Widerstandselemente 4b, 4c zu, die insbesondere bezüglich der weiteren, nachfolgend genannten, Komponenten, beispielsweise AD-Wandler, Spannungsteiler, Widerstände und Widerstandswerte, analog ausgebildet sind.
Die Stromauswerteeinrichtung 6 weist eine Berechnungseinrichtung und pro Strompfad 3a, 3b, 3c jeweils eine Spannungsmesseinrichtung auf, wobei die Spannungsmesseinrichtung im Wesentlichen jeweils einen AD-Wandler 25 und zwei Spannungsteiler 24a, 24b und die Berechnungseinrichtung im Wesentlichen einen Mikrocomputer 9 und einen Speicher 10 umfasst. Zur besseren Übersicht sind also nur der AD-Wandler 25 und die Spannungsteiler 24a, 24b für den Strompfad 3a dargestellt. Dabei umfassen die Spannungsteiler 24a, 24b jeweils eine Reihenschaltung zweier Widerstände R₁₁, R₁₂, und R₂₁, R₂₂ und sind auf gemeinsames Bezugspotential, nämlich Masse, geschaltet.
Der Schaltplan zeigt ferner ein Ersatzschaltbild des Widerstandselements 4a, nämlich eine Reihenschaltung eines Innenwiderstands R des Widerstandselements 4a, zweier Leitungswiderstände R_C1, R_C2 von Anschlussleitungen aus Kupfer und eines Kontaktwiderstands R_B der beiden Kontaktierungen des Widerstandselements 4a mit den Anschlussleitungen, berücksichtigt, das insgesamt einen Widerstandswert R_kal umfasst.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Widerstandselement 4a sowohl als Vorwiderstand zur Strombegrenzung bei der Bestromung der Startvorrichtung 2 als auch als Messwiderstand, nämlich als sogenannter Shunt, zur Auswertung der Bestromung ausgebildet. Eine über dem Widerstandselement 4a abfallende Spannung ΔU wird mittels der beiden Spannungsteiler 24a, 24b jeweils beidseitig des Widerstandselements 4a abgegriffen, und zwar an einer Stelle des Strompfads 3a außerhalb des Widerstandselements 4a, also insbesondere nicht in einer Vierleiterschaltung über sogenannte Sense-Abgriffe, sodass die abfallende Spannung ΔU also sowohl durch den Innenwiderstand R des Widerstandselements 4a, die Leitungswiderstände R_C1, R_C2 und den Kontaktwiderstand R_B bestimmt ist. Die abfallende Spannung ΔU ist dabei durch die Differenz der Spannungen U₁, U₂ bestimmt, die an den Abgriffspunkten der Spannungsteiler 24a, 24b beidseitig des Widerstandselements 4a anliegen. Mittels der Spannungsteiler 24a, 24b kann die abfallende Spannung ΔU auf einen zulässigen Eingangsspannungsbereich des AD-Wandlers 25 als Spannungssensor, wie später erläutert, skaliert werden, sodass an dem AD-Wandler 25 eine Spannung ΔU anliegt, die durch eine Differenz von Teilspannungen U₁', U₂' der Spannungsteiler 24a, 24b bestimmt ist.
Wie zuvor genannt, sind die nachfolgend beschriebenen Merkmale für jeden Strompfad 3a, 3b 3c realisiert, jedoch nur für den Strompfad 3a beschrieben:
In dem Speicher 10 ist ein Temperaturkoeffizient α₁ der Leitungswiderstände R_C1, R_C2 und ein kalibrierter Widerstandswert R_kal, der durch einen Kalibration, wie in der 3 beschrieben, ermittelt ist, gespeichert. Dabei berücksichtigt der kalibrierte Widerstandswert R_kal, wie zuvor genannt, den Innenwiderstand R, die Leitungswiderstände R_C1, R_C2 und den Kontaktwiderstand R_B und es gilt R_kal = R + R_C1 + R_C2 + R_B.
Im Übrigen ist der Mikrocomputer 9 über Datenleitungen mit dem AD-Wandler 25 und mit einem Temperatursensor 26 als Temperaturerfassungseinrichtung für Temperatur T der Steuerung 1, insbesondere der Anschlussleitungen, verbunden. So lässt sich mit dem Mikrocomputer 9, wie nachfolgend in der 4 erläutert, die Bestromung des Strompfads 3a auswerten, indem die Stromstärke 1 bei der Bestromung des Strompfads 3a aus der mit dem AD-Wandler 25 gemessenen Spannung ΔU' und dem aus dem Speicher 10 ausgelesenen kalibrierten Widerstandswert R_kal, der ferner temperaturkompensiert wird, berechnet wird.
Die Berechnungseinrichtung, insbesondere der Mikrocomputer 9, ist also insbesondere für eine Temperaturkompensation, also eine Korrektur des Widerstandswerts R_kal in Abhängigkeit von der Temperatur T, und auch für die Berechnung der jeweils durch den Strompfad 3a fließenden Stromstärke 1 aus dem kalibrierten und temperaturkompensierten Widerstandswert R_kal und der über dem Widerstandselement 4a, insbesondere dem Widerstandswert R_kal, abfallenden Spannungen ΔU ausgebildet.
Im Übrigen ist in einem Programmspeicher des Mikrocomputers 9 ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen der zuvor und nachfolgend beschriebenen Verfahrensschrttte geladen. Insbesondere werden mit dem Computerprogrammprodukt der kalibrierte Widerstandswert R_kal und der Temperaturkoeffizient α₁ in dem Speicher 10 gespeichert, beziehungsweise aus diesem gelesen, die Spannung ΔU' von den AD-Wandlern 25 und die Temperatur T von dem Temperatursensor 26 erfasst, der aus dem Speicher 10 gelesenen kalibrierte Widerstandswert R_kal temperaturkompensiert und schließlich die Stromstärke I bei der Bestromung des Strompfads 3a sowie eine Gesamtstromstärke bei der Bestromung des Strompfads 3 berechnet.
Die 3 zeigt ein Flussdiagramm mit Schritten eines Verfahren zur Herstellung der Steuerung 1, bei dem in einem Schritt 30 die Steuerung 1 mit einer Stromauswerteeinrichtung 6 zur Auswertung der Bestromung der Startvorrichtung 2 über die Strompfade 3a, 3b, 3c, also den Strompfad 3, ausgebildet wird. Dazu wird jeweils ein Widerstandselement 4a, 4b, 4c in jeden der parallel geschalteten Strompfade 3a, 3b, 3c in einer Reihenschaltung eingebaut, indem die Widerstandselemente 4a, 4b, 4c jeweils beidseitig mit Anschlussleitungen kontaktiert werden.
Die nachfolgenden Schritte sind exemplarisch für den Strompfad 3a und das Widerstandselement 4a erläutert und werden analog ebenfalls für die übrigen Strompfade 3b, 3c und Widerstandselemente 4b, 4c ausgeführt.
In einem Schritt 31 wird für das Widerstandselement 4a jeweils ein Widerstandswert R_kal, der den Innenwiderstand R, die zwei Leitungswiderstände R_C1, R_C2 und den Kontaktwiderstand R_B umfasst, kalibriert.
Zur Kalibrierung des Widerstandswertes R_kal gemäß Schritt 31 wird in einem Schritt 32 der Strompfad 3a bei einer definierten Temperatur T_kal mit einem definierten Prüfstrom I_kal beaufschlagt. In einem Schritt 33 wird dann eine über dem zu kalibrierenden Widerstandswert R_kal abfallende Spannung ΔU_kal während der Beaufschlagung mit dem definierten Prüfstrom I_kal gemessen, und zwar zwischen den Abgriffspunkten der Spannungsteiler 24a, 24b an dem Strompfad 3a, wobei die Spannung ΔU_kal, wie nachfolgend bei der 4 erläutert, bestimmt ist:
In einem Schritt 34 wird der Widerstandswert R_kal aus dem definierten Prüfstrom I_kal und der gemessenen Spannung ΔU_kal, berechnet:
In einem Schritt 35 wird der so kalibrierte Widerstandswert R_kal in dem Speicher 10 gespeichert.
Ferner wird in einem Schritt 36 bei der Herstellung der Steuerung 1 ein linearer Temperaturkoeffizient α₁ von etwa 4·10^–3K^–1 in dem Speicher 10 gespeichert, der eine Information über eine Temperaturabhängigkeit der Leitungswiderstände R_C1, R_C2 ist. In diesem Ausführungsbeispiel werden nur die Anschlussleitungen aus Kupfer temperaturkompensiert, da durch eine geeignete Materialwahl der Innenwiderstand R und der Kontaktwiderstand R_B eine gegenüber den Leitungswiderständen R_C1, R_C2 vernachlässigbar geringe Temperaturabhängigkeit aufweisen. Bei einem alternativen Ausführungsbeisplel können jedoch auch diese Widerstände temperaturkompensiert werden.
Die 4 zeigt ein Flussdiagramm mit Schritten eines Verfahrens zum Betreiben der Steuerung 1, bei dem mit der Stromauswerteeinrichtung 6 die Bestromung der Startvorrichtung 2 über den Strompfad 3 ausgewertet wird. Dazu wird schließlich in einem Schritt 46 die Gesamtstromstärke bei der Bestromung des Strompfads 3 aus der Summe der Stromstärken bei der Bestromung der parallel geschalteten Strompfade 3a, 3b, 3c berechnet. Die nachfolgend erläuterten Schritte 40 bis 45, die zeitlich vor dem Schritt 46 erfolgen, sind exemplarisch nur für den Strompfad 3a erläutert und werden jeweils entsprechend auch für die Strompfade 3b und 3c ausgeführt.
In einem Schritt 40 wird die über dem Widerstandselement 4a, also insbesondere über dem Widerstandswert R_kal, abfallende Spannung ΔU mit dem AD-Wandler 25 gemessen. Dabei wird mit dem AD Wandler 25 eine Spannung ΔU' erfasst, die der Differenz der Teilspannungen U₁' und U₂' der Spannungsteiler 24a, 24b entspricht. Die Teilspannungen U₁', U₂' sind dabei durch ein Widerstandsverhältnis der Widerstände R₁₁, R₁₂ und R₂₁, R₂₂ der Spannungsteiler 24a, 24b sowie durch die über dem Widerstandswert R_kal abfallende Spannung ΔU, nämlich der Differenz der Spannungen U₁, U₂, definiert. Dementsprechend wird durch das Computerprogrammprodukt in dem Mikrocomputer 9 die über dem Widerstandswert R_kal, abfallende Spannung ΔU gemäß der folgenden Formel bestimmt:
In einem Schritt 41 wird von dem Mikrocomputer 9 der kalibrierte Widerstandswert R_kal, der insbesondere den Innenwiderstand R, die Leitungswiderstände R_C1, R_C2 und den Kontaktwiderstand R_B berücksichtigt, aus dem Speicher 10 ausgelesen.
In einem Schritt 42 wird auch der Temperaturkoeffizient α₁, der die Temperaturabhängigkeit der Leitungswiderstände R_C1, R_C2 beschreibt, aus dem Speicher 10 ausgelesen.
In einem Schritt 43 wird eine Temperatur T der Steuerung 1, insbesondere der Anschlussleitungen, mittels des Temperatursensors 26 erfasst, um in einem Schritt 44 den Widerstandwert R_kal in Abhängigkeit von der Temperatur T durch eine Temperaturkompensation der Leitungswiderstände R_C1, R_C2 zu korrigieren, und zwar indem Korrekturterme ΔR_C1, ΔR_C2 folgendermaßen berechnet werden: AR_C1(T) = R_C1·α₁(T – T_kal) ΔR_C2(T) = R_C2·α₁·(T – T_kal)
Schließlich wird in einem Schritt 45 die Stromstärke I bei der Bestromung des Strompfads 3a aus dem kalibrierten Widerstandswert R_kal, den Korrekturtermen ΔR_C1, ΔR_C2 Für die Temperaturkompensation und der Spannung ΔU berechnet:
Die zuvor gezeigten Verfahrensschritte können auch in einer abweichenden Reihenfolge ausgeführt werden, wobei beispielsweise die Schritte 41 bis 43 auch vor den Schritten 40 und 41 ausgeführt werden können. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005021227 A1 [0003]

Claims

Steuerung (1) für eine Hochstromvorrichtung (2), insbesondere für eine Startvorrichtung (2) einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steuerung (1) mit einem Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) zur Bestromung der Hochstromvorrichtung (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (1) mit einer Stromauswerteeinrichtung (6) zur Auswertung der Bestromung über den Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) ausgebildet ist.
Steuerung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) mit einem Widerstandselement (4a, 4b, 4c) ausgebildet ist und dass die Stromauswerteeinrichtung (6) eine Spannungsmesseinrichtung (24a, 24b, 25) und eine Berechnungseinrichtung (9, 10) umfasst.
Steuerung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstandswert (R_kal) einen Innenwiderstand (R) des Widerstandselements (4a, 4b, 4c), einen Leitungswiderstand (R_C1, R_C2) zumindest einer Anschlussleitung des Widerstandselements (4a, 4b, 4c) und einen Kontaktwiderstand (R_B) zumindest einer elektrischen Kontaktierung zwischen dem Widerstandselement (4a, 4b, 4c) und der Anschlussleitung umfasst.
Steuerung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandswert (R) als ein kalibrierter Wert ausgebildet ist, der durch eine Kalibration mit einem definierten Prüfstrom (I_kal) innerhalb des Strompfads (3, 3a, 3b, 3c) der Steuerung (1) ermittelbar ist.
Steuerung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (1), insbesondere die Berechnungseinrichtung (9, 10), einen Mikrocomputer (9) mit einem Speicher (10) aufweist und der Widerstandswert (R) in dem Speicher (10) gespeichert ist.
Steuerung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmesseinrichtung (24a, 24b, 25) zwei Spannungsteiler (24a, 24b) gegen ein gemeinsames Potenzial, insbesondere gegen Masse, umfasst, wobei die Spannungsteiler (24a, 24b) in einer Schaltungsanordnung beidseitig des Widerstandselements (4a, 4b, 4c) angeordnet sind.
Steuerung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (1) eine Temperaturerfassungseinrichtung (26) für eine Temperatur (T) der Steuerung (1), insbesondere des Widerstandselements (4a, 4b, 4c) oder einer Anschlussleitung des Widerstandselements (4a, 4b, 4c), aufweist und die Berechnungseinrichtung (9, 10) für eine Korrektur des Widerstandwertes (R_kal) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Steuerung (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, für eine Hochstromvorrichtung (2), insbesondere für eine Startvorrichtung (2) einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steuerung (1) mit einem Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) zur Bestromung der Hochstromvorrichtung (2) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (1) mit einer Stromauswerteeinrichtung (6) zur Auswertung der Bestromung über den Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstandswert (R_kal), der einen Innenwiderstand (R) eines Widerstandselements (4a, 4b, 4c), einen Leitungswiderstand (R_C1, R_C2) zumindest einer Anschlussleitung des Widerstandselements (4a, 4b, 4c) und einen Kontaktwiderstand (R_B) zumindest einer elektrischen Kontaktierung zwischen dem Widerstandselement (4a, 4b, 4c) und der Anschlussleistung umfasst, in dem Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) kalibriert wird, indem der Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) mit einem definierten Prüfstrom (1) beaufschlagt wird, eine über dem zu kalibrierenden Widerstandswert (R_kal) abfallende Spannung (ΔU_kal) gemessen wird und der Widerstandswert (R_kal) aus dem definierten Prüfstrom (I_kal) und der gemessenen Spannung (ΔU_kal) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (1) einen Mikrocomputer (9) mit einem Speicher (10) aufweist und der kalibrierte Widerstandswert (R_kal) in dem Speicher (10) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Information über eine Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes (R_kal), insbesondere zumindest eines Leitungswiderstandes (R_C1, R_C2) einer Anschlussleistung des Widerstandselements (4a, 4b, 4c), in dem Speicher (10) gespeichert wird.
Verfahren zum Betreiben einer Steuerung (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, für eine Hochstromvorrichtung (2), insbesondere für eine Startvorrichtung (2) einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steuerung (1) mit einem Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) zur Bestromung der Hochstromvorrichtung (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Stromauswerteeinrichtung (6) die Bestromung der Hochstromvorrichtung (2) über den Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strompfad (3, 3a, 3b, 3c) mit einem Widerstandselement (4a, 4b, 4c) für einen Widerstandwert (R_kal) ausgebildet ist und dass mit einer Spannungsmesseinrichtung (24a, 24b, 25) der Stromauswerteeinrichtung (6) eine über dem Widerstandswert (R_kal) abfallende Spannung (ΔU) gemessen wird und mit einer Berechnungseinrichtung (9, 10) der Stromauswerteeinrichtung (6) die Bestromung aus dem Widerstandswert (R_kal) und der Spannung (ΔU) berechnet wird, wobei insbesondere der Widerstandswert (R_kal) aus einem Speicher (10) eines Mikrocomputers (9) ausgelesen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Temperaturerfassungseinrichtung (26) eine Temperatur (T) der Steuerung (1), insbesondere einer Anschlussleitung des Widerstandselements (4a, 4b, 4c), erfasst wird und, insbesondere mit der Berechnungseinrichtung (9, 10), der Widerstandwert (R_kal) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) korrigiert wird.
Computerprogrammprodukt, das in einem Programmspeicher mit Programmbefehlen Iadbar ist, um die Schritte eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 14 auszuführen, wenn das Programm in einer Steuerung (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ausgeführt wird.