DE102010043091A1 - Control connecting module for operating starter i.e. electromotor, of internal combustion engine of passenger car, has controller for controlling starter current based on electrical value at pre-resistor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuerungsvorschaltmodul und ein Verfahren zum Betreiben eines Starters eines Fahrzeugs.The invention relates to a Steuervorschaltmodul and a method for operating a starter of a vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, Elektromotoren als Starter für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs zu verwenden. Beim Andrehen des Verbrennungsmotors werden hierbei vom Starter sehr hohe Momente verlangt, was an dem Elektromotor einen hohen Strom erfordert. Typischerweise kann ein solcher Strom bis zu 1000 A betragen. Das hat insbesondere zur Folge, dass eine Batteriespannung eines Bordnetzes stark einbricht, beispielsweise von 12 V auf 6 V. Somit können andere elektrische Verbraucher wie zum Beispiel Steuergeräte, Kraftstoffpumpen oder Scheinwerfer während des Starts nicht mehr ausreichend versorgt werden.It is known to use electric motors as starters for a combustion engine of a vehicle. When the internal combustion engine is started, very high torques are required by the starter, which requires a high current at the electric motor. Typically, such a current can be up to 1000A. This has in particular the consequence that a battery voltage of a vehicle electrical system severely breaks, for example from 12 V to 6 V. Thus, other electrical consumers such as control units, fuel pumps or headlights can not be adequately supplied during the start.
Dieses Verhalten kann insbesondere bei Fahrzeugen mit einer sogenannten Start-Stopp Funktion nachteilig sein. Hier wird während einer Stillstandszeit des Fahrzeugs unter bestimmten Bedingungen, welche beispielsweise abhängig von einer Motortemperatur, einer Fahrzeugumgebungstemperatur und/oder einem Betriebszustand einer Fahrzeugklimaanlage abhängt, der Verbrennungsmotor automatisch abgestellt und zur gewollten Weiterfahrt, beispielsweise wenn ein Einkuppeln eines Handschaltgetriebes erfasst wird, wieder automatisch gestartet. Da die vorgenannten Verbraucher in der Regel während der Stillstandszeit angeschaltet bleiben, können diese Verbraucher aufgrund der während des Startvorgangs einbrechenden Batteriespannung in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt werden.This behavior may be particularly disadvantageous in vehicles with a so-called start-stop function. Here, during a standstill period of the vehicle under certain conditions, which depends, for example, depending on an engine temperature, a vehicle ambient temperature and / or an operating condition of a vehicle air conditioner, the internal combustion engine automatically turned off and intentionally continue driving, for example, when engagement of a manual transmission is detected, automatically restarted , Since the aforementioned consumers usually remain switched on during the downtime, these consumers can be impaired due to the breaking in during the startup battery voltage in their functionality.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Aufgabe der Erfindung kann daher darin gesehen werden, ein Steuerungsvorschaltmodul und ein Verfahren zum Betreiben eines Starters eines Fahrzeugs anzugeben, welche ein Abschalten von elektrischen Verbrauchern in einem Bordnetz des Fahrzeugs während eines Startvorgangs verhindern.The object of the invention can therefore be seen to provide a Steuervorschaltmodul and a method for operating a starter of a vehicle, which prevent a shutdown of electrical loads in an electrical system of the vehicle during a startup.
Die Aufgabe wird jeweils mittels des Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.The object is achieved in each case by means of the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of each dependent subclaims.
Nach einem Aspekt wird ein Steuerungsvorschaltmodul zum Betreiben eines Starters eines Fahrzeugs angegeben. Das Steuerungsvorschaltmodul umfasst einen Vorwiderstand, welcher auch als ein Shunt bezeichnet werden kann. Der Vorwiderstand ist ausgebildet, dem Starter vorgeschaltet zu werden. Weiterhin ist ein Detektor vorgesehen, welcher ausgebildet ist, eine elektrische Größe an dem Vorwiderstand zu messen. Ferner ist eine Regelung vorgesehen, welche ausgebildet ist, abhängig von der gemessenen elektrischen Größe einen Starterstrom zu regeln.In one aspect, a control ballast module for operating a starter of a vehicle is provided. The control ballast module includes a bias resistor, which may also be referred to as a shunt. The series resistor is designed to be connected upstream of the starter. Furthermore, a detector is provided, which is designed to measure an electrical variable at the series resistor. Furthermore, a regulation is provided, which is designed to regulate a starter current depending on the measured electrical variable.
Nach einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Starters eines Fahrzeugs angegeben. In einem ersten Schritt wird eine elektrische Größe an einem dem Starter vorgeschalteten Vorwiderstand gemessen. In einem folgenden Schritt wird dann ein Starterstrom abhängig von der gemessenen elektrischen Größe geregelt.In another aspect, a method of operating a starter of a vehicle is disclosed. In a first step, an electrical variable is measured at a series resistor connected upstream of the starter. In a following step, a starter current is then regulated as a function of the measured electrical variable.
Nach einer Ausführungsform ist die Regelung ausgebildet ist, abhängig von der gemessenen elektrischen Größe einen Starterstrom zu begrenzen.According to one embodiment, the control is designed to limit a starter current depending on the measured electrical variable.
Die Erfindung bietet hierbei insbesondere den Vorteil, dass ein maximaler Starterstrom aufgrund des vorgeschalteten Vorwiderstandes begrenzt wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein Spannungseinbruch in dem Bordnetz während des Startvorgangs minimiert, so dass die elektrischen Verbraucher weiter zuverlässig mit elektrischer Energie versorgt werden. Insbesondere kann so in vorteilhafter Weise auf Stützungsmittel zum Stützen spannungsempfindlicher elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente verzichtet werden. Solche Stützungsmittel können beispielsweise einen DC/DC-Wandler umfassen. Insofern ermöglicht die Erfindung eine Kosteneinsparung.The invention offers the particular advantage that a maximum starter current is limited due to the upstream series resistor. As a result, a voltage dip in the electrical system during the starting process is minimized in an advantageous manner, so that the electrical consumers are further reliably supplied with electrical energy. In particular, can be dispensed so advantageously support means for supporting voltage-sensitive electrical and / or electronic components. Such support means may comprise, for example, a DC / DC converter. In this respect, the invention allows cost savings.
Nach einer Ausführungsform ist der Vorwiderstand bzw. Shunt ein einstellbarer Vorwiderstand, d. h., dass ein Widerstandswert des Vorwiderstands eingestellt werden kann. Der Vorwiderstand kann beispielsweise als ein Potentiometer ausgebildet sein. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise ermöglicht, über die Einstellung eines bestimmten Widerstandswertes den maximalen Starterstrom einzustellen. Diese Einstellung kann insbesondere abhängig von einer Batteriespannung einer Starterbatterie sein. Somit kann ein Startvorgang optimal auf einen Starterbatteriezustand angepasst werden, so dass insbesondere ein schneller Startvorgang ermöglicht ist.According to one embodiment, the series resistor or shunt is an adjustable series resistor, i. h., That a resistance value of the Vorwiderstands can be adjusted. The series resistor may be formed for example as a potentiometer. As a result, it is advantageously possible to set the maximum starter current via the setting of a specific resistance value. This setting may in particular be dependent on a battery voltage of a starter battery. Thus, a starting process can be optimally adapted to a starter battery state, so that in particular a quick startup is possible.
Nach einer anderen Ausführungsform weist der Detektor einen Spannungssensor zum Messen einer an dem Vorwiderstand abfallenden elektrischen Spannung auf. Die elektrische Größe, die der Detektor misst, ist insofern die an dem Vorwiderstand abfallende elektrische Spannung. Da eine Spannungsmessung besonders einfach und kostengünstig realisiert werden kann, kann mittels dieser Ausführungsform eine Kosteneinsparung erreicht werden.According to another embodiment, the detector has a voltage sensor for measuring an electrical voltage drop across the series resistor. The electrical quantity, which the detector measures, is insofar as the voltage dropping across the series resistor. Since a voltage measurement can be realized in a particularly simple and cost-effective manner, a cost saving can be achieved by means of this embodiment.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Detektor einen Stromsensor zum Messen eines durch den Vorwiderstand fließenden Stroms auf. Die elektrische Größe, die der Detektor misst, ist insofern der durch den Vorwiderstand fließende elektrische Strom.According to a further embodiment, the detector has a current sensor for measuring a current flowing through the series resistor. The electrical quantity that the detector measures is in this respect the electric current flowing through the series resistor.
In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Vorwiderstand mit dem Starter thermisch koppelbar ist. Der Vorwiderstand kann insofern mit dem Starter thermisch gekoppelt werden. Eine thermische Kopplung zwischen dem Vorwiderstand und dem Starter bewirkt insbesondere, dass bei Erwärmung des Starters auch der Vorwiderstand erwärmt wird, so dass aufgrund des positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandswerts des Vorwiderstands der maximale Starterstrom reduziert wird. Dadurch wird insofern ein zusätzlicher Thermoschutz für den Starterstrom realisiert.In another embodiment it can be provided that the series resistor can be thermally coupled to the starter. The series resistor can be thermally coupled with the starter. In particular, a thermal coupling between the series resistor and the starter causes the series resistor to be heated when the starter is heated, so that the maximum starter current is reduced on account of the positive temperature coefficient of the resistance value of the series resistor. As a result, an additional thermal protection for the starter current is realized.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Regelung einen abhängig von der gemessenen elektrischen Größe steuerbaren Steuertransistor, vorzugsweise einen bipolaren Steuertransistor, auf. Beispielsweise kann die an dem Vorwiderstand abfallende elektrische Spannung als eine Steuerspannung für den Steuertransistor verwendet werden. Die abfallende elektrische Spannung kann insbesondere zwischen einer Basis und eines Emitters des Steuertransistors angelegt werden. In einer anderen Ausführungsform weist die Regelung einen dem Vorwiderstand vorgeschalteten Transistor, insbesondere einen Leistungstransistor, auf. Somit kann insbesondere in vorteilhafter Weise auf ein mechanisches Starterrelais verzichtet werden. Vorzugsweise wird eine Gatespannung des Transistors mittels des Steuertransistors geregelt. Vorzugsweise regelt der Steuertransistor die Gatespannung ab einer bestimmten Stromhöhe. Insbesondere ist der Transistor ein Feldeffekttransistor (FET). Somit kann in vorteilhafter Weise eine einfache Regelung des Starterstroms ohne zusätzliche teure Steuergeräte, welche in der Regel leistungsstarke Prozessoren benötigen, realisiert werden.According to a further embodiment, the regulation has a control transistor, which can be controlled as a function of the measured electrical variable, preferably a bipolar control transistor. For example, the voltage dropping across the series resistor can be used as a control voltage for the control transistor. The falling voltage can be applied in particular between a base and an emitter of the control transistor. In another embodiment, the control has a transistor connected upstream of the series resistor, in particular a power transistor. Thus, in particular advantageously can be dispensed with a mechanical starter relay. Preferably, a gate voltage of the transistor is controlled by means of the control transistor. Preferably, the control transistor regulates the gate voltage from a certain current level. In particular, the transistor is a field effect transistor (FET). Thus, advantageously, a simple control of the starter current can be realized without additional expensive control devices, which generally require powerful processors.
In einer anderen Ausführungsform weist die Regelung einen Verstärker zum Verstärken der gemessenen elektrischen Größe auf, um einen maximalen Starterstrom einzustellen. Der Verstärker kann beispielsweise zwischen dem Shunt und dem Steuertransistor geschaltet sein. Dadurch kann insbesondere in vorteilhafter Weise die gemessene abfallende Spannung, welche als Steuerspannung für den Steuertransistor verwendet wird, verstärkt werden. Insbesondere wenn der Steuertransistor die Gatespannung des Transistors regelt, kann so in vorteilhafter Weise ein maximaler Starterstrom besonders einfach und ohne zusätzliche elektronische und/oder elektrische Komponenten eingestellt werden. Die Erfindung ermöglicht insofern eine Kostenersparnis und/oder eine Gewichtsreduktion.In another embodiment, the controller includes an amplifier for amplifying the measured electrical quantity to set a maximum starter current. For example, the amplifier may be connected between the shunt and the control transistor. As a result, the measured falling voltage, which is used as the control voltage for the control transistor, can be amplified in an advantageous manner. In particular, when the control transistor regulates the gate voltage of the transistor, a maximum starter current can thus be set particularly easily and without additional electronic and / or electrical components in an advantageous manner. The invention thus enables cost savings and / or weight reduction.
Vorstehend wurde die Erfindung im Zusammenhang mit nur einem dem Starter vorschaltbaren Vorwiderstand beschrieben. In anderen bevorzugten Ausführungsformen kann auch vorgesehen sein, dass mehrere dem Starter vorschaltbare Vorwiderstände vorgesehen. Insbesondere sind diese Vorwiderstände parallelgeschaltet. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen sind mehrere parallelgeschaltete Transistoren gebildet. Vorzugsweise wird eine jeweilige Gatespannung dieser parallelgeschalteten Transistoren jeweils mittels eines Steuertransistors geregelt. Vorzugsweise wird eine jeweilige an den parallel geschalteten Vorwiderständen gemessene abfallende Spannung jeweils als eine Steuerspannung für die Steuertransistoren verwendet. Insbesondere das Vorsehen von mehreren parallelgeschalteten Transistoren ermöglicht eine Gleichverteilung des Starterstroms auf die einzelnen Transistoren, so dass insbesondere in vorteilhafter Weise eine redundante Starterstromversorgung erreicht wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Steuerungsvorschaltmodul als eine vergossene bzw. gemoldete Schaltung ausgebildet sein, welche im Starter integrierbar ist. Somit wird in vorteilhafter Weise ein besonders kompaktes Startersystem umfassend einen Starter und ein Steuerungsvorschaltmodul geschaffen.Above, the invention has been described in connection with only one of the starter vorschaltbaren series resistor. In other preferred embodiments, it may also be provided that a plurality of series resistors which can be connected to the starter are provided. In particular, these series resistors are connected in parallel. In further exemplary embodiments, a plurality of transistors connected in parallel are formed. Preferably, a respective gate voltage of these parallel-connected transistors is controlled in each case by means of a control transistor. Preferably, a respective falling voltage measured at the parallel-connected series resistors is used in each case as a control voltage for the control transistors. In particular, the provision of a plurality of parallel-connected transistors allows a uniform distribution of the starter current to the individual transistors, so that in particular advantageously a redundant starter power supply is achieved. In accordance with a further embodiment, the control feedforward module can be designed as a molded circuit which can be integrated in the starter. Thus, advantageously, a particularly compact starter system comprising a starter and a controller ballast module is provided.
Nach einer Ausführungsform begrenzt das Steuerungsvorschaltmodul einen Starterstrom, insbesondere einen hohen Starterstrom.According to one embodiment, the control ballast module limits a starter current, in particular a high starter current.
Nach einer weiteren Ausführungsform begrenzt das Steuerungsvorschaltmodul den Starterstrom durch eine Regelung des Starterstromes.According to a further embodiment, the control ballast module limits the starter current by controlling the starter current.
Nach einer anderen Ausführungsform minimiert das Steuerungsvorschaltmodul einen Spannungseinbruch auf einer Batteriezuleitung während eines Starts.In another embodiment, the controller ballast module minimizes a voltage dip on a battery lead during a startup.
Nach einer weiteren Ausführungsform schaltet das Steuerungsvorschaltmodul einen Starterstrom über geeignete Leitungstransistoren (L-Transistoren), beispielsweise Leistungs-MOSFETs.According to a further embodiment, the control ballast module switches a starter current via suitable line transistors (L-transistors), for example power MOSFETs.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schaltet das Steuerungsvorschaltmodul den Starterstrom über parallel geschaltete L-Transistoren, um eine hohe Verlustleitung auf mehrere Transistoren zu verteilen.According to another embodiment, the controller feed-in module switches the starter current via L-transistors connected in parallel to distribute a high leakage line to a plurality of transistors.
Nach einer Ausführungsform stellt das Steuerungsvorschaltmodul einen maximalen Starterstrome über eine Regelung einer Ansteuerspannung von parallel geschalteten L-Transistoren, beispielsweise über die Regelung der Gate-Spannungen von L-MOSFETs, die den Starterstrom leiten, ein.In accordance with one embodiment, the controller ballast module sets a maximum starter current via control of a drive voltage of L-transistors connected in parallel, for example via the regulation of the gate voltages of L-MOSFETs that conduct the starter current.
In einer weiteren Ausführungsform führt das Steuerungsvorschaltmodul eine Regelung des gesamten Starterstroms über eine Regelung der Einzelströme spezifisch in jedem parallel geschalteten L-Transistor durch. In a further embodiment, the Steuervorvormodul performs a control of the entire starter current via a control of the individual currents specifically in each parallel-connected L-transistor.
Nach noch einer anderen Ausführungsform begrenzt das Steuerungsvorschaltmodul eine maximale Ansteuerzeit eines Starters durch ein Totzeitglied, welches insbesondere die L-Transistoren nach Ablauf einer maximalen Startzeit abschaltet.According to yet another embodiment, the Steuervorvormodul limits a maximum drive time of a starter by a dead time element, which in particular switches off the L-transistors after a maximum start time.
Nach noch einer weiteren Ausführungsform ist das Steuerungsvorschaltmodul als vergossene Schaltung (gemoldet) als Anbaumodul am Starter ausgebildet.According to yet another embodiment, the Steuervorschaltmodul is formed as a molded circuit (gemoldet) as an add-on module to the starter.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der Spannungseinbruch während eines Startvorgangs wird minimiert. Es kann insbesondere auf DC/DC-Wandler zur Stützung spannungsempfindlicher Komponenten verzichtet werden. Weiterhin werden hohe Startstromspitzen vermindert. Des Weiteren wird der Starter aufgrund der Verminderungen seines hohen Stromes im Loslaufen geschont. Es wird ferner eine Geräuschminderung des Starters aufgrund eines weicheren Anlaufs und somit eine Komforterhöhung und eine bessere Akzeptanz bei einem Nutzer bewirkt. Darüber hinaus wird eine geringere notwendige Leitungsstärke, beispielsweise der Plus-Leitung, zwischen Batterie und Starter benötigt, wodurch insbesondere eine Materialeinsparung und eine Rohstoffersparnis erzielt werden kann. Die Erfindung ermöglicht ein einfaches Gehäusekonzept, da die Schaltung mit Moldmasse vergossen werden kann. Ferner wird ein vereinfachtes, schnelleres und fein dosierbares Einspuren im Auslauf erzielt. Es treten geringere Störungen auf dem Bordnetz auf (Ratiopotential bei Eingangsfiltern der Steuergeräte). Es treten keine hohen induktiven und eventuellen hochfrequenten Abschaltimpulse auf wie beispielsweise in einer getakteten Stromregelung (EMV-Problem). Die Einschaltung des Starters geschieht sehr schnell, da es keine Anzugsverzögerung wie bei einem Kontaktrelais kommt. Die Erfindung ist universell für alle Starter eines Personenkraftwagens (PKW) einsetzbar, wobei die Erfindung insbesondere auch in Lastkraftwagen (LKW) eingesetzt werden kann. Bordnetzkomponenten wie beispielsweise Steuergeräte, Getriebesteuerung, Computer, insbesondere BodyComputer, können in vorteilhafter Weise eine geringere Spezifikationsbreite bezüglich ihrer Spannungsversorgung aufweisen. Das erfindungsgemäße Steuerungsvorschaltmodul lässt sich auch in Systemen integrieren, bei denen das Einrückrelais vom Halterelais unabhängig gesteuert werden kann, beispielsweise für die Einrückfunktion im Auslauf des Motors.The voltage dip during a boot process is minimized. In particular, it is possible to dispense with DC / DC converters for supporting voltage-sensitive components. Furthermore, high starting current peaks are reduced. Furthermore, the starter is spared due to the reductions in its high current in starting. It also causes a noise reduction of the starter due to a softer start and thus a comfort increase and better acceptance by a user. In addition, a lower necessary line strength, for example, the plus line between battery and starter is required, which in particular a material saving and a raw material savings can be achieved. The invention enables a simple housing concept, since the circuit can be molded with molding compound. Furthermore, a simplified, faster and finely adjustable Einspuren in the outlet is achieved. There are minor disturbances on the on-board network (Ratio potential at input filters of the control units). There are no high inductive and eventual high-frequency shutdown pulses such as in a pulsed current control (EMC problem). The activation of the starter happens very fast, since there is no pick-up delay as with a contact relay. The invention can be used universally for all starters of a passenger car (PKW), wherein the invention can also be used in particular in trucks (trucks). On-board network components such as control units, transmission control, computer, in particular body computer, may advantageously have a smaller specification width with respect to their power supply. The control power supply module according to the invention can also be integrated in systems in which the engagement relay can be controlled independently of the holding relay, for example, for the engagement function in the outlet of the engine.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Hierbei zeigenThe invention will be explained below with reference to preferred embodiments with reference to figures. Show here
Ausführungsformen der Erfindung.Embodiments of the invention.
Im Folgenden werden für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet.Hereinafter, like reference numerals are used for like features.
Das Steuerungsvorschaltmodul
Allgemein gesagt wird der Starterstrom über den Shunt
In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann auch auf das Starterrelais
In dem in
Der maximale Starterstrom kann hier insbesondere über den Verstärker
Zu erkennen ist die Begrenzung des maximalen Starterstroms bei etwas
Für ein Einrücken eines Starterritzels (nicht gezeigt) ist vorzugsweise ein Doppelwicklungsrelais
Allgemein ist die Anzahl der parallelgeschalteten L-MOSFET
Insbesondere Ausführungsformen mit mehreren parallelgeschalteten MOSFET bieten den Vorteil, dass eine Erhöhung des Stromes durch die Eigenerwärmung der MOSFET, was auf Englisch auch als ein „thermal runaway” bezeichnet werden kann, verringert oder sogar vermieden werden kann.In particular, embodiments with multiple MOSFETs in parallel offer the advantage that increasing the current through the self-heating of the MOSFET, which may also be referred to as a "thermal runaway" in English, may be reduced or even avoided.
Weiterhin wird die Versorgung der Ladungspumpe
Des Weiteren ist zwischen den beiden Basen der pnp-Transistoren
Claims (15)
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