DE102015208377A1

DE102015208377A1 - Verfahren zum Erkennen eines sich nicht-öffnenden Startrelaisschalters eines Starterrelais

Info

Publication number: DE102015208377A1
Application number: DE102015208377.2A
Authority: DE
Inventors: Sven Hartmann; Ingo Richter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2014-10-01
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2016-04-07
Also published as: CN105484922B; CN105484922A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalters (18) eines Starterrelais (10) eines Startersystems (2) für eine Brennkraftmaschine, wobei das Starterrelais (10) eine Einzugswicklung (24) und eine Haltewicklung (26) aufweist, die an einem Ansteueranschluss (50) des Starterrelais (10) eine Parallelschaltung (42) bildend elektrisch verschaltet sind, wobei die Höhe einer über die Haltewicklung (26) abfallenden elektrischen Spannung (U50) an dem Ansteueranschluss (50) des Starterrelais (10) erfasst wird, wobei die an der Haltewicklung (26) abfallende elektrische Spannung (U50) erfasst wird, wenn das Starterrelais (10) nicht angesteuert wird, die Höhe der erfassten elektrischen Spannung (U50) mit einem Fehlerspannungswert verglichen wird, und ein Fehlersignal, das einen sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalter (18) anzeigt, erzeugt wird, wenn die erfasste elektrische Spannung (U50) in einem den Fehlerspannungswert (G) enthaltenden Fehlerintervall liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalters eines Starterrelais sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Bei Startern (Anlassern) für Brennkraftmaschinen kann es sich im Wesentlichen um eine elektrische Maschine mit vorgeschaltetem Planeten- oder Stirnradgetriebe und einer Ausrückvorrichtung, die ein durch die elektrische Maschine angetriebenes Starterritzel in einen Zahnkranz an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine einspuren lässt, handeln. Die zum Einspuren erforderliche Kraft kann durch ein Starterrelais erzeugt werden, dessen Anker über einen Hebel mit einer Einspureinheit (Starterritzel mit Freilauf) verbunden ist.
Wird ein Starterstromkreis (Kl. 50), z.B. über das Zündschloss, geschlossen, wird der Relaisanker über eine Einzugswicklung eingezogen und schiebt über die Ausrückvorrichtung das Ritzel in den Zahnkranz. Befindet sich das Ritzel hinreichend weit im Zahnkranz, schließt der Relaisanker des Starterrelais zusätzlich den Relaisschalter und schließt damit den Stromkreis (Kl. 30) der elektrischen Maschine; die Einzugswicklung wird dadurch kurzgeschlossen und der Anker von einer Haltewicklung des Starterrelais gehalten. Der Rotor der elektrischen Maschine beginnt sich zu drehen und das Ritzel spurt über ein Steilgewinde in seine Endposition. Damit kann die Brennkraftmaschine durchgedreht werden und läuft schließlich an. Der Freilauf sorgt für die Entkopplung der elektrischen Maschine, sobald die Brennkraftmaschine anläuft, sich das Ritzel aber noch im Zahnkranz befindet. Wird der Zündschlossstromkreis unterbrochen, wird die Haltewicklung von der Batterie getrennt und der Relaisschalter geöffnet. Der Motorstromkreis wird unterbrochen und die elektrische Maschine läuft aus.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Relaisschalter in manchen Fällen nicht zuverlässig öffnet, z.B. weil die Arbeitskontakte verschweißen oder verkleben. Verschweißen die Arbeitskontakte des Starterrelais beim Einschalten des Starters oder im Betrieb, dann kann dieser Zustand nach Unterbrechen des Starterstromkreises (Kl. 50 = 0 V) nicht erkannt werden. Das Starterritzel spurt aus dem Zahnkranz aus und der Startermotor läuft mit dem Starterritzel in der Ruhelage solange weiter, bis der Stromkreis (Kl. 30) der elektrischen Maschine unterbrochen wird (d.h. Abklemmen der Leitung) oder der Starter durch die eintretende thermische Belastung zerstört wird.
Aus der DE 10 2011 081 093 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Startersystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der das Startersystem ein Starterritzel aufweist, das dauerhaft in Eingriff mit der Brennkraftmaschine steht. Mit einer Sicherheitseinrichtung kann die Funktionsfähigkeit der Ansteuerung eines Startermotors des Startersystems überprüft werden, insbesondere, ob beispielsweise ein Kontaktschweißer am Starterrelaiskontakt aufgetreten ist, so dass sich der Relaisschalter nicht mehr ordnungsgemäß öffnet und der Startermotor bestromt bleibt. Hierzu kann gemäß der DE 10 2011 081 093 A1 ein Spannungsabfall am Startermotor gemessen und auf Plausibilität überprüft werden.
Es ist wünschenswert, eine einfache Möglichkeit anzugeben, wie ein sich nicht öffnender Starterrelaisschalter eines Starterrelais erkannt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Erkennen eines sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalters eines Starterrelais sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Zum Erkennen eines sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalters eines Starterrelais eines Startersystems für eine Brennkraftmaschine wird in einem ersten Schritt an einem Ansteueranschluss des Starterrelais eine Höhe einer an einer Haltewicklung des Starterrelais abfallenden elektrischen Spannung erfasst, wobei das Starterrelais neben der Haltewicklung eine Einzugswicklung aufweist und die Haltewicklung und die Einzugswicklung an dem Ansteueranschluss des Starterrelais eine Parallelschaltung bildend elektrisch verschaltet sind, und wobei die an der Haltewicklung abfallende elektrische Spannung erfasst wird, wenn das Starterrelais nicht angesteuert wird. In einem weiteren Schritt wird der Wert der abfallenden bzw. erfassten elektrischen Spannung mit einem Fehlerspannungswert verglichen. In einem weiteren Schritt wird ein Fehlersignal erzeugt, das einen sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalter anzeigt, wenn der Wert der abfallenden bzw. erfassten elektrischen Spannung im Wesentlichen der Fehlerspannungswert ist, d.h. in einem den Fehlerspannungswert enthaltenden Fehlerintervall geeigneter Breite liegt. Die geeignete Intervallbreite hängt im Wesentlichen von Messunsicherheiten ab und wird vom Fachmann entsprechend gewählt werden. Somit wird es durch Auswertung lediglich der analogen Spannungshöhe bzw. -pegels der über die Haltewicklung des Starterrelais abfallenden elektrischen Spannung, d.h. der an Klemme 50 gegenüber Masse abfallenden elektrischen Spannung, möglich, einen Defekt des Starterrelais aufgrund eines sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalters des Starterrelais zu detektieren.
Durch die Erfindung kann auf einfache Weise ein sich nicht öffnender Starterrelaisschalter des Starterrelais detektiert werden. Es ist lediglich die Höhe der elektrischen Spannung an einem einfach zugänglichen Messpunkt zu erfassen, ohne dass dazu beispielsweise Zugang in ein Startergehäuse o.ä. nötig ist. Die Erfindung kann zum Detektieren eines sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalters eines herkömmlichen Startersystems mit Zündschloss, aber auch besonders vorteilhaft eines modernen Startsystems mit Ansteuerrelais zum Ansteuern des Starterrelais verwendet werden. Insbesondere eignet sich das Verfahren zum Unterscheiden zwischen Starterrelais- und Ansteuerrelaisfehlfunktionen.
Gemäß einer Ausführungsform werden der Fehlerspannungswert und/oder eine obere Intervallgrenze des Fehlerintervalls kleiner als ein Leerlaufwert oder ein Nennwert einer Versorgungsspannung des Startersystems gewählt. Hierdurch kann ein sich nicht-öffnender Starterrelaisschalter erkannt werden, während ein Fehlerspannungswert, der gleich dem Wert der Versorgungsspannung ist, auf andere Fehler, wie z.B. ein eingeschaltetes oder defektes Ansteuerrelais zum Ansteuern des Starterrelais hindeutet.
Gemäß einer verbesserten Ausführungsform werden der Fehlerspannungswert und/oder die obere Intervallgrenze des Fehlerintervalls kleiner als ein Istwert der Versorgungsspannung des Startersystems gewählt. Hierdurch können auch Spannungseinbrüche der Versorgungsspannung berücksichtigt werden. Beim Starten einer Brennkraftmaschine treten solche Spannungseinbrüche üblicherweise auf. Ferner können derartige Spannungseinbrüche nach dem Start der Brennkraftmaschine auftreten, wenn der Generator noch nicht genügend Leistung liefert und gleichzeitig mehrere energieintensive Komponenten, wie z.B. eine Vorglühbaugruppe eines Dieselmotors, mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Der Istwert der Versorgungsspannung kann hierzu gemessen werden bzw. liegt ohnehin im Generatorregler vor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einzugswicklung einen ersten ohmschen Widerstand und die Haltewicklung weist einen zweiten ohmschen Widerstand auf, wobei der Fehlerspannungswert gleich dem Produkt aus der Höhe der Versorgungsspannung und dem Wert des zweiten ohmschen Widerstands, dividiert durch die Summe des ersten ohmschen Widerstandes und des zweiten ohmschen Widerstandes ist. Dabei wird zweckmäßigerweise ein Fehlerintervall von 3%, 5% oder 10% um den Fehlerspannungswert verwendet. Hierdurch wird eine eindeutige Erfassung eines sich nicht-lösenden Starterrelaisschalters des Starterrelais möglich, da bei sich nicht lösendem Starterrelaisschalter des Starterrelais ein elektrischer Strom von einer Quelle der Versorgungspannung, z.B. einer Fahrzeugbatterie, über die aus Sicht der Quelle der Versorgungspannung elektrisch in Reihe geschalteten Haltewicklung und Einzugswicklung in Richtung Masse fließt. Daher wirkt die Reihenschaltung aus Haltewicklung und Einzugswicklung als Spannungsteiler, wobei der Ansteueranschluss des Starterrelais den Mittelabgriff bildet. Somit stellt sich bei einem sich nicht-öffnenden Schalter des Starterrelais eine dem Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers entsprechende elektrische Spannung an dem Ansteueranschluss des Starterrelais (Klemme 50) ein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die an der Haltewicklung abfallende elektrische Spannung erfasst, wenn ein Ansteuerrelais zum Ansteuern des Starterrelais nicht angesteuert ist. In diesem Fall sind im fehlerfreien Zustand sowohl Ansteuerrelais als auch Starterrelais geöffnet und an dem Ansteueranschluss des Starterrelais liegt keine elektrische Spannung an, wenn der Startermotor sich nicht mehr dreht. Wird nun an dem Ansteueranschluss des Starterrelais eine Spannung in Höhe der Versorgungsspannung detektiert, hat das Ansteuerrelais fehlerhafterweise nicht geöffnet. Wird an dem Ansteueranschluss des Starterrelais eine Spannung im Wesentlichen in Höhe des Fehlerspannungswerts detektiert, hat das Starterrelais fehlerhafterweise nicht geöffnet.
Neben Systemen mit einem Ansteuerrelais kommen auch Systeme mit mehreren, meist zwei in Reihe geschalteten Ansteuerrelais, zum Einsatz, um z.B. eine Gefährdung durch ungewollte Fahrzeugbewegung infolge eines unbeabsichtigten Starts zu verhindern. Anstelle eines Ansteuerrelais zum Ansteuern des Starterrelais werden zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Ansteuerrelais eingesetzt, von denen z.B. eines genutzt wird, um den Start freizugeben (z.B. solange der Triebstrang geöffnet ist), und das zweite das eigentliche Startsignal erhält. Derartige Systeme können beispielsweise in Fahrzeugen mit Start/Stopp-Funktion eingesetzt werden und bieten für Stopps und Starts bei Fahrzeug-Stillstand bzw. bei kleinen Geschwindigkeiten (z.B. < 20km/h) ausreichende Sicherheit.
Mit dieser Anordnung kann vorteilhaft durch zusätzliches Auswerten der Spannungshöhe am Reihenschaltungspunkt zwischen den beiden Ansteuerrelaisschaltern ein Fehler, d.h. ein Nicht-Öffnen, eines der Ansteuerrelaisschalter erkannt werden. Damit können für weitergehende Fahrfunktionen, z.B. das sogenannte Segeln, also Abstellen des Verbrennungsmotors bei größeren Geschwindigkeiten, ausreichende Diagnose und Verfügbarkeit sichergestellt werden. Am gleichen Reihenschaltungspunkt kann auch durch Ansteuerung nur des direkt zum Starterrelais beschalteten Ansteuerrelais die an der Haltewicklung des Starterrelais abfallende elektrischen Spannung erfasst werden, was den Vergleich der erfassten elektrischen Spannung mit dem Fehlerspannungswert zum Überprüfen des Starterrelaisschalters erlaubt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die über die Haltewicklung abfallende elektrische Spannung nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Beenden der Ansteuerung des Starterrelais erfasst. So wird die Qualität der Erfassung eines sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalters des Starterrelais verbessert, da der Startermotor nach dem Beenden der Ansteuerung des Starterrelais nicht sofort stoppt, sondern noch eine gewisse Zeit ausläuft, in der eine entsprechende Induktionsspannung am Ansteueranschluss des Starterrelais anliegt. Erst nach Ablauf der Zeitdauer dreht sich der Startermotor nicht mehr und gibt daher keine Induktionsspannung mehr ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Zeitdauer 1 bis 5 Sekunden, insbesondere 2 bis 4 Sekunden. Diese Zeitdauer stellt sicher, dass der Startermotor ausgelaufen ist und keine Induktionsspannung mehr abgibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird auf das Fehlersignal hin eine Fehlerinformation abgespeichert und/oder eine Fahrerinformation erzeugt und/oder eine Quelle der Versorgungspannung von dem Startersystem getrennt. Zum Abtrennen des Startersystems von der Versorgungsspannung kann ein Schalter, wie ein z.B. pyrotechnischer Trennschalter, vorgesehen sein. Somit werden auf das Fehlersignal hin Gegenmaßnahmen ergriffen, die einer Schädigung des Startersystem und/oder der Brennkraftmaschine entgegenwirken.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Startersystem für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, welches vorteilhaft mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung überwacht werden kann.
2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der Einzugswicklung und der Haltewicklung eines Starterrelais des in 1 gezeigten Startersystems.
3 zeigt den zeitlichen Verlauf von Starterströmen und -spannungen des in 1 gezeigten Startersystems sowie die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine bei einem Startvorgang.
4 zeigt ein weiteres Startersystem für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, welches vorteilhaft mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung überwacht werden kann.
5a–5c zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer Messbeschaltung zum Definieren einer Spannungshöhe der Ausgangsspannung.
6 und 7 zeigen Signalverläufe bei einer Diagnose der unterschiedlichen Relais.
Ausführungsform(en) der Erfindung
1 zeigt ein Startersystem 2 für eine Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) in schematischer Darstellung. Bei dem Startersystem 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steht ein Starterritzel des Startersystems 2 nicht dauerhaft in Verbindung mit der Brennkraftmaschine, sondern nur während des Startens der Brennkraftmaschine.
Das Startersystem 2 weist einen Motorstarter 4 und ein Ansteuerrelais 14 auf, die jeweils mit einer Versorgungsspannungsquelle 6 elektrisch leitend verbunden sind. Anstelle des Ansteuerrelais 14 kann auch ein herkömmliches Zündschloss vorgesehen sein.
Der Motorstarter 4 weist einen Startermotor 8 und ein Starterrelais 10 mit einem als Klemme 50 bezeichneten Ansteueranschluss 50, einer Starterrelaisspule 16 und einem Starterrelaisschalter 18 auf. Der Starterrelaisschalter 18 im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist zwei Arbeitskontakte und eine Kontaktbrücke zum Verbinden der Arbeitskontakte auf. Es kann auch ein Starterrelaisschalter mit nur einem oder mehreren Arbeitskontakten verwendet werden. Ferner weist der Motorstarter 4 einen als Klemme 30 und einen als Klemme 45 bezeichneten Anschluss auf. Klemme 30 ist Eingangsklemme für die Versorgungsspannung, Klemme 50 Eingangsklemme für das Ansteuersignal und Klemme 45 Ausgangsklemme am Startermotor. Die Starterrelaisspule 16 weist eine Einzugswicklung 24 und eine Haltewicklung 26 auf, die aus Sicht der Klemme 50 eine Parallelschaltung 42 bilden.
Die Versorgungsspannungsquelle 6 weist eine Fahrzeugbatterie 12, wie einen Akkumulator, auf. Ferner weist die Versorgungsspannungsquelle 6 einen als Klemme B+ bezeichneten Anschluss auf.
Das Ansteuerrelais 14 weist eine Ansteuerrelaisspule 20 und einen Ansteuerrelaisschalter 22 auf. Ferner weist das Ansteuerrelais 14 einen Steuerspannungsanschluss 32 und einen Starterspannungsanschluss 34 auf.
Über eine elektrische Leitung ist der Anschluss B+ der Versorgungsspannungsquelle 6 mit der Klemme 30 elektrisch leitend verbunden, die mit einem Arbeitskontakt des Starterrelaisschalters 18 elektrisch leitend verbunden ist. Mit dem anderen Arbeitskontakt des Starterrelaisschalters 18 ist die Klemme 45 elektrisch leitend verbunden, die mit dem Startermotor 8 elektrisch leitend verbunden ist.
Ferner ist der Anschluss B+ der Versorgungsspannungsquelle 6 über eine Leitung elektrisch leitend mit einem Arbeitskontakt des Ansteuerrelaisschalters 22 verbunden, dessen anderer Arbeitskontakt wiederum mit der Klemme 50 elektrisch leitend verbunden ist. Der Steuerspannungsanschluss 32 ist hingegen mit einem Ansteueranschluss der Ansteuerrelaisspule 20 elektrisch leitend verbunden.
Mit der Klemme 50 sind ferner die Einzugswicklung 24 und die Haltewicklung 26 der Starterrelaisspule 16 elektrisch leitend verbunden, deren andere Anschlüsse – wie anhand der 2 genauer erläutert wird – mit der Klemme 45 bzw. Masse elektrisch leitend verbunden sind.
2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der Starterrelaisspule 16.
Die Starterrelaisspule 16 weist die Einzugswicklung 24 mit einem ersten ohmschen Widerstand R_EW und die Haltewicklung 26 mit einem zweiten ohmschen Widerstand R_HW auf, wobei die Einzugswicklung 24 und die Haltewicklung 26 aus Sicht der Klemme 45 eine Reihenschaltung 28 bilden.
Die Reihenschaltung 28 der 2 bildet einen Spannungsteiler, der eine an der Klemme 45 anliegende elektrische Spannung U₄₅ gemäß der Spannungsteilerregel teilt, so dass an der Klemme 50 eine elektrische Spannung U₅₀ anliegt, für die gilt:
Die 2 zeigt außerdem, dass die elektrische Spannung U₅₀ an der Klemme 50 von einem Steuergerät 36 eingelesen wird.
Das Steuergerät 36 weist eine Messeinheit 38 zum Messen der Höhe der elektrischen Spannung U₅₀ an der Klemme 50 und eine Vergleichseinheit 40 zum Vergleichen des gemessen Wertes der elektrischen Spannung U₅₀ mit einem Fehlerspannungswert G auf.
Der Fehlerspannungswert G entspricht dem Spannungsteilerverhältnis. Mit beispielhaften 1,3 Ω für R_HW und 0,28 Ω für R_EW ergibt sich der Fehlerspannungswert G zu
Bei einer Bordspannung von 12 Volt ergibt sich ein Wert für den Fehlerspannungswert von 9,84 Volt.
Die Vergleichseinheit 40 ist dazu ausgebildet, ein Fehlersignal F zu erzeugen, wenn die elektrische Spannung U₅₀ im Wesentlichen dem Fehlerspannungswert G entspricht, d.h. in einem den Fehlerspannungswert G enthaltenden Intervall zweckmäßiger Breite liegt.
Dabei ist das Steuergerät 36 dazu ausgebildet, erst dann aktiv zu werden, wenn durch das Startersystem 2 das Ansteuerrelais 14 abgeschaltet wurde und – wie noch später beschrieben wird – sichergestellt ist, dass der Startermotor 8 keine Induktionsspannung mehr liefert, d.h. eine Induktionsspannung des Startermotors 8 an der Klemme 45 im Wesentlichen Null ist.
Für die Höhe der elektrischen Spannung U₄₅ kann die Leerlaufspannung der Versorgungsspannungsquelle 6 angenommen worden, oder es wird die Höhe der elektrischen Spannung U₄₅ messtechnisch erfasst, um so einen belastungsbedingten Einbruch der Spannung der Versorgungsspannungsquelle 6 zu berücksichtigen.
Das Steuergerät 36 und/oder die Messeinheit 38 und/oder die Vergleichseinheit 40 können jeweils Hard- und/oder Softwarekomponenten aufweisen.
Es wird unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 3 das Verfahren zum Detektieren des sich nicht-lösenden Starterrelaisschalters 18 des Starterrelais 10 des Startersystems 2 erläutert.
Die Figur zeigt dabei den zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannungen U₃₀, U₄₅, U₅₀, des elektrischen Stromes I₃₀ durch den Startermotor 8 und der Motordrehzahl n.
Zur Einleitung eines Startvorganges einer Brennkraftmaschine wird zum Zeitpunkt t₀ die Ansteuerrelaisspule 20 des Ansteuerrelais 14 durch Anlegen einer Steuerspannung U_50-STan dem Steuerspannungsanschluss 32 bestromt, woraufhin der Ansteuerrelaisschalter 22 schließt. Nun liegt die Versorgungsspannung der Versorgungsspannungsquelle 6 an der Starterrelaisspule 16 des Starterrelais 10 an. Es fließt nun in einem ersten Betriebsmodus des Startersystems 2 zum Starten der Brennkraftmaschine ein elektrischer Strom über die Klemme 50, der durch die Parallelschaltung 42 aufgeteilt wird, die die Einzugswicklung 24 und Haltewicklung 26 bilden (siehe 1).
Daraufhin zieht das Starterrelais 10 ein, das Starterritzel wird in den Zahnkranz eingespurt und der Starterrelaisschalter 18 wird geschlossen. Hierdurch wird der Startermotor 8 bestromt, der die Brennkraftmaschine durchdreht. An der Klemme 50 liegt die Versorgungsspannung der Versorgungsspannungsquelle 6 an.
Zum Zeitpunkt t₁ kommt die Brennkraftmaschine in den Selbstlauf. Durch das Startersystem 2 wird das Ansteuerrelais 14 abgeschaltet, wodurch der Ansteuerrelaisschalter 22 des Ansteuerrelais 14 geöffnet wird. Dies unterbricht die Stromzufuhr zum Starterrelais 10, sodass der Starterrelaisschalter 18 öffnet und damit den Startermotor 8 abschaltet. Das Starterritzel spurt aus dem Zahnkranz aus und der Startermotor 8 läuft aus.
Zum Zeitpunkt t₂ befindet sich der Startermotor 8 im Stillstand, dessen Drehzahl n ist Null. Hier wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Ablauf einer Zeitdauer T nach dem Öffnen von einem Ansteuerrelaisschalters 22 des Ansteuerrelais 14 zum Zeitpunkt t₁ abgewartet. Die Zeitdauer T kann 1 bis 5 Sekunden, insbesondere von 2 bis 4 Sekunden, betragen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Zeitdauer 3 Sekunden. Somit wird die elektrische Spannung U₅₀ erst erfasst, wenn eine Induktionsspannung des Startermotors 8 an der Klemme 45 im Wesentlichen Null ist. Hierbei wird unter im Wesentlichen Null verstanden, dass die Höhe der Induktionsspannung vernachlässigbar klein gegenüber der Versorgungsspannung ist, z.B. wenn die Höhe der Induktionsspannung 3%, 5% oder 10% der Höhe der Versorgungsspannung beträgt.
Nun erfasst in einem zweiten Betriebsmodus zum Detektieren eines sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalters 18 die Messeinheit 38 des Steuergeräts 36 die Höhe der elektrischen Spannung U₅₀ an der Klemme 50 und führt den Wert für die Höhe der Spannung der Vergleichseinheit 40 zu. Es liegt nun in dem zweiten Betriebsmodus des Startersystems 2 die elektrische Spannung U₄₅ an der Klemme 45 an, die durch die von der Einzugswicklung 24 und Haltewicklung 26 gebildete Reihenschaltung 28 (siehe 2) geteilt wird, die die Funktion einer Messschaltung hat. Dabei fällt im Fehlerfall, d.h. im Falle eines sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalters 18 entsprechend der Spannungsteilerregel die elektrische Spannung U₅₀ an der Klemme 50 ab, deren Höhe im Wesentlichen der Fehlerspannungswert G ist, der kleiner als die Höhe der Versorgungsspannung ist.
Die Vergleichseinheit 40 vergleicht den gemessen Wert der elektrischen Spannung U₅₀ mit dem Fehlerspannungswert G. Wenn der Wert der elektrischen Spannung U₅₀ in einem den Fehlerspannungswert G enthaltenden Intervall zweckmäßiger Breite, z.B. G +/– 0,5 V, 1 V, 1,5 V oder 2 V, liegt, erzeugt die Vergleichseinheit 40 ein Fehlersignal F, das anzeigt, dass der Starterrelaisschalter 18 sich nicht geöffnet hat.
Auf das Fehlersignal F hin kann eine Fehlerinformation abgespeichert werden, eine optische und/oder akustische Fahrerinformation erzeugt werden, und/oder die Versorgungspannungsquelle wird durch einen Trennschalter, z.B. einen Pyroschalter (nicht dargestellt), von dem Startersystem 2 elektrisch getrennt, um das Startersystem 2 vor einer Schädigung zu schützen. Dieser Fehlerfall bedeutet, dass der Startermotor 8 mit seinem Leerlaufstrom betrieben wird. Dabei wird kein Drehmoment auf den Triebstrang übertragen, jedoch wird das Bordnetz stark belastet und kann weitere Funktionen beeinträchtigen. Außerdem kann dies auch durch Abstellen des Fahrzeugs nicht korrigiert werden. Eine mögliche Systemreaktion besteht z.B. darin, in einen Notfahrmodus zu wechseln und den Fahrer darauf aufmerksam zu machen, dass das Fahrzeug abgestellt werden soll und die Batteriepole gelöst werden müssen (falls kein Trennschalter vorhanden ist).
4 zeigt ein weiteres Startersystem 200 für eine Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) in schematischer Darstellung, welches im Wesentlichen dem Startersystem 200 gemäß 1 entspricht. Anstelle eines Ansteuerrelais 14 weist das Startersystem 200 jedoch eine Reihenschaltung 214 aus zwei Ansteuerrelais auf.
Die Reihenschaltung 214 aus zwei Ansteuerrelais weist eine untere Ansteuerrelaisspule 220 und einen unteren Ansteuerrelaisschalter 222 sowie eine obere Ansteuerrelaisspule 221 und einen oberen Ansteuerrelaisschalter 223 auf. Ein Arbeitskontakt des oberen Ansteuerrelaisschalters 223 ist über eine elektrische Leitung mit dem Anschluss B+ der Versorgungsspannungsquelle 6 elektrisch leitend verbunden. Der andere Arbeitskontakt des oberen Ansteuerrelaisschalters 223 ist mit einem Arbeitskontakt des unteren Ansteuerrelaisschalters 222 elektrisch leitend verbunden, dessen anderer Arbeitskontakt wiederum mit der Klemme 50 elektrisch leitend verbunden ist. Zwischen dem oberen Ansteuerrelaisschalters 223 und dem unteren Ansteuerrelaisschalters 222 befindet sich ein Reihenschaltungspunkt 235.
Die untere Ansteuerrelaisspule 220 und die obere Ansteuerrelaisspule 221 sind separat ansteuerbar, um z.B. eine Gefährdung durch ungewollte Fahrzeugbewegung infolge eines unbeabsichtigten Starts zu verhindern. Beispielsweise wird die obere Ansteuerrelaisspule 221 angesteuert, um den Start grundsätzlich freizugeben (z.B. nur solange der Triebstrang geöffnet ist), und die untere Ansteuerrelaisspule 222 wird für den eigentlichen Start angesteuert.
In diesem Fall kann vorteilhaft durch zusätzliche Auswertung der Spannungshöhe der Spannung U_A am Reihenschaltungspunkt 235 zwischen den beiden Ansteuerrelaisschaltern ein Fehler, insbesondere ein Verschweißen oder Verkleben, eines der Ansteuerrelaisschalter sowie – wie bereits ausführlich erläutert – des Starterrelaisschalters 18 festgestellt werden.
Wird keine der Ansteuerrelaisspulen 220, 221 angesteuert, sollte – wie bereits ausführlich erläutert – U₅₀ auf Masse liegen. U_A ist in diesem Fall indifferent, da es sich um einen offenen Anschluss handelt. Mittels einer ersten Messbeschaltung 301 (siehe 5a), die einen (hochohmigen) Pull-Down-Widerstand aufweist, kann U_A definiert auf Massepotential gelegt werden. Mittels einer alternativen Messbeschaltung 302 (siehe 5b), die einen Spannungsteiler mit zwei in Reihe geschalteten (hochohmigen) Widerständen aufweist, die zwischen Versorgungsspannung und Masse geschaltet sind, kann der digital indifferente Zustand gezielt eingestellt werden. Mittels einer weiteren alternativen Messbeschaltung 303 (siehe 5c), die einen schaltbaren (hochohmigen) Pull-Up-Widerstand und einen schaltbaren (hochohmigen) Pull-Down-Widerstand aufweist, kann durch abwechselndes Öffnen und Schließen der Schalter eine Prüfung auf digitale Pegel stattfinden. Entsprechende Signalverläufe werden weiter unten unter Bezugnahme auf die 6 und 7 erläutert.
Öffnet der obere Ansteuerrelaisschalter 223 fehlerhafterweise nicht, liegt U_A auf Höhe der Versorgungsspannung der Versorgungsspannungsquelle 6. Öffnet der untere Ansteuerrelaisschalters 222 fehlerhafterweise nicht, liegt U_A auf Masse. Öffnen beide Ansteuerrelaisschalter 222, 223 fehlerhafterweise nicht, liegen U_A und U₅₀ auf Versorgungsspannung und der Startermotor 8 dreht an.
Wird nur die obere Ansteuerrelaisspule 221 angesteuert, sollten U₅₀ auf Masse und U_A auf Versorgungsspannung liegen. Öffnet der untere Ansteuerrelaisschalters 222 fehlerhafterweise nicht, liegen U_A und U₅₀ auf Versorgungsspannung und der Startermotor 8 dreht an.
Wird nur die untere Ansteuerrelaisspule 220 angesteuert, sollten U₅₀ und U_A auf Masse liegen. Öffnet der obere Ansteuerrelaisschalters 223 fehlerhafterweise nicht, liegen U_A und U₅₀ auf Versorgungsspannung und der Startermotor 8 dreht an.
Auf diese Weise können durch Auswerten der Spannungshöhen von U_A und U₅₀ unterschiedliche Fehler der Ansteuerrelais und des Starterrelais erkannt werden. Die Spannungshöhen von U_A und U₅₀ können auch beide durch abwechselndes Öffnen und Schließen des unteren Ansteuerrelaisschalters 222 am Reihenschaltungspunkt 235 erfasst werden. Dann ist vorteilhafterweise kein eigener Messpunkt für U₅₀ notwendig. Wird ein Fehlerfall detektiert, so können gezielt Maßnahmen wie oben ergriffen werden. Insbesondere kann anhand des erkannten Fehlers entschieden werden, ob das Fahrzeug stillzusetzen ist (insbesondere wenn der Starterrelaisschalter nicht mehr öffnet) oder ob noch eine sichere Rückfahrt bzw. Fahrt zur Werkstatt erlaubt wird, z.B. wenn die Start/Stopp-Funktion oder ein Segelbetrieb deaktiviert wird (insbesondere wenn nur einer von zwei Ansteuerrelaisschaltern nicht mehr öffnet).
In den 6 und 7 sind Signalverläufe dargestellt, wie sie bei einer Diagnose unter Verwendung von Messbeschaltungen gemäß den 5a–5c auftreten können. Dabei sind jeweils in einem ersten Diagramm oben ein Ansteuersignal S₂₂₁ für die obere Ansteuerrelaisspule 221 und in einem zweiten Diagramm von oben ein Ansteuersignal S₂₂₀ für die untere Ansteuerrelaisspule 220 gegen die Zeit t auf der x-Achse aufgetragen. Darunter finden sich jeweils Verläufe der Spannung U_A am Reinschaltungspunkt 235 und der Spannung U₅₀ an Klemme 50 für ein Sollverhalten (1. Spalte), für den Fall, dass der Starterrelaisschalter 18 fehlerhafterweise nicht öffnet (2. Spalte), für den Fall, dass der obere Ansteuerrelaisschalter 223 fehlerhafterweise nicht öffnet (3. Spalte), und für den Fall, dass der untere Ansteuerrelaisschalter 222 fehlerhafterweise nicht öffnet (4. Spalte). Die Spannungshöhe der Versorgungsspannung am Anschluss B+ ist mit U_B gekennzeichnet.
Das Diagnoseverfahren kann jeweils zu einem Zeitpunkt t₀ beginnen. Bis zu einem Zeitpunkt t₁ wird keine der Ansteuerrelaisspulen 220, 221 angesteuert, sodass beide Ansteuerrelaisschalter 222 bzw. 223 geöffnet sein sollten. Dementsprechend soll, wie in der ersten Spalte dargestellt, der Pegel von U_A durch die jeweils angeschlossene Messbeschaltung definiert werden und der Pegel von U₅₀ auf Masse liegen. In 6 ist dabei entsprechend der Messbeschaltung 301 der Pegel von U_A auf Masse gezogen dargestellt, in 7 auf einen Spannungswert U_m gezogen dargestellt, der durch den Spannungsteiler der Messbeschaltung 302 vorgegeben wird. Wird eine Messbeschaltung 303 gemäß 5c eingesetzt, liegt der Pegel in Abhängigkeit davon, ob der Pull-Up-Wiederstand oder der Pull-Down-Wiederstand zugeschaltet sind, auf Versorgungsspannungsniveau U_B bzw. auf Masse. Durch Umschalten zwischen dem Pull-Up-Wiederstand und dem Pull-Down-Wiederstand kann überprüft werden, ob der Pegel sich dementsprechend verändert und daher die Ansteuerrelaisschalter 222 und 223 erwartungsgemäß beide geöffnet sind.
In einem Zeitraum zwischen t₁ und t₂ wird die obere Ansteuerrelaisspule 221 angesteuert, sodass der obere Ansteuerrelaisschalter 223 schließen soll. Ist dies der Fall, ist der Reihenschaltungspunkt 235 über den oberen Ansteuerrelaisschalter 223 mit B+ verbunden, sodass U_A auf Versorgungsspannungsniveau U_B liegt. Da der Ansteuerrelaisschalter 222 weiterhin geöffnet sein soll, soll auch U₅₀ weiterhin auf Masse liegen. Dies ist ebenfalls in der ersten Spalte der Diagramme von U_A und U₅₀ in den 6 und 7 gezeigt.
In einem Zeitraum zwischen t₂ und t₃ wird nur die untere Ansteuerrelaisspule 220 angesteuert, sodass nur der untere Ansteuerrelaisschalter 222 geschlossen sein soll. Dementsprechend ist der Reihenschaltungspunkt 235 über den unteren Ansteuerrelaisschalter 222 mit Klemme 50 verbunden, d.h. U_A = U₅₀.
Die Signalverläufe bei nicht-öffnendem Starterrelaisschalter 18 sind in der zweiten Spalte der Diagramme von U_A und U₅₀ in den 6 und 7 gezeigt. Am Pegel von U_A ändert sich bis zum Zeitpunkt t₂ nichts, da erst ab t₂ der untere Ansteuerrelaisschalter 222 geschlossen ist. Zwischen t₂ und t₃ entspricht U_A dann dem oben erläuterten Fehlerspannungswert G, der sich gemäß der Spannungsteilerregel aus den Spulenwiederständen R_ew und R_hw ergibt. Der Pegel von U₅₀ liegt immer auf diesem Niveau G.
Die Signalverläufe bei nicht-öffnendem oberem Ansteuerrelaisschalter 223 sind in der dritten Spalte der Diagramme von U_A und U₅₀ in den 6 und 7 gezeigt. Ist der obere Ansteuerrelaisschalter 223 ständig geschlossen, liegt U_A ständig auf Versorgungsspannungsniveau U_B. Wenn nun gleichzeitig auch der untere Ansteuerrelaisschalter 222 geschlossen (d.h. zwischen t₂ und t₃) wird, liegt dementsprechend auch U₅₀ auf dem Versorgungsspannungsniveau U_B.
Die Signalverläufe bei nicht-öffnendem unterem Ansteuerrelaisschalter 222 sind in der vierten Spalte der Diagramme von U_A und U₅₀ in den 6 und 7 gezeigt. Ist der untere Ansteuerrelaisschalter 222 ständig geschlossen, liegen U_A und U₅₀ immer auf demselben Niveau, welches von U_A vorgegeben wird.
Unter Beachtung der geschilderten Zusammenhänge ist durch abwechselndes Ansteuern der oberen und der unteren Ansteuerrelaisspule 221 bzw. 220 und Auswerten der Spannungspegel U_Aund U₅₀ eine Diagnose der Ansteuerrelaisschalter 223 und 222 und des Starterrelaisschalters 18 möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011081093 A1 [0005, 0005]

Claims

Verfahren zum Detektieren eines sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalters (18) eines Starterrelais (10) eines Startersystems (2) für eine Brennkraftmaschine, wobei das Starterrelais (10) eine Einzugswicklung (24) und eine Haltewicklung (26) aufweist, die an einem Ansteueranschluss (50) des Starterrelais (10) eine Parallelschaltung (42) bildend elektrisch verschaltet sind, mit den Schritten: Erfassen der Höhe einer an der Haltewicklung (26) abfallenden elektrischen Spannung (U₅₀) an dem Ansteueranschluss (50) des Starterrelais (10), wobei die an der Haltewicklung (26) abfallende elektrische Spannung (U₅₀) erfasst wird, wenn das Starterrelais (10) nicht angesteuert wird, Vergleichen der Höhe der erfassten elektrischen Spannung (U₅₀) mit einem Fehlerspannungswert (G), und Erzeugen eines Fehlersignals (F), das einen sich nicht-öffnenden Starterrelaisschalter (18) anzeigt, wenn die erfasste elektrische Spannung (U₅₀) in einem den Fehlerspannungswert (G) enthaltenden Fehlerintervall liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Fehlerspannungswert (G) und/oder eine obere Intervallgrenze des Fehlerintervalls kleiner als ein Leerlaufwert oder Nennwert einer Versorgungsspannung des Startersystems (2) sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fehlerspannungswert (G) und/oder eine obere Intervallgrenze des Fehlerintervalls kleiner als ein Istwert (U₄₅) einer Versorgungsspannung des Startersystems (2) sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einzugswicklung (24) einen ersten ohmschen Widerstand (R_EW) und die Haltewicklung (26) einen zweiten ohmschen Widerstand (R_HW) aufweist, und wobei der Fehlerspannungswert (G) gleich dem Produkt aus der Höhe einer Versorgungsspannung (U₄₅) des Startersystems (2) und dem Wert des zweiten ohmschen Widerstands (R_HW), dividiert durch die Summe des ersten ohmschen Widerstandes (R_EW) und des zweiten ohmschen Widerstandes (R_HW), ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die an der Haltewicklung (26) abfallende elektrische Spannung (U₅₀) erfasst wird, wenn ein Ansteuerrelais (14) zum Ansteuern des Starterrelais (10) nicht angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ansteueranschluss (50) mit einer Reihenschaltung (214) aus zwei Ansteuerrelaisschaltern (222, 223) von zwei Ansteuerrelais elektrisch leitend verschaltet ist, wobei die Höhe einer an einem Reihenschaltungspunkt (235) zwischen den zwei Ansteuerrelaisschaltern (222, 223) anliegenden Spannung (U_A) erfasst wird, wobei durch Auswerten der Höhe der an dem Reihenschaltungspunkt (235) zwischen den zwei Ansteuerrelaisschaltern (222, 223) anliegenden Spannung (U_A) ein Fehler eines der zwei Ansteuerrelaisschalter (222, 223) und/oder des Starterrelaisschalter (18) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei am Reihenschaltungspunkt (235) eine Messbeschaltung (301, 302, 303) angeschlossen ist, die die Höhe der an dem Reihenschaltungspunkt (235) zwischen den zwei Ansteuerrelaisschaltern (222, 223) anliegenden Spannung (U_A) auf einen definierten Pegel zieht, wenn die zwei Ansteuerrelaisschalter (222, 223) geöffnet sind.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Messbeschaltung (301, 302, 303) einen Pull-Down-Widerstand und/oder einen Pull-Up-Widerstand und/oder einen Spannungsteiler aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die an der Haltewicklung (26) abfallende elektrische Spannung (U₅₀) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer (T) nach dem Beenden der Ansteuerung des Starterrelais (10) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Zeitdauer (T) wenigstens eine oder wenigstens zwei und/oder höchstens vier oder höchstens fünf Sekunden beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf das Fehlersignal (F) hin eine Fehlerinformation abgespeichert wird und/oder eine Fahrerinformation erzeugt wird und/oder eine Quelle der Versorgungspannung (U₄₅) von dem Startersystem (2) getrennt wird.
Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 13.