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Die
Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für Lastelemente eines Verstellsystems
eines Kraftfahrzeugs. Sie bezieht sich weiter auf ein Verfahren
zur Sicherung von derartigen Lastelementen.
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Sicherheitseinrichtungen
werden für
Lastelemente, beispielsweise Motoren, eingesetzt, um fehlerhafte
Schaltvorgänge
zu sichern. Ein fehlerhaft geschalteter Motor kann die Sicherheit
von Mensch und Maschine gefährden.
Ein Beispiel für
die Anwendung von Sicherheitseinrichtungen ist die Sicherung von Elektromotoren
zur Sitzverstellung in Kraftfahrzeugen.
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Herkömmliche
Sicherheitseinrichtungen unterbrechen die Stromversorgung der Lastelemente im
Fehlerfall. Ein zusätzlicher
Schalter ist zur Unterbrechung der Stromversorgung erforderlich.
Der zusätzliche
Schalter ist die einzige Steuerungsmöglichkeit der Sicherheitseinrichtung,
so dass im Fehlerfall bereits ein Einfachfehler der Unterbrechung
die Zuverlässigkeit
der Sicherheitseinrichtung wesentlich reduziert.
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Bei
einer aus der
DE 195
17 958 A1 bekannten Sicherheitseinrichtung für Lastelemente
eines Versteilsystems eines Kraftfahrzeuges werden Schaltfehler
nicht detektiert. Auch bei einer aus der
DE 39 30 723 A1 bekannten
Einrichtung zum automatischen Positionieren einer Satellitenantenne
mittels zweier gesteuerter Schalter können Schalt- oder Eingabefehler
nicht detektiert werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich der Zuverlässigkeit
verbesserte Sicherheitseinrichtung für Lastelemente eines Verstellsystems
eines Kraftfahrzeugs sowie ein entsprechendes Verfahren zur Sicherung
von Lastelementen eines derartigen Versteilsystems anzugeben. Diese Aufgabe
durch die Sicherheitseinrichtung mit den Merkmale des Patentanspruchs
1 bzw. durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Eine
Sicherheitseinrichtung ist zur Detektion eines Schaltfehlers an
ein Lastelement angeschlossen. Das Lastelement ist beispielsweise
ein Elektromotor oder ein Hubmagnet. Die Sicherheitseinrichtung
ist beispielsweise in einem Microcontroller enthalten oder besteht
aus Einzelbauelementen. Der Anschluss ist beispielsweise ein elektrischer
Anschluss, mit dem beispielsweise die Potentiale oder Potentialunterschiede
an den Anschlüssen
des Lastelementes bestimmt werden. Alternativ wird beispielsweise
die Sicherheitseinrichtung über
einen Sensor, beispielsweise einen Hall-Sensor, an das Lastelement
angeschlossen.
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Der
Laststrom für
das Lastelement wird mit mindestens zwei Schaltern richtungsabhängig geschaltet.
Die Schalter sind beispielsweise Relais oder Halbleiterschalter.
Die zwei Schalter sind beispielsweise Wechselschalter, die eine
Umkehrung des Laststromes ermöglichen.
Die Sicherheitseinrichtung detektiert Schaltfehler von mindestens
einem der zwei oder weiteren Schaltern, indem beispielsweise die
Schaltspannungen ausgewertet werden oder Ist- und Sollwerte eines
Messsignals eines Sensors verglichen werden.
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Mindestens
ein Steueranschluss der Sicherheitseinrichtung ist an die zwei Schalter
angeschlossen. Mit dem Steueranschluss steuert die Sicherheitseinrichtung
die zwei Schalter. Wird von der Sicherheitseinrichtung ein Schaltfehler
detektiert, werden die Schalter derart gesteuert, dass das Lastelement
kurzgeschlossen wird. Beispielsweise werden beide Anschlüsse des
Lastelements auf Versorgungsspannungspotential geschaltet.
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Werden
Halbleiterschalter verwendet, so wird die Sicherheitseinrichtung
zusammen mit den Halbleiterschaltern vorteilhaft integriert. In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließen im Ruhezustand
die beiden Wechselschalter das Lastelement nach Masse kurz. Neben
den zwei Schaltern zum richtungsabhängigen Schalten des Laststromes ermöglichen
weitere Schalter eine vorteilhafte Auswahl verschiedener Lastelemente.
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Indem
die Sicherheitseinrichtung an eine Eingabeeinrichtung angeschlossen
ist, werden durch Eingabefehler verursachte Schaltfehler detektiert. Ein
Eingabefehler ist beispielsweise ein gleichzeitiges Schalten mehrerer
Lastelemente. Vorteilhafterweise werden Kombinationen aus Eingabe-
und Schaltfehlern detektiert.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung steuert die Sicherheitseinrichtung
eine Signalisierungseinrichtung zur Anzeige des Kurzschlusses. Die
Signalisierungseinrichtung ist beispielsweise als eine Leuchtdiode
in die Sicherheitseinrichtung implementiert.
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Ist
die Sicherheitseinrichtung an weitere Lastelemente angeschlossen,
so werden besonders vorteilhaft mehrere Lastelemente gleichzeitig überwacht und
Schaltfehler zugehöriger
Schalter detektiert. In einer Ausgestaltung werden die Schalter
zur Auswahl der Lastelemente zeitversetzt vor den zwei Schaltern
zum richtungsabhängigen
Schalten des Laststromes geschalten. So können die Auswahlschalter besonders
vorteilhaft lastfrei geschalten werden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird eine temporäre Erhaltung
des Kurzschlusses in einer Speichereinrichtung gespeichert. Die
Speichereinrichtung ist beispielsweise eine Sicherung, um vorteilhaft
die Wahrscheinlichkeit des Schaltfehlers bei dem Wiedereinschalten
der Versorgungsspannung zu verringern.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Schalten mehrerer Lastströme als Schaltfehler
detektiert. So wird besonders vorteilhaft der Gesamtlaststrom aller
Lastelemente begrenzt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Schaltfehler anhand einer
an dem Lastelement abgegriffenen Spannungsdifferenz bestimmt. Besonders vorteilhaft
wird das Detektionsergebnis aus den Spannungsdifferenzen der einzelnen
Lastelemente und den Eingaben des Bedieners bestimmt. Zudem können ebenfalls
Sensoren zur Detektion von Schaltfehlern genutzt werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung wird ein von einem Eingabefehler
verursachter Schaltfehler von der Sicherheitseinrichtung detektiert und
das Lastelement für die
Dauer des Eingabefehlers kurzgeschlossen. So führt ein Eingabefehler nur zu
einer kurzzeitigen Sperrung der Lastelemente und wird zusätzlich von
systemeigenen Schaltfehlern unterschieden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend
auf zeichnerische Darstellungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer Sicherungseinrichtung nach dem Stand
der Technik,
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2 eine
schematische Darstellung einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung,
und
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3 eine
schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
eine derzeitige Sicherheitseinrichtung dargestellt. Die Potentiale
der Anschlüsse von
Lastelementen M1 bis M4 werden in einer Auswerteeinrichtung LOGIC
ausgewertet. Die Lastströme
werden mit mechanischen Doppel-Wechselschaltern S_LR1 bis S_LR4
richtungsabhängig
geschaltet. Der beispielsweise durch ein Kleben des Schaltkontaktes
verursachte Schaltfehler eines Schalters S_LR1, S_LR2, S_LR3, S_LR4
führt zu
einer Bedienung eines weiteren der Wechselschalter und von der Auswerteeinrichtung
LOGIC wird die Bedienung als Schaltfehler ermittelt. Die Stromversorgung
der Lastelemente M1 bis M4 wird folgend mittels eines Relais R_1
mit dem Relaisschalter SU1 unterbrochen. Eine derartige Sicherheitseinrichtung wird
vielfach in Automobilen zur elektrischen Sitzverstellung eingesetzt,
um das Risiko durch Verletzungen aufgrund eines Schaltfehlers für die Insassen
zu verringern.
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Eine
erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung
SE ist beispielhaft in 2 dargestellt.
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Die
zwei Relais-Wechselschalter SL1 und SR1 ermöglichen ein richtungsabhängiges Schalten des
Laststromes I1, I2, I3, I4 für
die Elektromotoren M1, M2, M3, M4. Die Relais-Wechselschalter S4,
S6, S9 und S11 ermöglichen
eine Auswahl verschiedener Elektromotoren M1 bis M4. Die Schalter
SL1, SR1, S4, S6, S9 und S11 werden über eine Eingabeeinrichtung
T angesteuert. Die Eingabeeinrichtung T besteht beispielsweise aus
Tastern oder Schaltern S1, S2, S3, S5, S7, S8, S10 und S12. Im Ausführungsbeispiel
steuert die Eingabeeinrichtung T die Relais-Wechselschalter S11,
SR1, S4, S6, S9 und S11 über
eine Dioden-Logik D1, D2, D4, D5, D7, D8, D10, D11, D13, D14, D16,
D17, D19, D20, D22, D23.
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Zur
Klarstellung sind die unterschiedlichen Teile der Sicherheitseinrichtung
SE getrennt dargestellt. Vorteilhafterweise werden die einzelnen
Teile örtlich
zusammengefaßt
oder auf einem Halbleiterchip integriert.
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Die
Auswerteeinrichtung LOGIC der Sicherheitseinrichtung SE wertet die
Signale der Exklusiv-Oder Gatter XOR und der Eingabeeinrichtung
T über
einen Widerstand R und eine Dioden-Logik D3, D6, D9, D12, D15, D18,
D21, D24 aus. Die Auswertung der Eingabeeinrichtung T wird über die
Logikspannung XP gesteuert. Fließt beispielsweise ein Laststrom
I1 durch das Lastelement M1 ohne daß ein Taster S1 oder S2 der
Eingabeeinrichtung T bedient wurde, so liegt ein Schaltfehler vor,
beispielsweise das Kleben eines Relaiskontaktes SL1, SR1, S4, S6, S9
oder S11, der von der Sicherheitseinrichtung SE entsprechend ausgewertet
wird.
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Die
Ergebnisse der Auswertung werden in der Speichereinrichtung SP,
beispielsweise in einem Flip-Flop oder EEPROM, gespeichert. Der
Speicherzustand, beispielsweise ob ein Schaltfehler vorliegt oder
nicht, wird über
eine Anzeigeeinrichtung S angezeigt, die beispielsweise von zwei
LEDs unterschiedlicher Farbe besteht. Diese werden vorteilhaft im
Amaturenbrett eines Automobils implementiert.
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Der
Speicherzustand der Speichereinrichtung SP entscheidet über die
Ausgangspannung der Sicherheitseinrichtung SE. Im Ruhezustand liegt
das Ausgangssignal des Flip-Flops
auf der Betriebspannung von 12V. Wird beispielsweise ein Schaltfehler detektiert,
liegt das Ausgangssignal des Flip-Flops SP auf Masse GND. Über die
beiden Dioden D25 und D26 fließt
ein Strom durch die Steueranschlüsse
CL1 und CR1 und damit durch die Relaisspulen R_SL1 und R_SR1. Beide
Schalter SL1 und SR1 schalten auf die Betriebsspannung 12V und der
Motor M1 wird kurzgeschlossen. Ein Kurzschluß des Lastelementes ist gegenüber einer
reinen Unterbrechung der Stromversorgung weitaus vorteilhafter,
da der Motor M1 durch den Kurzschluß auch elektrisch gebremst
wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil gegenüber Lösungen des Standes der Technik
ist die Einsparung eines zusätzlichen
Sicherheitsrelais.
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In 3 ist
ein schematischer Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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Das
Kleben eines Kontaktes verursacht im ersten Schritt einen Schaltfehler,
so daß ein
Motor M1, M2, M3 oder M4 unkontrolliert beispielsweise einen Sitz
verstellt. In einem zweiten Schritt wird von der Sicherheitseinrichtung
SE ein Schaltfehler detektiert und in einem dritten Schritt wird
die Auswertung des Schaltfehlers in einem EEPROM SP gespeichert.
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Im
Schritt vier werden die zwei Schalter SL1 und SR1 so angesteuert,
daß alle
Motoren M1 bis M4 kurzgeschlossen werden, so daß die Anschlußklemmen
der Motoren M1 bis M4 entweder alle auf Betriebspannungspotential
von 12V oder alle auf Masse GND geschaltet sind. In einem fünften Schritt
wird der Kurzschluß mit
einer Anzeige oder einem akustischen Signal S signalisiert.
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In
einem sechsten Schritt wird der Schaltfehler von der Sicherheitseinrichtung
SE überprüft. Die Überprüfung erfolgt
dabei beispielsweise periodisch in festen Intervallen, beispielsweise
alle 10 Sekunden, und wird infolge eines ständigen Schaltfehlers nach einer
Zeitspanne abgebrochen. Überprüft wird die
Eingabeeinrichtung T, ob eine Bedienung vorliegt, und die Spannungsdifferenzen
U1 bis U4 der Motoren M1 bis M4 mittels der Exklusiv-Oder Gatter
XOR. Liegt nach einem Intervall kein Schaltfehler mehr vor, wird
das System in den Augangszustand im Schritt sieben zurückgesetzt.
Das Ausgangssignal des EEPROM SP ist damit auf Betriebsspannungspotential 12V,
so daß die
Sicherheitseinrichtung SE kein Relais R_S4, R_S6, R_S9, R_S11, R_SL1
und R_SR1 ansteuert.
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Bleibt
der Schaltfehler dagegen nach dem Intervall bestehen, so wird der
Kurzschluß im
achten Schritt erhalten und der Schaltfehler im folgenden Intervall
analog Schritt sechs erneut überprüft.
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Zur Überprüfung des
Schaltfehlers in Schritt sechs können
alternativ die Schalter SL1 und SR1 kurzzeitig auf Masse geschaltet
werden, um bei bestehendem Schaltfehler erneut umgeschaltet zu werden.
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- S_LR1
- manueller
Doppelwechselschalter
- S_LR2
- manueller
Doppelwechselschalter
- S_LR3
- manueller
Doppelwechselschalter
- S_LR4
- manueller
Doppelwechselschalter
- 12V
- Betriebsspannung
(12V)
- GND
- Masse
- XP
- Logikspannung
- Logic
- Auswertelogik
- LOGIC
- Auswertelogik
- R1
- Relaisspule
- R_S4
- Relaisspule
- R_S6
- Relaisspule
- R_S9
- Relaisspule
- R_S11
- Relaisspule
- R_SL1
- Relaisspule
- R_SR1
- Relaisspule
- SU1
- Relaisschalter
- SL1
- Relaisschalter
- SR1
- Relaisschalter
- S4
- Relaisschalter
- S6
- Relaisschalter
- S9
- Relaisschalter
- S11
- Relaisschalter
- M1
- Lastelement
- M2
- Lastelement
- M3
- Lastelement
- M4
- Lastelement
- T
- Eingabeeinrichtung
- S1
- Taster
- S2
- Taster
- S3
- Taster
- S5
- Taster
- S7
- Taster
- S8
- Taster
- S10
- Taster
- S12
- Taster
- R1
- Widerstand
- D1
bis D26
- Diode
- XOR
- Exklusiv-Oder
Gatter
- SP
- Speichereinrichtung
- SE
- Sicherheitseinrichtung
- S
- Anzeigeeinrichtung
- CL1
- Steueranschluß
- CR1
- Steueranschluß