AT414326B

AT414326B - Elektronische steuerung für wirbelstrombremsen in sicherheitstechnik

Info

Publication number: AT414326B
Application number: AT190299A
Authority: AT
Original assignee: Unterberger Ruth
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2007-08-15
Also published as: ATA190299A

Description

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AT 414 326 B

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerung für Wirbelstrombremsen (Retarder) mit zumindest einer Erregerspule zum Einsatz im Nutzfahrzeugbereich, wobei die elektronische Steuerung zweikanalig aufgebaut ist und in Serie mit der Erregerspule liegt. 5 Derzeit werden Wirbelstrombremsen entweder über Kontakte geschaltet (Lebensdauerproblem, Funkstörungen beim Schalten usw.), oder durch kontaktlose Systeme mit hohem Sicherheitsrisiko bei Defekt oder Störung eines Halbleiters gesteuert. Selbstaktivierung bei eisglatter oder nasser Straße kann dabei zu schweren Verkehrsunfällen führen. Weiters entsteht durch die hohen Betriebsströme (z.B.280 Ampere) eine nicht unerhebliche Brand- und Umweltgefahr, io (z.B. bei Gefahrenguttransportern).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Steuerung zu realisieren, daß das Gefahrenpotential nach Defekt eines Bauteiles minimal ist bzw. die Betriebssicherheit der Gesamt-Elektrik bei gestörter Wirbelstrombremsenelektronik erhalten bleibt. 15

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch Bildung von zwei Schaltkanälen, die in Serie liegen.

Bei der sicherheitsrelevanten Betrachtung einer Steuerung für Wirbelstrombremsen ist der AUS-Zustand der sichere Zustand (Wirbelstrombremsen sind Zusatzbremsen). 20

Liegen nun zwei Kanäle in Serie, so führt ein durchlegierter oder falsch aktivierter Kanal nicht zum Durchsteuern bis zum Spulen-Ausgang, da ja Strom durch Vorhandensein des 2.Kanals unterbrochen bleibt. 25 Weiters:

Ein manuell zu betätigender Handschalter gibt die Wirbelstrombremse frei. Damit kann der Bremsvorgang jederzeit manuell abgebrochen werden. Das ist besonders wichtig bei fremdgesteuerten Wirbelstrombremsen, wie z.B. bei Steuerung vom Tempomaten oder Getriebe aus. 30

Eine Verknüpfung mit dem Auslösesignal vom Anti-Blockier-System (wenn vorhanden) bringt eine weitere Verbesserung der Sicherheitseigenschaften.

Figurenübersicht: 35

Fig. 1 Symboldefinition des Schaltkanales

Fig. 2 Darstellung Schaltkanal, realisiert mit n-Kanal Mosfet

Fig. 3, 4, 5 Möglichkeiten der Anordnung der Schaltkanäle 40 Beschreibung:

Kern der Sache ist der in Fig. 1 dargestellte Schaltkanal, der in der einen oder anderen Form mindestens zweimal vorhanden ist. 45 Diese Schaltkanäle (1,1a,...1n; 2,2a,...2n) sind als abgeschlossene Schalteinheiten zu betrachten. Jeder Schaltkanal alleine könnte im fehlerfreien Zustand die entsprechende Spule steuern. Bei durchlegiertem Transistor aber würde Bremse aktiv. (Das wird aber durch den zweiten Kanal verhindert!) Die eingesetzten Leistungsbauelemente am Ausgang richten sich nach dem Stand der Technik. Derzeit sind n-Kanal-Mosfets (3) die geeignetesten Bauteile (Fig. 2). 50

Eine Ladungspumpe (4) hebt dabei die Gatespannung auf ein für die Art der Anwendung (high-side-switch) notwendiges Niveau. Eine Strombegrenzung (5) mit Speicherung erfolgt durch Überwachung der Drain-Source-Spannung im eingeschalteten Zustand. Der Eingang wird gefiltert (6). Eine Freilaufdiode (7) sorgt für den Abbau von Induktionsspannungen. 55

Claims

3 AT 414 326 B Dieser Schaltkanal könnte auch mit anderen Bauteilen realisiert werden: Z.B. Thyristoren, IGBTs, elektromechan. Bauteile usw.. Eine diversitäre Auslegung (weil ja mindestens 2 Kanäle notwendig) bringt hier einen weiteren Zuwachs an Sicherheit. 5 Fig. 3 bis Fig. 5 beschreibt verschiedene Möglichkeiten der Serienschaltung der Schaltkanäle. Allen Schaltungen gemeinsam ist, daß der Strom immer über 2 Kanäle der Steuerung fließt. Bei allen Schaltungen bleibt sicherer Zustand (=AUS) bei Ausfall eines Bauteils erhalten! io Fig. 3: Ein Schaltkanal für den gesamten Strom ausgelegt (1), die einzelnen Wicklungen oder Wicklungsgruppen separat gesteuert (2a bis 2n). Vorteil: Weniger Aufwand als Fig. 4 Nachteil: Bei Ausfall (in Form einer Unterbrechung) von Kanal (1) Bremse nicht mehr zu gebrau-15 chen Fig. 4: Für jede Wicklung bzw. Wicklungsgruppe sind 2 Schaltkanäle mit Auslegung für den Wicklungsstrom vorhanden. 20 Vorteil: Bei Ausfall eines Kanals, Rest der Bremse noch zu gebrauchen Nachteil: am meisten Aufwand Fig. 5: Alle Wicklungen oder Wicklungsgruppen liegen parallel. Die beiden Schaltkanäle sind für den Gesamtstrom ausgelegt. 25 Vorteil: Am wenigsten Aufwand Nachteil: Bei Ausfall von (1) oder (2) Bremse nicht mehr zu gebrauchen. Die Ansteuerschaltungen dafür sind so ausgelegt, daß ein defektes Bauteil in dem einen Kanal 30 keine negative Rückwirkung auf die Ansteuerung des anderen Kanals haben kann. Der mechanische Aufbau der beiden Kanäle erfolgt in der Art u.Weise durch Abtrennung, daß sich eine auf einem Kanal entstandene Schmorstelle nicht auf den anderen Kanal ausweiten kann. Die beiden Kanäle können auch räumlich getrennt in 2 verschiedenen Gehäusen reali-35 siert sein. Eine Funktionsüberwachungseinrichtung (FÜ), die sich direkt an den Leistungsschaltelementen befindet, sorgt für die Erkennung eines defekten Kanals. Diese Information kann für eine Alarmierung, für Diagnosezwecke oder zur gegenseitigen Verknüpfung der Kanäle verwendet wer-40 den. Patentansprüche: 1. Steuerelektronik für Wirbelstrombremsen in Nutzfahrzeugen, wobei mit der Erregerspule der Wirbelstrombremse ein Schaltkanal in Serie geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer, vom ersten Schaltkanal (1,1a,...1n) getrennter Schaltkanal (2,2a,...2n) in Serie mit dem ersten Schaltkanal (1,1a,...1n) und der Erregerspule (L1...Ln) der Wirbelstrombremse angeordnet ist, so daß auch im Störfall eines Bauteiles das System sicher in so den AUS-Zustand zurückgehen kann.
2. Steuerelektronik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau der Schaltkanäle gleichartig oder für noch höhere Sicherheitsansprüche diversitär erfolgt.
3. Steuerelektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 4 AT 414 326 B Leistungsstufe zumindest eines Schaltkanals mit n-Kanal-Mosfet (3)-Technologie mit Ladungspumpe (4) realisiert ist.
4. Steuerelektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 5 Generierung des Bremsbefehls doppelt oder diversitär erfolgt.
5. Steuerelektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortleitung des Bremsbefehles doppelt bei elektrischer Trennung oder diversitär erfolgt. io 6. Steuerelektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verknüpfung mit vorhandenem Fahrzeug-ABS-Auslösesignal erfolgt.
7. Steuerelektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine direkte Verknüpfung mit einem Handschalter erfolgt, damit der Bremsvorgang jederzeit 15 manuell abgebrochen werden kann.
8. Steuerelektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kanäle räumlich soweit getrennt sind, daß sie sich im Störfall nicht gegenseitig elektrisch, magnetisch, thermisch oder elektrochemisch beeinflussen können. 20
9. Steuerelektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der beiden Kanäle überwacht wird (Fü) und im Störfall eine Alarmierung erfolgt. 25 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 30 35 40 45 50 55