DE10032191B4

DE10032191B4 - Elektronische Steuerschaltung

Info

Publication number: DE10032191B4
Application number: DE2000132191
Authority: DE
Inventors: Olaf Minkwitz; Ulrich Neubauer; Hartmut Beeken
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2000-07-01
Filing date: 2000-07-01
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2020-07-02
Also published as: JP2002087152A; FR2811803A1; DE10032191A1

Abstract

Elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung eines einen Anker aufweisenden elektromagnetischen Schaltelementes in Form eines Elektromagneten zur Einschaltung des Fernlichtes einer Kraftfahrzeug-Scheinwerferanlage, bei der die Ansteuerung des Schaltelementes in der Einschaltphase mit sich ändernden Steuersignalen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einschaltphase in einem vorgegebenen Zeitfenster (tf) mit einer vorgegebenen Anzahl von n Schaltzyklen (tp) die Einschaltzeiten (t1 bis tn) der Steuersignale schrittweise zunehmend vorgegeben veränderbar sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung eines einen Anker aufweisenden elektromagnetischen Schaltelementes in Form eines Elektromagneten zur Einschaltung des Fernlichtes einer Kraftfahrzeug-Scheinwerferanlage, bei der die Ansteuerung des Schaltelementes in der Einschaltphase mit sich ändernden Steuersignalen erfolgt.
Eine elektronische Steuerschaltung dieser Art ist aus der DE 197 19 602 A1 bekannt und wird vorzugsweise in einer Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Ventils verwendet. Dabei ändert sich die Periodendauer oder die Einschaltzeit des Steuersignals in der Einschaltphase in aufeinander folgenden Zeitabschnitten, um bei langsamem Fahren oder bei Fahrzeugstillstand die Schaltgeräusche des Schaltelementes zu reduzieren, da in diesen Zuständen die Motor- und Fahrgeräusche niedrig sind.
Die Betriebsspannung eines Kraftfahrzeuges variiert im allgemeinen von 9 V bis 16 V, so dass die Geräuschreduzierung nur unvollkommen ist. Muss bei der niedrigsten Betriebsspannung ein sicheres Ansprechen des Schaltelementes gewährleistet sein, dann kann die Geräuschreduzierung mit diesen nicht abgestuften Steuersignalen bei maximaler Betriebsspannung nicht mehr wirken. Man behilft sich oft damit, für die Betriebsspannung oder das Schaltelement eine Regelschaltung vorzusehen, die jedoch einen erhöhten Aufwand bedeutet.
Um die Schaltgeräusche klein zu halten, ist es erforderlich, im gesamten Betriebsbereich eine gleichbleibende bzw. möglichst geringe Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Polkern des Schaltelementes zu erreichen. Dies wird bei bekannten Steuerschaltungen mit einer elektronischen Strom- oder Spannungsregelung erreicht, die eine gleichmäßige Leistungsabgabe an das elektromagnetische Schaltelement über den gesamten Betriebsbereich sicherstellt. Da in dem Betriebsbereich von 9 V bis 16 V und unter Berücksichtigung eines Betriebstemperaturbereiches von –40 °C bis +120 °C ohne Regelung die Leistungsabgabe an das Schaltelement bis zu 600% schwankt, ist der Aufwand für eine Strom- oder Spannungsregelung beachtlich hoch.
Aus der englischsprachigen Zusammenfassung der JP 04-030 403 A sowie aus der US 5,406,440 A sind getaktet angesteuerte Stromversorgungen bekannt, die anstelle einer Einschaltrampe einer allmählich ansteigenden Bestromung einen allmählich ansteigenden Tastgrad verwirklichen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerschaltung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die ohne aufwendige Regelschaltung die Schaltgeräusche des Schaltelementes in dem gesamten, ungeregelten Betriebsbereich der Betriebsspannung und der Betriebstemperatur niedrig hält.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass während der Einschaltphase in einem vorgegebenen Zeitfenster mit einer vorgegebenen Anzahl von n Schaltzyklen die Einschaltzeiten der Steuersignale schrittweise zunehmend vorgegeben veränderbar sind.
Das Schaltelement wird in der Einschaltphase zyklisch angesteuert, wobei sich in den Schaltzyklen die Einschaltzeiten schrittweise erhöhen. Die tatsächlich vorliegenden Betriebsbedingungen brauchen nicht erfasst und geregelt werden. Die Ansteuerung in der Einschaltphase ist fest vorgegeben und wird allein durch ein einfaches Steuergerät mit Mikroprozessor bestimmt.
Zur weiteren Vereinfachung ist dabei zusätzlich vorgesehen, dass die Schaltzyklen gleich und durch die Anstiegsflanken der Einschaltzeiten festgelegt sind.
Das Steuergerät mit dem Mikroprozessor arbeitet dabei mit fest vorgegebener Grundfrequenz, wobei den aufeinander folgenden Schaltzyklen die zugehörigen vorgegebenen Einschaltzeiten zugeordnet sind.
Die Anpassung der Ansteuerung an das Schaltverhalten des Schaltelementes ist nach einer Ausgestaltung so vorgenommen, dass das Zeitfenster gleich oder größer ist als die Ansprechzeit des Schaltelementes. Für herkömmlich verwendete Schaltelemente ist die Auslegung so, dass die Finschaltphase n = 13 Schaltzyklen umfasst, dass die n-1 Einschaltzeiten von 2 ms auf 8 ms ansteigen und dass die Einschaltzeit des letzten, n-ten Schaltzyklus im Zeitfenster mit 50 ms gewählt ist.
Um ein sicheres Ansprechen des Schaltelementes zu erreichen, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, dass im Zeitfenster mehrere aufeinander folgende Be reiche mit gleich großen Einschaltzeiten in den Schaltzyklen gebildet sind, dass die Einschaltzeiten in den aufeinander folgenden Bereichen schrittweise zunehmen und dass die Einschaltphase ein oder mehrere Zeitfenster umfasst.
Die Einschaltzeiten werden nach einer bevorzugten Ausgestaltung so festgelegt, dass zumindest in dem Anfangsbereich des Zeitfensters die Einschaltzeiten an die maximale Steuerspannung angepasst sind und dass zumindest in dem Endbereich des Zeitfensters die Einschaltzeit auf die minimale Steuerspannung abgestimmt ist.
Dem Zeitfenster mit den n Schaltzyklen kann nach einer Weiterbildung ein kurzer Einschaltimpuls zum Lösen der Startposition des Schaltelementes vorausgehen, der mit ca. 5 ms gewählt werden kann. Zudem kann aus Gründen der Ansprechsicherheit das Zeitfenster mit den n Schaltzyklen mehrmals wiederholt werden.
Der Schaltungsaufbau der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ist nach einem einfachen Ausführungsbeispiel so ausgeführt, dass das Schaltelement eine Ansprechwicklung und eine Haltewicklung aufweist, dass dem Schaltelement ein elektronischer Schalter zugeordnet ist, der von einem Mikroprozessor steuerbar ist und die Ansprechwicklung des Schaltelementes im Rhythmus der Steuersignale bestromt, dass ein Fernlichtschalter über die Ansprechwicklung und einen Vorwiderstand dem Mikroprozessor ein Anforderungssignal für das vorgegebene Zeitfenster von Steuersignalen zuführt und dass nach einem oder mehreren Zeitfenstern von Steuersignalen das Schaltelement über die Haltewicklung in dem Einschaltzustand gehalten bleibt, wobei die Haltewicklung mit der vom Fern lichtschalter angeschalteten Ansprechwicklung in Reihe geschaltet und durch den elektronischen Schalter kurzschließbar ist. Das Zeitfenster mit den n Schaltzyklen mit vorgegebenen Schaltzeiten ist im Mikroprozessor als Software vorgegeben, so dass es ausreicht, den Mikroprozessor mit dem Einschalten des Fernlichtschalters anzustoßen, um über den elektronischen Schalter die Ansprechwicklung des Schaltelementes entsprechend dem Zeitfenster der n Schaltzyklen zu bestromen.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Prinzipschaltbild der Steuerschaltung und
2 ein Diagramm für ein Zeitfenster der Steuersignale.
In 1 ist ein Schaltelement mit einer Ansprechwicklung 11 und einer Haltewicklung 12 gezeigt, die in Reihe geschaltet sind. Über einen Fernlichtschalter 10 wird die Versorgungsspannung U_B an diese Reihenschaltung angelegt, sobald das Fernlicht einzuschalten ist, was schließlich in nicht dargestellter Weise durch einen Kontakt des als Elektromagnet mit Anker ausgebildeten Schaltelementes oder durch eine mechanische Bewegung des Ankers auf eine Blende erfolgt. An der Verbindungsstelle zwischen der Ansprechwicklung 11 und der Haltewicklung 12 wird über einen Vorwiderstand 13 ein Anforderungssignal 15 für einen Mikroprozessor 14 abgeleitet, in dem die Anzahl n der Schaltzyklen tp mit den zugeordneten Einschaltzeiten t1 bis tn nach 2 abgespeichert sind und die der Mikroprozessor 14 am Ausgang 16 als Steuersignale Us für den elektronischen Schalter 17 abgibt. Die Bestromung der Ansprechwicklung 11 erfolgt dabei mit dem Zeitfenster tf mit n Schaltzyklen tp mit den zugeordneten Einschaltzeiten t1 bis tn als Steuersignale Us, wie sie in 2 gezeigt sind, wobei der elektronische Schalter 17 die Ansprechwicklung 11 direkt mit dem Minuspol der Versorgungsspannung U_B verbindet und die Haltewicklung 12 kurzschließt.
Im Ausführungsbeispiel umfasst das Zeitfenster tf eine Anzahl von n = 13 Schaltzyklen tp, deren Beginn durch die Anstiegsflanken der Steuersignale Us festgelegt sind und in einer fest vorgegebenen Grundfrequenz auftreten. Die Einschaltzeiten t1 bis tn im Zeitfenster tf nehmen schrittweise zu. Dabei können mehrere Bereiche, z.B. 4, mit gleicher Anzahl von Schaltzyklen tp, z.B. 3, gewählt werden, in denen die Einschaltzeiten gleich sind, jedoch von Bereich zu Bereich schrittweise zunehmen, z.B. 2 ms, 4 ms, 6 ms, 8 ms betragen. Damit lässt sich eine niedrige Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Polkern und damit ein kleines Aufprallgeräusch, d.h. Schaltgeräusch, des Schaltelementes erreichen.
Um die Schaltsicherheit zu gewährleisten, kann das Zeitfenster tf auch wiederholt werden und dem Zeitfenster tf ein kurzer Einschaltimpuls vorausgehen, der die Startposition des Schaltelementes löst. Da die Versorgungsspannung U_B sehr große Schwankungen aufweisen kann, sind in den Anfangsbereichen des Zeitfensters tf die Einschaltzeiten t1, t2 ... auf die maximale Versorgungsspannung ^UBmax und die Einschaltzeiten ... tn-1, tn der letzten Bereiche auf die minimale Versorgungsspannung U_Bmin angepasst. Damit lässt sich der Versorgungsspannungs-Schwankungsbereich in Bezug auf die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers ausregeln und unabhängig von diesem stets ein kleines Schaltgeräusch des Schaltelementes erreichen.
Wie die 2 zeigt, wird die Einschaltzeit tn des letzten Schaltzyklus tp wesentlich größer gewählt, z.B. 50 ms.
Wird der Fernlichtschalter 10 ausgeschaltet, unterbleibt das Anforderungssignal 15 an dem Mikroprozessor 14 und damit auch die Abgabe von Steuersignalen Us für den elektronischen Schalter 17.
Bleibt nach Ablauf der Zeitfenster tf die Ansteuerung des elektronischen Schalters 17, dann wird die Haltewicklung 12 des Schaltelementes dauernd bestromt, solange der Fernlichtschalter 10 geschlossen bleibt.

Claims

Elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung eines einen Anker aufweisenden elektromagnetischen Schaltelementes in Form eines Elektromagneten zur Einschaltung des Fernlichtes einer Kraftfahrzeug-Scheinwerferanlage, bei der die Ansteuerung des Schaltelementes in der Einschaltphase mit sich ändernden Steuersignalen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einschaltphase in einem vorgegebenen Zeitfenster (tf) mit einer vorgegebenen Anzahl von n Schaltzyklen (tp) die Einschaltzeiten (t1 bis tn) der Steuersignale schrittweise zunehmend vorgegeben veränderbar sind.
Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzyklen (tp) gleich und durch die Anstiegsflanken der Einschaltzeiten (t1 bis tn) festgelegt sind.
Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitfenster (tf) gleich oder größer ist als die Ansprechzeit des Schaltelementes (11).
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltphase n = 13 Schaltzyklen (tp) umfasst, dass die n-1 Einschaltzeiten (t1 bis tn-1) von 2 ms auf 8 ms ansteigen und dass die Einschaltzeit (tn) des letzten, n-ten Schaltzyklus (tp) im Zeitfenster (tf) mit 50 ms gewählt ist.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Zeitfenster (tf) mehrere aufeinander folgende Bereiche mit gleich großen Einschaltzeiten (t1, t2, t3) in den Schaltzyklen (tp) gebildet sind, dass die Einschaltzeiten (t1 bis t3 . t4 bis t6 ...) in den aufeinander folgenden Bereichen schrittweise zunehmen und dass die Einschaltphase ein oder mehrere Zeitfenster (tf) umfasst.
Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in dem Anfangsbereich des Zeitfensters (tf) die Einschaltzeiten (t1 bis t3) an die maximale Steuerspannung (U_Bmax) angepasst sind und dass zumindest in dem Endbereich des Zeitfensters (tf) die Einschaltzeit (tn) auf die minimale Steuerspannung (U_Bmin) abgestimmt ist.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zeitfenster (tf) mit den n Schaltzyklen (tp) ein kurzer Einschaltimpuls (z.B. 5 ms) zum Lösen des Schaltelementes aus der Startposition vorausgeht.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitfenster (tf) mit den n Schaltzyklen (tp) mehrmals wiederholbar ist.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement eine Ansprechwicklung (11) und eine Haltewicklung (12) aufweist, dass dem Schaltelement ein elektronischer Schalter (17) zugeordnet ist, der von einem Mikroprozessor (14) steuerbar ist und die Ansprechwicklung (11) des Schaltelementes im Rhythmus der Steuersignale bestromt, dass ein Fernlichtschalter (10) über die Ansprechwicklung (11) und einen Vorwiderstand (13) dem Mikroprozessor (14) ein Anforderungssignal (15) für das vorgegebene Zeitfenster (tf) von Steuersignalen zuführt und dass nach einem oder mehreren Zeitfenstern (tf) von Steuersignalen das Schaltelement über die Haltewicklung (12) in dem Einschaltzustand gehalten bleibt, wobei die Haltewicklung (12) mit der vom Fernlichtschalter (10) angeschalteten Ansprechwicklung (11) in Reihe geschaltet und durch den elektronischen Schalter (17) kurzschließbar ist.