DE10147357B4

DE10147357B4 - Anlasserschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE10147357B4
Application number: DE10147357A
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Sumimoto; Keiichi Komurasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: US20020038643A1; JP2002106447A; FR2814781A1; DE10147357A1; FR2814781B1; US6681736B2

Abstract

Anlasserschutzeinrichtung, enthaltend:
eine elektronische Steuereinheit (100), der eine Batteriespannung (VB) von einer an einem Fahrzeug montierten Batterie (1) zugeführt wird;
einen Anlasserschalter (2), verbunden mit einem Ausgangsanschluss der Batterie (1);
ein Hauptschütz (3), ausgestaltet, um ansprechend auf das Anschalten des Anlasserschalters (2) gesteuert von der elektronischen Steuereinheit (100) getrieben zu werden; und
einen Anlassermotor (4), ausgestaltet, um, wenn das Hauptschütz (3) angeschaltet ist, durch die von der Batterie (1) über das Hauptschütz (3) zugeführte Batteriespannung (VB) zum Betrieb angetrieben zu werden;
wobei die elektronische Steuereinheit (100) enthält:
einen Freilaufbestimmungsabschnitt (15) zum Bestimmen, wann der Anlassermotor (4) mit dem Freilauf beginnt; und
einen Anlassermotor-Abtrennabschnitt (11) zum Unterbrechen des Hauptschütz, wenn bestimmt wird, dass der Anlassermotor (4) mit dem Freilaufen beginnt; derart, dass
der Freilaufbestimmungsabschnitt (15) einen Speicherabschnitt (150) umfasst zum Speichern eines Wertes der Batteriespannung (VB (t-1))und einen Vergleichsabschnitt (151) zum sequentielle Vergleichen...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für einen Fahrzeuganlasser während einem Anlassen, und insbesondere eine Anlasserschutzvorrichtung mit der Fähigkeit zum genauen Bestimmen eines Freilaufzustands (Engt.: overrunning state) des Anlassermotors selbst bei Vorliegen von Rauschen und/oder Variationen des Zyklus von Schwankungen in einer Batteriespannung während dem Ankurbeln eines Motors, wodurch ein Schaden für den Anlassmotor aufgrund eines unnötigen Freilaufs desselben nach dem Start des Motors vermieden wird.

Allgemein hört dann, wenn ein Kraftfahrzeugmotor gestartet wird, der Fahrer den Klang, der durch den Motor im selben Zeitpunkt generiert wird, wenn er oder sie einen Starterschalter dreht, und bei Erfassen eines bei dem Beginn des Motorstartens generierten charakteristischen Klangs dreht der Fahrer den Anlassschalter äb.

Da jedoch der motorgenerierte Klang mehr und mehr leiser wird, zusammen mit dem verbesserten Leistungsvermögen der Motoren über die zurückliegenden Jahre, gibt es jedoch viele Fälle, in denen es relativ schwierig für den Fahrer ist, genau den motorgenerierten Klang gegenüber anderen Klängen oder Rauschen zu erfassen oder zu unterscheiden, die von einer Vielzahl von Klangquellen ausgehen.

Weiterhin ist es für große Fahrzeuge wie Lastwägen, bei denen die Distanz von dem Fahrersitz zu dem Motor groß ist, extrem schwierig für den Fahrer, der auf seinem oder die auf ihrem Sitz in einem Fahrgastraum sitzt, den durch den Motor erzeugten Klang einzufangen, der in einem Motorraum entfernt von dem Fahrersitz installiert ist, und als Konsequenz hiervon wird es für den Fahrer schwierig, prompt den Anlassschalter abzuschalten, sobald der Motor gestartet ist, so dass ein Freilaufzustand des Anlassmotors vermieden wird.

Zum Vermeiden des Motorschadens oder dergleichen aufgrund eines derartigen Freilaufens des Anlassmotors (d.h., dem Zustand, in dem der Anlasser den Betrieb fortsetzt, obgleich der Motor den autonomen Betrieb begonnen hat), wurden eine Vielzahl von Anlassschutzeinrichtungen vorgeschlagen.

Beispielsweise wird in dem Fall einer üblichen Anlassschutzeinrichtung, die in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 10-184503 offenbart ist, der Zeitablauf des Beginns des Anlassees des Motors automatisch anhand des Zyklus der Schwankungen der Batteriespannungswellenform während dem Anlassen detektiert, wodurch der Anlassmotor zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet wird.

D.h., während dem Motorstart, nachdem die Batteriespannung zunächst schnell abnimmt, wird die Last auf den Anlassmotor periodisch bei Winkelpositionen gemäß den Kompressionshüben der Motorzylinder erhöht, so dass eine Wellenform gemäß zyklischen Schwankungen der Batteriespannung während dem Anlassen erhalten wird.

Hiernach verringert sich dann, wenn der Motor den Start beginnt, die Last auf den Anlassmotor plötzlich, und eine Drehstromlichtmaschine beginnt mit dem Ausführen der Energieerzeugung, so dass der Zyklus der Wellenform der Schwankungen der Batteriespannung lang wird, und zur selben Zeit steigt die Batteriespannung an.

Demnach wird der Zyklus der Wellenform für Schwankungen in der Batteriespannung gemessen, und erreicht sie einen vorgegebenen Wert oder höher, erfolgt eine Bestimmung dahingehend, ob der Anlassmotor mit dem Freilaufen beginnt, und ist dies der Fall, so kann der Anlassmotor abgeschaltet werden.

D.h., auf der Grundlage der Schwankungen der Batteriespannung, die durch die Energiequelle von der Batterie zu dem Anlasser im Zeitpunkt des Motorstarts erzeugt wird, wird detektiert, ob der Motor in einen autonomen Betriebszustand eingetreten ist, und es ist möglich, erzwungenermaßen den Betrieb des Anlassers unmittelbar zu unterbrechen, wenn der Motor mit dem autonomen bzw. eigenständigen Betrieb begonnen hat.

Im Ergebnis ist es möglich, zu vermeiden, dass in den Komponenten Teile (z.B., Startermotor, etc.) des Anlassers beschädigt werden, was sich andernfalls anhand eines übermäßigen Freilaufens des Anlassers ergeben würde.

Jedoch variiert die Wellenform der Schwankungen in der Batteriespannung während dem Anlassen in großem Umfang, beispielsweise erhöht sich der Zyklus der Schwankungen aufgrund einem kalten Motorzustand bei Start des Motors, und zusätzlich hierzu werden auch die Ergebnisse der Bestimmungen für den Zyklus der Schwankungen ebenso unterschiedlich unter dem Einfluss einer Rauschüberlagerung. Demnach ist die Zuverlässigkeit der Bestimmung des Freilaufens gemäß der oben erwähnten üblichen Einrichtung gering, und demnach ist es schwierig für die übliche Einrichtung, eine zufriedenstellende Anlasserschutzfunktion zu erzielen. Beispielsweise aus JP 60175765 A , EP 0 848 160 B1 , DE 197 22 916 A1 , DE 39 00 780 C2 und DE 195 03 537 A1 sind Anlassersteuereinrichtung bekannt, die durch Auswerten der beim Startvorgang der Versorgungsspannung überlagerten Strombzw. Spannungswelligkeit das Ende eines erfolgreichen Startvorgangs erkennen und ein Abschalten des Anlassermotors veranlassen. Ein Verfahren zum Steuern des Abschaltens eines Kraftfahrzeuganlassers gemäß EP 0 848 160 B1 wertet hierbei die Zeitdauer konstanten Spannungsanstiegs während des Anlassvorganges aus und wenn diese Zeitdauer größer als ein vorgegebenen Schwellwert wird, wird der Anlasser abgeschaltet.

In einem Verfahren gemäß DE 197 22 916 A1 wird eine von einem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine abhängige Kennlinie mit einem dem Starterstrom proportionalen Signal ausgewertet, um den Zeitpunkt der Startabschaltung zu erhalten.

Eine Schutzeinrichtung für den Elektromotoranlasser eines Kraftfahrzeugmotors gemäß DE 39 00 780 C2 unterbricht die Stromzufuhr zu dem Anlasser, wenn die Frequenz einer der Versorgungsspannung überlagerten Welligkeit einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Aus DE 195 03 537 A1 ist eine Anlasserschutzeinrichtung bekannt mit einer elektronischen Steuereinheit, der eine Batteriespannung von einer an einem Fahrzeug montierten Batterie zugeführt wird, mit einem Anlasserschalter, der mit einem Ausgangsanschluss der Batterie verbunden ist, mit einem Magnetschalter, der auf das Anschalten eines Anlasserschalters gesteuert von der elektronischen Steuereinheit getrieben wird und mit einen Anlassermotor, der bei angeschaltetem Magnetschalter durch die von der Batterie über den Magnetschalter zugeführte Batteriespannung zum Betrieb angetrieben wird, wobei die Steuerschaltung einen Abschnitt zum Bestimmen des beginnenden Freilaufs des Anlassermotors umfasst und einen Anlassermotorabtrennabschnitt zum Unterbrechen der Versorgung des Magnetschalters, wenn bestimmt wird, dass der Anlassermotor mit dem Freilaufen beginnt. Zum Bestimmen des Freilaufszustandes wird die Batteriespannung in einem Abtast-Halteglied zwischengespeichert und die in dem Abtast-Halteglied gespeicherte, zu einem um eine feste Verzögerungszeit früheren Zeitpunkt erfasste Spannung wird mit dem Momentanwert der Batteriespannung verglichen, um eine zeitliche Änderung der Batteriespannung nach dem Anschalten des Anlasserschalters zu bestimmen in Abhängigkeit von einer Übereinstimmung der Messwerte.

Bei allen erwähnten Anlasserschutzeinrichtungen gemäß dem Stand der Technik ist es möglich, dass durch überlagertes Rauschen oder unvorhergesehene Lastschwankungen das Vorliegen des Freilaufszustandes erfasst wird, ohne dass der Motor tatsächlich zuverlässig gestartet worden ist.

Anhand der obigen Ausführungen lässt sich erkennen, dass bei der üblichen Anlasserschutzeinrichtung ein Problem dahingehend besteht, dass der Anfang des Freilaufens nicht genau bestimmt werden kann, dank der Einflüsse der Motorbedingung, von Rauschen usw. im Zeitpunkt des Motoranlassers, wodurch es unmöglich ist, eine zufriedenstellende Schutzfunktion für Anlasser zu erzielen.

Die Intention der vorliegenden Erfindung besteht im Überwinden der zuvor erläuterten Probleme, und demnach ist ihr technisches Problem die Schaffung einer Starterschutzeinrichtung mit der Fähigkeit zum genauen Bestimmen des Anfangens des Freilaufens (d.h., der zeitlichen Einteilung des Beginns des Starts eines Motors) selbst bei Vorliegen von Variationen in dem Zyklus für die Schwankungen der Batteriespannungen, bei Rauschen usw., wodurch ein Freilaufen eines Anlassers nach dem Start des Motors in zuverlässiger Weise vermieden wird.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Beginn des Freilaufens mit höherer Zuverlässigkeit zu erkennen.

Unter Beachtung des obigen technischen Problems betrifft die vorliegende Erfindung eine Anlasserschutzeinrichtung vorgesehen mit einer elektronischen Steuereinheit, der eine Batteriespannung von einer an einem Fahrzeug montierten Batterie zugeführt wird; einem Anlasserschalter, verbunden mit einem Ausgangsanschluss der Batterie, einem Hauptschütz, ausgestaltet, um ansprechend auf das Anschalten des Anlasserschalters gesteuert von der elektronischen Steuereinheit getrieben zu werden und einem Anlassermotor, ausgestaltet, um, wenn das Hauptschütz angeschaltet ist, durch die von der Batterie über das Hauptschütz zugeführte Batteriespannung zum Betrieb angetrieben zu werden. Die elektronische Steuereinheit enthält einen Freilaufbestimmungsabschnitt zum Bestimmen, wann der Anlassermotor mit dem Freilauf beginnt und einen Anlassermotor-Abtrennabschnitt zum Unterbrechen des Hauptschütz, wenn bestimmt wird, dass der Anlassermotor mit dem Freilaufen beginnt. Der Freilaufbestimmungsabschnitt umfasst einen Speicherabschnitt zum Speichern eines Wertes der Batteriespannung und einen Vergleichsabschnitt) zum sequentiellen Vergleichen eines momentanen Spannungswerts der Batteriespannung mit dem Speicherinhalt des Speicherabschnitts um eine zeitliche Änderung der Batteriespannung nach dem Anschalten des Anlasserschalters zu bestimmen. Der Freilaufbestimmungsabschnitt bestimmt bei Übereinstimmung, dass der Anlassermotor mit dem Freilaufen beginnt. Erfindungsgemäß ist der Speicherabschnitt ausgestaltet zum Speichern mehrerer, zeitlich stufenweise verzögerter Spannungswerte der Batteriespannung und der Vergleichsabschnitt ist ausgestaltet zum sequentiellen Vergleichen eines momentanen Spannungswerts der Batteriespannung und mehrerer in dem Speicherabschnitt gespeicherter Spannungswerte und zum ausgeben von Vergleichsergebnissen Der Freilaufbestimmungsabschnitt bestimmt das Beginnen des Anlassermotors mit dem Freilaufen, wenn die Vergleichsergebnisse über eine vorgegebene Zeit gleich sind.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden die im Speicherabschnitt gespeicherten mehreren, zeitlich stufenweise verzögerten Spannungswerte der Batteriespannung einen Wellenformwert der Schwankungen der Batteriespannung in Zeitstufen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speichert der Speicherabschnitt die Wellenformwerte der Schwankungen in der Batteriespannung in einer Vielzahl von wechselseitig unterschiedlichen Zeitschritten. Die Vergleichseinheit enthält eine Vielzahl von Vergleichsabschnitten für das individuelle Vergleichen des momentanen Spannungswerts und der Vielzahl zurückliegender Spannungswerte, gespeichert in dem Speicherabschnitt. Der Freilaufbestimmungsabschnitt enthält einen logischen Arithmetikbetriebsabschnitt für das logische Summieren der jeweiligen Vergleichsergebnisse der Vergleichsabschnitte. Der Bestimmungssignal-Erzeugungsabschnitt generiert das Freilaufbestimmungssignal, wenn ein Ausgangspegel des logischen Arithmetikbetriebsabschnitts derselbe während der vorgegebenen Zeit bleibt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speichert der Speicherabschnitt als Vielzahl der zurückliegenden Spannungswerte zumindest zwei Spannungswerte für vorangehende Zeitpunkte jeweils vor 10 ms und 20 ms, vor dem momentanen Zeitpunkt.

Gemäß einer zusätzlichen, weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die vorgegebene Zeit anfänglich zu 500 ms gesetzt.

Gemäß einer weiteren, zusätzlichen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Freilaufbestimmungsabschnitt einen Berechnungsabschnitt für die vorgegebene Zeit zum Berechnen der vorgegebenen Zeit, und der Berechnungsabschnitt für die vorgegebene Zeit legt variabel die vorgegebene Zeit fest, auf der Grundlage eines zurückliegenden Aufzeichnungswerts eines Übergangszyklus der Vergleichsergebnisse in der Vergleichseinheit.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die vorgegebene Zeit zu dem 1.5-bis 2-fachen des zurückliegenden Aufzeichnungswerts für den Übergangszyklus der Vergleichsergebnisse festgelegt.

Die obigen und andere technische Probleme und vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich einfach für den Fachmann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung; es zeigen:
1 ein Schaltungsblockschaltbild zum schematischen Darstellen der Gesamtkonstruktion einer Anlasserschutzeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein funktionales Blockschaltbild zum Darstellen der konkreten Konstruktion eines Freilaufbestimmungsabschnitts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein Zeitablaufdiagramm zum Darstellen des Betriebs des Freilaufbestimmungsabschnitts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
Die 1 zeigt schematisch die Gesamtkonstruktion einer Anlasserschutzeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 2 stellt die konkrete Konfiguration eines Freilaufbestimmungsabschnitts nach 1 dar. Die 3 zeigt den Betrieb des Freilaufbestimmungsabschnitts in 1.
Wie in 1 gezeigt, enthält die Anlasserschutzeinrichtung eine Batterie 1, die an einem Fahrzeug montiert ist, eine elektronische Steuereinheit (hiernach einfach als ECU bezeichnet) 100, der eine Batteriespannung VB von der Batterie 1 zugeführt wird, und einen Anlasserschalter 2, der mit einem Ausgangsanschluss (d.h., einem Anlasser B Anschluss) der Batterie 1 verbunden ist.
Die ECU 100 kann an einer Stelle angrenzend oder entfernt von einem Fahrzeuganlasser aus angeordnet sein.
Ein Hauptschütz 3 in der Form eines Solenoids wird so getrieben, dass es unter der Steuerung der ECU 100 betrieben wird, in Ansprechen auf das Anschalten des Anlassschalters 2.
Wie in 1 gezeigt, ist das Hauptschütz 3 aus einem Kontakt 3a zum selektiven Öffnen und Schließen einer Verbindung zwischen der Batterie und einem Anlassmotor 4 aufgebaut, sowie aus zwei Solenoidspulen 3b zum Öffnen und Schließen des Kontakts 3a.
Der Anlassmotor 4 zum Anlassen eines Motors wird mit der Batteriespannung VB der Batterie 1 bei Schließen des Hauptschütz 3 versorgt.
Die ECU 100 steuert bzw. regelt die Energiezufuhr zu dem Hauptschütz 3, und das Hauptschütz 3 steuert die Energiezufuhr zu dem Anlassmotor 4.
Das Hauptschütz 3 ist integriert mit einem (nicht gezeigten) Anlasserritzel bzw. Anlassertriebs (Engl.: starter pinion gear) ausgebildet, zum selektiven Verbinden des Anlassmotors 4 mit einer Ausgangswelle des Motors. Bei Schließen des Hauptschütz 3 wirkt es zum Verbinden des Anlassertriebs mit der Motorausgangswelle.
Die ECU 100 enthält Eingabeschnittstellen 5 und 6, eine Energiezufuhrschnittstelle 7, eine Treiberschnittstelle 8, eine Zenerdiode 9, eingefügt zwischen einem Ausgangsanschluss der Treiberschnittstelle 8 und Masse, und einem Mikrocomputer 10.
Die Eingabeschnittstelle 5 dient für die Eingabe der Batteriespannung VB über den Anlassschalter 2 zum Mikrocomputer 10 als ein Startsignal.
Die Eingabeschnittstelle 6 enthält eine Filterschaltung mit einem (nicht gezeigten) Kondensator zum Entfernen von elektrischem Rauschen, und sie gibt immer die Batteriespannung VB, deren Wellenform zu überwachen ist, an den Mikrocomputer 10 ein.
Die Energiezuführschnittstelle 7 generiert eine Energiezuführspannung (z.B., 3V), für den Mikrocomputer 10 anhand der Batteriespannung VB der Batterie 1, und sie führt diese immer dem Mikrocomputer 10 zu.
Die Treiberschnittstelle 8 enthält einen Halbleiterschalter, und sie wirkt zum Ausgeben eines Anlassersteuersignals von dem Mikrocomputer 10 zu einem Verbindungspunkt zwischen den Solenoidspulen 3b.
Die Eingabeschnittstellen 5, 6, die Energiezuführschnittstelle 7, die Treiberschnittstelle 8, die Zenerdiode 9 und der Mikrocomputer 10 bilden zusammen die ECU 100, die als eine Anlasserschutzschaltung funktioniert.
Die ECU 100 ist elektrisch mit einem positiven Anschluss der Batterie 1 über den Anlasserschalter 2 verbunden, dem Ausgangsanschluss (Anlasser B Anschluss) der Batterie 1, einem Verbindungspunkt der Solenoidspulen 3b des Hauptschütz 3, und mit Masse.
Der Mikrocomputer 10 enthält einen Anlassersteuerabschnitt 11, einen Spannungsüberwachungs-Eingabeport 12, einen Antriebssignal-Erkennungsabschnitt 13, einen A/D Umsetz-Eingabeport 14, einen Freilaufbestimmungsabschnitt 15, einen Energiezuführ-Eingabeport 16 und einen Spannungssteuer-Ausgabeport 17.
Der Startersteuerabschnitt 11 steuert die Energiezufuhr zu dem Anlassermotor 4 über das Hauptschütz 3, sowie die Position des nicht gezeigten Anlassertriebs.
Der Spannungsüberwachungs-Eingabeport 12 überwacht eine Eingabespannung (d.h., ein Startsignal) von der Eingabeschnittstelle 5.
Der Treibersignal-Erkennungsabschnitt 13 erkennt das Startsignal, das hierzu über den Spannungsüberwachungs-Eingabeport eingegeben wird, als Treibersignal des Hauptschütz 3, und er sendet es zu dem Anlassersteuerabschnitt 11.
Der A/D Umsetz-Eingabeport 14 bewirkt ein Umsetzen der Batteriespannung VB von der Eingabeschnittstelle 6 in ein digitales Signal, und er führt es dann dem Freilaufbestimmungsabschnitt 15 zu.
Der Freilaufbestimmungsabschnitt 15 bestimmt auf der Grundlage der Wellenform der digitalisierten Batteriespannung VB, ob der Anlassmotor 4 mit dem Freilaufen begonnen hat oder nicht. Erfolgt eine positive Bestimmung, so generiert der Freilaufbestimmungsabschnitt 15 ein Freilaufbestimmungssignal D, und er führt es dem Anlassersteuerabschnitt 11 zu.
D.h., der Freilaufbestimmungsabschnitt 15 detektiert eine Änderung über der Zeit der Batteriespannung VB nach dem Anschalten des Anlasserschalters 2, und ändert sich die Batteriespannung VB nicht unter Erhöhung oder Verringerung über eine vorgegebene Zeitperiode hinweg, so wird das Beginnen des Freilaufens des Anlassermotors 4 bestimmt.
Der Anlassersteuerabschnitt 11 enthält einen Anlassermotor-Abtrennabschnitt zum Unterbrechen des Hauptschütz 3 in Ansprechen auf das Freilaufbestimmungssignal D dann, wenn das Beginnen des Freilaufens des Anlassermotors 4 bestimmt wird.
Der Energiezuführ-Eingabeport 16 bewirkt ein Hereinnehmen der Batteriespannung VB von der Energiezuführschnittstelle 7 als Energiezufuhr für den Mikrocomputer 10.
Der Spannungssteuer-Ausgabeport 17 ist zwischen dem Anlassersteuerabschnitt 11 und der Treiberschnittstelle 8 eingefügt, zum Steuern einer Ausgabespannung, die dem Hauptschütz 3 zugeführt wird.
Wie in 2 gezeigt, enthält der Freilaufbestimmungsabschnitt 15 einen Speicherabschnitt 150, der zum Empfangen des Ausgabesignals von dem A/D Umsetz-Eingabeport 14 verbunden ist, zum Speichern der Werte der Wellenform von Schwankungen der Batteriespannung VB in Zeitstufen bzw. Schritten, ferner eine Vergleichseinheit bestehend aus einem ersten Vergleichsabschnitt 151 und einen zweiten Vergleichsabschnitt 151, jeweils verbunden zum Empfangen des Ausgabesignals des A/D-Umsetz-Eingabeports 14 und verbunden mit dem Speicherabschnitt 150, einen logischen Arithmetikberechnungsabschnitt 153 zum Ausführen einer logischen Summe eines ersten Pulses P1, ausgegeben von dem ersten Vergleichsabschnitt 151, und eines zweiten Pulses P2, ausgegeben von dem zweiten Vergleichsabschnitt 152 (d.h., einer Summe der jeweiligen Vergleichsergebnisse des ersten und zweiten Vergleichsabschnitts 151, 152) zum Erzeugen eines Ausgabesignals in der Form eines logischen Summenpulses P3, einen monostabilen Multivibrator bzw. eine monostabile Kippschaltung 154 zum Erzeugen eines Freilaufbestimmungssignals (Engl.: overrunning determination signal) D auf der Grundlage des logischen Summenpulses P3, und einen Berechnungsabschnitt für eine vorgegebene Zeit 155 zum Berechnen einer vorgegebenen Zeit T auf der Grundlage des logischen Summenpulses P3.
Der Speicherabschnitt 150 speichert die Schwankungswellenformwerte VB(t) der Batteriespannung VB gemäß einer Vielzahl wechselseitig unterschiedlicher Zeitschritte (t-1), (t-2),....
Beispielsweise speichert der Speicherabschnitt 150 zumindest zwei vorangehende Spannungswerte zu Zeitpunkten von jeweils 10 ms und 20 ms vor dem momentanen Zeitpunkt als eine Vielzahl von (z.B., zwei in diesem Fall) zurückliegenden Spannungswerten VB(t-1), und VB(t-2).
Hier ist zu erwähnen, dass die bevorzugten vorangehenden Zeitpunkte (z. B., vorausgehend um 10 ms und 20 ms) für die vergangenen Spannungswerte VB(t-1) und VB(t-2) beispielsweise so festgelegt sind, dass sie gleich oder weniger als ½ des Drehzyklus des Motors während dem Ankurbeln sind.
Der erste Vergleichsabschnitt 151 und der zweite Vergleichsabschnitt 152 vergleichen den momentanen Spannungswert VB(t) der Batteriespannung VB mit der Vielzahl der zurückliegenden Spannungswerte VB(t-1) und VB(t-2), gespeichert in dem Speicherabschnitt 150, sequentiell und individuell in der Folge der Zeitschritte.
Der monostabile Multivibrator 154 bildet einen Bestimmungssignal-Erzeugungsabschnitt, und er generiert ein Freilaufbestimmungssignal D zum Anzeigen des Beginns des Freilaufens des Anlassmotors 4 dann, wenn der logische Summenpuls P3 (d.h., der Ausgabepegel des logischen Arithmetikbetriebsabschnitt 153) der jeweiligen Vergleichsergebnisse (d.h., für den ersten Puls P1 und den zweiten Puls P2) bei dem ersten und zweiten Vergleichsabschnitt 151 und 152 dieselben Ergebnisse während einer vorgegebenen Zeitperiode aufweisen.
Der Berechnungsabschnitt für die vorgegebene Zeit 155 misst immer einen Übergangszyklus r des logischen Summenpulses P3, und er setzt variabel eine vorgegebene Zeit T geeignet für die Bestimmung eines Freilaufens auf der Grundlage eines zurückliegenden Aufzeichnungswerts τ des Übergangszyklus fest, und er treibt den monostabilen Multivibrator 154 für den Betrieb gemäß der vorgebebenen Zeit T, nachdem die vorgegebene Zeit T variabel festgelegt ist.
Beispielsweise ist die vorgegebene Zeit T anfänglich zu 500 ms festgelegt, wie in 3 gezeigt.
Zusätzlich wird die vorgegebene Zeit T variabel auf der Grundlage der Vergleichsergebnisse der jeweiligen Vergleichsabschnitte 151, 152 oder des zurückliegenden Aufzeichnungswerts τ des Übergangszyklus des logischen Summenpulses P3 festgelegt.
In diesem Zeitpunkt ist es vorzuziehen, dass die vorgegebene Zeit T zu ungefähr dem 1.5- oder 2-fachen des zurückliegenden Aufzeichnungswerts τ des Übergangszyklus festgelegt ist, zum Vermeiden einer inkorrekten Bestimmung des Beginns des Freilaufens des Anlassmotors 4.
Als nächstes erfolgt ein Bezug auf den konkreten Betrieb dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugsnahme auf das Zeitablaufdiagramm nach 3 zusammen mit der 1 und der 2.
Als erstes wird zum Starten des Motors der Anlassschalter 2 angeschaltet, durch Betätigen des Fahrzeugführers oder unter der Steuerung einer externen Einheit.
Der Zustand des angeschalteten Anlassschalters 2 wird durch den Treibersignal-Erkennungsabschnitt 13 in dem Mikrocomputer 10 der ECU 100 erkannt. Der Anlassersteuerabschnitt 11 bestimmt auf der Grundlage des Erkennungsergebnisses des Treibersignal-Erkennungsabschnitts 13 und dem Bestimmungsergebnis des Freilaufbestimmungsabschnitts 15, ob der Anlasser zu erregen ist oder nicht.
In diesem Zeitpunkt führt aufgrund der Tatsache, dass der Freilaufbestimmungsabschnitt 16 kein Freilaufbestimmungssignal D bei Beginn des Motoranlassens ausgibt, der Anlassersteuerabschnitt 11 eine Bestimmung dahingehend aus, dass der Anlasser betrieben oder erregt werden kann, und er bewirkt eine Spannungsanlegesteuerung so, dass die Treiberschnittstelle 8 in den Treiberbetrieb versetzt wird.
Dann treibt der Anlassersteuerabschnitt 11 in dem Mikrocomputer 10 die Treiberschnittstelle 8 über den Spannungssteuer-Ausgabeport 17.
Im Ergebnis beginnt die Energiezufuhr zu den zwei Solenoidspulen 3b des Hauptschütz 3, so dass das Hauptschütz 3 angeschaltet wird, zum Starten der Zufuhr elektrischer Energie zu dem Anlassermotor 4, wodurch das Motoranlassen initiiert wird.
Während dem Anlassen (Engl.: cranking) des Motors entwickeln sich zyklische Variationen oder Schwankungen VP(t) der Batteriespannung VB, wie anhand einer durchgezogenen Linienwellenform in 3 dargestellt, bei dem Starter B Anschluss (d.h., einem Eingabeanschluss von der Batterie 1) in Übereinstimmung mit Zwischenkompressionshüben des Motors, wie oben beschrieben.
In diesem Zeitpunkt überwacht der Freilaufbestimmungsabschnitt 15 der ECU 100, verbunden mit dem Starter B Anschluss, die Batteriespannungsschwankungen VB(t) über die Eingabeschnittstelle 6 und den A/D Umsetz-Eingabeport 14.
Zusätzlich speichert der Speicherabschnitt 150 in dem Freilaufbestimmungsabschnitt 15 eine Vielzahl von Spannungsschwankungen VB(t-1) und VB(t-2) zu vorgegebenen vorangehenden Zeitpunkten (beispielsweise, vor 10 ms und 20 ms) in Zeitstufen, wie dargestellt durch Wellenformen der unterbrochenen Linie und jeweils einer abwechselnd langen und kurzen strichlierten Linie in 3.
Hier ist zu erwähnen, dass der erste Vergleichsabschnitt 151 einen Vergleich zwischen dem letzten Spannungswert VB(t) und einem vorangehenden Spannungswert VB(t-1), 10 ms voraus, ausführt, und einen ersten Puls P1 generiert, der einen hohen (H) Pegel annimmt, wenn die Beziehung VB(t) < VB (t-1) erfüllt ist.
Weiterhin führt der zweite Vergleichsabschnitt 152 einen Vergleich aus, und zwar zwischen dem letzten Spannungswert VB(t) und einem Spannungswert VB(t-2) vor 20 ms, und er generiert einen zweiten Puls P2, der einen hohen (H) Pegel dann annimmt, wenn eine Beziehung VB(t) < VB(t-2) erfüllt ist.
Weiterhin bildet der logische Arithmetikbetriebsabschnitt 153 eine logische Summe der Vergleichsergebnisse mit dem ersten Puls P1 und dem zweiten Puls P2, und er generiert, wie in 3 gezeigt, einen logischen Summenpuls P3.
Der logische Summenpuls P3 wird bei dem monostabilen Multivibrator 154 eingegeben, so dass der Ausgang des monostabilen Multivibrators 154 lediglich während der vorgegebenen Zeit T auf einem hohen Niveau gehalten wird, jedes Mal dann, wenn der logische Summenpuls P3 einen hohen Logikpegel annimmt.
In anderen Worten ausgedrückt, verbleibt dann, wenn der logische Summenpuls P3 erneut in der vorgegebenen Zeit T auf einem hohen Wert verbleibt, der Ausgangspegel des monostabilen Multivibrators 154 auf einem hohen Pegel, wie in 3 dargestellt, und demnach wird ein Freilaufbestimmungssignal D (d.h., ein niedriger Pegel) nicht erzeugt.
D.h., dann, wenn sich die Logik "0 oder 1" des logischen Summenpulses P3 innerhalb einer Periode von 500 ms (Anfangswert) umkehrt, bestimmt der Freilaufbestimmungsabschnitt 15, dass der Anlassermotor 4 nicht in dem Zustand des Beginns des Freilaufens vorliegt.
Weiterhin wird dann, wenn die Logik "0 oder 1" des logischen Summenpulses P3 sich nicht über die 500 ms oder mehr (Anfangswert) umkehrt (d.h., wenn dieselbe Logik fortlaufend vorliegt), der Ausgangspegel des monostabilen Multivibrators 154 einen niedrigen Wert an, und demnach generiert der Freilaufbestimmungsabschnitt 15 ein Freilaufbestimmungssignal D (d.h., einen niedrigen Pegel) zum Anzeigen der Tatsache, dass der Anlassermotor 4 in dem Zustand des Beginnens des Freilaufens vorliegt.
Andererseits wird der logische Summenpuls P3 bei dem Berechnungsabschnitt für die vorgegebene Zeit 155 eingegeben, in dem der Umkehrzyklus τ der Logik "0 oder 1" gemessen wird.
Der Berechnungsabschnitt für die vorgegebene Zeit 155 legt die vorgegebene Zeit T zu dem 1.5- bis 2-fachen des letzten (minimalen) Werts des letzten Aufzeichnungswerts r des Übergangszyklus für den Logikpegel des logischen Summenpulses P3 fest.
Beispielsweise in einem Fall, in dem die vorgegebene Zeit T variabel zu dem Doppelten des Übergangszyklus r festgelegt ist, wird die vorgegebene Zeit T 200 ms, wenn der Übergangszyklus τ 100 ms ist.
Im Ergebnis wird der Betriebszyklus des monostabilen Multivibrators 154 gemäß der derart festgelegten geänderten vorgegebenen Zeit T aktualisiert.
Wird das Freilaufbestimmungssignal D von dem Freilaufbestimmungsabschnitt 15 ausgegeben, so detektiert der Anlassersteuerabschnitt 11, dass der Anlassermotor 4 sich im Zustand beginnenden Freilaufens befindet, und unterbricht das Antreiben der Treiberschnittstelle 8 zum Abschalten des Hauptschütz 3, hierdurch den Anlassermotor 4 stoppend und gleichzeitig den Anlassertrieb von der Motorausgangswelle trennend.
Auf diese Weise speichert die ECU 100, die den Fahrzeuganlasser steuert, die Wellenform der Fluktuationen bzw. Spannungen der Batteriespannung VB (d.h., der Spannung des Anlasser-B-Anschlusses), die während dem Anlassen in Zeitstufen auftreten, und sie bewirkt Vergleiche zwischen dem momentanen Spannungswert VB(t) und den zurückliegenden Spannungswerten VB(t-1) und VB(t-2), so dass sie den Betrieb des Anlassermotors 4 stoppen kann, wodurch dessen Freilaufen dann vermieden wird, wenn bestimmt wird, dass diese Vergleichsergebnisse dieselben über die vorgegebene Zeit T bleiben.
In diesem Zeitpunkt werden mindestens die zwei Spannungswerte VB(t-1) und VB(t-2), die sich im Hinblick auf die Zeit voneinander unterscheiden, als die zurückliegenden und mit dem momentanen Spannungswert VB(t) zu vergleichenden Spannungswerte verwendet. Da der logische Summenpuls P3 des ersten Pulses P1 und des zweiten Pulses P2 eine Redundanz aufweist, gibt es eine geringe Wahrscheinlichkeit einer inkorrekten Bestimmung des Beginns des Freilaufens des Anlassermotors 4.
Beispielsweise gibt es keine Möglichkeit der Ausgabe eines Freilaufbestimmungssignals D, selbst in dem Fall, dass entweder der erste Puls P1 oder der zweite Puls P2 bei dem niedrigen Pegel aufgrund des Einflusses von Rauschen oder dergleichen verbleibt, im Zeitpunkt vor der Zeit, zu der der Anlassermotor 4 zu dem Freilaufen kommt, sofern der andere wiederholt einen hohen Pegel annimmt.
Zusätzlich ist es durch Festlegen von mindestens zwei zurückliegenden Spannungswerten VB(t-1) und VB(t-2) jeweils bei Zeitpunkten von 10 ms und 20 ms vor der momentanen Zeit möglich, einen zuverlässigen Vergleich zwischen verschobenen Wellenformen bei zwei unterschiedlichen Punkten auszuführen, wie in 3 gezeigt, innerhalb eines ausreichend kleinen Bereichs im Hinblick auf den üblichen Zyklus der Schwankungen der Batteriespannung VB während dem Anlassen.
Weiterhin ist es durch anfängliches Festlegen der vorgegebenen Zeit T zu einer ausreichend langen Periode von 500 ms möglich, eine Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Ausgabe eines Freilaufbestimmungssignals D zu vermeiden, in zuverlässiger Weise bei dem Anfangszustand, bei dem der Zyklus der Schwankungen der Batteriespannung VB unbekannt ist.
Ferner kann ein Freilaufbestimmungssignal d prompt gemäß dem Übergangszyklus τ ausgegeben werden, da die vorgegebene Zeit T zu einem optimalen Wert (z.B., den 1,5- bis 2-fachen) auf der Grundlage des Übergangszyklus r (letzter Aufzeichnungswert) der Vergleichsergebnisse nach dem Detektieren des Zyklus der Schwankungen bei der Batteriespannung VB aktualisiert wird.
Demnach ist es selbst bei Vorliegen einer Vielzahl von Variationsfaktoren im Zusammenhang mit der Batteriespannung VB – Rauschvorgänge usw. – möglich, prompt und in positiver Weise ein unnötiges Freilaufen des Anlassermotors 4 nach dem Start des Motors zu vermeiden. Dies dient zum Reduzieren von Schwierigkeiten oder Fehlern als Ergebnis eines Freilaufens in einem erheblichen Umfang.
Weiterhin kann aufgrund der Tatsache, dass der Beginn des autonomen Betriebs des Motors unter Verwendung lediglich des Zyklus der Schwankungen der Batteriespannung VB detektiert werden kann, ohne Verwendung eines Pulses, repräsentativ für die Zahl der Umdrehungen pro Einheitszeit des Motors, der in dem Fahrzeug existiert, die vorliegende Erfindung auf eine andere Anwendung angewandt werden, beispielsweise kann sie auf einen existierenden ferngesteuerten Anlasser umgerüstet werden, und demnach ist ihre Leistungsfähigkeit und Nützlichkeit außerordentlich hoch.
Es ist zu erwähnen, dass hier der logische Summenpuls P3 des ersten Puls P1 und des zweiten Puls P2 auf der Grundlage der zurückliegenden zwei Spannungswerte VB(t-1) und VB(t-2) verwendet wurde, um eine inkorrekte Bestimmung des Freilaufens in zuverlässiger Weise zu vermeiden, jedoch kann ein logischer Summenpuls ebenfalls auf der Grundlage der zurückliegenden drei oder mehr Spannungswerte eingesetzt werden.
Obgleich die Spannungswerte jeweils bei zurückliegenden Zeitpunkten von 10 ms und 20 ms vor der momentanen Zeit als die zurückliegenden Spannungswerte verwendet wurden, können Spannungswerte zu anderen vorangehenden Zeitpunkten, wie erforderlich, eingesetzt werden.
Zusätzlich kann, obgleich der Übergangszyklus des logischen Summenpuls P3 gemessen wurde, um variabel die vorgegebene Zeit T festzulegen, zumindest einer der Übergangszyklen des ersten Puls P1 oder des zweiten Puls P2 für denselben Zweck gemessen werden.
Weiterhin kann, obgleich die Bestimmung des Freilaufens auf der Grundlage des Übergangszyklus des logischen Summenpulses P3 ausgeführt wurde, dies auf der Grundlage entweder des Übergangszyklus des ersten Puls P1 oder desjenigen des zweiten Puls P2 erfolgen.
Ferner kann, obgleich die vorgegebene Zeit T zu dem 1.5- bis 2-fachen des letzten Aufzeichnungswerts τ des Übergangszyklus festgelegt wurde, um eine prompte Bestimmung des Freilaufens zu erzielen, die vorgegebene Zeit T zu mehr als dem Zweifachen des Übergangszyklus festgelegt werden, wodurch Priorität im Vermeiden einer inkorrekten Bestimmung des Freilaufens eingeräumt wird.
Weiterhin kann, obgleich die vorgegebene Zeit T variabel auf der Grundlage des Übergangszyklus gemäß dem Zyklus der Schwankungen der Batteriespannung VB festgelegt ist, die vorgegebene Zeit T nicht aktualisiert werden, sondern zu dem anfänglichen Wert (z.B., 500 ms) ohne jedwede Änderung fixiert sein.

Claims

Anlasserschutzeinrichtung, enthaltend: eine elektronische Steuereinheit (100), der eine Batteriespannung (VB) von einer an einem Fahrzeug montierten Batterie (1) zugeführt wird; einen Anlasserschalter (2), verbunden mit einem Ausgangsanschluss der Batterie (1); ein Hauptschütz (3), ausgestaltet, um ansprechend auf das Anschalten des Anlasserschalters (2) gesteuert von der elektronischen Steuereinheit (100) getrieben zu werden; und einen Anlassermotor (4), ausgestaltet, um, wenn das Hauptschütz (3) angeschaltet ist, durch die von der Batterie (1) über das Hauptschütz (3) zugeführte Batteriespannung (VB) zum Betrieb angetrieben zu werden; wobei die elektronische Steuereinheit (100) enthält: einen Freilaufbestimmungsabschnitt (15) zum Bestimmen, wann der Anlassermotor (4) mit dem Freilauf beginnt; und einen Anlassermotor-Abtrennabschnitt (11) zum Unterbrechen des Hauptschütz, wenn bestimmt wird, dass der Anlassermotor (4) mit dem Freilaufen beginnt; derart, dass der Freilaufbestimmungsabschnitt (15) einen Speicherabschnitt (150) umfasst zum Speichern eines Wertes der Batteriespannung (VB (t-1))und einen Vergleichsabschnitt (151) zum sequentielle Vergleichen eines momentanen Spannungswerts (VB(t)) der Batteriespannung (VB) mit dem Speicherinhalt des Speicherabschnitts (150) um eine zeitliche Änderung der Batteriespannung (VB) nach dem Anschalten des Anlasserschalters (2) zu bestimmen, und der Freilaufbestimmungsabschnitt (15) bei Übereinstimmung bestimmt, dass der Anlassermotor (4) mit dem Freilaufen beginnt; dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherabschnitt (150) ausgestaltet ist zum Speichern mehrerer, zeitlich stufenweise verzögerter Spannungswerte (VB (t-1), VB (t-2),...) der Batteriespannung (VB);, der Vergleichsabschnitt (151, 152) ausgestaltet ist zum sequentiellen Vergleichen eines momentanen Spannungswerts (VB(t)) der Batteriespannung (VB) und mehrerer in dem Speicherabschnitt (150) gespeicherter Spannungswerte (VB (t-1)), (VB (t-2,...)) und zum ausgeben von Vergleichsergebnissen (P1, P2,...); wobei der Freilaufbestimmungsabschnitt (15) das Beginnen des Anlassermotors (4) mit dem Freilaufen bestimmt, wenn die Vergleichsergebnisse (P1, P2,...) über eine vorgegebene Zeit (T) gleich sind.
Anlasserschutzeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die im Speicherabschnitt (150) gespeicherten mehreren, zeitlich stufenweise verzögerten Spannungswerte (VB (t-1), VB(t-2),...) der Batteriespannung (VB) einen Wellenformwert der Schwankungen der Batteriespannung (VB) in Zeitstufen bilden.
Anlasserschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherabschnitt (150) die Wellenformwerte der Schwankungen der Batteriespannung (VB) in einer Vielzahl wechselseitig unterschiedlicher Zeitschritte speichert, und die Vergleichseinheit (151, 152) eine Vielzahl von Vergleichsabschnitten (151, 152) enthält, für ein individuelles Vergleichen des momentanen Spannungswerts (vB(t)) und der Vielzahl zurückliegender Spannungswerte (VB(t-1), (VB (t-2)), gespeichert in dem Speicherabschnitt (150), und ferner dass der Freilaufbestimmungsabschnitt (15) einen logischen Arithmetikbetriebsabschnitt (153) enthält, für das logische Summieren der jeweiligen Vergleichsergebnisse (P1, P2) der Vergleichsabschnitte (151, 152), und dass der Bestimmungssignal-Erzeugungsabschnitt (154) das Freilaufbestimmungssignal (D) dann erzeugt, wenn ein Ausgabepegel des logischen Arithmetikbetriebsabschnitts (153) derselbe während der vorgegebenen Zeit (T) verbleibt.
Anlasserschutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherabschnitt (150) als die Vielzahl zurückliegender Spannungswerte (VB (t-1), (VB(t-2)) zumindest zwei Spannungswerte speichert, jeweils zu vorangehenden Zeitpunkten von 10 ms und 20 ms vor der momentanen Zeit.
Anlasserschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeit (T) anfänglich zu 500 ms festgelegt ist.
Anlasserschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufbestimmungsabschnitt (15) einen Berechnungsabschnitt (155) für die vorgegebene Zeit zum Berechnen der vorgegebenen Zeit (T) enthält, und dass der Berechnungsabschnitt für die vorgegebene Zeit (155) variabel die vorgegebene Zeit (T) festlegt, auf der Grundlage eines zurückliegenden Aufzeichnungswerts eines Übergangszyklus (τ) der Vergleichsergebnisse (P1, P2) der Vergleichseinheit (151, 152).
Anlasserschutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeit zu dem 1,5-fachen bis 2-fachen des zurückliegenden Aufzeichnungswerts des Übergangszyklus (τ) der Vergleichsergebnisse (P1, P2) festgelegt ist.