DE102008030461A1

DE102008030461A1 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102008030461A1
Application number: DE102008030461A
Authority: DE
Inventors: Jörg BÜRKLE; Benjamin Dietz; Ingrid Vietor
Original assignee: Valeo Systemes dEssuyage SAS
Current assignee: Valeo Systemes dEssuyage SAS
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-12-31

Abstract

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Elektromotors eines elektromotorischen Hilfsantriebs oder dergleichen Last, mit einer den Stromfluss durch die Last schaltenden Relaisanordnung und mit einer die Relaisanordnung steuernden Steuerelektronik.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 und dabei speziell auf eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Elektromotors eines elektromotorischen Hilfsantriebes oder einer anderen Last, d. h. zum Zu- und Abschalten dieser Last an bzw. von einer Versorgungsspannung, insbesondere Gleichspannung, beispielsweise eines Fahrzeugbordnetzes.
Elektromotorische Hilfsantriebe für die Verwendung in Fahrzeugen, wie z. B. Antriebe zum motorischen Verstellen von Fahrzeugsitzen, zum Öffnen und Schließen von Fahrzeugfenstern, aber auch in Form von Scheibenwischerantrieben oder -motoren sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Grundsätzlich besteht hierbei die Notwendigkeit, derartige Antriebe zu schalten, beispielsweise Scheibenwischermotoren zeitgesteuert oder in Abhängigkeit von der Winkelstellung einer Ausgangswelle des elektromotorischen Hilfsantriebes oder in Abhängigkeit von der Winkelstellung eines oder mehrerer Wischarme. Für diese Steuerung werden in der Regel Schaltungsanordnungen verwendet, bei denen das Zu- und Wegschalten der jeweiligen Last, d. h. des Elektromotors oder dessen Wicklung an bzw. von der Versorgungsspannung wegen der relativ großen Ströme über Relais erfolgt. Nachteilig hierbei ist, dass die Anzahl der Zyklen, die jeweils aus dem Anlegen der Last an die Versorgungsspannung und dem Abtrennen der Last von der Versorgungsspannung bestehen und die je Zeiteinheit möglich sind, mit zunehmender Last abnimmt. Bei Lasten, insbesondere auch bei solchen, die einen induktiven Anteil aufweisen, wie dies u. a. bei Elektromotoren der Fall ist, ist zwar das Anlegen der Last an die Versorgungsspannung in der Regel unproblematisch. Beim Abschalten der Last treten allerdings relativ hohe Ströme auf, insbesondere Rückströme aus dem induktiven Anteil der Last, sodass es bei einer höheren Anzahl von Zyklen je Zeiteinheit zu einer Überlastung und Zerstörung des die Last schaltenden Relais kommt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung aufzuzeigen, die diesen Nachteil vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Schaltungsanordnung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Bei der Erfindung besteht die zum Schalten der Last verwendete Relaisanordnung aus wenigstens zwei Relais, die durch die Steuerelektronik so angesteuert werden, dass die am Ende eines jeden Zyklus auftretende Belastung jeweils rotierend auf die Relais verteilt wird, d. h. in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils unterschiedliche Relais mit den beim Abschalten der Last auftretenden Strömen beaufschlagt werden. Hierdurch kann die Anzahl der Zyklen je Zeiteinheit wesentlich erhöht werden, und zwar bei einer wesentlichen Verbesserung der Betriebssicherheit der Schaltungsanordnung. Weiterhin besteht bei Verwendung einer Vielzahl von Relais auch die Möglichkeit, dass bei einem Defekt in einem Relais dieses beispielsweise gesteuert durch die Steuerelektronik oder eine Überwachungselektronik von der weiteren Ansteuerung ausgenommen wird, d. h. die Schaltungsanordnung mit den verbleibenden, nicht defekten Relais Weiterbetrieben wird.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2, die jeweils eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung in einem Block- oder Funktionsdiagramm wiedergeben, näher erläutert.
Die in der 1 mit 1 bezeichnete Schaltungsanordnung dient zum gesteuerten Zu- und Wegschalten einer Last 2 an bzw. von einer zwischen dem Anschluss 3 der Schaltungsanordnung 1 und der Schaltungs- bzw. Fahrzeugmasse anliegenden Versorgungs- bzw. Gleichspannung U_BAT, die beispielsweise die Spannung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs ist. Die Last 2, die beispielsweise eine komplexe Last, z. B. ein Motor des elektromotorischen Hilfsantriebes ist, liegt zwischen dem Ausgang 4 und der Schaltung- bzw. Fahrzeugmasse. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst u. a. eine Relaisanordnung 5 bestehend aus mehreren Relais 5.1–5.n, die mit ihrer Steuerstrecke 6, welche Relaiskontakte 6.1 und 6.2 und einen Anschluss 6.3 aufweist, jeweils in Serie mit einer Diode 7 angeordnet sind, und zwar derart, dass die Relais 5.1–5.n mit den Dioden 7 eine Relais-Parallelschaltung bilden. Die mit der Diode 7 verbundene Anschlüsse 6.3 der Relais 5.1–5.n sind bei nicht aktivierten Relais über die jeweilige Steuerstrecke 6 mit der Schaltungs- bzw. Fahrzeugmasse und bei aktivierten Relais 5.1–5.n mit dem Eingang 3 bzw. mit der dort anliegenden Versorgungsspannung U_BAT verbunden. Die Dioden 7 sind für einen Stromfluss vom Eingang 3 über das jeweils aktivierte Relais 5.1–5.n an die Last 2 gepolt und sperren für einen Stromfluss in umgekehrter Richtung.
Durch eine Steuereinrichtung 8 sind die einzelnen Relais 5.1–5.n individuell ansteuerbar und zwar über eine Treiberstufenanordnung 9, die bei der dargestellten Ausführungsform für jedes Relais 5.1–5.n eine eigenständige Treiberstufe 9.1–9.n aufweist.
Bei einer üblichen Schaltungsanordnung mit einem einzigen Relais zum Zu- und Wegschalten einer Last, insbesondere auch einer komplexen, einen induktiven Anteil aufweisenden Last an bzw. von der Versorgungsspannung ist die Anzahl der möglichen Zyklen je Zeiteinheit umgekehrt proportional zur Größe der Last, d. h. mit zunehmender Last reduziert sich die Anzahl der Zyklen. Bei der Schaltungsanordnung 1 wird dies durch die Parallelschaltung einer Vielzahl von Relais 5.1–5.n dadurch vermieden, dass sämtliche Relais 5.1–5.n in ihrer Ruhestellung jeweils mit der Schaltungsmasse in Verbindung stehen und während jedes Zyklus jeweils nur ein Relais 5.1–5.n zum Verbinden der Last 2 mit der Versorgungsspannung U_BAT aktiviert und am Ende des Zyklus zum Abtrennen der Last 2 von der Versorgungsspannung U_BAT wieder deaktiviert wird. Über die Steuereinrichtung 8 und die Treiberstufenanordnung 9 werden die Relais dabei so angesteuert, dass in aufeinander folgenden Zyklen der Schaltung der Last 2 jeweils unterschiedliche Relais 5.1–5.n betätigt werden, d. h. in aufeinander folgenden Zyklen also keinesfalls jeweils ein und dasselbe Relais 5.1–5.n. Hierdurch kann die Anzahl der Zyklen je Zeiteinheit wesentlich erhöht werden, und zwar insbesondere auch dadurch, dass der beim Abschalten bzw. Abtrennen der Last 2 von der Versorgungsspannung U_BAT durch die induktive Komponente erzeugte Rückstrom über die Steuerstrecken 6 und die Dioden 7 der in dem betreffenden Zyklus nicht aktivierten Relais 5.1–5.n unmittelbar an die Schaltungsmasse abfließen kann.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung 8 auch so ausgebildet, dass sie die Funktionstüchtigkeit der einzelnen Relais 5.1–5.n bzw. deren Steuerstrecken 6 überwacht und beim Feststellen eines defekten Relais 5.1–5.n dieses von der weiteren Ansteuerung ausschließt. Die Anzahl der Relais 5.1–5.n in der Relaisanordnung 5 beträgt wenigstens Zwei. Die Anzahl ist aber bevorzugt größer als Zwei.
Die 2 zeigt eine Schaltungsanordnung 1a, die sich von der Schaltungsanordnung 1 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass die Relais 5.1–5.n der Relaisanordnung 5a mit ihren Steuerstrecken 6 in Serie angeordnet sind, und zwar ohne die Dioden 7 und derart, dass der Relaiskontakt 6.1 jedes Relais 5.1–5.n, der (Relaiskontakt) den Ruhekontakt bildet, wiederum mit der Schaltungs- bzw. Fahrzeugmasse verbunden ist, während der Ausgang 6.3 jedes Relais 5.1–5.n-1, also mit Ausnahme des Relais 5.n jeweils mit dem Relaiskontakt 6.2 des in der Serienschaltung folgenden Relais verbunden ist. Der Ausgang 6.3 des Relais 5.n bildet den Ausgang 4 der Schaltungsanordnung 1, an dem die Last 2 angeschlossen ist.
Die Ansteuerung der Relais 5.1–5.n in den einzelnen Zyklen erfolgt bei dieser Ausführungsform so, dass am Beginn jedes Zyklus, d. h. beim Anlegen der Last 2 an die am Eingang 3 der Schaltungsanordnung 1a anliegende Gleichspannung U_BAT sämtliche Relais zeitgleich von der Steuereinrichtung 8 über die Treiberstufenanordnung 9 bzw. über die dortigen Treiberstufen 9.1–9.n aktiviert bzw. geschaltet werden. Zur Beendigung des jeweiligen Zyklus, d. h. zum Abschalten der Last 2 von der Versorgungsspannung U_BAT wird zunächst eines der Relais 5.1–5.n deaktiviert, sodass über dessen Steuerstrecke 6 der Ausgang 4 mit der Schaltungs- bzw. Fahrzeugmasse verbunden wird und bei einem induktiven Anteil der Last 2 über dieses zuerst deaktivierte Relais bzw. dessen Steuerstrecke 6 der Abschaltstrom an die Schaltungs- oder Fahrzeugmasse fließen kann. Am Ende jedes Zyklus erfolgt dann zeitverzögert auch das Deaktivieren der übrigen Relais 5.1–5.n, und zwar vor dem Einleiten eines neuen Zyklus. Die Ansteuerung der Relais 5.1–5.n durch die Steuereinrichtung 8 erfolgt weiterhin so, dass das am Ende jedes Zyklus zuerst deaktivierte Relais 5.1–5.n von Zyklus zu Zyklus unterschiedlich ist, d. h. die Relais 5.1–5.n beispielsweise von Zyklus zu Zyklus rotierend jeweils nacheinander als erstes deaktiviert werden, so dass in zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Zyklen nicht ein und dasselbe Relais 5.1–5.n jeweils als erstes deaktiviert wird.
Durch diese rotierende Deaktivierung bzw. durch dieses rotierende Schalten der Relais 5.1–5.n für die Beendigung der zeitlich aufeinander folgenden Zyklen ergibt sich eine wesentliche Entlastung der Relais bzw. deren Steuerstrecken 6 sowie wiederum die Möglichkeit einer Erhöhung der Anzahl der Zyklen je Zeiteinheit bei vorgegebener Last 2. Weiterhin ist auch bei der Schaltungsanordnung 1a die Steuereinrichtung bevorzugt so ausgebildet, dass sie zugleich die Funktionsfähigkeit der Relais 5.1–5.n überwacht und im Falle eines defekten Relais 5.1–5.n, welches nicht mehr korrekt den Strom trennen kann, aber noch im geschlossenen Zustand, d. h. in den Relaiskontakt 6.2 mit dem Anschluss 6.3 verbindenden Zustand betrieben werden kann, also aus seiner Ausgangs- bzw. Ruhestellung nicht mehr schaltbar ist, dieses defekte Relais aus der Ansteuerroutine ausscheidet, sodass die Schaltungsanordnung 1a dann wiederum mit einer um das defekte Relais reduzierten Anzahl von Relais betrieben wird.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

1, 1a: Schaltungsanordnung
2: Last, beispielsweise komplexe Last
3: Eingang der Schaltungsanordnung 1 bzw. 1a
4: Ausgang der Schaltungsanordnung 1 bzw. 1a
5, 5a: Relaisanordnung
5.1–5.n: Relais
6: Steuerstrecke
6.1, 6.2: Relaiskontakt
6.3: Relaisausgang
7: Diode
8: Steuereinrichtung
9: Treiberstufenanordnung
9.1–9.n: Treiberstufe

Claims

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Elektromotors eines elektromotorischen Hilfsantriebs oder dergleichen Last (2), mit einer den Stromfluss durch die Last schaltenden Relaisanordnung (5, 5a) und mit einer die Relaisanordnung (5, 5a) steuernden Steuerelektronik (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Relaisanordnung (5, 5a) mehrere mit ihren von Relaiskontakten (6.1, 6.2, 6.3) gebildeten Steuerstrecken (6) parallel oder in Serie angeordnete Relais (5.1–5.n) aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relaisanordnung (5, 5a) und/oder zumindest ein Relais (5.1–5.n) der Relaisanordnung (5, 5a) wenigstens einen ersten Schaltzustand, in dem die Relaisanordnung (5, 5a) oder eine Steuerstrecke (6) des wenigstens einen Relais (5.1–5.n) einen Strompfad parallel zur Last (2) bildet, sowie wenigstens einen zweiten Schaltzustand zum Verbinden der Last (2) mit der Versorgungsspannung (U_BAT) aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Last (2) zwischen einem Ausgang (4) der Schaltungsanordnung (1, 1a) und einem Schaltungspunkt angeordnet ist, und dass die Relaisanordnung (5, 5a) und/oder das wenigstens eine Relais (5.1–5.n) der Relaisanordnung (5, 5a) im ersten Schaltzustand den Ausgang (4) mit dem Schaltungspunkt verbindet, und zwar beispielsweise direkt oder über wenigstens ein weiteres Bauelement, beispielsweise über wenigstens eine Diode (7).
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der deaktivierte Zustand der Relaisanordnung (5, 5a) und/oder des wenigstens einen Relais (5.1–5.n) den ersten Schaltzustand bildet.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relais (5.1–5.n) der Relaisanordnung (5) mit ihren Steuerstrecken (6) parallel zueinander zwischen dem Eingang (3) und dem Ausgang (4) der Schaltungsanordnung (1) angeordnet sind, und zwar vorzugsweise jeweils mit einer in Serie mit der Steuerstrecke (6) angeordneten Diode (7).
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (8) für eine Ansteuerung der Relais (5.1–5.n) in der Weise ausgebildet ist, dass sich sämtliche Relais (5.1–5.n) vor Beginn eines Zyklus in dem ersten Zustand befinden, dass für die Einleitung eines Zyklus ein Relais (5.1–5.n) oder nur ein Teil der eine Vielzahl von Relais (5.1–5.n) aufweisenden Relaisanordnung (5) durch Ansteuerung den zweiten Zustand einnimmt und am Ende jedes Zyklus in den ersten Zustand zurückkehrt.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relais (5.1–5.n) jeweils wenigsten zwei Relaiskontakte (6.1, 6.2) aufweisen, und dass jeweils ein erster Relaiskontakt (6.1) der Relais (5.1–5.n) mit dem Schaltungspunkt mittelbar oder unmittelbar verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der die Relaisanordnung (5a) bildenden Relais (5.1–5.n) in einer Serienanordnung mit ihren Steuerstrecken (6) derart angeordnet sind, dass erste Relaiskontakte (6.1) der Relais (5.1–5.n) jeweils mit dem Schaltungspunkt verbunden sind, dass ein Relais (5.n) mit dem Ausgang (6.3) seiner Steuerstrecke (6) den Ausgang (4) der Schaltungsanordnung (1a) bildet oder mit diesem verbunden ist, dass ein zweiter Relaiskontakt (6.2) eines in der Serienanordnung dem Ausgang (4) der Schaltungsanordnung (1a) entfernt liegenden Relais (5.1) den Eingang (3) der Schaltungsanordnung bildet oder mit diesem verbunden ist, und dass die zweiten Relaiskontakte (6.2) der restlichen Relais (5.2–5.n) jeweils mit dem Ausgang der Steuerstrecke (6) eines in der Serienanordnung benachbarten Relais (5.1–5.n-1) verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (8) für eine Ansteuerung der Relaisanordnung (5a) in der Weise ausgebildet ist, dass sämtliche Relais der Serienanordnung für das Einleiten des jeweiligen Zyklus den zweiten Schaltzustand aufweisen, und dass zur Beendigung des jeweiligen Zyklus zunächst wenigstens ein Relais (5.1–5.n) und dann zeitverzögert weitere Relais (5.1–5.n-1) in den ersten Schaltzustand zurückgeschaltet werden, und dass von Zyklus zu Zyklus das wenigstens eine zuerst in den ersten Schaltzustand zurückgeschaltete Relais (5.1–5.n) geändert wird.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (8) und/oder eine Überwachungselektronik zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Relais (5.1–5.n) ausgebildet ist, und dass bei einem Defekt eines Relais (5.1–5.n) die Relaisanordnung (5, 5a) ohne dieses defekte Relais mit den verbleibenden Relais (5.1–5.n) von der Steuerelektronik (8) für das Zu- und/oder Abschalten der Last (2) angesteuert wird.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungspunkt die Schaltungsmasse ist.