DE102008053816A1

DE102008053816A1 - Verfahren zum Schutz einer ansteuerbaren Spule

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Publication number: DE102008053816A1
Application number: DE102008053816A
Authority: DE
Inventors: Andrea Dr. Arenz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2009-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz einer ansteuerbaren Spule (6, 7), insbesondere eines Fahrzeugdämpfers, mit einem Diagnosemodul (4) zur Messung einer für den Schutz der Spule (6, 7) kritischen Größe, wobei das Diagnosemodul (4) mittelsugeführten Steuerstrom begrenzt, wenn die kritische Größe einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Diagnosemodul (4) den Verlauf des Steuerstroms während der aktiven Ansteuerung der Spule (6, 7) auswertet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Schutz einer ansteuerbaren Spule, insbesondere eines Fahrzeugdämpfers.
Prinzipiell besteht die Gefahr eine ansteuerbare Spule dadurch zu beschädigen, dass sie über der vom Hersteller angegebenen Grenztemperatur betrieben wird. Beispielsweise kann eine hohe Stromanforderung über einen entsprechend langen Zeitraum dazu führen, dass sich die Temperatur im Spuleninneren so weit erhöht, dass ein interner Windungskurzschluss entsteht und die Spule nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet beziehungsweise das Bauteil ausfällt.
Es ist generell bekannt, Spulen von Ventilen mit Hilfe von Thermoschaltern, Strombegrenzungsschaltung und/oder Relais zu schützen, die derartige Ventile hinsichtlich ihrer Stromaufnahme begrenzen oder die Ventile ganz abschalten. Die Verwendung derartiger zusätzlicher Schaltungen ist nachteilig, da einerseits insbesondere bei modernen Fahrzeugen der Bauraum sehr begrenzt ist und andererseits durch diese Bauelemente zusätzliche Kosten entstehen.
Ferner wird häufig ein Verfahren eingesetzt, eine Spule dadurch zu schützen, dass vorgegebene Ströme nur über eine maximale Zeitdauer anliegen dürfen. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, dass eine worst-case Abschätzung stattfinden muss sowohl zum Beispiel für die Umgebungstemperatur der Spule als auch für die Spulenparameter selbst. Dies führt dazu, dass die Verfügbarkeit der Spule in bestimmten Strombereichen stark eingeschränkt wird. Entsprechend erniedrigt sich auch die Verfügbarkeit des Systems, in dem die Spule integriert ist. Bei Dämpferspulen eines geregelten Fahrzeugdämpfers kann dies dazu führen, dass zum Beispiel hohe Dämpfkräfte nur beschränkt zur Verfügung stehen und eine effektive Regelung nur zeitlich begrenzt möglich ist.
Aus DE 1 051 965 ist eine Anordnung zum Messen des ohmschen Widerstandes und damit der Temperatur von Spulen während des Betriebes bekannt, wobei hier zusätzlich zu einer Hauptwicklung eine Hilfswicklung als Sensor eingesetzt wird.
Der Erfindung liegt diese Aufgabe zugrunde, mit kostengünstigen Mitteln und auf einfache und zuverlässige Weise sicherzustellen, dass eine Dämpferspule nicht durch zu hohe angeforderte Ströme überhitzt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Diagnosemodul den Verlauf des Steuerstroms während der aktiven Ansteuerung der Spule auswertet. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, nicht zusätzliche Bauteile zur Überwachung der Ventilspule einzusetzen, sondern den Schutz durch bereits an der Spule vorliegenden Mess- und Stellgrößen zu erreichen. Neben der Einsparung an Bauteilen wird zusätzlich erreicht, dass die Messungen durch fehlerhafte Arbeitsweise dieser Bauteile nicht verfälscht werden können. Weiterhin besteht bei einer indirekten Messung der Nachteil, dass es bei einer Übertragung der für den Schutz der Spule dienenden Messgröße von der Spule über die Umgebung der Spule bis hin zu einem gesonderten Sensor durch die Übertragung selbst Fehler auftreten können. Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass die Umgebungstemperatur der Spule nicht bekannt sein muss.
Ein besonders einfacher und transparenter Verfahrensablauf ergibt sich in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass das Ausgangssignal des Diagnosemoduls durch einen aktuell ermittelten ohmschen Widerstand der Spule, eine berechnete Spulentemperatur oder den Strom durch die Spule oder eine mit diesen Größen korrelierte Größe beeinflusst wird. Hierbei wirkt die Spule selbst als Sensor für die Schaltungsanordnung.
Die Bestimmung der Temperatur durch das erfindungsgemäße Verfahren geschieht in besonders einfacher Weise durch eine Erfassung einer Änderung des ohmschen Widerstandes. Dabei macht die Erfindung von der Erkenntnis Gebrauch, dass der spezifische Widerstand des für die Spule eines Ventils verwendeten Stromleiters (Draht) von dessen Temperatur abhängt. Als Temperatur-Koeffizient a gilt die relative Widerstandsänderung dR/R0 bezogen auf die entsprechende Temperaturänderung dT, wobei R0 der Widerstand des Leiters bei einer festgelegten Temperatur T0, zum Beispiel von 20°C ist. Es ist also a = dR/dT × R0. Danach beträgt der Widerstand bei einer beliebigen Temperatur T: R = R0 × (1 + a × dT) = R0[1 + a × (T – T0)]. (Gl. 1)
Diese einfache lineare Beziehung gilt zwar nur näherungsweise, kann aber bei größeren Anforderungen an die Genauigkeit bei einer höheren Temperatur durch den Ausdruck b × dT × dT ergänzt werden. Die Temperatur-Koeffizienten a, b sind über das vorgegebene Spulenwicklungsmaterial definiert und werden entweder vom Spulenhersteller direkt angegeben oder können in einschlägiger Literatur nachgelesen werden oder werden über entsprechenden Versuchsreihen berechnet.
Es zeigt sich somit überraschend, dass es möglich ist, ohne zusätzliche sensierende Bauteile die Temperatur der Ventilspule über deren Widerstand direkt zu messen. Damit werden nicht nur Bauraum und/oder Kosten gespart, sondern auch Fehlmessungen infolge defekter Sensoren unmöglich gemacht.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Temperatur der Spule durch deren Widerstand zu bestimmen. Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Diagnosemodul aus den an der Spule anliegenden Größen Strom und Spannung die Temperatur der Spule bestimmt. Diese Merkmalskombination macht von der Gesetzmäßigkeit Gebrauch, dass durch den durch ein Bauelement fließenden Strom und der an dem Bauelement gleichzeitig anliegenden Spannung sich der elektrische Widerstand dieses Bauelementes bestimmen lässt. Diese Merkmalskombination ist besonders vorteilhaft, wenn aus anderen Gründen der durch die Spule fließende Strom und die an der Spule liegende Spannung ohnedies gemessen werden müssen.
In der Regel wird ein eine Spule mit Strom ansteuerndes System derart abgestimmt sein, dass von der Spule der vorgegebene Sollwert des Stromes aufgenommen werden kann. Um zu erreichen, dass die Schaltungsanordnung nicht ständig die Temperatur der Spule berechnet und das System belastet, ist es ratsam nach einer Konstellation zu suchen, bei der eine Überlastung der Spule wahrscheinlicher ist. Hierzu ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Diagnosemodul die Temperatur der Spule nur bestimmt, wenn der durch die Spule fließende, durch eine Reglerschaltung geregelte Strom kleiner als der von der Regelschaltung für die Spule vorgegebene Sollstrom ist, oder dass die Temperatur der Spule nur bestimmt wird, wenn die Spannung beziehungsweise der Spannungsabfall an der Spuleninduktivität vernachlässigbar gering ist oder die Spannung beziehungsweise der Spannungsabfall an der Spule dominiert wird durch den ohmschen Spulenwiderstand. Wird nämlich durch den hohen Widerstand an der Spule bei vorgegebener Spannung der für das System sinnvollerweise vorgesehene Soll-Strom nicht mehr erreicht, so kann es fraglich sein, ob nicht die Spule in einem kritischen Bereich betrieben wird. Dies gilt zumindest für den ohmschen Widerstand der Spule bei Gleichstrom, denn reale Spulen haben neben ihrer Induktivität einen nicht zu vernachlässigenden ohmschen Widerstand. Besonders vorteilhaft ist die Ausnutzung der Tatsache, dass eine Überhitzung der Spule speziell dann auftritt, wenn die Spule selbst Sättigungsverhalten zeigt. In diesem Fall wird das Verhalten der Spule wesentlich durch den ohmschen Widerstand bestimmt.
Eine besonders einfache und vielfach angewendete Stromversorgung für die Spule ergibt sich in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass der Steuerstrom für die Spule durch ein Pulsmodulationsverfahren erhalten wird. Ein typischer Stromverlauf in der Spule besitzt eine obere Stromamplitude xo und eine untere Stromamplitude xu, die oberhalb beziehungsweise unterhalb eines Soll-Stromes liegen. Der maximale stellbare Strom ist durch die an der Spule anliegende Spannung bestimmt, durch welche gleichzeitig auch die Steigung festgelegt ist, mit welcher der Strom jeweils ansteigt beziehungsweise abfällt. Die Differenz zwischen der oberen und der unteren Stromamplitude ist durch die Schaltpunkte des verwendeten Zweipunkt-Reglers bestimmt, die oberhalb beziehungsweise unterhalb des Soll-Stromes liegen. Es zeigt sich, dass auch für diesen Anwendungsfall, bei dem die Spule auch mit einem Wechselspannungs-Anteil beaufschlagt wird, die Erfindung wirksam einsetzbar ist. Reale Spulen haben, wie erwähnt, neben ihrer Induktivität einen nicht zu vernachlässigenden ohmschen Widerstand. Vereinfacht kann dies durch ein Ersatzschaltbild dargestellt werden, auf dem eine mit einer Stromquelle verbundene Spule symbolisch dargestellt ist. Die Spule besitzt einen ohmschen Widerstand R sowie eine Induktivität L. Sowohl an der (idealen) Spule als auch am ohmschen Widerstand der Spule wird über die Zeit t ein Teil der angelegten Spannung U0 verbraucht. Es gilt: I × R + L × (dl/dt) – U0 = 0 (Gl. 2)
Die allgemeine Lösung dieser inhomogenen Differentialgleichung lautet I = U0/R × [1 – e – (R/L) × t] (Gl. 3)
Die Stromstärke nähert sich also asymptotisch dem Wert Igrenz = U0/R (Gl. 4)
Berechnungsgrundlage für die Spulentemperatur ist nach Gl. 1 der Widerstand. Dieser ist nun in der Regel, zum Beispiel in einem Fahrzeug während des Dämpfer- und Steuergerätebetriebs, nicht direkt online messbar. Der Widerstand ist jedoch über die allgemeine Lösung der Differentialgleichung Gl. 3 definiert. Nachteilig ist, dass sich eine Lösung für R nur näherungsweise ergibt und dass der Zeitverlauf des Stroms bekannt sein muss, das heißt gemessen werden muss. Dies ist jedoch auf Grund der hohen Frequenz der Stromansteuerung meist nur schwer möglich.
Überhitzungsprobleme an Spulen treten jedoch vor allem dann auf, wenn diese ein Sättigungsverhalten aufweisen. Im Spulensättigungsfall (Grenzfall der allgemeinen Lösung) ist der Widerstand nach Gl. 4 direkt definiert über das Verhältnis Spannung zu Strom.
In einem Fahrzeug ergibt sich eine einfache geregelte Stromspeisung für die Ventilspule in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass der durch die Spule fließende Steuerstrom durch einen Stromregler, insbesondere Zweipunkt-Regler oder PID-Regler und/oder eine Pulsmodulation zur Ansteuerung der Spule geregelt wird. Um zu erreichen, dass die Temperatur nur berechnet werden muss wenn tatsächlich die Gefahr besteht, dass die Spule zu heiß wird, ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung die Temperatur der Spule nur bestimmt, wenn sich die Spule in Sättigung befindet und keine Pulsmodulation mehr stattfindet, oder dass die Schaltungsanordnung die Temperatur der Spule nur bestimmt, wenn der Pulsmodulationsanteil des Stromes zur Ansteuerung der Spule gegenüber dem Gleichstromanteil vernachlässigbar gering ist. Bei der Pulsmodulation wird impulsweise eine Spannung an die Spule gelegt und zwar immer so lang, bis der Sollwert erreicht beziehungsweise etwas überschritten ist. Tritt nun der Fall auf, dass trotz Anforderung der Soll-Wert nicht mehr erreicht wird, so ist offensichtlich der Widerstandswert der Spule zu groß geworden, da sie sich stark erhitzt hat. In diesem Fall erscheint es zweckmäßig den tatsächlichen Temperaturwert der Spule zu bestimmen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Aufgabe wird ferner durch ein System zum Schutz einer ansteuerbaren Spule mit den in Anspruch 17 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass mittels des Diagnosemoduls der Verlauf eines Steuerstromes der Spule während der aktiven Ansteuerung der Spule auswertbar ist, wobei das Diagnosemodul ein Signal zur Begrenzung des Spulenstromes ausgibt, wenn die kritische Größe einen vorgebbaren Wert über- oder unterschreitet, ist vorteilhaft möglich, in einfacher Weise eine Diagnose/Überwachung einer ansteuerbaren Spule in ein Fahrzeug zu integrieren.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Pulsweitenmodulation zur Erzeugung eines Sinusverlaufs;
2 einen Zweipunktregler mit Hysterese;
3 ein Ersatzschaltbild einer Spule, die mit einer Stromquelle verbundene ist,
4 ein Ablaufdiagramm zum Schutz einer Spule durch Überhitzung;
5 ein vereinfachtes Blockschaltbild zur Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 ein Blockschaltbild eines Diagnosemoduls; und
7 der erfindungsgemäße Verfahrensablauf in einer Ausführungsvariante.
1 zeigt die Möglichkeit mit Hilfe von Stromimpulsen an einem Verbraucher einen Wechselstrom anzulegen. Dabei wird die Spannung so lange an den Verbraucher angelegt bis der Sollstrom erreicht ist. Anschließend sinkt dann der Strom in der folgenden Importpause unter den Sollwert so weit, bis die Spannung wieder eingeschaltet wird und der Sollstrom wieder etwas überschritten wird, wonach die nächste Impulspause einsetzt und dergleichen. Bei trägen Verbrauchern ergibt sich mit der Pulsmodulations-Anregung A ein sinusförmiger Kurzzeitmittelwert für die Spule mit Verlauf B.
2 zeigt Einzelheiten zu 1, wobei kein Sinus-Strom, sondern ein konstanter Sollstrom vorgegebenen ist. Dabei ist xo: oberer Grenzwert, xu: unterer Grenzwert. Für einen gewünschten Sollstrom i_soll ergibt sich entsprechend die notwendige Zweipunkt-Stromansteuerung der Spule und der daraus resultierende messbare Stromverlauf i_spule in der Spule. Ist der Spannungsabfall an der Spule zu groß, so wird der obere Grenzwert nicht erreicht und die Stromversorgung wird dementsprechend nicht mehr abgeschaltet. Infolgedessen werden keine Impulse mehr gebildet, sondern es fließt nur noch ein Dauerstrom. Der Wechselstromanteil ist somit 0. Dies kann als Signal ausgewertet werden, dass der ohmsche Widerstand der Spule sehr hoch geworden ist und dementsprechend eine Temperaturberechnung der Spule zweckmäßig ist. Es ist weiterhin die Stromansteuerung AST der Spule über der Zeit dargestellt.
Das Ersatzbild der Spule in 3 besitzt einen ohmschen Widerstand R des Spulendrahtes und einen induktiven Widerstand UL der Wicklung, an denen die Spannungen UR und UL der Spannungsquelle Uo abfallen.
4 zeigte den möglichen Ablauf eines Verfahrens zur Überwachung und zum Schutz einer Spule, die beispielsweise die Wicklung eines Proportional-Ventils eines Dämpfers sein kann. Das Verfahren gliedert sich in zwei Schritte A und B, von denen der erste Schritt bis zu der Entscheidung reicht, dass die Temperatur der Spule gemessen werden muss, während der zweite Schritt B den darauf folgenden Ablauf des Verfahrens beschreibt.

(A) -- prüfe, ob sich Ist-Strom in Sättigung befindet (Vergleich Ist-/Sollstrom) -- wenn ja -- berechne den Widerstand entsprechend Gl. 4 --- berechne die Spulentemperatur über den Widerstand nach Gl. 1 -- wenn der Ist-Strom sich nicht in der Sättigung befindet (nein) --- reduziere eine evtl. vorhandene Spulentemperatur entsprechend einer vorgegebenen Abklingfunktion -- ansonsten tue nichts
(B) -- wenn die Spulentemperatur einen applizierbaren oberen Wert überschreitet -- reduziere den Sollstrom zum Beispiel auf einen zulässigen Dauerstrom, um so eine Überhitzung der Spule zu vermeiden -- wenn die Spulentemperatur einen applizierbaren unteren Wert unterschreitet -- hebe die Schutzfunktion auf

Verfahrensschritt (A) kann auch ausgeführt werden, wenn sich die Spule nicht in Sättigung befindet, jedoch das Stromverhalten der Spule bekannt ist und sich der Widerstand nach Gl. 3 berechnet.
Die Abklingfunktion ist nur dann aktiv, wenn Spulentemperatur mal berechnet wurde (das heißt die aktuelle Spulentemperatur größer einer Min-Temperatur ist) und aktuell keine neue Berechnung stattfindet. In diesem Fall wird von einem Abkühlvorgang ausgegangen, der über die Abklingfunktion modelliert ist.
Die als Verfahrensschritt (B) angegebene Reduktion auf einen zulässigen Dauerstrom als Schutz für die Ventilspule ist nur exemplarisch angegeben. Ebenso kann der Strom auf den Wert 0 reduziert werden oder auf andere Werte, die ein Überhitzen der Spule vermeiden. Die Schutzfunktion kann zum Beispiel auch wieder aufgehoben werden, wenn die Spule einen Temperatur-Grenzwert wieder unterschreitet, oder aber nachdem sich die Spule für eine definierte Zeit nicht in Sättigung befindet.
Ebenfalls ist es möglich, das Verfahren zu bestimmten Zeitpunkten oder zyklisch anzustoßen. Beispielhaft kann im Fahrzeugzustand, wenn keine Regelung erfolgt, eine Testprozedur aufgerufen werden. In dieser wird für eine kurze Zeitdauer der Maximalstrom angefordert und die Spulentemperatur entsprechend dem oben angegebenen Verfahren ausgewertet.
In 5 wird das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand einer einfach aufgebauten Schaltung beschrieben. Eine Gleichstrom-Quelle 1 mit einem Innenwiderstand 2 ist mit einem Spannungsteiler 3 verbunden. Der Spannungsteiler 3 gehört zu einem Regler 8, welcher mit einem Diagnosemodul 4 verbunden ist. Das Diagnosemodul 4 ist mit einer Spule verbunden, deren ohmscher Widerstand 7 und deren induktiver Widerstand 6 symbolisch dargestellt sind. Das Diagnosemodul 4 besitzt weiterhin noch die Möglichkeit mit Hilfe eines Strommessers 5 den durch die Spule fließenden Strom zu messen und hat weiterhin noch die Möglichkeit, die Spannung uL an dem induktiven Widerstand 6 und die Spannung uR an dem ohmschen Widerstand 7 zu erkennen. Dem Regler werden ein dem Sollwert SW des durch die Spule fließenden Stromes und ein dem Istwert IW dieses Stromes entsprechendes Signal zugeführt, wobei in dem Regler über den Spannungsteiler 3 bei Abweichungen des Stroms nachgeregelt wird.
Mit Hilfe des Diagnosemoduls 4 soll nun verhindert werden, dass die Spule 6, 7 überhitzt wird. Hierzu wird durch das Diagnosemodul 4 sowohl der durch die Spule fließende Strom iS als auch die an der Spule anliegende ohmsche Spannung gemessen. Soweit es sich um Gleichstrom handelt, fällt die Spannung im stationären Zustand an dem ohmschen Widerstand 7 der Spule an. Im Zusammenhang mit Gl. 1 wurde weiter oben schon erläutert, dass auf Grund der gemessenen Änderung des Widerstandes ohne Schwierigkeiten auf die Temperatur der Spule geschlossen werden kann. Wird die in dem Diagnosemodul 4 festgestellte Temperatur der Spule zu groß, so gibt das Diagnosemodul 4 ein Schutzsignal SS ab, über welches im Regler 8 mittels des Spannungsteilers 3 der Strom durch die Spule in geeigneter Weise reduziert wird.
6 zeigt ein Blockschaltbild des Diagnosemoduls 4. Als Eingangssignale liegen der Spulensollstrom i_soll, der rückgemessene Spulenstrom i_ist und die Spannung u an. Das Diagnosemodul 4 liefert einen modifizierten Spulensollstrom i_soll* in Abhängigkeit der ermittelten Spulentemperatur T.
7 verdeutlicht den Aufbau des Diagnosemoduls 4. Eine Auswerteeinheit 9 ermittelt aus dem Sollstrom i_soll und dem Iststrom i_ist einen Spulenzustand x_spule, insbesondere den Sättigungszustand der Spule. Der Spulenzustand x_spule wird mit der Spannung u einem Berechnungsmodul 10 zugeführt, das die Spulentemperatur T_spule ermittelt. Eine Strombegrenzungseinheit 11 ermittelt dann aus der Spulentemperatur T_spule und dem Sollstrom i_soll einen modifizierten Sollstrom i_soll* zur Ansteuerung der Spule. Hierdurch wird der Sollstrom i_soll zur Ansteuerung der Spule im Falle einer zu hohen Spulentemperatur T_spule begrenzt.
Für die Erfindung wesentlich ist nun, dass die Spule nicht nur als Sensorelement für das Diagnosemodul 4, sondern gleichzeitig noch zur Betätigung eines Aktors eingesetzt wird. Die Spule kann also gleichzeitig zur Betätigung eines Motors oder eines Proportionalventils, dienen, oder umgekehrt kann die Spule zum Antrieb des Motors oder des Proportionalventils gleichzeitig als Sensorelement des Diagnosemoduls 4 dienen.
Das beschriebene Prinzip ist nicht auf die Verwendung von Gleichstrom beschränkt. Auch bei der Verwendung von Wechselstrom wird sich der ohmsche Widerstand der Spule erhitzen, so dass nach dem mit Gl. 1 beschriebenen Prinzip wiederum auf die Temperatur dieses Widerstandes und damit der Spule geschlossen werden kann und das Diagnosemodul 4 somit in der Lage ist ein entsprechendes Schutzsignal SS auszugeben.
Vielfach ist es unerwünscht, dass die Temperatur der Spule ununterbrochen gemessen wird. In diesem Fall muss ein Kriterium gefunden werden, welches darauf hindeutet, dass die Spule eine hohe Temperatur besitzt und eine Messung nunmehr zweckmäßig ist. Dieses Kriterium kann darin bestehen, dass der Istwert IW des Stromes nicht mehr auf den gewünschten Sollwert SW gebracht werden kann. In diesem Fall ist der ohmsche Widerstand der Spule offensichtlich so groß geworden, dass die durch den Regler zur Verfügung stehende Spannung nicht mehr ausreicht, um den notwendigen Strom zu stellen. Das bedeutet allerdings noch nicht, dass die Temperatur der Spule schon zu hoch ist. Das Diagnosemodul 4 wird daher in diesem Fall die Temperatur der Spule über die Widerstandsänderung des ohmschen Widerstandes berechnen und gegebenenfalls ein Schutzsignal SS aussenden.
Die vorliegende Erfindung ist auch dann wirksam, wenn statt einer Gleichstromquelle oder Wechselstromquelle, die Spule unter Verzicht auf den Spannungsteiler 3 in 5 über eine Pulsbreitenmodulation gemäß 1 angesteuert wird. Wie aus 1 ersichtlich kann über eine derartige Modulation auch eine Wechselspannung erzeugt werden, indem, unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls während der von Impulsen freien Zeiten, durch die Impulse dann die Spannung auf wieder die gewünschten Werte gezogen wird.
In dem Beispiel nach 2 wird als Pulsmodulationsart zur Ansteuerung der Spule beispielsweise die Pulsbreitenmodulation (siehe 1) verwendet. Zur Regelung des Stromverlaufs kann ein Zweipunktregler verwendet werden (siehe 2) oder aber ein PID-Regler beziehungsweise beliebige andere Regelungsverfahren. Zweipunktregler beispielsweise sind unstetig arbeitende Regler mit zwei Ausgangszuständen (wie an und aus oder 0 und 1). Je nachdem ob der Istwert unter dem unteren Grenzwert oder über dem oberen Grenzwert liegt, wird der erste oder der zweite Ausgangszustand eingenommen. Oberer und unterer Grenzwert ergeben sich aus dem um den Sollwert herum definierten Hystereseband.
Den Pulsmodulationsarten ist gemein, dass die Schaltfrequenz gegen Null strebt, wenn der angestrebte Sollwert nicht mehr erreicht werden kann, da die Spule den Strom nicht mehr aufnehmen kann; dieses Phänomen ist bekannt als Spulensättigung. Bei einem Zweipunktregler ist dieser Zustand dadurch gekennzeichnet, dass der obere oder der untere Grenzwert nicht mehr erreicht wird; bei einem PID-Regler bleibt eine Regelabweichung zwischen Soll- und Istgröße bestehen. Praktisch ist das bei einem Zweipunktregler dann so, dass durch den hohen ohmschen Widerstand der erhitzten Spule der obere Schaltpunkt xo des Soll-Stromes in 2 nicht mehr erreicht wird, so dass der Wechselstrom-Anteil praktisch entfällt. Wird dieser Zustand erreicht, so empfiehlt es sich, dass durch das Diagnosemodul 4 die Temperatur der Spule berechnet wird. Es ist aber auch denkbar, dass bei Erreichen dieses Zustands durch das Diagnosemodul 4 unmittelbar ein Ausgangssignal abgegeben wird, durch welches der der Spule zugeführte Strom begrenzt oder gar gänzlich abgeschaltet wird.

1: Gleichstromquelle
2: Innenwiderstand
3: Spannungsteiler
4: Diagnosemodul
5: Strommesser
6: Spuleninduktivität, Spule, Widerstand, Spulenwiderstand
7: Dämpferspule, Spule, Widerstand, Spulenwiderstand
8: Reglerschaltung, Regler
9: Auswerteeinheit
10: Berechnungsmodul
11: Strombegrenzungseinheit
SW: Sollwert, Sollstrom
IW: Istwert
SS: Ausgangssignal, Schutzsignal
iS: fließender Strom, Steuerstrom
uL: Spannung
uS: Spulenspannung
uR: Spannung
B: Verfahrensschritt
A: Verfahrensschritt
xo: oberer Schaltpunkt, obere Stromamplitude, oberer Grenzwert
xu: untere Stromamplitude, unterer Grenzwert
i_max: Maximalstrom
i_soll: Sollstrom
i_spule: Stromverlauf
i_soll*: modifizierter Sollstrom
AST: Stromansteuerung
T_spule: Spulentemperatur
X_spule: Spulenzustand
R: ohmsche Widerstand
L: induktiver Widerstand
Uo: Spannungsquelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1051965 [0005]

Claims

Verfahren zum Schutz einer ansteuerbaren Spule (6, 7), insbesondere eines Fahrzeugdämpfers, mit einem Diagnosemodul (4) zur Messung einer für den Schutz der Spule (6, 7) kritischen Größe, wobei das Diagnosemodul (4) mittels eines Signals (SS) den der Spule (6, 7) zugeführten Steuerstrom begrenzt, wenn die kritische Größe einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosemodul (4) den Verlauf des Steuerstroms während der aktiven Ansteuerung der Spule (6,7) auswertet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (SS) des Diagnosemoduls (4) durch einen aktuell ermittelten ohmschen Widerstand der Spule (6, 7), eine berechnete Spulentemperatur oder den Strom durch die Spule (6, 7) oder eine mit diesen Größen korrelierte Größe beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosemodul (4) den aktuellen ohmschen Widerstand oder eine Änderung des ohmschen Widerstandes (R) der Spule (6, 7) gegenüber einem bei einer Bezugstemperatur herrschenden ohmschen Widerstand feststellt und daraus die Temperatur des ohmschen Widerstandes (R) der Spule (6, 7) bestimmt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosemodul (4) aus den an der Spule (6, 7) anliegenden Größen Strom und Spannung, den Widerstand und/oder die Temperatur der Spule (6, 7) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosemodul (4) die Temperatur der Spule (6, 7) nur bestimmt, wenn die Stromregelung der Spule (6, 7) auf Grund der aktuellen Spuleneigenschaften eine bleibende Regelabweichung aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und/oder der Widerstand der Spule (6, 7) nur bestimmt wird, wenn die Spannung (uL) beziehungsweise der Spannungsabfall an der Spuleninduktivität (6) vernachlässigbar gering ist oder die Spannung beziehungsweise der Spannungsabfall an der Spule (6, 7) dominiert wird durch den ohmschen Spulenwiderstand (7).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur oder der Widerstand der Spule (6, 7) nur bestimmt wird, wenn sich der Spulenstrom in Sättigung befindet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Spule (6, 7) fließende Steuerstrom (iS) durch einen Stromregler, insbesondere Zweipunkt-Regler oder PID-Regler und/oder eine Pulsmodulation zur Ansteuerung der Spule (6, 7) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 und 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosemodul (4) die Temperatur der Spule (6, 7) nur bestimmt, wenn sich die Spule (6, 7) in Sättigung befindet und keine Pulsmodulation mehr stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosemodul (4) die Temperatur der Spule (6, 7) nur bestimmt, wenn der Pulsmodulationsanteil des Stromes zur Ansteuerung der Spule (6, 7) gegenüber dem Gleichstromanteil vernachlässigbar gering ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosemodul (4) eine Testeinrichtung umfasst, welche in Abständen einen zu spezifizierenden Strom testweise anfordert und aufgrund des gemessenen Iststroms (iS) die Spulentemperatur berechnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Berechnen der für den Schutz der Spule (6, 7) kritischen Größe aus dem Spulensollstrom, dem Spuleniststrom und der anliegenden Spannung beziehungsweise aus zu diesen Signalen ermittelten Größen; Reduzieren des Sollstroms, vorzugsweise auf einen zulässigen Dauerstrom; erneutes Durchführen der oben angegebenen Schritte, vorzugsweise nach einem vorgegebenen Zeitabstand, wenn die kritische Größe einen vorgegebenen Wert unter- oder überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Berechnen der für den Schutz der Spule (6, 7) kritischen Spulentemperatur; Reduzieren des Sollstroms, vorzugsweise auf einen zulässigen Dauerstrom; erneutes Durchführen der oben angegebenen Schritte, vorzugsweise nach einem vorgegebenen Zeitabstand, und/oder wenn die Spulentemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich, vorzugsweise in vorgegebenen Zeitabständen, der durch die Spule (6, 7) fließende Iststrom (iS) mit dem von dem Stromregler vorgegebenen Sollstrom (i_soll), verglichen wird, wenn der Iststrom kleiner als der vorgegebene Sollstrom ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einem definierbaren Teststrom statt des von dem Regler (8) vorgegebenen Sollstroms durchgeführt wird.
Verfahren in nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nur durchgeführt wird, wenn keine Komforteinschränkung im Fahrbetrieb des Fahrzeugs zu erwarten ist.
System zum Schutz einer ansteuerbaren Spule, insbesondere eines Fahrzeugdämpfers, mit einem Diagnosemodul zur Messung einer für den Schutz der Spule kritischen Größe, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Diagnosemoduls (4) der Verlauf eines Steuerstromes der Spule (6, 7) während der aktiven Ansteuerung der Spule (6, 7) auswertbar ist, wobei der Diagnosemodul (4) ein Signal (SS) zur Begrenzung des Spulenstromes ausgibt, wenn die kritische Größe einen vorgebbaren Wert über- oder unterschreitet.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem System zum Schutz einer ansteuerbaren Spule (6, 7) nach Anspruch 17.