-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug.
Die Schaltungsanordnung weist einen elektrischen Verbraucher, beispielsweise
einen Elektromotor auf. Der Elektromotor, insbesondere ein elektronisch
kommutierter Elektromotor, weist einen insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten
Rotor auf. Der Elektromotor weist eine Steuereinheit auf, wobei
die Steuereinheit ausgebildet ist, den Elektromotor, insbesondere
einen Stator des Elektromotors, zum Drehbewegen des Rotors anzusteuern.
-
Bei
aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Verbrauchern in
einem Kraftfahrzeug, beispielsweise Elektromotoren, besteht das
Problem, dass der elektrische Verbraucher, umfassend eine Steuereinheit,
dauerhaft mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs, und somit mit einem
Batteriepotenzial des Bordnetzes verbunden ist. Im Falle einer Schaltungsanordnung
des elektrischen Verbrauchers an einem vor Korrosion ungeschützten
Ort in dem Kraftfahrzeug, beispielsweise im Falle eines Kühlerventilators
als Verbraucher im Bereich eines Motorraumes des Kraftfahrzeugs,
welcher beim Fahren auf regennasser Fahrbahn mit Spritzwasser in
Kontakt kommt, bleibt während eines abgestellten Zustandes des
Kraftfahrzeugs der elektrische Verbraucher weiterhin mit dem Bordnetz
verbunden. Der elektrische Verbraucher wird von der Steuereinheit
in Abhängigkeit eines Aktivierungssignals in einen angestellten Zustand
an- oder in einen ausgeschalteten Zustand ausgeschaltet. Während
des ausgeschalteten Zustands können dann Leckströme
von einem mit dem Bordnetz verbundenen Anschluss des Verbrauchers zu
einer Fahrzeugmasse des Bordnetzes fließen.
-
Dadurch
kann nachteilig ein Entladen der Batterie verursacht werden. Weiter
nachteilig wird der Verbraucher von dem Bordnetz durch eine in Serie
zu dem Verbraucher geschaltete Schmelzsicherung erst getrennt, wenn
der von dem Verbraucher bei einem Betrieb verbrauchte Betriebsstrom überschritten
wird. Nachteiligerweise können Leckströme kleiner
als der Betriebsstrom Schäden am Kraftfahrzeug verursachen
oder ein Entladen der Batterie auslösen.
-
Aus
der
DE 20 2006
013 422 U1 ist eine Steuervorrichtung zum Ansteuern eines
mit Hilfe eines Elektromotors betätigbaren Verstellmechanismus
in einem Kraftfahrzeug bekannt. Die Steuervorrichtung ist mit einem
Relais zum Schalten des Elektromotors verbunden und ausgebildet,
zum Aktivieren des Relais dieses mit einer Steuerspannung zu beaufschlagen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß weist
die Schaltungsanordnung der eingangsgenannten Art einen steuerbar ausgebildeten
Schalter, bevorzugt ein Relais oder einen Halbleiterschalter, mit
einem Steueranschluss auf. Der steuerbar ausgebildete Schalter ist
eingangsseitig mit einem Batteriepotenzial eines Bordnetzes des
Kraftfahrzeugs, insbesondere trennbar, verbunden. Der steuerbar
ausgebildete Schalter ist ausgangsseitig mit dem elektrischen Verbraucher, insbesondere
dem Elektromotor, bevorzugt mit der Steuereinheit des Elektromotors
verbunden. Die Steuereinheit weist einen Steuereingang zum Empfangen
eines Aktivierungssignals zum Aktivieren des Verbrauchers, insbesondere
im Falle eines Elektromotors zum Drehbewegen eines Rotors des Elektromotors
auf. Die Steuereinheit ist mit dem Steueranschluss des steuerbar
ausgebildeten Schalters verbunden und ausgebildet, den Steueranschluss
zum Aktivieren des Verbrauchers in Abhängigkeit des Aktivierungssignals
mit einem Schaltsignal zu beaufschlagen.
-
Durch
diese Schaltungsanordnung kann der Verbraucher selbst, insbesondere
die Steuereinheit des Verbrauchers, ein Schaltsignal zum Aktivieren des
Verbrauchers erzeugen. Das Schaltsignal verbraucht vorteilhaft wenig
Strom, so dass ein Schaltkreis zum Erzeugen des Schaltsignals mit
einer Schmelzsicherung mit kleinerem Schmelzstrom als eine Schmelzsicherung
zum Absichern des Betriebsstroms des Verbrauchers versehen sein
kann.
-
Wenn
der Verbraucher, insbesondere ein Anschluss der Steuereinheit des
Verbrauchers, mit Feuchtigkeit, beispielsweise salzhaltigem Spritzwasser
in Verbindung kommt, und über das salzhaltige Spritzwasser
ein Leckstrom zur Fahrzeugkarosserie und über die Fahrzeugkarosserie
zu einem Masseanschluss des Bordnetzes fließt, so ist dieser
Leckstrom mit einer – relativ zu einer Sicherung zum Absichern
des Betriebsstroms – kleinen Sicherung, insbesondere Schmelzsicherung
abgesichert. Wenn der Leckstrom einen Trennstrom der Sicherung,
insbesondere einen durch die Schmelzsicherung vorgegebenen Trennstromwert übersteigt,
so kann die Schmelzsicherung den Steuerstromkreis unterbrechen und
so ein Entladen der Batterie verhindern.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung
ist eine den steuerbar ausgebildeten Schalter ausgangsseitig mit
dem Verbraucher, insbesondere dem Elektromotor, verbindende Stromleitung
länger als eine elektrische Verbindung zwischen dem Verbraucher,
bevorzugt einem Stator des Elektromotors, und der Steuereinheit.
Dadurch kann vorteilhaft die Steuereinheit – bevorzugt
als Bestandteil des Verbrauchers – nahe bei dem Verbraucher,
insbesondere dem Elektromotor angeordnet sein, wobei der steuerbar
ausgebildete Schalter vorteilhaft an einem vor Korrosion geschützten
Ort in dem Kraftfahrzeug, beispielsweise fern von dem Verbraucher,
angeordnet sein kann.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung
ist die Steuereinheit mit einem Gehäuse des Elektromotors,
bevorzugt mit dem Stator, mechanisch verbunden. Dadurch kann der
Elektromotor vorteilhaft aufwandsgünstig hergestellt werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Steuereingang
der Steuereinheit zum Verbinden mit einem Datenbus ausgebildet.
Dadurch kann der Verbraucher, insbesondere Elektromotor vorteilhaft
in ein Datenbus-System des Kraftfahrzeugs eingebunden sein. Der
Datenbus ist bevorzugt ein Feldbus, insbesondere ein LIN-Bus (LIN
= Local-Area-Network) oder einen CAN-Bus (CAN = Controller-Area-Network),
oder eine PWM-Signalleitung (PWM = Pulsweiten-Modulation).
-
Die
Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer Schaltungsanordnung
gemäß der vorbeschriebenen Art. Bei dem Kraftfahrzeug
ist das Relais bevorzugt an einem vor Korrosion geschützten
Ort angeordnet. Weiter bevorzugt ist der Verbraucher, beispielsweise
der Elektromotor an einem nicht vor Korrosion geschützten
Ort angeordnet. Dadurch kann der Verbraucher vorteilhaft aufwandsgünstig mit
dem Kraftfahrzeug verbunden sein. Beispielsweise brauchen der Elektromotor
und die Anschlüsse des Elektromotors so nicht besonders
aufwändig verkapselt und so vor Spritzwasser beziehungsweise Kondenswasser
geschützt sein.
-
Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Aktivieren eines elektrischen
Verbrauchers in einem Kraftfahrzeug, insbesondere eines Elektromotors
in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt mittels einer Schaltungsanordnung
der vorbeschriebenen Art. Bei dem Verfahren weist der Verbraucher
eine mit dem Verbraucher insbesondere mechanisch verbundene Steuereinheit
auf. Bevorzugt ist bei dem Verfahren ein steuerbar ausgebildeter
Schalter, insbesondere Relais oder Halbleiterschalter, an einem
vor Korrosion besser geschützten Ort des Kraftfahrzeugs
angeordnet als der Verbraucher. Bei dem Verfahren wird in einem
Schritt ein Aktivierungssignal zum Aktivieren des Verbrauchers erzeugt.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird in Abhängigkeit
des Aktivierungssignals ein Schaltsignal zum Betätigen
des steuerbar ausgebildeten Schalters, insbesondere Relais oder
Halbleiterschalter erzeugt, und mittels des steuerbar ausgebildeten
Schalters so ein Betriebsstrom zum Betreiben des Verbrauchers auf
den Verbraucher geschaltet. Durch das Verfahren kann vorteilhaft
ein Leckstrom begrenzt werden, welcher von einem Anschluss der Verbrauchers
zu einem Masseanschluss eines Bordnetzes des Fahrzeugs fließt.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist das
Aktivierungssignal ein Signal eines Datenbusses oder einer PWM-Signalleitung (PWM
= Pulsweiten-Modulation). Der Datenbus ist bevorzugt ein Feldbus,
insbesondere ein CAN-Bus oder ein LIN-Bus.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist
der Verbraucher ein Elektromotor, insbesondere ein Elektromotor
eines Kühlerventilators oder einer Servolenkung des Kraftfahrzeugs.
Durch das Verfahren braucht der Verbraucher, insbesondere Kühlerventilator
oder die Servolenkung nicht besonders aufwändig vor Spritzwasser
geschützt werden.
-
Die
Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren
Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte
Ausführungsformen der Schaltungsanordnung ergeben sich
aus den in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen
Merkmalen, sowie aus den in der folgenden Figurenbeschreibung beschriebenen
Merkmalen.
-
1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung
für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Verbraucher,
und mit einem Relais, welches von dem elektrischen Verbrauchers
selbst über eine Steuerleitung aktiviert werden kann;
-
2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum
Betreiben einer Schaltungsanordnung mit einem Elektromotor und mit
einem steuerbar ausgebildeten Schalter.
-
1 zeigt – schematisch – ein
Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung 1 für
ein Kraftfahrzeug 3. Die Schaltungsanordnung 1 weist
in diesem Ausführungsbeispiel als elektrischen Verbraucher
einen Elektromotor mit einem Stator 10 auf. Der Stator 10 weist
in diesem Ausführungsbeispiel drei in Sternschaltung geschaltete
Statorspulen, nämlich die Statorspulen 12, 14 und 16 auf.
Denkbar ist auch eine Dreieckschaltung des Stators, oder ein Gleichstrommotor
als Elektromotor, beispielsweise ein Reihenschlussmotor. Der Elektromotor
weist auch einen Rotor 11 und eine Steuereinheit 18 auf. Die
Steuereinheit 18 weist eine Leistungsendstufe 20 und
eine mit der Leistungsendstufe 20 verbundene Verarbeitungseinheit 22 auf.
Die Verarbeitungseinheit 22 ist beispielsweise durch einen
Mikroprozessor, einen Mikrocontroller oder ein FPGA (FPGA = Field-Programable-Gate-Array)
gebildet. Die Steuereinheit 18 ist ausgebildet, mittels
der Verarbeitungseinheit 22 und der Leistungsendstufe 20 die
Statorspulen 12, 14 und 16 des Stators 10 derart
zu bestromen, dass der Stator 10 ein magnetisches Drehfeld zum
Drehbewegen des Rotors 11 des Elektromotors erzeugen kann.
-
Der
Rotor 11 ist mittels einer Motorwelle 15 mit einem
Ventilator 17 verbunden. Der Ventilator 17 ist
in diesem Ausführungsbeispiel ein Kühlerventilator
eines Kühlers 5 des Kraftfahrzeugs 3.
Denkbar ist auch eine mit der Motorwelle 15 verbundene
Servolenkung, ein Fensterheber oder eine andere elektrische Vorrichtung,
welche an einem vor Spritzwasser oder Korrosion ungeschützen
Ort angeordnet ist.
-
Die
Schaltungsanordnung 1 weist auch ein Relais 30 auf.
Das Relais 30 weist eine Relaisspule 32 und einen
mit der Relaisspule 32 wirkverbundenen Schalter auf. Der
Schalter des Relais 30 weist wenigstens zwei Schaltkontakte
auf, wobei ein erster Schaltkontakt des Schalters mit einem Anschluss 38 verbunden
ist, und ein zweiter Anschluss des Schalters mit einem Anschluss 39 verbunden
ist. Der Anschluss 39 ist über eine Sicherung 46 mit
einem Anschluss 44 eines Bordnetzes 40 verbunden.
Der Anschluss 44 ist beispielsweise ein Plus-Potenzial
führender Anschluss des Bordnetzes, welcher beispielsweise
gemäß einer DIN-Norm 72552 als
Anschlussklemme 30 bezeichnet ist. Das Bordnetz 40 weist auch
einen Masseanschluss 42 auf. Die Relaisspule 32 ist
mit einem ersten Anschluss 34 mit dem Masseanschluss 42 verbunden,
und mit einem zweiten Anschluss 36, welcher dem vorab genannten
Steueranschluss entspricht, über eine Verbindungsleitung 52 mit
einem Steuerausgang 24 der Steuereinheit 18 verbunden.
Die Steuereinheit 18 ist ausgebildet, in Abhängigkeit
eines über einen Eingang 26 der Steuereinheit 18 empfangenen
Aktivierungssignals ein Schaltsignal zu erzeugen, und dieses ausgangsseitig über
den Steuerausgang 24 und die Verbindungsleitung 52 an
das Relais 30 zu senden. Das Relais 30, insbesondere
die Relaisspule 32, kann den Schalter des Relais 30 in
Abhängigkeit des über die Verbindungsleitung 52 empfangenen
Schaltsignals schließen. Die Steuereinheit 18 weist
einen Anschluss 28 für das Pluspotenzial auf.
Der Anschluss 28 für das Pluspotenzial ist mit
der Leistungsendstufe 20 verbunden. Die Leistungsendstufe 20 kann
so über den Anschluss 28 mit einem Betriebsstrom
zum Betreiben des Stators 10 des Elektromotors versorgt
werden. Der Anschluss 28 ist über eine Verbindungsleitung 54 mit
dem Anschluss 38 des Schalters des Relais 30 verbunden.
Die Verbindungsleitung 54 entspricht der vorab genannten
Stromleitung und ist zum Leiten eines Betriebsstroms des Verbrauchers,
in diesem Ausführungsbeispiel Elektromotors ausgebildet.
-
Wenn
der Schalter des Relais 30 in Abhängigkeit des über
die Verbindungsleitung 52 empfangenen Schaltsignals mittels
der Relaisspule 32 geschlossen wird, fließt ein
Betriebsstrom zum Betreiben der Leistungsendstufe 20 von
dem Bordnetz 40 über den Anschluss 44,
die Sicherung 46, den zweiten Anschluss des Relais 30,
den geschlossenen Schalter des Relais 30, den ersten Anschluss 38 des Relais 30 und
die Verbindungsleitung 54 zum Anschluss 28 der
Steuereinheit 18. Der Betriebsstrom fließt weiter
vom Anschluss 28 durch die Leistungsendstufe 20,
und von der Leistungsendstufe 20, insbesondere von Schalttransistoren
der Leistungsendstufe 20, zu einem Masseanschluss der Leistungsendstufe 20.
-
Die
Schaltungsanordnung weist auch eine Steuereinheit 48 auf.
Die Steuereinheit 48 ist ausgebildet, den Betrieb von Komponenten
des Kraftfahrzeugs 3, so beispielsweise einen Betrieb des
Motors, insbesondere Verbrennungsmotors zu steuern. Die Steuereinheit 48 ist
mittels einer Verbindung 50, insbesondere einem Datenbus 50 oder
einer PWM-Signalleitung, mit dem Steuereingang 26 verbunden. Der
Datenbus 50 kann beispielsweise ein CAN-Bus oder ein LIN-Bus sein.
Die Verarbeitungseinheit 22 weist beispielsweise eine – in
dieser Figur nicht dargestellte – Schnittstelle zum Verbinden
mit dem Datenbus 50 auf.
-
Die
Leistungsendstufe 20 ist über eine Verbindungsleitung 56 mit
der Verarbeitungseinheit 22 verbunden. Die Leistungsendstufe 20 ist
ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 57 mit
der Statorspule 16, über eine Verbindungsleitung 58 mit
der Statorspule 14 und über eine Verbindungsleitung 59 mit
der Statorspule 12 verbunden. Die Verbindungsleitungen 57, 58 und 59 sind
in diesem Ausführungsbeispiel jeweils kürzer ausgebildet,
als die Verbindungsleitung 54 vom Anschluss 38 des
Relais 30 zum Anschluss 28 der Steuereinheit 18 des
Elektromotors. Das Relais 30 kann dadurch vorteilhaft in dem
Kraftfahrzeug 3 – in diesem Ausführungsbeispiel
im Bereich einer Stirnwand des Kraftfahrzeugs 3 – vor
Spritzwasser 60 geschützt angeordnet sein. Das
Spritzwasser 60 kann den Elektromotor mit dem Stator 10 und
der Steuereinheit 18 berühren. Von dem Anschluss 28 kann
dann beispielsweise ein Leckstrom 62 – gestrichelt
angedeutet – zu dem Masseanschluss 42 der Fahrzeugemasse
fließen. Wenn das Kraftfahrzeug abgestellt ist, und dabei
beispielsweise der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs 3 nicht
in Betrieb ist, so kann der Anschluss 39 über
die Sicherung 46 mit dem Pluspotenzial des Anschlusses 44 des
Bordnetzes 40 verbunden sein.
-
Die
Steuereinheit 48 und die Verarbeitungseinheit 22 können
beispielsweise – in dieser 1 nicht
dargestellt – mit einem Anschluss des Bordnetzes 40 über
eine Sicherung verbunden sein, deren Trennstrom, insbesondere Schmelzstrom
viel kleiner ist als der Trennstrom, insbesondere Schmelzstrom der
Sicherung 46. Beispielsweise entspricht dieser Anschluss
einer Anschlussklemme 15 gemäß der DIN-NORM
72552.
-
Von
dem Anschluss 28 kann wegen des nicht aktivierten Relais 30 vorteilhaft
kein Leckstrom 62 zu dem Masseanschluss 42 fließen.
Wenn die Steuereinheit 18 über den Steuereingang 26 ein
Aktivierungssignal zum Aktivieren des Ventilators 17 empfängt,
kann die Steuereinheit 18 über den Steuerausgang 24 das
Schaltsignal zum Aktivieren des Relais 30 senden.
-
Auf
diese Weise schaltet die Steuereinheit 18 den Betriebsstrom
zum Betreiben des Ventilators 17 selbst in Abhängigkeit
des Aktivierungssignals.
-
2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum
Betreiben eines elektrischen Verbrauchers in einem Kraftfahrzeug,
beispielsweise mittels der in 1 dargestellten
Schaltungsanordnung 1. Bei dem Verfahren weist der Verbraucher
eine mit dem Verbraucher mechanisch verbundene Steuereinheit auf.
Weiter ist bei dem Verfahren ein steuerbar ausgebildeter Schalter,
insbesondere Relais oder Halbleiterschalter, an einem vor Korrosion
besser geschützten Ort des Kraftfahrzeugs angeordnet als
der Verbraucher. Bei dem Verfahren wird in einem Schritt 80 ein
Aktivierungssignal zum Aktivieren des Verbrauchers erzeugt. In einem
weiteren Schritt 82 des Verfahrens wird in Abhängigkeit
eines Aktivierungssignals ein Schaltsignal zum Betätigen
des steuerbar ausgebildeten Schalters erzeugt, und in einem Schritt 84 mittels
des steuerbar ausgebildeten Schalters so ein Betriebsstrom zum Betreiben
des Verbrauchers auf den Verbraucher geschaltet.
-
In
einem Schritt 86 wird ein Leckstrom begrenzt, welcher von
einem Anschluss der Verbrauchers zu einem Masseanschluss eines Bordnetzes des
Kraftfahrzeugs fließt. Der Leckstrom kann beispielsweise
mittels einer Sicherung, insbesondere Schmelzsicherung begrenzt
werden, wobei ein Grenzwert für den Leckstrom kleiner ist
als der Betriebsstrom zum Betreiben des Verbrauchers. Beispielsweise
ist das Aktivierungssignal ein Signal einer PWM-Signalleitung oder
eines Datenbusses, insbesondere eines CAN-Busses oder LIN-Busses.
-
Der
Verbraucher ist beispielsweise ein Elektromotor eines Kühlerventilators,
ein Elektromotor eines Fensterhebers oder einer Servolenkung. Weitere Ausführungsbeispiele
für den Verbraucher sind ein im Motorraum des Kraftfahrzeugs
angeordneter Verbraucher, beispielsweise eine elektrische Einspritzpumpe
oder ein Antrieb eines Anti-Blockiersystems, ein Lenkmotor, insbesondere
Servolenkung, ein Bordnetzsteuergerät, eine Batterie-Überwachungsvorrichtung,
insbesondere Batterie-Ladezustands-Überwachungsvorrichtung,
eine Fahrzeugbeleuchtung mit wenigstens einer Glühlampe
oder Lumineszenzdiode, ein Fahrzeugscheinwerfer, insbesondere Gasentladungs-Scheinwerfer,
beispielsweise mit dem Gas Xenon.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 202006013422
U1 [0004]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN-Norm 72552 [0020]
- - DIN-NORM 72552 [0024]
