DE19731847A1 - Steuer- und/oder Regelvorrichtung für einen Retarder als Zusatzbremseinrichtung, insbesondere für Fahrzeuge o. dgl. - Google Patents
Steuer- und/oder Regelvorrichtung für einen Retarder als Zusatzbremseinrichtung, insbesondere für Fahrzeuge o. dgl.Info
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung
für einen Retarder als Zusatzbremseinrichtung, insbesondere für
Fahrzeuge o. dgl., mit einem steuerbaren Leistungshalbleiter
als Stellglied für den durch den Retarder fließenden Strom, der
in Abhängigkeit eines oder mehrerer Betriebsparameter des
Fahrzeuges und/oder Retarders einstellbar ist.
Unter einem "Retarder" soll im folgenden eine elektrische
Wirbelstrombremse verstanden werden, die die Betriebsbremse,
von bspw. Nutzfahrzeugen o. dgl. in bestimmten Situationen
unterstützen oder ersetzen soll. Die Bremswirkung eines
Retarders entsteht durch Aufbau eines magnetischen Feldes, das
der Drehung eines Rotors aufgrund der Induktion von
Wirbelströmen in dem Rotor entgegenwirkt. Der Rotor ist dabei
bspw. drehfest mit der Kardanwelle des Fahrzeugs verbunden. Das
Magnetfeld kann bspw. durch vier Magnetspulen oder auch
Magnetspulenpaare erzeugt werden, die je nach individuell
benötigter Bremsleistung nacheinander zugeschaltet werden
können. Ein derartiger Retarder ist im einzelnen bspw. in der
DE 39 08 234 A1 beschrieben, welcher mittels ausdrücklichem
Verweis voll inhaltlich zum Gegenstand der Offenbarung der
vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird. In der DE 39 08 234 A1
ist auch eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung mit den
eingangs genannten Merkmalen offenbart. Der in dieser
Druckschrift beschriebene Retarder kann im Fall einer
Notschaltung auch an bspw. die Fahrzeugbatterie des Fahrzeuges
angeschlossen werden, wenn nämlich der eigentliche Generator
zur Erzeugung des durch den Retarder fließenden Stromes
ausgefallen ist. Die Notschaltung weist zweckmäßiger Weise ein
steuerbares elektrisches Ventil, vorzugsweise ein Thyristor zur
Regelung des dem Bordnetz bzw. der Fahrzeugbatterie jeweils
entnommenen Stromes auf. Aufgrund dieser kontaktlosen Steuerung
treten bei einer Stromentnahme aus der Fahrzeugbatterie keine
Störimpulse im Bordnetz auf, so daß die Kompatibilität des
Retarders nach dem Stand der Technik bspw. mit einem
Antiblockiersystem oder eine Antriebsschlupfregelung auch
während des Notbetriebes erhalten bleibt. In dem
Notstrombetrieb ist der durch die Spulen oder Spulenpaare des
Retarders fließende Strom ebenfalls stufenlos, bspw. mittels
eines Handbetätigungshebels einstellbar. Obwohl sich die
bekannte Vorrichtung in der Praxis an und für sich recht gut
bewährt hat, besteht jedoch ein Bedarf nach einer Verbesserung
dieser Vorrichtung. Dies ist insbesondere darauf
zurückzuführen, daß bei den üblichen Retardern Ströme bis zu
etwa 200 A gesteuert oder geregelt werden müssen, wobei eine
hohe Verlustleistung an den Leistungshalbleitern anfällt. So
ist bspw. bei der Vorrichtung nach dem Stand der Technik auch
vorgesehen, die Regelelektronik aus Kühlzwecken in ein am
Chassis des Fahrzeuges angeordnetes Gehäuse zu integrieren.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine
Steuer- und/oder Regelvorrichtung mit den eingangs genannten
Merkmalen dahingehend weiterzubilden, daß eine
verlustleistungsarme und feinfühlige Steuerung bzw. Regelung
der Bremsleistung eines Retarders ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird bei der Steuer- und/oder Regelvorrichtung
der eingangs genannten Art i. w. dadurch gelöst, daß die
Steuersignale für das wenigstens eine Stellglied als Pulsfolge
ausgebildet sind und das Tastverhältnis der Pulsfolge in
Abhängigkeit der Betriebsparameter variierbar ist. Aufgrund
dieser Maßnahme ist eine praktisch verlustleistungsfreie
Steuerung bzw. Regelung der Bremsleistung des Retarders mittels
des Leistungshalbleiters möglich. Weiterhin kann durch die
Ausbildung der Steuersignale als Pulsfolge bzw.
Impulspaketfolge die Steuerung in Abhängigkeit von den
verschiedenen Betriebsparametern auf digitale Art erfolgen.
Nach einer ersten, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
weist der Retarder mehrere Spulen oder Spulenpaare auf, wobei
jeder Spule oder jedem Spulenpaar ein Leistungshalbleiter als
Stellglied zugeordnet ist. Somit besteht die Möglichkeit, die
Bremsleistung des Retarders individuell und äußerst feinfühlig,
auch an unterschiedliche Betriebszustände angepaßt, zu steuern
oder zu regeln.
Dabei ist es vorteilhaft, daß jedes Stellglied mit
individuellen Steuersignalen beaufschlagbar ist. Bspw. besteht
die Möglichkeit, lediglich einen Teil der Spulenpaare mit
Steuersignalen zu beaufschlagen, sofern lediglich eine geringe
oder mittlere Bremsleistung des Retarders erforderlich ist.
Auch besteht die Möglichkeit ein oder mehrere Spulenpaare mit
dem maximal zulässigen Strom zu beaufschlagen, wobei andere
Spulen oder Spulenpaare nur mit einem Bruchteil des maximal
zulässigen Stromes betrieben werden.
Dabei bietet es sich von Vorteil an, daß der
Leistungshalbleiter als Schalttransistor, bevorzugt als
Power-Mosfet ausgebildet ist. Diese Schalttransistoren haben den
Vorteil, daß sie praktisch verlustleistungslos im
eingeschalteten bzw. ausgeschalteten Zustand betrieben werden
können.
Nach einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung ist das
Tastverhältnis der Pulsfolge eines Stellgliedes zwischen 0% und
100%, bevorzugt stufenlos, einstellbar. Je nach den
individuellen Bedürfnissen kann es sich jedoch auch anbieten,
das Tastverhältnis der Pulsfolge eines Stellgliedes, bspw. in
Abstufungen von 10% oder 20% des maximal zulässigen
Tastverhältnisses zu variieren. Jedoch kann im Prinzip durch
ein schnelles periodisches Ein- und Ausschalten einer jeden
Spule bzw. eines jeden Spulenpaares die Bremsleistung dieses
sogenannten Stranges des Retarders je nach Einschaltdauer
stufenlos eingestellt werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß bei
Erreichen eines Tastverhältnisses von 100% für die
Steuersignale des n-ten Stellgliedes sukzessiv das (n+1)-te
Stellglied zugeschaltet und mit einem Steuersignal mit einem
Tastverhältnis größer als 0% beaufschlagt wird. Je nach Höhe
der von dem Retarder abgerufenen Bremsleistung werden somit
sukzessive eine Spule bzw. ein Spulenpaar zusätzlich zu dem
bereits mit dem maximal zulässigen strombetriebenen Strang oder
Strängen des Retarders zugeschaltet, bis die gewünschte
Bremsleistung erreicht ist. So wird bspw. bei einer Talfahrt
des mit einer derartigen Vorrichtung ausgestatteten Fahrzeuges
je nach jeweiligem Gefälle ein viertel, ein drittel oder ein
sonstiger Wert bis hin zu der maximalen Bremsleistung des
Retarders eingestellt.
Aufgrund der geringen Verlustleistung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bietet es sich an, als Stromquelle für den Retarder
eine Batterie, insbesondere die Bordbatterie des Fahrzeuges zu
verwenden. Diese Maßnahme macht zusätzlichen Aufwand zur
Erzeugung des Betriebsstromes des Retarders, bspw. durch einen
eigenen Generator, entbehrlich.
Von Vorteil ist dabei eine Unterspannungsvorrichtung
vorgesehen, die bei einem Absinken der Spannung der Stromquelle
unter einen vorgegebenen Schwellwert die Steuersignale und
somit den in den Retarder fließenden Strom abschaltet.
Desweiteren bietet es sich an, eine Übertemperaturvorrichtung
einzusetzen, die bei einem Ansteigen der Temperatur der
Vorrichtung und/oder des Retarders über einen
Temperaturschwellwert die Steuersignale und damit den in den
Retarder fließenden Strom abschaltet.
Weiterhin bietet es sich von Vorteil an, daß das Tastverhältnis
der Pulsfolge der Steuersignale für den Retarder in
Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges variierbar ist.
Insbesondere ist es nach einer eigenständigen Ausgestaltung der
Erfindung, also auch unabhängig von der Ausbildung der
Steuersignale als Pulsfolge, möglich, daß mittels der
beliebigen Steuersignale die Bremsleistung des Retarders bei
einem Anwachsen der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, bspw. bei
einer Talfahrt des Fahrzeuges, erhöht und bei einem Absenken
der Geschwindigkeit, bspw. bei einem flachen Teilstück während
der Talfahrt des Fahrzeuges, erniedrigt wird, so daß die
Geschwindigkeit mittels des Retarders, insbesondere bei einer
Talfahrt des Fahrzeuges auf einem einstellbaren Wert i. w.
konstant gehalten wird.
Im einzelnen ist jede Spule oder jedes Spulenpaar des Retarders
mit einem Anschluß über einen Leistungshalbleiter und einen
nachfolgenden Meßwiderstand mit einem Pol der Stromquelle und
der andere Anschluß der Spulen oder Spulenpaare, insbesondere
gemeinsam mit dem anderen Pool der Stromquelle verbunden. Neben
der Möglichkeit der feinfühligen Steuerung bzw. Regelung der
Bremsleistung des Retarders ermöglicht diese Maßnahme auch
einen Betrieb des Retarders, bspw. bei einem Ausfall eines
Stranges des Retarders. Ein derartiger Ausfall kann bspw.
aufgrund einer Zerstörung eines einzelnen Leistungshalbleiters
oder eines Kurzschlusses in einer Spule oder einem Spulenpaar
des Retarders möglich sein. Die verbleibenden, funktionierenden
Stränge des Retarders können aufgrund der individuellen
Ansteuerung jeder Spule bzw. jedes Spulenpaares problemlos
weiter zur Erzeugung einer Bremswirkung betrieben werden.
Von Vorteil ist jeder Spule oder jedem Spulenpaar des Retarders
eine in Sperrichtung gepolte Diode parallel zugeschaltet. Diese
Maßnahme dient i. w. als Schutz der Leistungshalbleiter vor
Überspannungen o. dgl., die aufgrund bspw. einer Gegeninduktion
in den Spulen erzeugt werden können.
Weiterhin hat es sich als äußerst vorteilhaft erwiesen, daß das
Steuersignal mittels eines Mikrocontrollers erzeugt wird,
dessen Ausgang über einen Treiber an den Steuereingang des
Leistungshalbleiters angeschlossen ist. Mittels des
Mikrocontrollers können die verschiedenen Betriebsparameter des
Fahrzeuges und/oder Retarders oder auch der Vorrichtung digital
verarbeitet und in entsprechende Steuersignale für die
Leistungshalbleiter überführt werden.
Von Vorteil werden dem Mikrocontroller wenigstens eines oder
mehrerer der folgenden Signale in Kombination als
Eingangssignale zugeführt: Sollwertsignal für die Bremsleistung
des Retarders, insbesondere als digitales Stufensignal; Tacho-
oder Geschwindigkeitssignal des Fahrzeuges; Tastersignal zur
Aktivierung der geschwindigkeitsabhängigen Bremsleistung des
Retarders und/oder Abspeicherung des momentanen
Geschwindigkeitswertes des Fahrzeuges; Speicherdaten einer
Speichervorrichtung zur voreinstellbaren Aufteilung der
Bremsleistung auf die einzelnen Stränge bzw. Spulen oder
Spulenpaare und/oder zur Zeitablaufsteuerung der Ansteuerung
der Spulen oder Spulenpaare des Retarders. Insbesondere ist es
mittels der Zeitablaufsteuerung möglich, ein schlagartiges
Einsetzen der vollen Bremswirkung des Retarders dadurch zu
verhindern, daß bspw. die Ansteuerung des vorletzten und
letzten Spulenpaares oder der entsprechenden Spulen erst mit
einer gewissen zeitlichen Verzögerung, bspw. von etwa 0,75 bis
1,5 Sekunden nach dem Einschalten der Vorrichtung freigegeben
wird. Dies kann sich bspw. in dem Fall als vorteilhaft
erweisen, wenn die Bremsleistung des Retarders mittels der
Stufensignale von 0 direkt auf die maximal mögliche Stufe
gestellt wird oder beim Bremsen in der höchsten Stufe das
Antiblockiersystem des Fahrzeuges einsetzt, welches dadurch die
Vorrichtung abschaltet und anschließend nach Inaktivierung des
Antiblockiersystems wieder freigibt.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
werden dem Mikrocontroller oder dem Treiber als Eingangssignale
die Spannung der Stromquelle und/oder die Temperatur der
Vorrichtung, insbesondere des Stellgliedes oder des Retarders,
zugeführt. Hierdurch ist es möglich, unter gewissen Umständen,
bspw. bei einer Niederspannungssituation der Stromquelle oder
einer Übertemperatursituation der Vorrichtung oder des
Retarders die Steuerung bzw. Regelung gänzlich abzuschalten, um
die Vorrichtung bzw. den Retarder selbst oder die Stromquelle,
bspw. die Fahrzeugbatterie zu schützen.
Es bietet sich desweiteren an, daß der Mikrocontroller einen
Ausgang aufweist, dessen Signal die Aktivierung der Vorrichtung
anzeigt, wobei der Ausgang bevorzugt mit einer
Motorsteuerungselektronik des Motors des Fahrzeuges verbunden
ist. Über diese Signale kann bspw. der Fahrzeugelektronik des
Lastkraftwagens signalisiert werden, daß die Steuerung in
Betrieb ist oder nicht.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat es sich
als vorteilhaft erwiesen, daß der Mikrocontroller bzw. die
Speichervorrichtung eine PC-Schnittstelle o. dgl. zur
Überprüfung und ggf. Änderung der in der Speichervorrichtung
abgelegten Speicherdaten aufweist. Die bspw. als EEPROM
ausgebildete Speichervorrichtung kann somit auf ihren
Daten Inhalt überprüft werden, wobei die Möglichkeit besteht,
die Aufteilung der Bremsleistung auf die einzelnen Stränge oder
die Abstufung der Bremsleistung eines einzelnen Stranges oder
aber auch die Zeitverzögerung des Einschalten eines
zusätzlichen Stranges entsprechend zu modifizieren.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß bei einem
Absinken des Geschwindigkeitssignals unter einen unteren
Schwellwert von insbesondere etwa 4 km/h der oder die Retarder
mittels des Steuersignals abgeschaltet werden. Der Schwellwert
kann natürlich von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp bzw. von Retarder
zu Retarder variieren und individuell eingestellt werden. Der
Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß ein Entladen der
Fahrzeugbatterie verhindert werden kann, wenn mit dem Retarder,
z. B. an einer Ampel, bis zum Stillstand abgebremst wurde und
dieser danach vom Fahrer des Fahrzeuges nicht abgeschaltet
wird. Es versteht sich, daß nach einem Wiederanfahren der
Retarder erneut aktiviert werden kann.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der
Ausgang bevorzugt als Relais ausgebildet und dient zur
Ansteuerung insbesondere einer Kontrolleuchte oder einer
sonstigen Signalvorrichtung, die dem Fahrer die Aktivierung
bzw. Deaktivierung des Retarders signalisiert.
Dabei bietet es sich an, daß die Bremsleistung mittels der
Steuersignale auf die Spulen oder Spulenpaare beliebig
aufteilbar ist. Aufgrund dieser Maßnahme wird ein Höchstmaß an
Variabilität bzw. Flexibilität erreicht, insbesondere dann,
wenn bspw. eine Spule oder ein Leistungshalbleiter ausgefallen
sind.
Selbstverständlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß die
Bremsleistung mittels der Steuersignale auf die Spulen oder
Spulenpaare gleich verteilt aufteilbar ist. Hierbei bietet es
sich an, bei bspw. drei Spulen oder Spulenpaaren die
Bremsleistung jeder Spule oder jedes Spulenpaares auf jeweils
ein drittel der gesamten erforderlichen Bremsleistung
festzulegen.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der
Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller
Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch
unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder
deren Rückbeziehung.
Die einzige Figur zeigt in einem Blockschaltbild eine
bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in der Figur dargestellte Steuer- und/oder Regelvorrichtung
10 dient zur Steuerung bzw. Regelung eines Retarders 12, der
als Zusatzbremseinrichtung insbesondere bei Kraftfahrzeugen
eingesetzt wird. Der Retarder 12 weist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel vier, nur teilweise dargestellte Spulen 18
oder Spulenpaare auf. Jeder Spule 18 oder jedem Spulenpaar ist
ein Leistungshalbleiter 14 als Stellglied zugeordnet. Mit dem
steuerbaren Leistungshalbleiter 14 ist der durch die einzelnen
Stränge des Retarders 12 fließende Strom bspw. in Abhängigkeit
verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeuges und/oder
Retarders 12 einstellbar. Dabei sind die Steuersignale 16 für
die Leistungshalbleiter 14 als Pulsfolge ausgebildet, wobei das
Tastverhältnis der Pulsfolge in Abhängigkeit der
Betriebsparameter variierbar ist. Insbesondere ist jedes
Stellglied bzw. jeder Leistungshalbleiter 14 mit individuellen
Steuersignalen 16 beauschlagbar. Die Leistungshalbleiter 14
sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel von Vorteil als
Schalttransistor, insbesondere als Power-Mosfet 20 ausgebildet.
Das Tastverhältnis der Pulsfolge eines Stellgliedes bzw.
Leistungshalbleiters 14 ist zwischen 0% und 100%, bevorzugt
stufenlos, einstellbar.
Wie dem Blockschaltbild zu entnehmen ist, ist jede Spule 18
oder jedes Spulenpaar des Retarders 12 mit einem Anschluß 28
über einen Leistungshalbleiter 14 und einen nachfolgenden
Meßwiderstand 30 mit einem Pol 32 einer Stromquelle 22
verbunden. Die anderen Anschlüsse 34 der Spulen 18 oder
Spulenpaare sind insbesondere gemeinsam an den anderen Pol 36
der Stromquelle 22 angeschlossen. Weiterhin ist zwischen den
Meßwiderständen 30 und dem Pol 32 der Stromquelle 22 eine
Sicherung 64 vorgesehen.
Als Stromquelle 22 für den Retarder 12 wird im vorliegenden
Ausführungsbeispiel die Fahrzeugbatterie verwendet. Weiterhin
ist jeder Spule 18 oder jedem Spulenpaar eine in Sperrichtung
gepolte Diode 38 parallel geschaltet.
Die Steuersignale 16 für die Leistungshalbleiter 14 werden
mittels eines Mikrocontrollers 40 erzeugt. Die Ausgänge 42 des
Mikrocontrollers 40 sind über einen Treiber 44 an die
Steuereingänge 46 der Leistungshalbleiter 14 angeschlossen.
Als weitere Einrichtungen sind an den Treiber 44 eine
Unterspannungsvorrichtung 24 sowie eine
Übertemperaturvorrichtung 26 angeschlossen. Die
Unterspannungsvorrichtung 24 schaltet bei einem Absinken der
Spannung der Stromquelle 22 unter einen bestimmten Schwellwert
die Steuersignale 16 ab. In gleicher Weise dient die
Übertemperaturvorrichtung 26 dazu, bei einem Ansteigen der
Temperatur der Vorrichtung 10 und/oder des Retarders 12 über
einen Schwellwert die Steuersignale 16 abzuschalten. Der
Treiber 44 steht desweitern über Anschlüsse 66 mit den
Meßwiderständen 30 in Verbindung, so daß jederzeit eine
Information über den momentanen, durch die Spulen 18 oder
Spulenpaare fließenden Strom zur Verfügung steht.
Dem Mikrocontroller 40 werden folgende Signale als
Eingangssignale zugeführt:
Sollwertsignale 48 für die gewünschte Bremsleistung des Retarders 12, die bspw. in Form von digitalen Stufensignalen 50 von dem Fahrer des Fahrzeuges vorgegeben werden; Tacho- oder Geschwindigkeitssignale 52; Tastersignale 54 zur Aktivierung einer geschwindigkeitsabhängigen Bremsleistung des Retarders und/oder Abspeicherung des momentanen Geschwindigkeitswertes; Speicherdaten 56 einer an den Mikrocontroller 40 angeschlossenen Speichervorrichtung 58 zur voreinstellbaren Aufteilung der Bremsleistung auf die Spulen 18 oder Spulenpaare bzw. Stränge des Retarders 12 und/oder zur Zeitablaufsteuerung der Ansteuerung der Spulen 18 oder Spulenpaare.
Sollwertsignale 48 für die gewünschte Bremsleistung des Retarders 12, die bspw. in Form von digitalen Stufensignalen 50 von dem Fahrer des Fahrzeuges vorgegeben werden; Tacho- oder Geschwindigkeitssignale 52; Tastersignale 54 zur Aktivierung einer geschwindigkeitsabhängigen Bremsleistung des Retarders und/oder Abspeicherung des momentanen Geschwindigkeitswertes; Speicherdaten 56 einer an den Mikrocontroller 40 angeschlossenen Speichervorrichtung 58 zur voreinstellbaren Aufteilung der Bremsleistung auf die Spulen 18 oder Spulenpaare bzw. Stränge des Retarders 12 und/oder zur Zeitablaufsteuerung der Ansteuerung der Spulen 18 oder Spulenpaare.
Das Tastverhältnis der Pulsfolge der Steuersignale 16 für den
Retarder kann bevorzugt in einem speziellen Modus in
Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges variiert
werden. Im einzelnen wird mittels der Steuersignale 16 die
Bremsleistung des Retarders 12 bei einem Anwachsen der
Geschwindigkeit des Fahrzeuges erhöht und bei einem Absinken
der Geschwindigkeit erniedrigt, so daß die Geschwindigkeit auf
einem einstellbaren Wert i. w. konstant gehalten wird.
Auch besteht die Möglichkeit, daß bei Erreichen eines
Tastverhältnisses von 100% für die Steuersignale 16 des n-ten
Stellglied sukzessiv das (n+1)-te Stellglied zugeschaltet und
mit einem Steuersignal 16 mit einem Tastverhältnis größer als
0% beaufschlagt wird.
Auch können dem Mikrocontroller 40 oder dem Treiber 44 als
Eingangssignal die Spannung der Stromquelle 20 und/oder die
Temperatur der Vorrichtung 10, insbesondere des Stellgliedes
bzw. Leistungshalbleiters 14 oder des Retarders 12 bzw. der
Spulen 18 zugeführt werden. Der Mikrocontroller 40 weist
desweiteren einen Ausgang 60 auf, dessen Signal die Aktivierung
der Vorrichtung 10 anzeigt, wobei der Ausgang 60 bevorzugt mit
einer Motorsteuerungselektronik des Fahrzeuges verbunden ist.
Schließlich weist der Mikrocontroller 40 bzw. die
Speichervorrichtung 58 eine PC-Schnittstelle 62 zur Überprüfung
und ggf. Änderung der in der Speichervorrichtung 58 abgelegten
Speicherdaten 56 auf.
Von Vorteil sind der Mikrocontroller 40 und die
Speichervorrichtung 58 auf einer Steckplatine angeordnet, die
als Option zwischen den Treiber 44 und die Eingänge für die
Sollwertsignale 48 geschaltet werden kann. In der Grundversion
ohne diese Platine wird somit jeder Leistungshalbleiter 14
durch eine entsprechende Vorgabe von Sollwertsignalen 48 mit
den jeweiligen Steuersignalen 16 beaufschlagt. Ist jedoch die
Platine mit dem Mikrocontroller 40 und der Speichervorrichtung
58 zugeschaltet, können zusätzliche Funktionen, wie z. B. eine
Mehrstufenbetrieb, stufenlose Einteilung der Bremswirkung,
Konstantgeschwindigkeitsregelung o. dgl. verwirklicht werden.
Bereits in der Grundversion der Steuervorrichtung 10 ist eine
Unterspannungsvorrichtung 24 vorgesehen, die bspw. bei einem
Absinken der Spannung der Fahrzeugbatterie unter 20 Volt die
Ansteuerung des Retarders abschaltet, um ein weiteres Entladen
der Batterie zu verhindern. Ebenso ist in der Grundversion ohne
Mikrocontroller 40 auch eine Übertemperaturvorrichtung 26
vorgesehen, die bspw. bei einem Ansteigen der Temperatur der
Steuerung über 110°C den Treiber 44 und damit die
Steuersignale 16 für die Leistungshalbleiter 14 abschaltet.
Ein Vorteil des Einsatzes der Power-Mosfets 20 als
Leistungshalbleiter 14 besteht auch darin, daß beim Schalten
keine oder allenfalls nur sehr geringe Störungen auftreten,
wodurch insoweit die strengen EMV-Vorschriften der
Fahrzeughersteller eingehalten werden können. Der andere
Vorteil der Vorrichtung 10 besteht darin, daß die Steuerung des
Retarders 12 praktisch verlustleistungsfrei erfolgen kann. Als
weiterer vorteilhafter Aspekt der Steuerung bzw. Regelung ist
zu erwähnen, daß durch ein schnelles, periodisches Ein- und
Ausschalten eines Spulenpaares bzw. einer Spule 18 die
Bremsleistung des jeweiligen Stranges je nach Einschaltdauer
bzw. Tastverhältnis stufenlos zwischen 0% und 100% des maximal
möglichen Wertes eingestellt werden kann. Sind bspw. 100% der
maximalen Bremsleistung des Stranges bzw. Spulenpaares oder der
Spule 18 erreicht, wird der nächste Strang mit voller
Bremsleistung zugeschaltet, wobei die Ansteuerung des ersten
Stranges wieder bei 0% beginnt. Dieser Vorgang setzt sich fort,
bis alle vier Spulen 18 oder Spulenpaare eingeschaltet sind.
Insgesamt ist es dadurch möglich, die Bremsleistung des
Retarders 12 stufenlos einzustellen. Die Einteilung der
Bremsleistung ist somit auch nicht mehr auf nur vier feste
Stufen, nämlich das stufenweise Zuschalten eines jeden Stranges
mit sofortiger maximaler Bremsleistung beschränkt, sondern kann
in beliebigen, bspw. auch sechs Stufen erfolgen.
Im sogenannten Konstantgeschwindigkeitsbetrieb, der bevorzugt
bei einer Talfahrt des Fahrzeuges zum Einsatz kommt, wird dem
Mikrocontroller 40 ein Geschwindigkeitssignal 52 zugeführt. Auf
Knopfdruck wird ein Tastersignal 54 erzeugt und die momentane
Geschwindigkeit des Fahrzeuges gespeichert. Der Mikrocontroller
40 regelt nun bei Bergabfahrt die Bremsleistung des Retarders
12 in der Weise, daß die Geschwindigkeit praktisch konstant
gehalten wird.
Die Steuer- und Regelvorrichtung 10 verfügt von Vorteil auch
über eine sogenannte Stillstandsabschaltung. Empfängt der
Mikrocontroller 40 über das Geschwindigkeitssignal 52 keine
Impulse mehr, was bspw. bei einer Geschwindigkeit unterhalb von
4 km/h eintreten kann, wird der Retarder 12 bspw. nach 2
Sekunden abgeschaltet. Der Schwellwert der Geschwindigkeit, bei
der der Retarder 12 abgeschaltet wird, kann natürlich
individuell variiert werden. Auch die Dauer der zeitlichen
Verzögerung kann zwischen 0 und mehreren Sekunden betragen.
Durch diese Maßnahme wird ein Entladen der Verfahrzeugbatterie,
insbesondere der Stromquelle 22 für den Fall verhindert, wenn
mit dem Retarder 12 bspw. an einer Ampel das Fahrzeug bis zum
Stillstand abgebremst wird und anschließend der Retarder 12 vom
Fahrer des Fahrzeuges nicht abgeschaltet wird. Es versteht
sich, daß eine selbsttätige Aktivierung des Retarders 12
vorgesehen sein kann, sobald das Geschwindigkeitssignal 52
wieder oberhalb eines bestimmten, unter Umständen
unterschiedlich eingestellten Schwellwertes liegt.
Der Ausgang 60 kann bspw. als Relaisausgang ausgebildet sein,
der mit der Motorsteuerungselektronik des Fahrzeuges verbunden
ist. Über diesen Relaisausgang kann damit der
Motorsteuerungselektronik mitgeteilt werden, ob der Retarder 12
in Betrieb ist oder nicht. Somit besteht bspw. die Möglichkeit,
daß mittels der Motorsteuerungselektronik eine Kontrolleuchte
oder eine sonstige Signalquelle im Fahrzeug aktiviert bzw.
deaktiviert werden kann, um dem Fahrer mitzuteilen, daß der
Retarder 12 aktiviert ist oder nicht.
Die Möglichkeit, die Bremsleistung auf die verschiedenen Stufen
bzw. Spulen 18 oder Spulenpaare aufzuteilen, hat sich in der
Praxis als äußerst vorteilhaft erwiesen. Natürlich besteht auch
die Möglichkeit, die Bremsleistung gleichmäßig auf bspw. drei
Spulen 18 oder Spulenpaare aufzuteilen, sofern der Retarder 12
nur über drei Stufen verfügt. In diesem Fall kann die
Bremsleistung jeder Stufe bzw. jeder Spule 18 jeweils 1/3 der
insgesamt abzurufenden Bremsleistung betragen. Weist der
Retarder 12 mehr oder weniger Spulen 18 bzw. Spulenpaare auf,
versteht sich, daß die Aufteilung der Bremsleistung auf die
Stufen entsprechend modifiziert werden kann, um eine
gleichmäßige Aufteilung zu erzielen.
Die Steuerung bzw. Regelung ist ausgangsseitig kurzschlußfest,
so daß bspw. im Falle des Auftretens eines Defektes an einem
Strang bzw. einer Spule 18 des Retarders nur dieser Strang bzw.
diese Spule 18 abgeschaltet wird, ohne daß die Vorrichtung 10
Schaden nimmt. Die restlichen Spulen 18 bzw. Spulenpaare oder
-stränge des Retarders 12 können weiterhin als
Zusatzbremseinrichtung aktiviert werden.
Die Vorrichtung kann bevorzugt wie folgt ausgelegt werden:
Versorgungsspannung: 20 Volt-30 Volt
maximaler Ausgangsstrom: 4×50 A
Temperaturbereich: -40°C bis 85°C.
Versorgungsspannung: 20 Volt-30 Volt
maximaler Ausgangsstrom: 4×50 A
Temperaturbereich: -40°C bis 85°C.
Im weiteren soll die Funktionsweise der Vorrichtung 10 anhand
eines Beispiels erläutert werden. Aktiviert wird die Steuerung
bzw. Regelung bspw. über das Einschalten der ersten Stufe der
Stufensignale 50. Zunächst werden dann die Speicherdaten 56 der
Speichervorrichtung 58, die bspw. als EEPROM ausgebildet sein
kann, ausgelesen. Durch die Speicherdaten 56 ist z. B.
festgelegt, welche Bremsleistung der jeweiligen Stufe der
Stufensignale 50 zuzuordnen ist. Während ohne die Platine mit
dem Mikrocontroller 40 nur eine Ansteuerungen des Retarders 12
in den Stufen 25%, 50%, 75% und 100% durch entsprechendes
Zuschalten einer weiteren Spule 8 bzw. eines Stranges des
Retarders 12 möglich ist, können durch ein periodische Ein- und
Ausschalten bspw. des ersten Strangs bzw. der ersten Spule 18
bzw. Spulenpaares durch den Mikrocontroller 40 auch im Prinzip
beliebige Zwischenwerte erzeugt werden. Dies ist darauf
zurückzuführen, daß die Steuersignale 16 für den
Leistungshalbleiter 14 als Pulsfolge ausgebildet sind und daß
das Verhältnis der Pulsfolge, bspw. in Abhängigkeit der
Betriebsparameter variierbar ist. Wird bspw. eine Bremsleistung
des Retarders 12 von 60% angefordert, kann dies aufgrund der in
der Speichervorrichtung 58 abgelegten Speicherdaten 56 wie
folgt realisiert werden:
Strang 1: 40% der Zeit eingeschaltet, 60% der Zeit aus ausgeschaltet,
Strang 2: dauernd eingeschaltet,
Strang 3: dauernd eingeschaltet und
Strang 4: dauernd ausgeschaltet.
Strang 1: 40% der Zeit eingeschaltet, 60% der Zeit aus ausgeschaltet,
Strang 2: dauernd eingeschaltet,
Strang 3: dauernd eingeschaltet und
Strang 4: dauernd ausgeschaltet.
Somit werden durch das permanente Einschalten des zweiten und
dritten Stranges bzw. der zweiten und dritten Spule 18 des
Retarders 12 50% der maximalen Bremsleistung des Retarders
erzielt. Die restlichen 10% übernimmt werden vom ersten Strang
1 beigetragen, der 2/5-tel der Gesamtzeit eingeschaltet ist.
Dabei wird die Frequenz der Impulsfolge so hoch gewählt, daß
ein ruckfreier Betrieb des Retarders bzw. ein ruckfreies
Einsetzen der Bremsleistung gewährleistet ist.
Der Treiber 44 erzeugt Steuersignale 16 einer Spannung, die
ausreichend für das Einschalten der Leistungshalbleiter 14 ist.
Liegt bspw. an dem Treibereingang eine Spannung von mehr als 2
Volt an, wird der entsprechende Leistungshalbleiter 14
durchgeschaltet und die Spule 18 bzw. das Spulenpaar mit Strom
beaufschlagt. Über die Meßwiderstände 30 wird der durch den
jeweiligen Strang des Retarders 12 fließende Strom vom Treiber
44 gemessen, so daß die Möglichkeit besteht, den jeweiligen
Strang bei einem Überschreiten des maximal zulässigen Stromes
abzuschalten.
Um ein schlagartiges Einsetzen der vollen Bremswirkung des
Retarders 12 zu verhindern, kann die Ansteuerung bspw. des
dritten und vierten Spulenpaares bzw. -stranges erst mit einer
gewissen zeitlichen Verzögerung, bspw. von 0,75 Sekunden bzw.
1,5 Sekunden nach dem Einschalten der Steuerung, erfolgen.
Diese zeitliche Verzögerung kommt bspw. dann zur Wirkung, wenn
mittels der Stufensignale 50 der Retarder 12 direkt auf die
maximal zulässige Bremsleistung gestellt wird. Auch kann dieser
Fall beim Bremsen in der höchsten Stufe auftreten, wenn
gleichzeitig das Antiblockiersystem des Fahrzeuges einsetzt,
wodurch zunächst die Steuerung des Retarders 12 abgeschaltet
und anschließend nach Deaktivierung des Antiblockiersystems
wieder eingeschaltet wird.
Für den Fall, daß die Konstantgeschwindigkeitsregelung
aktiviert wird, wird die individuelle Wahl der Stufensignale 50
als Sollwertsignal 48 ignoriert, so daß die Steuerung zunächst
abgeschaltet werden muß, um den Konstantgeschwindigkeitsbetrieb
zu beenden.
10
- Vorrichtung
12
- Retarder
14
- Leistungshalbleiter
16
- Steuersignal
18
- Spule, Spulenpaar
20
- Power-Mosfet
22
- Stromquelle
24
- Unterspannungsvorrichtung
26
- Übertemperaturvorrichtung
28
- Anschluß
30
- Meßwiderstand
32
- Pol
34
- Anschluß
36
- Pol
38
- Diode
40
- Mikrocontroller
42
- Ausgang
44
- Treiber
46
- Steuereingang
48
- Sollwertsignal
50
- Stufensignal
52
- Geschwindigkeitssignal
54
- Tastersignal
56
- Speicherdatum
58
- Speichervorrichtung
60
- Ausgang
62
- PC-Schnittstelle
64
- Sicherung
66
- Anschluß.
Claims (22)
1. Steuer- und/oder Regelvorrichtung (10) für einen Retarder
(12) als Zusatzbremseinrichtung, insbesondere für Fahrzeuge
o. dgl., mit einem steuerbaren Leistungshalbleiter (14)
als Stellglied für den durch den Retarder (12) fließenden
Strom, der in Abhängigkeit eines oder mehrerer
Betriebsparameter des Fahrzeuges und/oder Retarders (12)
einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuersignale (16) für das wenigstens eine Stellglied als
Pulsfolge ausgebildet sind und das Tastverhältnis der
Pulsfolge in Abhängigkeit der Betriebsparameter variierbar
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Retarder (12), der
mehrere Spulen (18) oder Spulenpaare aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Spule (18) oder jedem Spulenpaar
ein Leistungshalbleiter (14) als Stellglied zugeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
jedes Stellglied mit individuellen Steuersignalen (16)
beaufschlagbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungshalbleiter (14)
als Schalttransistor, bevorzugt als Power-Mosfet (20)
ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis der
Pulsfolge eines Stellgliedes zwischen 0% und 100%,
bevorzugt stufenlos, einstellbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Erreichen eines Tastverhältnisses
von 100% für die Steuersignale des n-ten Stellgliedes
sukzessiv das (n+1)-te Stellglied zugeschaltet und mit
einem Steuersignal (16) mit einem Tastverhältnis größer als
0% beaufschlagt wird.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle (22) für den
Retarder (12) eine Batterie verwendet wird.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterspannungsvorrichtung
(24) bei Absinken der Spannung der Stromquelle (22) unter
einen Schwellwert die Steuersignale (16) abschaltet.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Übertemperaturvorrichtung
(26) bei Ansteigen der Temperatur der Vorrichtung (10)
und/oder des Retarders (12) über einen Schwellwert, die
Steuersignale (16) abschaltet.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis der
Pulsfolge der Steuersignale (16) für den Retarder (12) in
Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges variierbar
ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Steuersignale (16)
die Bremsleistung des Retarders (12) bei einem Anwachsen
der Geschwindigkeit des Fahrzeuges erhöht und bei einem
Absenken der Geschwindigkeit erniedrigt wird, so daß die
Geschwindigkeit auf einem einstellbaren Wert i. w. konstant
gehalten wird.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (18) oder jedes
Spulenpaar des Retarders (12) mit einem Anschluß (28) über
einen Leistungshalbleiter (14) und einen nachfolgenden
Meßwiderstand (30) mit einem Pol (32) der Stromquelle (22)
und der andere Anschluß (34) der Spulen (18) oder
Spulenpaare, insbesondere gemeinsam mit dem anderen Pool
(36) der Stromquelle (22) verbunden sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Spule (18) oder jedem Spulenpaar eine in Sperrichtung
gepolte Diode (38) parallel geschaltet ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (16) mittels
eines Mikrocontrollers (40) erzeugt wird, dessen Ausgang
(42) über einen Treiber (44) an den Steuereingang (46) des
Leistungshalbleiters (14) angeschlossen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Mikrocontroller (40) wenigstens eines der folgenden
Signale als Eingangssignale zugeführt: Sollwertsignal (48)
für die Bremsleistung des Retarders (12), insbesondere als
digitales Stufensignal (50); Tacho- oder
Geschwindigkeitssignal (52); Tastersignal (54) zur
Aktivierung der geschwindigkeitsabhängigen Bremsleistung
des Retarders (12) und/oder Abspeicherung des momentanen
Geschwindigkeitswertes; Speicherdaten (56) einer
Speichervorrichtung (58) zur voreinstellbaren Aufteilung
der Bremsleistung auf die Spulen (18) oder Spulenpaare
und/oder zur Zeitablaufsteuerung der Ansteuerung der Spulen
(18) oder Spulenpaare des Retarders (12).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Mikrocontroller (40) oder dem
Treiber (44) als Eingangssignal die Spannung der
Stromquelle (22) und/oder die Temperatur der Vorrichtung
(10), insbesondere des Stellgliedes oder des Retarders
(12), zugeführt werden.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mikrocontroller (40) einen Ausgang
(60) aufweist, dessen Signal die Aktivierung der
Vorrichtung (10) anzeigt, wobei der Ausgang (60) bevorzugt
mit einer Motorsteuerungselektronik des Fahrzeuges
verbunden ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mikrocontroller (40) bzw. die
Speichervorrichtung (58) eine PC-Schnittstelle (62) zur
Überprüfung und ggf. Änderung der in der
Speichervorrichtung (58) abgelegten Speicherdaten aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einem Absinken des
Geschwindigkeitssignals unter einen unteren Schwellwertes
von insbesondere etwa 4 km/h der oder die Retarder (12)
mittels des Steuersignals (16), insbesondere mit einer
kurzen Verzögerung abgeschaltet werden.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ausgang (60) bevorzugt als Relaisausgang ausgebildet
ist und zur Ansteuerung insbesondere einer Kontrolleuchte
dient, die dem Fahrer die Aktivierung bzw. Deaktivierung
des Retarders (12) signalisiert.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bremsleistung mittels der
Steuersignale (16) auf die Spulen (18) oder Spulenpaare
beliebig aufteilbar ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bremsleistung mittels der
Steuersignale (16) auf die Spulen (18) oder Spulenpaare
gleich verteilt aufteilbar ist.
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