DE19742391C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schutz von einem oder mehreren, an ein Kraftfahrzeug-Bordnetz angeschlossenen Kraftfahrzeug-Steuergeräten gegenüber Überspannungsimpulsen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz von Kraftfahrzeug-Steuergeräten gegen­ über Überspannungsimpulsen, insbesondere Load-Dump-Impulsen.

Bekanntlich können im Kraftfahrzeug vereinzelt Überspan­ nungsimpulse im Bordnetz auftreten. Hierzu zählen Load-Dump- Impulse, die durch eine Unterbrechung der Leitungen zwischen der Kraftfahrzeug-Batterie und dem Bordnetz hervorgerufen werden und dadurch bedingt sind, daß die Lichtmaschine die momentan nicht mehr am Bordnetz angeschlossene Batterie zu laden versucht und aufgrund des plötzlichen Fehlens dieser Last einen Überspannungsimpuls erzeugt, der bis zu 100 V be­ tragen kann. Solche Überspannungsimpulse bringen die Gefahr einer Zerstörung der im Kraftfahrzeug vorhandenen Steuergerä­ te mit sich, da die in diesen enthaltenen elektronischen Bau­ elemente solche hohen Überspannungen nicht verkraften können.

Es ist daher üblich, zum Schutz der im Kraftfahrzeug vorhan­ denen elektronischen Schaltungen Schutzschaltungen vorzuse­ hen, die in die elektronischen Schaltungen eingebaut werden und zum Beispiel durch eine Load-Dump-Diode, eine Supressor­ diode, einen Varistor, oder dergleichen gebildet sind. Alter­ nativ ist es auch möglich, eine zentrale Load-Dump-Diode am Bordnetz vorzusehen, die auftretende Überspannungen auf höch­ stens 40 V begrenzt.

In "Low Drop Voltage Regulators For Automotive Electronics", in SGS Power Supply Application Manual, Juli 1985, Seiten 147 bis 149, sind die Gründe für das Auftreten von Überspan­ nungsimpulsen (z. B. Load-Dump-Impulsen) sowie Schutzmaßnahmen (externe Schutzvorrichtung) erläutert.

Weiterhin ist aus der EP 0 316 608 B1 ein Steuergerät zur Steuerung von Funktionen eines Kraftfahrzeugs bei einem Load- Dump-Impuls bekannt, bei dem als Schutzmaßnahme ein Begrenzer mit Lastwiderstand vorgesehen ist. Ferner ist aus der DE 27 36 143 C2 eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen be­ kannt, bei der ein als Begrenzer dienender Steuertransistor angesteuert wird, wenn die Betriebsspannung einen vorbestimm­ ten Wert überschreitet.

Die bislang vorgeschlagenen Lösungen zum Schutz der elektro­ nischen Schaltungen eines Kraftfahrzeugs gegenüber Überspan­ nungsimpulsen erfordern zusätzliche Schaltungsbauteile, wo­ durch sich der hardwaremäßige Aufwand und auch der Verdrah­ tungsaufwand erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schutz von Steuergeräten in einem Kraftfahrzeug gegenüber Überspannungsimpulsen zu schaffen, das sich durch geringen Aufwand auszeichnet.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Weiterhin wird mit der Erfindung eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 6 genannten Merkmalen bereitgestellt, die sich durch einfachen Aufbau und geringen Verdrahtungsaufwand aus­ zeichnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung wird somit das Auftreten von Überspannungen aktiv erfaßt und diese dahingehend ausgewertet, daß im Kraft­ fahrzeug bereits vorhandene Verbraucher vorübergehend einge­ schaltet werden. Durch diese im wesentlichen zeitgleiche Ein­ schaltung einer Mehrzahl von Verbrauchern ergibt sich ein stark erhöhter Strombedarf, der zu einem raschen Zusammenbre­ chen der sich aufbauenden Überspannung führt. Hierdurch wird zugleich auch der maximale Wert der auftretenden Überspannung drastisch verringert, da der Überspannungsimpuls schon in seiner Anfangsphase durch den zusätzlichen Strombedarf der eingeschalteten Verbraucher kompensiert wird und der resul­ tierende Überspannungsverlauf seinen maximalen Scheitelwert bereits in der Anstiegsflanke des sich ohne Kompensationsmaß­ nahmen ergebenden Überspannungsimpulsverlaufs erreicht und sich anschließend Verringert. Neben der drastischen Verringe­ rung der maximal auftretenden Überspannung ergibt sich zudem der Vorteil, daß die Gesamtzeitdauer des Anliegens der Über­ spannung deutlich verkürzt ist (verglichen mit dem Überspan­ nungsimpulsverlauf ohne Kompensationsmaßnahmen oder mit rein passiver Begrenzung). Die elektronischen Bauteile werden so­ mit nur kurzfristig einem Überspannungsimpuls deutlich ver­ ringerter Amplitude ausgesetzt, so daß die Beschädigungsge­ fahr stark verringert ist. Hierzu ist kein zusätzlicher hard­ waremäßiger oder verdrahungstechnischer Aufwand erforderlich, da das oder die Steuergeräte die zum Schalten der Verbraucher notwendigen Komponenten bereits ohnehin enthalten.

Die Schaltfunktionen zur Einschaltung der bei einem Überspan­ nungsimpuls erfindungsgemäß eingeschalteten Verbraucher kön­ nen auf eine Mehrzahl von Steuergeräten verteilt sein. Vor­ zugsweise ist aber eine Zentralelektrik vorgesehen, die alle Schaltfunktionen der anzusteuernden Verbraucher steuert. Es muß daher lediglich in der Zentralelektrik eine entsprechende Programmroutine zur Einschaltung der ausgewählten Verbraucher bei einem Überspannungsimpuls vorgesehen werden.

Als bei einem Überspannungsimpuls einzuschaltende Verbraucher sind vorzugsweise die Kraftfahrzeug-Außenbeleuchtung, die Kraftfahrzeug-Innenbeleuchtung, ein Motorkühllüfter, eine Klimaanlage, falls vorhanden, die Zentralverriegelung und/oder ein motorisch betätigtes System, zum Beispiel ein Kopfstützen-Verstellmotor oder ein Sitzverstellungssystem vorgesehen.

In vorteilhafter Ausgestaltung werden die bei dem Überspan­ nungsimpuls eingeschalteten Verbraucher nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls von zum Beispiel 1 bis 3 Sekunden wieder abgeschaltet. Das Zeitintervall kann aber auch kürzer oder länger sein. Vorzugsweise wird der aktuelle Bordspan­ nungswert mit einem Spannungsgrenzwert von zum Beispiel 30 bis 35 V verglichen, und es werden die ausgewählten Verbrau­ cher bei Überschreiten dieses Spannungsreferenzwerts einge­ schaltet.

Die Erfindung wird nachstehend in größeren Einzelheiten an­ hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

In der einzigen Figur ist schematisch ein Blockschaltbild ei­ ner Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung gezeigt.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist schematisch das mit der Kraft­ fahrzeug-Batterie verbundene Bordnetz bezeichnet, über das die Batteriespannung von zum Beispiel 12 V den elektrischen Verbrauchern zugeführt wird. Der aktuelle Wert der Bordnetz­ spannung wird durch einen mit dem Bordnetz 1 verbundenen Spannungssensor 2 überwacht, der ein die aktuelle Spannung angebendes Signal an eine Zentralelektrik 8 abgibt, die durch ein zentrales elektronisches Steuergerät gebildet ist. Alter­ nativ kann der Spannungssensor 2 auch einen internen Span­ nungsvergleich mit einem Referenzspannungswert von zum Bei­ spiel 30 V durchführen und lediglich dann, wenn die Bordnetz­ spannung diesen Referenzspannungswert überschreitet, ein Aus­ gangssignal an die Zentralelektrik 8 zum Melden der Überspan­ nung abgeben. Dieser Referenzspannungswert kann auch variabel ausgelegt sein.

Die Zentralelektrik steuert den Schaltzustand einer Vielzahl von mit ihr verbundenen Verbrauchern in Abhängigkeit von zum Beispiel durch den Fahrer oder Beifahrer des Kraftfahrzeugs eingegebenen Steuerbefehlen. In der Zeichnung sind als Bei­ spiele für solche Verbraucher das Abblendlicht 3, die Innen­ raumbeleuchtung 4, eine Klimaanlage 5, ein Verstellmotor 6 für eine motorische Sitzverstellung und eine Zentralverriege­ lung 7 dargestellt. Diese Verbraucher sind spannungsseitig direkt an das Bordnetz 1 angeschlossen. Als weitere Beispiele kommen auch Heizungen, z. B. die Heckscheibenheizung oder Sitzheizung, oder eine elektromotorische Servolenkung in Be­ tracht. Letztere kann dabei auch noch mit periodischer, schneller Lenkrichtungsumschaltung, z. B. im 10 ms-Takt be­ trieben werden, so daß keine Auswirkungen auf den Lenkein­ schlag resultieren.

Wenn ein Überspannungsimpuls auf dem Bordnetz 1 auftritt, wird dies über den Spannungssensor 2 und die Zentralelektrik 8 erfaßt. Die Zentralelektrik 8 gibt dann an einen oder meh­ rere der im Kraftfahrzeug enthaltenen Verbraucher, zum Bei­ spiel an die Verbraucher 3 bis 7, Steuer- oder Einschaltsi­ gnale ab, die die Einschaltung der angesteuerten Verbraucher bewirken. Die Anzahl der eingeschalteten Verbraucher kann von der Höhe des eingestellten Referenzspannungswerts abhängen. Das Einschalten der Verbraucher erfolgt vorzugsweise im we­ sentlichen gleichzeitig. Es ist aber auch möglich, die Ver­ braucher sukzessive ein- und auszuschalten, um den von den Verbrauchern benötigten Strombedarf noch besser an die aktu­ elle Kurvenform des erfassten Bordnetz-Spannungsimpulses an­ zupassen und somit diesen optimal zu kompensieren. Nach Ab­ lauf eines in der Zentralelektrik 8 eingestellten Zeitinter­ valls von z. B. 1 Sekunde wird der vor dem Überspannungsimpuls vorhandene Schaltzustand der Verbraucher wieder hergestellt.

Durch die Einschaltung der Verbraucher 3 bis 7 wird die den Load-Dump-Impuls hervorrufende, fehlende Last der Batterie zumindest teilweise ersetzt, so daß der Überspannungsimpuls in einfacher Weise verringert oder gänzlich verhindert wird. Somit läßt sich ein zentraler Schutz gegen Load-Dump-Impulse ohne zusätzliche Bauteile erzielen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein zentrales Steuergerät in Form der Zentralelektrik 8 vorgese­ hen. Die Erfindung ist aber auch bei einem Kraftfahrzeug- Steuersystem anwendbar, das mit zwei oder mehr elektronischen Steuergeräten zur Steuerung der jeweiligen Verbraucher verse­ hen ist. In diesem Fall gibt entweder der Spannungssensor 2 oder aber ein den aktuellen Spannungswert auswertendes Steu­ ergerät entsprechende Schaltsignale an die einzelnen Steuer­ geräte zum Einschalten der jeweiligen Verbraucher ab. Diese Steuersignale können zum Beispiel über einen gemeinsamen Bus fließen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Schutz von einem oder mehreren, an ein Kraftfahrzeug-Bordnetz (1) angeschlossenen Kraftfahrzeug- Steuergeräten (8) gegenüber Überspannungsimpulsen, insbesonde­ re bei Unterbrechung der Leitungen zwischen dem Bordnetz (1) und der Kraftfahrzeug-Batterie auftretenden Load-Dump- Impulsen,
bei dem eine Überspannung durch einen Sensor (2) er­ faßt wird, und
mindestens ein Kraftfahrzeug-Steuergerät (8) bei Er­ fassung einer Überspannung ein oder mehrere im Kraftfahrzeug vorhandene Verbraucher (3 bis 7) einschaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Steuergerät (8) eine Zentralelektrik ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die bei einem Überspannungsimpuls einzuschalten­ den Verbraucher eine Kraftfahrzeugbeleuchtung (3, 4), eine Klimaanlage (5), ein elektromotorisch betätigtes System (6), eine Heizung, eine elektromotorische Servolenkung und/oder ei­ ne Zentralverriegelung (7) umfassen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Steuergerät (8) die bei Erfassung des Überspannungsimpulses eingeschalte­ ten Verbraucher nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls wieder in den vor Auftreten des Überspannungsimpulses vorhan­ denen Schaltzustand zurückversetzt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsgrenzwert vorgegeben wird, bei dessen Überschreiten das mindestens eine Kraftfahr­ zeug-Steuergerät (8) die Mehrzahl von Verbrauchern (3 bis 7) einschaltet.

6. Vorrichtung zum Schutz von einem oder mehreren, an ein Kraftfahrzeug-Bordnetz (1) angeschlossenen Kraftfahrzeug- Steuergeräten (8) gegenüber Überspannungsimpulsen, insbesonde­ re bei Unterbrechung der Leitungen zwischen dem Bordnetz (1) und der Kraftfahrzeug-Batterie auftretenden Load-Dump- Impulsen, mit einem Sensor (2) zur Erfassung der Bordnetz- Spannung, und einer Mehrzahl von durch das eine oder die meh­ reren Steuergeräte (8) zu steuernden Verbrauchern (3 bis 7), dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Steuergeräte (8) mit einer zusätzlichen Steuerfunktion versehen ist, durch die bei Erfassung eines Überspannungsimpulses ein oder mehrere im Kraftfahrzeug vorhandene Verbraucher (3 bis 7) eingeschaltet werden.