DE19744924C2

DE19744924C2 - Steuergerät in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19744924C2
Application number: DE19744924A
Authority: DE
Inventors: Martin Trinschek
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2017-10-11
Also published as: DE29620634U1; DE19744924A1

Abstract

Beschrieben wird ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug zur Ansteuerung einer niederohmigen elektrischen Last mit einem vorgegebenen effektiven Spannungswert, wobei das Steuergerät und die Last jeweils eine eigene Masseanbindung aufweisen, mit einer Schalteinrichtung, die die Last mit der Bordnetzspannung verbindet, wobei die Schalteinrichtung mit einem Spannungsteiler verschaltet ist, dessen Mittenanschluß mit einer Spannungsmeßeinrichtung verbunden ist und bei dem die Spannungsmeßeinrichtung Teil einer Steuereinheit ist, welche die Schalteinrichtung zur Vorgabe des effektiven Spannungswertes an die Last getaktet ansteuert, wobei der Mittenanschluß des Spannungsteilers über einen Widerstand mit einer Referenzspannungsquelle verbunden ist. Das Steuergerät ist damit auf einfache und kostengünstige Weise so ausgebildet, daß ein Masseversatz auch durch eine Spannungsmeßeinrichtung, die nur positive Spannungswerte erfaßt, quantitativ bestimmt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug zur Ansteuerung einer niederohmigen elektrischen Last mit einem vorgegebenen effektiven Spannungswert, wobei das Steuergerät und die Last jeweils eine eigene Mas seanbindung aufweisen, mit einer Schalteinrichtung, die die Last mit der Bord netzspannung verbindet, wobei die Schalteinrichtung mit einem Spannungstei ler verschaltet ist, dessen Mittenanschluß mit einer Spannungsmeßeinrichtung verbunden ist und bei dem die Spannungsmeßeinrichtung Teil einer Steuerein heit ist, welche die Schalteinrichtung zur Vorgabe des effektiven Spannungs wertes an die Last getaktet ansteuert.

Ein solches Steuergerät ist aus der DE 44 43 350 C1 bekannt, wobei eine ge taktete Ansteuerung der Lasten hier insbesondere für den Meßvorgang erfor derlich ist. Eine Einrichtung zur getakteten Ansteuerung und Überwachung elektrischer Lasten ist darüber hinaus bereits in der DE 29 35 196 C2 be schrieben.

Bei einem solchen Steuergerät in einem Kraftfahrzeug, welches eine elektri sche niederohmige Last ansteuert, wird die Last, um den Kabelbaum möglichst einfach zu halten, meist nur einpolig mit der Ansteuerspannung beaufschlagt. Die Last besitzt somit eine andere Massenanbindung als das Steuergerät. Hierdurch kann es zu einem sogenannten Masseversatz kommen, der die vom Steuergerät eingestellte Effektivspannung der elektrischen Last verfälscht, was je nach Art der anzusteuernden Last problematisch sein kann.

So muß beispielsweise bei der Ansteuerung einer Glühkerze in einem diesel betriebenen Kraftfahrzeug durch ein Flammstartsteuergerät diese mit einer ge nau definierten effektiven Versorgungsspannung betrieben werden. Ist der ef fektive Spannungswert zu gering, ist die Funktionsfähigkeit der Glühkerze be einträchtigt, da diese keine ausreichend hohe Temperatur erreicht. Ist der zur Ansteuerung verwendete effektive Spannungswert dagegen zu hoch, leidet die Lebensdauer der Glühkerze.

Aus diesen Gründen darf die tatsächlich an einer Glühkerze anliegende effekti ve Spannung nur weniger als +/-1 Volt von ihrem Sollwert abweichen. Da aber die Ansteuerspannung der elektrischen Last innerhalb des Steuergerätes gemessen und eingestellt wird, ist dazu nach Möglichkeit der Masseversatz zu berücksichtigen.

Der Masseversatz ist dabei zwar prinzipiell bei nicht angesteuerter Last meß bar, wobei sich aber die Schwierigkeit ergibt, daß die Spannung, die sich durch unterschiedliche Massepotentiale am Steuergerät und an der Last ergibt, ein zur Ansteuerspannung entgegengesetztes Vorzeichen aufweist und dadurch durch Spannungsmeßeinrichtungen, die nur positive Spannungen auswerten können, nicht erfaßt werden kann. Dies gilt insbesondere für Analog-Digital- Wandler als Spannungsmeßeinrichtungen, die im Zusammenhang mit einem Microcontroller als Steuereinheit ansonsten vorteilhaft als Meßeinrichtung ver wendet werden können. Die DE 40 27 031 A1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit Analog-Digital-Wandlern, die dieses Problem, allerdings auf relativ aufwen dige Weise löst.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, das Steuergerät auf einfache und ko stengünstige Weise so auszubilden, daß der Masseversatz auch durch eine Spannungsmeßeinrichtung, die nur positive Spannungswerte erfaßt, quantitativ bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Mittenanschluß des Spannungsteilers über einen Widerstand mit einer Referenzspannungs quelle verbunden ist.

Hierdurch wird die Spannung am Eingang der Spannungsmeßeinrichtung um einen genau definierten Betrag erhöht, so daß eine betragsmäßig kleine, nega tive zu messende Spannung auf einen positiven Spannungswert angehoben wird und so auch durch die Meßeinrichtung für positive Spannungen erfaßbar wird. Dieser zusätzliche Spannungsbetrag wird anschließend bei der Auswer tung durch die Steuereinheit berücksichtigt.

Als Spannungsmeßeinrichtung kann so auch ein Analog-Digital-Wandler ver wendet werden und als Steuereinheit ein Microcontroller, wodurch sich das Steuergerät besonders einfach ausführen läßt.

Besonders vorteilhaft ist auch, daß zur Realisierung der Erfindung nur ein sehr geringer Aufwand erforderlich ist. Außer einem zusätzlichen Widerstand wird nur eine Referenzspannungsquelle benötigt, die sich zum Beispiel durch einen kostengünstigen Spannungsreglerbaustein realisieren läßt.

Eine Referenzspannungsquelle ist zudem zumeist zum Betrieb der Spannungsmeßeinrichtung ohnehin notwendig und vorgesehen, so daß sich in diesem Fall der zusätzliche Aufwand vorteilhafterweise auf den Einbau eines einfachen Widerstandes beschränkt.

Die bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt in der Ansteuerung von Glühkerzen in einem dieselbetriebenen Kraftfahrzeug, da diese erstens sehr niederohmig und zweitens sehr empfindlich gegenüber Abweichungen bezüglich ihrer Sollspannung sind. Es sind aber auch andere Anwendungen, zum Beispiel die Ansteuerung besonders leistungsstarker Glühlampen denkbar.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuergerätes anhand der Zeichnung näher dargestellt und erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt, schematisch vereinfacht, den Aufbau eines erfindungsgemäßen Steuergerätes.

Das Steuergerät (SG) ist mit der Bordnetzspannung (UB) verbunden, die über eine Schalteinrichtung (S) zudem mit einer außerhalb des Steuergerätes (SG) angeordneten elektrischen Last (L) verbindbar ist. Als Steuereinheit (MC) für die Schalteinrichtung (S) wie auch zur Steuerung der Spannungsquelle (US) ist ein Microcontroller vorgesehen.

Der Verbindungspunkt (V) zwischen der Schalteinrichtung (S) und der Last (L) ist mit einem Spannungsteiler (R1, R2) verbunden, welcher die Spannung am Verbindungspunkt (V) gegen die Masse des Steuergerätes entsprechend dem Verhältnis der Werte der Widerstände des Spannungsteilers (R1, R2) aufteilt. Der Mittenanschluß (M) des Spannungsteilers (R1, R2) ist mit einer zur Steuereinheit (MC) gehörenden Spannungsmeßeinrichtung (ADW) verbunden. Die Spannungsmeßeinrichtung (ADW) ist als Analog-Digital-Wandler ausgeführt, der die Spannungshöhe am Mittenanschluß (M) auswertet. Ebenfalls mit dem Mittenanschluß (M) verbunden ist ein Widerstand (R3), welcher an einer Referenzspannungsquelle (UREF) anliegt.

Die Referenzspannungsquelle (UREF) kann durch einen einfachen Spannungsreglerbaustein ausgebildet sein und liefert eine konstante Spannung, die an der Spannungsmeßeinrichtung (ADW) als Referenzspannung anliegt.

Die Steuereinheit (MC) mit ihrer integrierten Spannungsmeßeinrichtung (ADW) mißt, bei betätigter Schalteinrichtung (S) die am Punkt (M) anliegende Spannung (UADW) und berechnet daraus den Wert der am Verbindungspunkt (V) anliegenden Bordnetzspannung (UB).

Zum Betrieb der Last (L) steuert die Steuereinheit (MC) die Schalteinrichtung (S) getaktet an, wodurch sich der an dem Verbindungspunkt (V) anliegende effektive Spannungswert als Effektivwert der derart pulsweitenmodulierten Bordnetzspannung (UB) ergibt. Da sich dieser effektive Spannungswert als proportional zur Quadratwurzel des Tastverhältnisses berechnet, kann die Steuereinheit (MC) somit den effektiven Spannungswert am Verbindungspunkt (V) auf den für den Betrieb der Last (L) idealen Wert einregeln.

Im folgenden sei angenommen, daß die Last (L) in einiger Entfernung vom Steuergerät (SG) angeordnet ist und zudem mit einem sehr genau einzuhaltenden effektiven Spannungswert beaufschlagt werden muß.

Die Last kann beispielsweise eine Glühkerze in einem Dieselkraftfahrzeug sein, die direkt mit dem Motorblock verschraubt ist, also eine andere Masseanbindung besitzt als das Steuergerät (SG).

Hierdurch kann es aufgrund des sehr geringen Innenwiderstandes der Last (L) zu einem Massenversatz kommen, das heißt zu einem Potentialgefälle, zwischen den Masseanschlüssen von elektrischer Last (L) und dem Steuergerät (SG). Dieser Masseversatz kann durch den Spannungsabfall an einem fiktiven Widerstand dargestellt werden, welcher den Übergangswiderstand (RB) zwischen den verschiedenen Masseanschlüssen symbolisiert.

Damit ist der an der Last (L) anliegende effektive Spannungswert genau um diesen (unbekannten) Masseversatz größer als die vom Steuergerät (SG) gegen die Steuergerätemasse eingeregelte Spannung (UV) am Verbindungspunkt (V). Das heißt, ohne Berücksichtigung des Masseversatzes setzt das Steuergerät (SG) die Last (L) einem zu hohen effektiven Spannungswert aus, welche im Falle einer Glühkerze als Last (L) deren Lebensdauer stark vermindern kann.

Nun kann der Masseversatz zwar prinzipiell quantitativ dadurch bestimmt werden, daß das Steuergerät (SG) die Spannung (UV) am Verbindungspunkt (V) (gegen die Steuergerätemasse) bei unbetätigter Schalteinrichtung (S) mißt. Hierbei ergibt sich das Problem, daß das Potential am Verbindungspunkt (V) negativer ist als die Steuergerätmasse, wodurch am Spannungsteiler (R1, R2) eine negative Spannung anliegt.

Zur Messung negativer Spannungen ist aber die als Analog-Digital-Wandler ausgebildete Spannungsmeßeinrichtung (ADW) nicht geeignet. Daher wird erfindungsgemäß vorgesehen, den Mittenanschluß (M) des Spannungsteilers (R1, R2) über den Widerstand (R3) mit der bekannten, konstanten Referenzspannung (UREF) zu beaufschlagen.

Damit berechnet sich die an der Spannungsmeßeinrichtung (ADW) anliegende Spannung (UADW) nun folgendermaßen:

UADW = UV . R2/(R1 + R2) + UREF . R2/(R3 + R2)

wobei UREF hier die Spannung der Referenzspannungsquelle UREF und UV die Spannung am Verbindungspunkt (V), gemessen gegen die Steuergerätemasse, bezeichnet.

Die Referenzspannungsquelle (UREF) bewirkt somit einen positiven konstanten Spannungs-Offset, so daß bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände (R1, R2, R3) auch bei einem negativen Wert für UV die von der Spannungsmeßeinrichtung (ADW) registrierte Spannung (UADW) immer im positiven Bereich liegt, womit auch die negative Masseversatzspannung durch die Spannungsmeßeinrichtung (ADW) meßbar wird.

Nach Abzug des durch die Referenzspannungsquelle (UREF) bewirkten Spannungs-Offset speichert die Steuereinheit (MC) nun den Wert der Masseversatzspannung und steuert die Schalteinrichtung (S) derart an, daß diese einen um den Wert der Masseversatzspannung verringerten effektiven Spannungswert an die Last (L) gibt. Hierdurch ist nun die Last (L) mit ihrer korrekten Sollspannung beaufschlagt.

Bezugszeichenliste

ADW Spannungsmeßeinrichtung
L (elektrische) Last
M Mittenanschlußpunkt
MC Steuereinheit (Microcontroller)
RB Übergangswiderstand
R1, R2 Spannungsteiler
R1, R2, R3 Widerstände
SG Steuergerät
UADW Spannung an der Spannungsmeßeinrichtung (ADW)
UB Bordnetzspannung
UREF Referenzspannung(squelle)
UV Spannung am Verbindungspunkt (V)
V Verbindungspunkt

Claims

1. Steuergerät in einem Kraftfahrzeug zur Ansteuerung einer niederohmigen elektrischen Last (L) mit einem vorgegebenen effektiven Spannungswert, wobei das Steuergerät (SG) und die Last (L) jeweils eine eigene Masseanbindung aufweisen, mit einer Schalteinrichtung (S), die die Last (L) mit der Bordnetzspannung (UB) verbindet, wobei die Schalteinrichtung (S) mit einem Spannungsteiler (R1, R2) verschaltet ist, dessen Mittenanschluß (M) mit einer Spannungsmeßeinrichtung (ADW) verbunden ist und bei dem die Spannungsmeßeinrichtung (ADW) Teil einer Steuereinheit (MC) ist, welche die Schalteinrichtung (S) zur Vorgabe des effektiven Spannungswertes an die Last (L) getaktet ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenanschluß (M) des Spannungsteilers (R1, R2) über einen Widerstand (R3) mit einer Referenzspannungsquelle (UREF) verbunden ist.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (MC) ein Microcontroller ist und daß ein in den Microcontroller (MC) integrierter Analog-Digital-Wandler die Spannungsmeßeinrichtung (ADW) ausbildet.

3. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle (UREF) zur Vorgabe einer Referenzspannung mit der Spannungsmeßeinrichtung (ADW) verbunden ist.

4. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die niederohmige Last (L) eine Glühkerze ist.