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Die
Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines
Elektromotors in einem Kraftfahrzeug zur Betätigung eines Verstellmechanismus.
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Bei
Kraftfahrzeugen werden zunehmend elektromotorisch betätigte Verstellmechanismen
eingesetzt, bei denen ein Verstellelement mit Hilfe eines Elektromotors
automatisch betätigt
wird. Ein solches Verstellelement ist beispielsweise die Fensterscheibe
bei einem elektrisch betätigbaren
Fensterhebersystem, ein Sitz bei einer elektromotorisch betätigbaren
Sitzverstellung oder eine Tür,
Klappe oder Schiebedach, etc.
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Der
Elektromotor wird hierbei üblicherweise über elektromechanische
Relais geschaltet. Da das Verstellelement sowohl in Schließrichtung
als auch in Öffnungsrichtung
elektromotorisch betätigt
wird, wird der Elektromotor bedarfsweise in beiden Richtungen betrieben.
Hierzu wird jeder der beiden Motorkontakte des Elektromotors über jeweils
ein Relais entweder mit der Betriebsspannung, als oder Bordnetzspannung
des Kraftfahrzeug-Bordnetzes, oder mit Masse verbunden.
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Bei
den elektromechanischen Relais besteht allgemein das Problem, dass
durch Abnutzung der einzelnen Schaltkontakte des Relais dessen Lebensdauer
und damit die Standzeit beschränkt
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hohe Lebensdauer
und Standzeit eines Relais zu ermöglichen, welches zum Schalten
eines Elektromotors für
die Betätigung
eines Verstellmechanismus in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors in einem
Kraftfahrzeug zur Betätigung
eines Verstellmechanismus, wobei der Elektromotor zwei Motorkontakte
aufweist, die jeweils über
ein Relais mit zwei Schaltkontakten wahlweise mit dem Pluspol oder
dem Minuspol einer Spannungsquelle verbindbar sind, wobei die Steuervorrichtung
die Relais über
mehrere Schaltzyklen derart ansteuert, dass beim Abschalten des
Elektromotors aus einem bestimmten Betriebszustand die jeweiligen
Schaltkontakte beider Relais wechselweise belastet werden.
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Die
Spannungsquelle ist üblicherweise
die Kraftfahrzeugbatterie, die eine Spannung von 12 Volt bzw. zukünftig von
42 Volt bereitstellt. Der Minuspol liegt hierbei auf Massepotenzial.
Unter Betriebszustand des Elektromotors wird dessen aktiver Zustand
entweder in positiver oder negativer Drehrichtung verstanden. Unter
jeweilige Schaltkontakte der Relais werden hierbei diejenigen Schaltkontakte
verstanden, die zum Ausschalten des Elektromotors aus dem jeweils
aktuellen Betriebszustand geeignet sind. Da der Elektromotor über zwei
Relais angesteuert wird, kann nämlich
zum Abschalten des Elektromotors wahlweise eines der beiden Relais
geschaltet werden, so dass die beiden Motorkontakte auf gleichem
Potenzial liegen. Unter Schaltzyklus wird jeweils ein Abschaltvorgang
aus einem bestimmten Betriebszustand verstanden, nämlich entweder aus
dem Betriebszustand, bei dem der Elektromotor in positiver Drehrichtung
betrieben wird, oder aus dem Betriebszustand des Elektromotors,
bei dem dieser in negativer Drehrichtung betrieben wird.
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Bisher
werden zum Abschalten des Motors beide Motorkontakte auf Massepotenzial
geschalten, so dass aus einem bestimmten Betriebszustand heraus
immer nur ein einziger Schaltkontakt beim Abschalten belastet wird.
Vorliegend ist demgegenüber
nunmehr vorgesehen, dass die Schaltkontakte der Relais, die zum Abschalten
aus einem bestimmten Betriebszustand geeignet sind, wechselweise
betätigt
werden, so dass sich die Schaltlast auf mehrere Schaltkontakte verteilt.
Insgesamt wird daher der einzelne Schaltkontakt weniger belastet
und die Standzeit der Relais ist insgesamt erhöht.
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Vorzugsweise
ist die Steuervorrichtung dabei derart eingerichtet, dass die einzelnen
Relais derart geschalten werden, dass die Schaltkontakte gleichmäßig belastet
werden. Es ist daher ein möglichst
gleichmäßiger Abbrand
erzielt, so dass eine möglichst
lange Standzeit erreicht ist.
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Vorzugsweise
werden hierbei die Relais von Schaltvorgang zu Schaltvorgang alternierend
belastet. Für
jeden Schaltzyklus aus einem bestimmten Betriebszustand heraus wird
daher im ersten Zyklus das erste Relais, im zweiten Zyklus das zweite
Relais und im dritten Zyklus wiederum das erste Relais usw. geschaltet. Hierdurch
ist der Steuerungsaufwand gering gehalten, da lediglich abgespeichert
zu werden braucht, welches Relais beim letzten Schaltzyklus belastet
wurde.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist weiterhin ein beschreibbarer
Speicher vorgesehen, in dem eine Schalthistorie hinterlegt wird.
Es wird daher aufgezeichnet, welcher Schaltkontakt bzw. welches
Relais in welcher Reihenfolge wann geschaltet wurde. Entsprechend
dieser Schalthistorie wird dann der nächste Abschaltvorgang beim
darauf folgenden Abschaltzyklus gesteuert.
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Um
einen möglichst
gleichmäßigen Abbrand
der einzelnen Schaltkontakte zu erreichen, ist zweckdienlicherweise
vorgesehen, dass die Ansteuerung der Schaltkontakte entsprechend
einer hinterlegten Schaltlogik erfolgt. Die Logik gibt hierbei die
Reihenfolge an, welche Relais bei aufeinander folgenden Abschaltzyklen
geschaltet und damit belastet werden.
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Zweckdienlicherweise
ist hierbei die Schaltlogik programmierbar, so dass die Schaltlogik
problemlos an die jeweils aktuelle Konfiguration der Relais angepasst
werden kann. Durch diese Maßnahme
besteht die Möglichkeit,
auf eine gleiche Steuerungssoftware für unterschiedliche Verstellsysteme
mit unterschiedlichen Elektromotoren und auch unterschiedlichen
Relais zurückzugreifen
und die Schaltlogik entsprechend den jeweils aktuellen Randbedingungen
zu optimieren.
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Insbesondere
können
hierbei auch Erfahrungswerte berücksichtigt
werden, wonach beispielsweise bestimmte Schaltkontakte – aufgrund
welcher Ursachen auch immer – ein
verstärktes
Abbrandverhalten aufweisen. Zweckdienlicherweise wird daher bei
einem derartigen asymmetrischen Abbrandverhalten über die Schaltlogik
für die
Schaltkontakte eine unterschiedliche Schalthäufigkeit vorgesehen. Gemessen
an der Anzahl der Schaltvorgänge
wird daher bewusst eine Asymmetrie in Kauf genommen, um das festgestellte
asymmetrische Abbrandverhalten auszugleichen, um insgesamt zu einem
möglichst
gleichmäßigen Abbrandverhalten
der einzelnen Schaltkontakte zu gelangen.
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Zweckdienlicherweise
ist daher die Schaltlogik in Abhängigkeit
von Schaltkontaktparametern, wie beispielsweise das unterschiedliche
Abbrandverhalten bzw. Standvermögen
der einzelnen Kontakte eingestellt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der einzigen Figur näher erläutert.
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Diese
zeigt in einer stark vereinfachten, schematischen Blockbilddarstellung
ein Schaltbild eines über zwei
Relais schaltbaren Elektromotors mit einer Steuervorrichtung zum
Ansteuern des Elektromotors.
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Eine
Vorrichtung zum elektromotorischen Antreiben eines Stellelements
eines Verstellmechanismus, wie beispielsweise eine elektromotorisch
verstellbare Sitzverstellung oder ein elektromotorisch betätigbares Fensterhebesystem,
umfasst gemäß der Figur
einen Elektromotor 2, welcher zwei Motorkontakte 4A,
B aufweist, die jeweils über
ein Relais 6A, B mit der Versorgungsspannung einer hier
nicht näher
dargestellten Kraftfahrzeugbatterie verbunden sind.
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Die
Relais 6A, B weisen jeweils einen Schalthebel 8A,
B auf, welcher wahlweise mit einem von zwei Schaltkontakten A, B
bzw. C, D des jeweiligen Relais 6A, B verbunden werden
kann. Die beiden Relais 6A, B werden hierbei über eine
Steuervorrichtung 10 angesteuert, die die beiden Relais 6A, 6B in
einen definierten Schaltzustand bringt. Die Steuervorrichtung 10 weist
einen beschreibbaren Speicher 12 auf.
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Im
Ausführungsbeispiel
liegen die Schaltkontakte A, C auf dem Plus- bzw. Betriebspotenzial
der Versorgungsspannung und die Schaltkontakte B, D auf dem Minuspotenzial
bzw. Massepotenzial. Ist der Schalthebel 8A mit dem Schaltkontakt
A verbunden, so liegt der Motorkontakt 4A auf Betriebspotenzial.
Umgekehrt liegt der Motorkontakt 4A auf Massepotenzial,
falls der Schalthebel 8A mit dem Schaltkontakt B verbunden
ist. Gleiches gilt für
die Schaltkontakte C, D des zweiten Relais 6B.
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Der
Elektromotor 2 ist zwischen zwei aktiven Betriebszuständen schaltbar,
so dass er sich entweder in positiver oder in negativer Drehrichtung
dreht. Im Folgenden wird unter positiver Drehrichtung die Drehrichtung
verstanden, wenn der Motorkontakt 4A auf positivem Bezugspotenzial
und der Motorkontakt 4B auf negativem Bezugspotenzial liegt
(Schaltkontakte A, D). Umgekehrt wird unter negativer Drehrichtung
verstanden, wenn der Motorkontakt 4A auf negativem Bezugspotenzial
und der Motorkontakt 4B auf positivem Bezugspotenzial (Schaltkontakte
B, C) liegt. In der Figur ist eine Schaltstellung gezeigt, bei der
beide Motorkontakte 4A, B auf Massepotenzial liegen und
der Motor daher im abgeschalteten, nicht aktiven Betriebszustand
ist. Einen nicht aktiven Betriebszustand nimmt der Elektromotor
auch dann ein, wenn beide Motorkontakte 4A, B auf dem (gleichen)
positiven Bezugspotenzial (Schaltkontakte A, C) liegen.
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Soll
nunmehr der Motor 2 aus der positiven Drehrichtung heraus
abgeschaltet werden, so besteht wahlweise die Möglichkeit, entweder das Relais 6A oder
das Relais 6B zu belasten, indem entweder der Schalthebel 8A vom
Schaltkontakt A auf Schaltkontakt B oder der Schalthebel 8B vom
Schaltkontakt D auf den Schaltkontakt C umgelegt wird. Je nachdem,
welcher Schalthebel 8A, B betätigt wird, wird entweder der Schaltkontakt
A bzw. der Schaltkontakt D durch das Trennen des Schalthebels 8A, 8B von
dem jeweiligen Schaltkontakt A, D belastet. Wird also der Schalthebel 8A umgelegt,
so wird der Schaltkontakt A belastet. Bei bisherigen Systemen wurde
regelmäßig grundsätzlich der
Schaltkontakt A belastet, da zum Ausschalten beide Relais 6A,
B jeweils derart geschalten wurden, dass der Elektromotor 2 mit
seinen beiden Motorkontakten 4A, B jeweils auf Massepotenzial
liegt.
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Nunmehr
ist vorgesehen, dass die Relais 6A, B wechselweise für jeden
Abschaltzyklus aus dem jeweils definierten aktiven Betriebszustand
(p für
positive Drehrichtung, n für
negative Drehrichtung) belastet werden. Die beiden Schalthebel 8A bzw. 8B werden
also abwechselnd geschaltet, um den Motor 2 aus seiner positiven
Drehrichtung heraus abzuschalten. Unter abwechselnd geschaltet wird
hierbei allgemein verstanden, dass beide Relais 6A, B zum
Schalten herangezogen werden.
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Die
nachfolgende Tabelle 1 zeigt beispielhaft drei unterschiedliche
Schalthistorien auf, wie die beiden Relais
6A, B bei dem
Abschaltvorgang aus der positiven Drehrichtung heraus bei aufeinanderfolgenden
Abstandszyklen (p, p+1, p+2...) geschaltet werden. Hierbei wird
unter Abschaltzyklus jeweils ein Abschaltvorgang aus dem definierten
Betriebszustand (positive Drehrichtung bzw. negative Drehrichtung)
verstanden. Tabelle 1
| Zyklus | Belasteter
Kontakt | Belasteter
Kontakt | belasteter
Kontakt |
| p | A | A | A |
| p+1 | D | A | A |
| p+2 | A | D | A |
| p+3 | D | D | D |
| p+4 | A | A | D |
| p+5 | D | A | A |
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Die
zweite Spalte zeigt hier eine streng alternierende Schalthistorie,
bei der abwechselnd die Relais 6A bzw. 6B und
damit die Schaltkontakte A bzw. B von Zyklus zu Zyklus belastet
werden. Belasten von A bedeutet, dass der Schalthebel 8A vom
Schaltkontakt A getrennt wird. Bei der in der zweiten Spalte gezeigten Schalthistorie
werden die beiden Schaltkontakte A, D ebenfalls gleich häufig belastet,
wobei hier eine Schaltreihenfolge AA-DD-AA vorgesehen ist. Bei der
in Spalte 3 gezeigten Schalthistorie ist nunmehr eine unsymmetrische
Schalthäufigkeitsverteilung
für die
beiden Schaltkontakte A, D vorgesehen, und zwar wird der Schaltkontakt
A häufiger
geschaltet als der Schaltkontakt D. Dies wird insbesondere dann
vorgenommen, wenn beispielsweise aufgrund von Erfahrungswerten bekannt
ist, dass der Schaltkontakt D ein höheres Abbrandverhalten zeigt
als Schaltkontakt A. Die Verteilung der Schaltvorgänge auf
die Schaltkontakte A bzw. D wird hierbei derart gewählt, dass
ein möglichst
gleiches Abbrandverhalten der beiden Schaltkontakte A, D auftritt.
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Diese
Schalthistorien werden im Speicher 12 abgelegt so dass
die Steuervorrichtung 10 anhand der Schalthistorie entscheiden
kann, welcher der Schaltkontakte A, D entsprechend der gewünschten
Schaltlogik beim nächsten
Schaltzyklus geschaltet werden muss. Die Schalthistorie gibt daher
im Wesentlichen die Schaltlogik wieder, die in der Steuervorrichtung 10 programmtechnisch
hinterlegt ist und anhand derer die Abschaltvorgänge gesteuert werden. Die Schaltlogik
ist hierbei frei programmierbar, so dass sie an unterschiedliche Umgebungsbedingungen
anpassbar ist, beispielsweise an unterschiedliche Relaistypen und
insbesondere in Abhängigkeit
von Schaltkontaktparametern, wie beispielsweise erwartete Standfestigkeit,
etc. Durch die Anpassung wird dabei lediglich die gewünschte Schalthistorie
festgelegt. Dadurch ist die Steuervorrichtung 10 problemlos
und in einfacher Weise für
die unterschiedlichsten Verstellmechanismen problemlos konfigurierbar.
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Die
nachstehend angeführte
Tabelle 2 spiegelt die Tabelle 1 wieder für den Fall, dass der Elektromotor
2 bei
aufeinander folgenden Abschaltzyklen (n, n+1, n+2...) aus dem aktiven
Betriebszustand mit negativer Drehrichtung abgeschaltet wird. In
diesem Fall liegt der Motorkontakt
4A auf negativem Bezugspotenzial
und der Motorkontakt
4B auf positivem Bezugspotenzial (Schaltkontakte
B, C), so dass die beim Abschalten belasteten Schaltkontakte die
Schaltkontakte B, C sind. Tabelle 2
| Zyklus | belasteter
Kontakt | belasteter
Kontakt | belasteter
Kontakt |
| n | C | C | C |
| n+1 | B | C | C |
| n+2 | C | B | C |
| n+3 | B | B | B |
| n+4 | C | C | B |
| n+5 | B | C | C |
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- 2
- Elektromotor
- 4A,
4B
- Motorkontakt
- 6A,
6B
- Relais
- 8A,
8B
- Schalthebel
- 10
- Steuervorrichtung
- 12
- Speicher
- A,
B, C, D
- Schaltkontakte