DE69814297T2

DE69814297T2 - Regelvorrichtung für den Anlasser eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE69814297T2
Application number: DE69814297T
Authority: DE
Inventors: Gerard Vilou
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: FR2770349A1; JP4159675B2; US6050233A; EP0911953A1; EP0911953B1; BR9804023A; ES2198671T3; DE69814297D1; JP2000205092A; FR2770349B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Steuerung des Anlassers eines Kraftfahrzeugs.
Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der GB-A-2 239 569 bekannt.
Vorrichtungen zur elektronischen Steuerung eines Anlassers sind mittlerweile herkömmlicherweise bekannt. Sie umfassen üblicherweise eine Regelungseinheit, die eingangsseitig eine Information über den geöffneten oder geschlossenen Zustand des Anlassschalters erhält – der in der Regel durch einen Zündschlüssel betätigt wird – und die Stromversorgung der Wicklung bzw. der Wicklungen eines Leistungsschützes steuert, das, wenn es geschlossen ist, die Stromversorgung des Elektromotors des Anlassers herbeiführt. Dieses Leistungsschütz umfasst insbesondere einen beweglichen Kern, der am Ende seines Verstellwegs die Speiseschaltung des Elektromotors des Anlassers schließt und dessen Verschiebung das Einspuren des Anlasserritzels am Anlasserzahnkranz bewirkt. Diese Regelungseinheit dient außerdem zur Regelung anderer Funktionen, wie etwa der automatischen Abschaltung des Anlassers oder auch der Schutzvorkehrungen gegen Überströme oder gegen Fehlbetätigungen, wie etwa eine Anlassanforderung, während der Verbrennungsmotors bereits läuft. Diese Regelungseinheit ist entweder in den Anlasser selbst integriert oder außerhalb des Anlassers in einem Spezialgehäuse aufgenommen. Als weitere Variante kann sie aus einem bereits existierenden elektronischen System bestehen, etwa aus dem Einspritz- und Zündrechner.
Vor allem im Falle einer beliebigen Störung am Fahrzeug kann es vorkommen, dass der Benutzer mehrfache aufeinanderfolgende Anlassversuche unternimmt, in der Hoffnung, den Motor zu starten.
Bei jeder Aktivierung erhitzt sich der Anlasser schnell, wobei sich seine Temperatur erheblich – um einige Grad – in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebseigenschaften und von der Aktivierungsdauer des Anlassers erhöht. Die Ruhezeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anlassversuchen liegt in der Größenordnung von einigen Sekunden und ermöglicht nur eine partielle Abkühlung. Diese Abkühlungsgeschwindigkeit ist jedoch deutlich niedriger als die Erhitzungsgeschwindigkeit, so dass der Anlasser in der Regel weit davon entfernt ist, zum Zeitpunkt einer weiteren Neuaktivierung seine Anfangstemperatur wiedererlangt zu haben.
Es stellt sich dann eine kumulative Erhitzungswirkung ein, die, wenn die Anzahl und die Dauer der Aktivierungen zu groß bzw. lang ausfallen, zu einer Zerstörung des Anlassers führen kann.
Es erweist sich jedoch als unmöglich, den Anlasser vor einer solchen Zerstörung durch die Vorgabe ausreichend langer Zeiten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schließvorgängen des Leistungsschützes zu schützen: Die Abschaltung der Stromversorgung durch die Regelungseinheit – die im allgemeinen aus einem Mikroprozessor besteht – zwischen zwei aufeinanderfolgenden Betätigungen des Zündschalters verhindert nämlich eine Zeitmessung durch den inneren Taktgeber der besagten Regelungseinheit.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zur elektronischen Steuerung eines Kraftfahrzeuganlassers vorzuschlagen, der vor, insbesondere temperaturbedingten, Beschädigungen geschützt ist, die durch zu dicht aufeinanderfolgende Betätigungen des Anlassschalters bewirkt werden könnten.
Dazu schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftfahrzeuganlassers mit Mitteln zum Steuern der Stromversorgung des Elektromotors des Anlassers insbesondere in Abhängigkeit vom geöffneten oder geschlossenen Zustand eines Anlassschalters vor, wobei diese Mittel eine RC-Schaltung sowie Steuermittel umfassen, die die Stromversorgung des Motors verhindern, wenn der Wert der Klemmenspannung der kapazitiven Mittel der RC-Schaltung (4) größer als ein gegebener Schwellenwert ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich diese RC-Schaltung auflädt, wenn der Anlassschalter geschlossen ist, und sich entlädt, wenn der Anlassschalter geöffnet ist, und die erneute Stromversorgung des Motors erst dann ermöglicht, wenn der Wert der Klemmenspannung der kapazitiven Mittel der RC-Schaltung (4) kleiner als ein zweiter, unter dem ersten liegender Schwellenwert geworden ist, wobei diese RC-Schaltung eine Ladezeitkonstante aufweist, die kleiner als ihre Entladezeitkonstante ist.
Diese Vorrichtung wird vorteilhafter weise durch die verschiedenen nachfolgenden Merkmale, für sich genommen oder in allen ihren technisch möglichen Kombinationen ergänzt:

– Die RC-Schaltung besteht aus zwei parallel geschalteten Strängen, von denen einer in Reihenschaltung erste ohmsche Mittel und kapazitive Mittel umfasst, während der andere zweite ohmsche Mittel umfasst.
– Die Steuermittel umfassen einen Mikroprozessor, der die Stromversorgung des Elektromotors des Anlassers insbesondere in Abhängigkeit vom geöffneten oder geschlossenen Zustand des Anlassschalters regelt, und die RC-Schaltung wird durch einen Ausgang des besagten Mikroprozessors mit Spannung versorgt.
– Die RC-Schaltung ist mit einer Spannungsversorgungsklemme über den Anlassschalter gegebenenfalls in Reihenschaltung mit einer Spannungsreglerschaltung verbunden.
– Die Steuermittel umfassen einen Mikroprozessor, der die Stromversorgung des Elektromotors des Anlassers insbesondere in Abhängigkeit vom geschlossenen oder geöffneten Zustand des Anlassschalters regelt, und es wird eine Spannung entsprechend der Klemmenspannung der kapazitiven Mittel der RC-Schaltung an einem Eingang des besagten Mikroprozessors eingespeist, wobei der besagte Mikroprozessor die Sperrung der Stromversorgung des Elektromotors ansteuert, wenn die besagte Spannung größer als ein gegebener Schwellenwert ist.
– Die Mittel, welche die Stromversorgung des Motors verhindern, wenn der Wert der Klemmenspannung der kapazitiven Mittel der RC-Schaltung größer als ein gegebener Schwellenwert ist, umfassen eine Analogschaltung mit Schwellenwertvergleicher.
– Das Verhältnis zwischen den Lade- und Entladezeitkonstanten ist in etwa gleich dem Verhältnis zwischen den Erhitzungs- und Abkühlungszeitkonstanten des Anlassers.
– Die Mittel, welche die Stromversorgung des Motors verhindern, wenn der Wert der Klemmenspannung der kapazitiven Mittel der RC-Schaltung größer als ein gegebener Schwellenwert ist, erlauben die Stromversorgung des Elektromotors erneut erst dann, wenn die besagte Spannung wieder unterhalb eines zweiten Schwellenwerts abgesunken ist, der niedriger als der erste Schwellenwert ist.
– Der Spannungsschwellenwert, bei dessen Überschreitung die Steuerung der Stromversorgung des Motors M gesperrt wird, ist in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern des Anlassers und/oder des Verbrennungsmotors veränderlich.
– Die mit den kapazitiven Mitteln der Schaltung in Reihe geschalteten ohmschen Mittel sind in Abhängigkeit von der Temperatur veränderlich.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Diese Beschreibung dient nur zu Veranschaulichungszwecken und hat keinerlei einschränkende Wirkung. Sie ist unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zu lesen. Darin zeigen im einzelnen:
1 die Veranschaulichung einer Vorrichtung gemäß einer möglichen Ausführungsart der Erfindung;
die 2a bis 2c die Veranschaulichung eines Funktionsablaufs der Vorrichtung von 1.
In 1 sind ein Elektromotor M eines Kraftfahrzeuganlassers sowie das Leistungsschütz 1 dargestellt worden, das die Stromversorgung dieses Elektromotors M steuert.
Dieser Elektromotor M ist zwischen der Masse und einer Klemme B⁺ zum Anschluss an die Speisespannung der Batterie geschaltet.
Das Leistungsschütz 1 besteht aus einem Relais, das einen Kontakt 1a, der zwischen der Speiseklemme B⁺ und dem Motor M eingefügt ist, sowie Einzugs- und Haltewicklungen 1b und 1c umfasst.
Ein gemeinsames Ende dieser zwei Wicklungen 1b und 1c ist mit der Klemme B⁺ über einen angesteuerten Schalter (Transistor T) verbunden, der mit einem Anlassschalter des Fahrzeugs (Schalter 2, beispielsweise durch einen Zündschlüssel betätigt) in Reihe geschaltet ist.
Die Einzugswicklung 1b ist zwischen dem besagten gemeinsamen Ende und einem Punkt zwischen dem Kontakt 1a und dem Motor M angeordnet.
Die Haltewicklung 1c ist zwischen dem besagten gemeinsamen Ende und der Masse angeordnet.
Bei dem Schalter T handelt es sich beispielsweise um einen MOSFET-Transistor.
Er wird durch eine Regelungseinheit 3 gesteuert, bei der es sich um einen Mikroprozessor handelt, der eine Steuerspannung am Gate des besagten Transistors T erzeugt, um die Speisesequenz zur Stromversorgung der Wicklungen 1b und 1c einerseits in Abhängigkeit von den verschiedenen Betriebsphasen des Anlassers (Einzugsstromversorgung, Halten des Schließens des Kontakts, automatische Abschaltung des Anlassers nach dem Starten des Verbrennungsmotors usw.) und andererseits in Abhängigkeit von den verschiedenen Schutzfunktionen zu kontrollieren, die dieser Mikroprozessor 3 regeln kann (zum Beispiel Schutz gegen erneutes Anlassen, wenn der Verbrennungsmotor läuft).
Um diese Steuerspannung zu erzeugen, berücksichtigt diese Regelungseinheit 3 insbesondere den geöffneten oder geschlossenen Zustand des Schalters 2. Dazu weist die besagte Einheit 3 einen Analogeingang "e0" auf, an dem die Spannung eines Punktes zwischen dem Anlassschalter 2 und dem angesteuerten Schalter T eingespeist wird.
Darüber hinaus umfasst die in 1 veranschaulichte Vorrichtung erfindungsgemäß Mittel 4, die zu dicht aufeinanderfolgende Betätigungen des Motors M verhindern.
Diese Mittel 4 umfassen insbesondere eine RC-Schaltung, die eine Ladezeitkonstante aufweist, die kürzer als ihre Entladezeitkonstante ist, und die sich auflädt und entlädt, je nachdem, ob der Schalter 2 geschlossen oder geöffnet ist.
Außerdem umfassen sie Mittel, die es ermöglichen, die Stromversorgung des Motors M zu verhindern, wenn der Wert der Klemmenspannung des Kondensators C größer als ein gegebener Schwellenwert ist (was dann bedeuten würde, dass der Kondensator sich bezogen auf den bzw. die letzten Schließvorgänge des Anlassschalters nicht genug entladen hat).
Bei dem in 1 dargestellten Beispiel besteht die RC-Schaltung aus zwei parallel geschalteten Strängen, von denen einer einen Widerstand R1 und einen Kondensator C in Reihenschaltung und der andere einen einfachen Widerstand R2 umfasst.
Diese beiden Schaltungsstränge sind zwischen der Masse und einem Analogausgang "s1" des Mikroprozessors 3 geschaltet, der die besagten Schaltungsstränge unter Spannung setzt, wenn die Schalter 2 und T geschlossen sind.
Eine von dem besagten Ausgang s2 zur Masse durchgeschaltete Diode D ist zwischen dem besagten Ausgang "s1 " und den besagten Schaltungssträngen R1-C, R2 eingefügt.
Die Klemmenspannung des Kondensators C wird an einem Analogeingang "e1" des Mikroprozessors 3 eingespeist, und dieser steuert die Sperrung des Schalters T, wenn beim Schließen des Zündschalters 2 diese Spannung größer als ein gegebener Schwellenwert ist. Er steuert das Schließen des Schalters T erst dann an, wenn die besagte Spannung wieder unter den besagten Schwellenwert abgesunken ist.
Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung kann wie folgt beschrieben werden.
Beim Schließen des Schalters 2 wird der Mikroprozessor 3 eingeschaltet.
Sein Ausgang "s1" ermöglicht das Laden des Kondensators C über den Widerstand R1 während der gesamten Dauer der Stromversorgung des Motors M.
Beim Öffnen des Schalters 2 lädt sich der Kondensator C nicht mehr auf, da der Mikroprozessor 3 nicht mehr mit Strom versorgt wird.
Er entlädt sich dann in die in Reihe geschalteten Widerstände R1 und R2.
Aufgrund des Vorhandenseins von R2 in der Entladeschaltung ist die Entladezeitkonstante größer als die Ladezeitkonstante.
Es wird vorzugsweise ein Verhältnis zwischen den Lade- und Entladezeitkonstanten gleich dem Verhältnis zwischen den Erhitzungs- und Abkühlungszeitkonstanten des Anlassers gewählt, woraus sich die Möglichkeit ergibt, jederzeit durch Messung der Klemmenspannung des Kondensators eine zutreffende Darstellung des Erhitzungszustands des Anlassers zu ermitteln.
Diese Spannung wird ständig durch den Mikroprozessor an seinem Analogeingang "e1" ausgewertet.
Die Entwicklungen der Spannung des Kondensators C in Abhängigkeit von der Zeit sind als Beispiel in 2a dargestellt.
Jedesmal wenn der Schalter 2 geschlossen wird (2b veranschaulicht seine Öffnungs- und Schließsequenz), lädt sich der Kondensator C während des Betriebs des Anlassers auf. Das Entladen findet statt, wenn der Schalter 2 geöffnet wird, das heißt während der Abschaltzeit des Anlassers.
Wenn die Anlassvorgänge nahe genug beieinander liegen, erhöht sich allmählich die Klemmenspannung des Kondensators C ebenso wie die Erhitzung des Anlassers.
Wenn diese Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, der einem Erhitzungszustand unterhalb der zulässigen Temperaturgrenze entspricht, sperrt der Mikroprozessor 3 den Steuertransistor des Schützes, wodurch die Leistungsstromversorgung des Anlassers abgeschaltet und somit jede temperaturbedingte irreversible Beschädigung vermieden wird. Dies ist in 2c veranschaulicht, in der eine Steuersequenz zur Steuerung des Schützes 1 dargestellt ist.
Das Wiederanlassen kann erst dann erfolgen, wenn die Spannung wieder unterhalb der Abschaltschwelle um einem Wert zwischen 0 und 100% dieser Abschaltschwelle abgesunken ist.
Es können natürlich auch andere Ausführungsvarianten als die vorstehend beschriebene Variante in Betracht gezogen werden.
So kann insbesondere anstelle einer Stromversorgung über den Mikroprozessor 3 die Stromversorgung der RC-Schaltung über den Zündschlüssel, beispielsweise mittels einer Spannungsreglerschaltung erfolgen.
Außerdem kann anstelle einer Einspeisung der Klemmenspannung des Kondensators C an einem Eingang des Mikroprozessors 3 vorgesehen sein, dass der Kondensator an den Klemmen einer Analogschaltung angebracht ist, die einen Schwellenwertvergleicher sowie gegebenenfalls einen Eingangsverstärker umfasst, wobei diese Schaltung den Transistor T sperrt, wenn die an dem besagten Vergleicher eingespeiste Spannung größer als der besagte Schwellenwert ist.
Als weitere Variante kann der Spannungsschwellenwert, bei dessen Überschreitung die Ansteuerung der Stromversorgung des Motors M gesperrt wird, in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern veränderlich sein, insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur des Anlassers, von der Temperatur des Verbrennungsmotors, von der während des Anlassens aufgenommenen Stromstärke, von der Frequenz der durch die Kompressionsphasen des Verbrennungsmotors bedingten Spannungs- oder Stromstärkeschwankungen oder auch von jeder beliebigen anderen Information, aus der sich eine Schlussfolgerung hinsichtlich der Erhitzungsgeschwindigkeit des Anlassers ableiten lässt.
Außerdem kann der Ladewiderstand des Kondensators in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur veränderliche Elemente, wie etwa CTN-Widerstände, umfassen.
Im übrigen kann das Aufladen des Kondensators C mit zerhackter Spannung oder durch Impulsreihen erfolgen, deren Tastverhältnis veränderlich ist, um die Ladezeitkonstante in Abhängigkeit von den im Verlauf des Anlassens vorhandenen Erhitzungseigenschaften zu regeln.
Wie verständlich geworden sein dürfte, handelt es sich bei der Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art um eine einfache Vorrichtung, die einen Wärmeschutz des Elektromotors des Anlassers ermöglicht, ohne die Anordnung von Temperaturfühlern in den kritischen Bereichen des Motors zu erfordern, und ohne die unverzichtbaren Anschlüsse für die Verbindung dieser Temperaturfühler mit der Elektronikkarte zur Steuerung des Anlassers.
[Text zu den Figuren]
2a–2b–2c

Seuil: Schwellenwert
Clé de contact: Zündschlüssel
Contacteur: Schütz
Temps: Zeit

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftfahrzeuganlassers mit Mitteln zum Steuern der Stromversorgung des Elektromotors des Anlassers insbesondere in Abhängigkeit vom geöffneten oder geschlossenen Zustand eines Anlassschalters (2), wobei diese Mittel eine RC-Schaltung (4) sowie Steuermittel umfassen, die die Stromversorgung des Motors verhindern, wenn der Wert der Klemmenspannung der kapazitiven Mittel der RC-Schaltung (4) größer als ein gegebener Schwellenwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich diese RC-Schaltung (4) auflädt, wenn der Anlassschalter (2) geschlossen ist, und sich entlädt, wenn der Anlassschalter (2) geöffnet ist, und die erneute Stromversorgung des Motors erst dann ermöglicht, wenn der Wert der Klemmenspannung der kapazitiven Mittel der RC-Schaltung (4) kleiner als ein zweiter, unter dem ersten liegender Schwellenwert geworden ist, wobei diese RC-Schaltung (4) eine Ladezeitkonstante aufweist, die kleiner als ihre Entladezeitkonstante ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die RC-Schaltung aus zwei parallel geschalteten Strängen besteht, von denen einer in Reihenschaltung erste ohmsche Mittel (R1) und kapazitive Mittel umfasst, während der andere zweite ohmsche Mittel (R2) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel einen Mikroprozessor (3) umfassen, der die Stromversorgung des Elektromotors des Anlassers insbesondere in Abhängigkeit vom geöffneten oder geschlossenen Zustand des Anlassschalters regelt, und dass die RC-Schaltung durch einen Ausgang (s1) des besagten Mikroprozessors (3) mit Spannung versorgt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die RC-Schaltung mit einer Spannungsversorgungsklemme über den Anlassschalter (2) gegebenenfalls in Reihenschaltung mit einer Spannungsreglerschaltung verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel einen Mikroprozessor (3) umfassen, der die Stromversorgung des Elektromotors des Anlassers insbesondere in Abhängigkeit vom geschlossenen oder geöffneten Zustand des Anlassschalters regelt, und dass eine Spannung entsprechend der Klemmenspannung der kapazitiven Mittel der RC-Schaltung an einem Eingang (e1) des besagten Mikroprozessors (3) eingespeist wird, wobei der besagte Mikroprozessor die Sperrung der Stromversorgung des Elektromotors ansteuert, wenn die besagte Spannung größer als ein gegebener Schwellenwert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, welche die Stromversorgung des Motors verhindern, wenn der Wert der Klemmenspannung der kapazitiven Mittel der RC-Schaltung größer als ein gegebener Schwellenwert ist, eine Analogschaltung mit Schwellenwertvergleicher umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen den Lade- und Entladezeitkonstanten in etwa gleich dem Verhältnis zwischen den Erhitzungs- und Abkühlungszeitkonstanten des Anlassers ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, welche die Stromversorgung des Motors verhindern, wenn der Wert der Klemmenspannung der kapazitiven Mittel der RC-Schaltung größer als ein gegebener Schwellenwert ist, die Stromversorgung des Elektromotors erneut erst dann erlauben, wenn die besagte Spannung wieder unterhalb eines zweiten Schwellenwerts abgesunken ist, der niedriger als der erste Schwellenwert ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsschwellenwert, bei dessen Überschreitung die Steuerung der Stromversorgung des Motors M gesperrt wird, in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern des Anlassers und/oder des Verbrennungsmotors veränderlich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den kapazitiven Mitteln der Schaltung in Reihe geschalteten ohmschen Mittel in Abhängigkeit von der Temperatur veränderlich sind.