WO2007016896A2 - Verfahren zur ansteuerung von mindestens einem relais in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur ansteuerung von mindestens einem relais in einem kraftfahrzeug Download PDF

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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/02—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay
    • H01H47/04—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay for holding armature in attracted position, e.g. when initial energising circuit is interrupted; for maintaining armature in attracted position, e.g. with reduced energising current

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling at least one relay in a motor vehicle.
  • relays are used for turn signals, wipers, windows, sunroof, seat adjustment and central locking.
  • These relays are to be controlled according to the present invention as needed and controlled, d. H. depending on the supply voltage and the state of the relay. For example, when the armature of the relay attracts, it should be driven with a high current and high voltage to attract the relay as quickly as possible and without bouncing. If the anchor has tightened, then can be controlled only with the necessary necessary holding current.
  • the dimensioning of relays is among other things a thermal problem.
  • the armature coil must be designed so that it still attracts at very low voltage and does not overheat at very high voltage.
  • the bouncing of the relay contacts is often a problem that by a defined control, z. B. a reduction in the coil force in the tightening torque can be reduced to a minimum.
  • Another parameter for the operating conditions of a relay is the ambient temperature and the temperature of the relay itself.
  • the voltage for the exciter circuit is obtained from the vehicle electrical system voltage by means of a control unit.
  • the relay in the excitation circuit is operated current-controlled, wherein the relay is driven at the Anziehphase the switching contacts in the working circuit with an increased current in the exciter circuit and in the hold phase with a contrast lower value of the current.
  • the control unit When the voltage of the vehicle electrical system voltage changes, the current through the exciter circuit is controlled by the control unit.
  • the excitation circuit can be controlled via a regulated current source or controlled via a pulse width modulation device.
  • the control unit may be realized by a custom circuit or by a microcomputer unit.
  • a demand-driven control depending on the supply voltage and the state of the relay takes place in that, starting from a vehicle electrical system voltage present in the motor vehicle or other voltage that is realized to control the relay of the necessary power by means of a pulse width modulation.
  • a pulse width modulation which is controlled by a microcomputer unit is, depending on the ambient temperature, the current value of the supply voltage, the optimally necessary for the attraction of the armature coil voltage, as well as the current, the pulse width modulation unit controlled such that the relay in its field circuit is optimally controlled and thus a defined control and tightening of the coil takes place and bouncing of the contacts of the relay is avoided in the working group.
  • the pulse width modulation device is driven such that initially the highest possible voltage for which the relay is still designed, is used, with the highest possible current so that the relay attracts as quickly as possible.
  • the power supply of the relay in the exciter circuit is reduced to the minimum one person about the microcomputer unit to keep the contact in the working group. In this way, the power loss in the relay and thus the thermal influence of the relay is reduced.
  • the microcomputer unit preferably monitors the thermal ambient temperature as well as the thermal change in the relay. This is done via sensors, which are arranged on the relay. Depending on these parameters, in turn, the exciter coil is optimally controlled. Increases the temperature, it requires an increased power supply of the exciter circuit, so that the relay keeps the switch closed in the workgroup.
  • the relays are preferably designed in the excitation circuit to a voltage of 7 volts or 15 volts.
  • the relays are supplied with voltage via the pulse width modulation unit.
  • the pulse width modulation unit controls so far for each relay the necessary power and thus the supply energy in the tightening and holding phase. This is controlled by a microcomputer unit. In this way, all relays are optimally controlled.
  • the relays must therefore be designed only for a single operating voltage in the exciter circuit, which reduces both the size and the requirements of the relay and thus cost on the components, ie the relay affects. If the relay now changes from the tightening phase to the hold phase, the duty cycle changes
  • the relay 1 is driven in the exciter circuit from a vehicle electrical system voltage U, wherein by means of the control unit 2 from the vehicle electrical system voltage U a
  • Exciting current l e rreger preferably obtained by pulse-width-modulated actuation.
  • the control unit 2 detects the vehicle electrical system voltage U and controls the exciting current or detects the exciting current directly and even controls it. In the tightening phase of the relay 1, this is with an increased value of
  • the closing of the contact can be detected, for example, in the load circuit by the corresponding current or voltage or by another signal of the switched load, for example.
  • the associated value of the exciting current is l he r e g e r 2 ⁇ I E
  • rr e g e n reduces sufficient to keep just in securely closed in the working group the switch contact.
  • the control unit 2 preferably forms a regulated current source or - sink, which provides in the tightening and holding phase, the respective value of the current in the excitation circuit and thereby corrects electrical system fluctuations.
  • the control or regulation can be done as pulse width modulation.
  • the illustrated invention it is possible in a surprisingly simple way to optimize the relay in a motor vehicle to a uniform voltage and thus cost-tune the relays and use.
  • the exciter circuit is the same for all relays, but in the workgroup different voltages can be switched.
  • An advantage of the invention is further that by the pulse width modulation means no separate power supply for the exciter circuits of the relay is necessary, since this can be derived in the manner shown from a predetermined supply voltage via a pulse width modulation to the design voltage of the relay in the exciter circuit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung mindestens eines Relais in einem Kraftfahrzeug, wobei das Relais in der Anziehphase des Relais mit einem erhöhten Wert des Stromes im Erregerstromkreis angesteuert wird und in der Haltephase der zugehörige Strom im Erregerstromkreis jedoch auf einen niedrigeren Wert reduziert wird, der ausreicht, um im Arbeitskreis den Schaltkontakt gerade noch sicher geschlossen zu halten. Zum Ausgleich von Bordnetzschwankungen wird der Strom im Erregerstromkreis in der Anzieh- und Haltephase durch die Steuereinheit in Abhängigkeit der Bordnetzspannung auf den jeweiligen erforderlichen Wert gesteuert wird.

Description

Verfahren zur Ansteuerung von mindestens einem Relais in einem
Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von mindestens einem Relais in einem Kraftfahrzeug.
Relais kommen auch heutzutage in Kraftfahrzeugen noch zum Einsatz. Die Bedeutung von Relais in Kraftfahrzeugen ist weiterhin hoch, jedoch wird dort eine Optimierung des Einsatzes von Relais nicht betrieben. Beispielsweise werden Relais für Blinker, Wischer, Fensterheber, Schiebedach, Sitzverstellung und Zentralverriegelung eingesetzt. Diese Relais sollen nach der vorliegenden Erfindung bedarfsgerecht gesteuert und angesteuert werden, d. h. in Abhängigkeit der Versorgungsspannung und vom Zustand des Relais. So soll z.B., wenn der Anker des Relais anzieht, mit einem hohen Strom und mit einer hohen Spannung angesteuert werden, damit das Relais möglichst schnell und ohne starkes Prellen anzieht. Wenn der Anker angezogen hat, kann dann nur mit dem noch notwendigen erforderlichen Haltestrom angesteuert werden. Die Dimensionierung von Relais ist unter anderem ein thermisches Problem. Die Ankerspule muss so ausgelegt sein, dass sie bei sehr geringer Spannung noch anzieht und bei sehr hoher Spannung nicht überhitzt. Auch das Prellen der Relaiskontakte stellt oft ein Problem dar, das durch eine definierte Ansteuerung, z. B. eine Reduzierung der Spulenkraft im Anzugsmoment, auf ein Minimum reduziert werden kann. Ein weiterer Parameter für die Arbeitsbedingungen eines Relais ist die Umgebungstemperatur sowie die Temperatur des Relais selbst.
Hinlänglich bekannt sind Verfahren zum Ansteuern von Relais beispielsweise zur Steuerung der Geschwindigkeit und/Drehzahl von Elektromotoren. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem Kraftfahrzeug eine optimierte Ansteuerung von Relais aufzuzeigen und zugleich eine Dimensionierung von Relais für hohe Spannungsbereiche zu vermeiden. Im Weiteren soll eine Reduzierung der Verlustleistung erfolgen. Diese Aufgabe wird anhand der Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der weiteren Beschreibung.
In vorteilhafter Weise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Spannung für den Erregerstromkreis aus der Bordnetzspannung mittels einer Steuereinheit gewonnen. Das Relais im Erregerstromkreis wird stromgesteuert betrieben, wobei das Relais bei der Anziehphase der Schaltkontakte im Arbeitsstromkreis mit einem erhöhten Strom im Erregerstromkreis und in der Haltephase mit einem demgegenüber geringeren Wert des Stromes angesteuert wird. Bei einer Veränderung der Spannung der Bordnetzspannung wird der Strom durch den Erregerstromkreis durch die Steuereinheit ausgesteuert. So kann der Erregerstromkreis über eine geregelte Stromquelle gesteuert oder aber über eine Pulsweitenmodulationseinrichtung angesteuert werden. Die Steuereinheit kann durch einen kundenspezifischen Schaltkreis oder durch eine Mikrocomputereinheit realisiert sein.
Eine bedarfsgerechte Ansteuerung in Abhängigkeit der Versorgungsspannung und vom Zustand des Relais erfolgt dadurch, dass ausgehend von einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Bordnetzspannung oder anderen Spannung, die zur Ansteuerung des Relais der notwendige Strom mittels einer Pulsweitenmodulation realisiert wird. Über die Pulsweitenmodulation, welche von einer Mikrocomputereinheit steuerbar ist, wird, in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur, des aktuellen Wertes der Versorgungsspannung, der für das Anziehen der Ankerspule optimal notwendigen Spannung, wie auch des Stromes, die Pulsweitenmodulationseinheit derart angesteuert, dass das Relais in seinem Erregerkreis optimal angesteuert wird und somit eine definierte Ansteuerung und ein Anziehen der Spule erfolgt und im Arbeitskreis ein Prellen der Kontakte des Relais vermieden wird. Hierzu wird die Pulsweitenmodulationseinrichtung derart angesteuert, dass zunächst eine möglichst hohe Spannung, für welche das Relais noch ausgelegt ist, verwendet wird, mit einem möglichst hohen Strom, damit das Relais möglichst schnell anzieht. Sobald das Anziehen des Relais im Erregerkreis erfolgt ist, wird über die Mikrocomputereinheit die Spannungsversorgung des Relais im Erregerkreis auf das jenige Minimum reduziert, um den Kontakt im Arbeitskreis zu halten. Auf diese Weise wird die Verlustleistung im Relais und somit auch die thermische Beeinflussung des Relais reduziert. Im Weiteren überwacht die Mikrocomputereinheit vorzugsweise die thermische Umgebungstemperatur, sowie die thermische Veränderung im Relais. Dies erfolgt über Sensoren, welche am Relais angeordnet sind. In Abhängigkeit dieser Parameter wird wiederum die Erregerspule optimal angesteuert. Steigt die Temperatur, so bedarf es einer erhöhten Energieversorgung des Erregerkreises, damit das Relais den Schalter im Arbeitskreis geschlossen hält.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sämtliche Relais in einem Kraftfahrzeug mit einer optimierten Spannung, welche geringer ist als die Bordnetzspannung, angesteuert werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass in einem Kraftfahrzeug nur noch Relais mit bzw. an einer einheitlichen Spannungsversorgung betrieben werden. Dies optimiert und vereinfacht die Designauslegung der elektrischen Versorgung von Relais im Kraftfahrzeug.
Die Relais sind im Erregerstromkreis vorzugsweise auf eine Spannung von 7 Volt oder 15 Volt ausgelegt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden über die Pulsweitenmodulationseinheit die Relais mit Spannung versorgt. Die Pulsweitenmodulationseinheit regelt insoweit für jedes einzelne Relais den notwendigen Strom und damit die Versorgungsenergie in der Anzieh- und Haltephase. Dieses wird über eine Mikrocomputereinheit gesteuert. Auf diese Weise werden sämtliche Relais optimal angesteuert. Die Relais müssen damit nur noch für eine einzige Betriebsspannung im Erregerkreis ausgelegt werden, was sowohl die Baugrösse wie auch die Anforderungen der Relais reduziert und sich somit kostengünstig auf die Bauelemente, sprich die Relais, auswirkt. Wechselt das Relais nun von der Anziehphase in die Haltphase, so verändert sich das Tastverhältnis
In der beigefügten Figur ist eine schematische Darstellung der Erfindung aufgezeigt.
So wird das Relais 1 im Erregerstromkreis aus einer Bordnetzspannung U angesteuert, wobei mittels der Steuereinheit 2 aus der Bordnetzspannung U ein
Erregerstrom lErreger vorzugsweise durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung gewonnen wird. Die Steuereinheit 2 erfasst dazu die Bordnetzspannung U und steuert den Erregerstrom oder erfasst den Erregerstrom direkt und regelt diesen sogar. In der Anziehphase des Relais 1 wird dieses mit einem erhöhten Wert des
Stromes lErregeri im Erregerstromkreis angesteuert, wobei die Anziehphase mit dem Aktivieren des Relais aus der Ruhephase beginnt und mit dem Schliessen des Kontakts endet.
Das Schliessen des Kontakts kann dabei bspw. im Laststromkreis durch den entsprechenden Strom oder Spannung oder durch ein sonstiges Signal der geschalteten Last erkannt werden, bspw. an einem Drehzahlsignal des Motors
M.
Alternativ ist denkbar, das Schliessen des Kontaktes auch im Erregerstromkreis z.B. durch eine Strom- oder Spannungsmessung zu erkennen, da das Schliessen des Kontaktes die magnetischen Eigenschaften des Relaiskreises und damit letztlich auch dessen elektrische Eigenschaften beeinflusst. In der Haltephase wird der zugehörige Wert des Erregerstroms lErreger2 < I Erregen jedoch auf einen niedrigeren Wert reduziert, der ausreicht, um im Arbeitskreis den Schaltkontakt gerade noch sicher geschlossen zu halten. In beiden Phasen wird der Strom I Erreger im Erregerstromkreis und damit durch das Relais durch die Steuereinheit 2 in Abhängigkeit der Bordnetzspannung (U) auf den jeweiligen erforderlichen Wert gesteuert.
Die Steuereinheit 2 bildet vorzugsweise eine geregelte Stromquelle bzw. - senke, die in der Anzieh- und Haltephase den jeweiligen Wert des Stromes im Erregerstromkreis bereitstellt und dadurch Bordnetzschwankungen ausregelt. Die Steuerung bzw. Regelung kann als Pulsweitenmodulation erfolgen.
Durch die dargestellte Erfindung ist es auf überraschend einfache Art und Weise möglich, die Relais in einem Kraftfahrzeug auf eine einheitliche Spannung zu optimieren und somit kostengünstig die Relais abzustimmen und einzusetzen. Der Erregerkreis ist bei allen Relais gleich ausgelegt, im Arbeitskreis jedoch können unterschiedliche Spannungen geschaltet werden. Vorteilhaft bei der Erfindung ist im Weiteren, dass durch die Pulsweitenmodulationseinrichtung keine gesonderte Spannungsversorgung für die Erregerkreise der Relais notwendig ist, da diese auf aufgezeigte Art und Weise aus einer vorgegebenen Versorgungsspannung über eine Pulsweitenmodulation auf die Auslegungsspannung der Relais im Erregerkreis ableitbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung mindestens eines Relais in einem Kraftfahrzeug, wobei
• das Relais (1) im Erregerstromkreis aus einer Bordnetzspannung (U) angesteuert wird, • mittels einer Steuereinheit aus der Bordnetzspannung (U) ein Erregerstrom (lErreger) gewonnen wird,
• wobei das Relais in der Anziehphase des Relais mit einem erhöhten Wert des Stromes (lErregeπ) im Erregerstromkreis angesteuert wird und in der Haltephase der zugehörige Strom (lErreger2) im Erregerstromkreis jedoch auf einen niedrigeren Wert reduziert wird, der ausreicht, um im
Arbeitskreis den Schaltkontakt gerade noch sicher geschlossen zu halten,
• dadurch gekennzeichnet, dass der Strom (lErreger) im Erregerstromkreis in der Anzieh- und Haltephase durch die Steuereinheit (2) in Abhängigkeit der Bordnetzspannung (U) auf den jeweiligen erforderlichen Wert gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) eine geregelte Stromquelle bildet, die in der Anzieh- und Haltephase den jeweiligen Wert des Stromes im Erregerstromkreis bereitstellt und dadurch Bordnetzschwankungen ausregelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstromkreis über eine Pulsweitenmodulationseinrichtung angesteuert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) durch einen kundenspezifischen Schaltkreis oder durch eine Mikrocomputereinheit realisiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) das Ende der Anzugsphase am Schließen des Kontaktes oder an einer Veränderung des Erregerstroms erkennt
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relais im Erregerstromkreis auf eine feste Spannung ausgelegt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais auf die niedrigste am Bordnetz vorkommende Spannung ausgelegt werden, bei der der Anzugsstrom sicher erreicht werden kann.
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