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 l _E rreger 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 lErr _e g _e ri 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 l _Er r _e g _e r ₂ < I _E rr _e g _e n 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.