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Dokumentenidentifikation DE10339805A1 19.05.2004
Titel Verfahren zur Feststellung von Betriebsstörungen eines Relais
Anmelder Visteon Global Technologies, Inc., Dearborn, Mich., US
Erfinder Jordan, Paul Thomas, Lincoln Park, Mich., US;
Floros, John Harry, Novi, Mich., US
Vertreter Bauer-Vorberg-Kayser, 50968 Köln
DE-Anmeldedatum 27.08.2003
DE-Aktenzeichen 10339805
Offenlegungstag 19.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.2004
IPC-Hauptklasse H02H 3/05
IPC-Nebenklasse B60R 16/02   
Zusammenfassung Gegenstand der Erfindung sind Verfahren zur Feststellung von Betriebsstörungen eines Relais (20), das in Verbindung mit einer Stromquelle (14), einem Kondensator (18) und einem Vorladekreis (22) zum Vorladen des Kondensators (18) arbeitet. Das Relais (20) schaltet den Stromfluss von der Stromquelle (14) zum vorgeladenen Kondensator (18) ein und aus. Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Aktivieren des Vorladekreises (22) zur Initiierung des Vorladens des Kondensators (18), b) Deaktivieren des Vorladekreises (22), c) Schließen des Relais (20) zur Herstellung des Stromflusses von der Stromquelle (14) zum Kondensator (18) und d) Überprüfen des Kondensators (18) hinsichtlich eines Unterspannungszustandes.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung von Betriebsstörungen eines Relais, insbesondere auf ein Verfahren zur Feststellung von Betriebsstörungen eines Hochstromrelais.

Einige Fahrzeugsysteme, wie zum Beispiel elektrische Servolenkung, Traktionskontrohe, Kompressoren und dergleichen, benötigen hohe Ströme aus der Fahrzeugbatterie. Oft unterziehen diese Hochstromsysteme den Strom, der von der Batterie an das System geliefert wird, der Pulsbreiten-Modulation (PBM). Daher wird die Batterie typischerweise durch ein elektronisches Regelgerät (ECU) gegen die Hochstromlasten gepuffert. Das ECU schließt ein Hochstromrelais und einen oder mehrere Buskondensatoren ein. Das Relais schaltet den Stromfluss von der Batterie zum Buskondensator ein und aus bzw. stellt eine elektrische Verbindung zwischen Batterie und Kondensator her und unterbricht diese wieder. Der Buskondensator puffert den von der Batterie gelieferten Strom und speichert und filtert hohe Ströme. Zur Erhöhung der Lebensdauer des Relais und Verhinderung eines starken Einschaltstromstoßes beim Start der Fahrzeugsysteme, der das Relais beschädigen könnte, umfasst das ECU außerdem einen Vorladekreis, der zwischen der Batterie und dem Buskondensator leitend in Reihe sowie leitend parallel zum Relais geschaltet ist. Beim System-Start ist das Relais geöffnet und das ECU aktiviert den Vorladekreis. Nach dem Vorladen des Buskondensators deaktiviert das ECU den Vorladekreis und schließt das Relais, wodurch Strom von der Batterie zum vorgeladenen Buskondensator fließt.

Es können verschiedene Betriebsstörungen des Hochstromrelais auftreten. Das Relais kann zum Beispiel im permanent geschlossenen Zustand versagen, in dem Strom zwischen der Batterie und dem Buskondensator fließt, oder auch im permanent geöffneten Zustand, in dem die Verbindung zwischen der Batterie und dem Buskondensator unterbrochen ist. Die Betriebsstörungen des Relais müssen festgestellt werden, um den ordnungsgemäßen Betrieb des ECU zu sichern. Verfahren zur Feststellung von Betriebsstörungen des Relais nach dem Stand der Technik weisen verschiedene Mängel auf. Zu diesen Mängeln der Verfahren nach dem Stand der Technik gehören die Verzögerung des System-Starts der Hochstromsysteme, die Notwendigkeit zusätzlicher Bauelemente zur Feststellung solcher Betriebsstörungen des Rolais, und das Unvermögen, bei jedem Entladezyklus dem ordnungsgemäßen Betrieb des Relais zu verifizieren. Es besteht also Bedarf an einem Verfahren zur Feststellung von Betriebsstörungen eines Hochstromrelais, das die nach dem Stand der Technik bestehenden Mängel überwindet.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Feststellung von Betriebsstörungen eines Relais. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt das Verfahren die folgenden Schritte ein: Aktivieren des Vorladekreises zur Initiierung des Vorladens des Kondensators; Schließen des Relais zur Herstellung des Stromflusses von der Stromquelle zum Kondensator; Überprüfen des Kondensators hinsichtlich eines Unterspannungszustandes nach dem Laden.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt das Verfahren die folgenden Schritte ein: Öffnen des Relais zur Unterbrechung des Stromflusses zwischen Stromquelle und Kondensator; Überprüfen des Kondensators hinsichtlich eines Überspannungszustandes nach dem Entladen.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt das Verfahren den Schritt des Durchführens eines Kondensatorentladungstests ein. Vorzugsweise wird der Kondensatorentladungstest nach dem Ausschalten des Zündschalters des Fahrzeugs durchgeführt.

Aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen gehen weitere Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung hervor. Dabei sollte jedoch beachtet werden, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung schildern, aber nur der Veranschaulichung dienen sollen, da sich dem Fachmann verschiedene Änderungen und Modifizierungen innerhalb des Geistes und Schutzbereiches der Erfindung erschließen werden.

Ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen und Zeichnungen. In den Zeichnungen sind:

1 ein Schaltplan eines elektronischen Regelgeräts (ECU); und

2 u. 3 Ablaufdiagramme, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Feststellung einer Betriebsstörung eines Relais veranschaulichen.

1 ist ein Schaltplan eines elektronischen Regelgeräts (ECU) 10. Das in 1 dargestellte ECU 10 ist ein Beispiel eines elektronischen Moduls zur Lieferung von gepuffertem und geregeltem Strom an eine Last eines Fahrzeugsystems, wie zum Beispiel eine elektrische Servolenkung, ein System zur Traktionskontrolle, Kompressoren und dergleichen, die größte Ströme benötigt. Das ECU 10, das Strom aus einer Stromquelle 14 bezieht, schließt einen Mikroprozessor oder Mikrokontroller 16, einen oder mehrere Buskondensatoren 18 und ein Hochstromrelais 20 ein. Der Buskondensator 18 puffert die Stromquelle 14 und speichert und filtert hohe Ströme. Das Relais 20 schaltet den Stromfluss von der Stromquelle 14 zum Buskondensator 18 und zur Last ein und aus bzw. stellt eine Verbindung zwischen Stromquelle und Kondensator/Last her und unterbricht diese wieder. Zur Erhöhung der Lebensdauer des Relais und Verhinderung eines starken Einschaltstromstoßes beim System-Start, der das Relais 20 beschädigen könnte, schließt das ECU 10 außerdem einen Vorladekreis 22 ein, der zwischen der Stromquelle 14 und dem Buskondensator 18 leitend in Reihe sowie leitend parallel zum Relais 20 geschaltet ist. Der Vorladekreis 22 schließt eine Diode 24, einen Widerstand 26 und einen Transistor 28 (dargestellt als P-Kanal-Anreicherungs-Isolierschicht-MOSFET) ein. Der Transistor 28 kann als Schalter verwendet werden oder der Begrenzung des Stromfiusses zum Kondensator 18 während des Vorladens dienen. Beim Start ist das Relais 20 geöffnet und der Mikroprozessor 16 generiert ein Steuersignal zur Aktivierung des Vorladekreises 22, indem der Vorladetransistor 28 in einen Durchlass- bzw. EIN-Zustand geschaltet wird. Daraufhin wird der Buskondensator 18 durch den Vorladekreis 22 mit Strom vorgeladen. Nach Ablauf eines vorbestimmten Vorladezeitintervalls generiert der Mikroprozessor 16 ein erstes Steuersignal zur Deaktivierung des Vorladekreises 22, indem der Vorladetransistor 28 in einen Sperr- bzw. AUS-Zustand geschaltet wird. Der Mikroprozessor 16 generiert weiterhin ein zweites Steuersignal zum Schließen des Relais 20. Daraufhin erhält der vorgeladene Buskondensator 18 Strom von der Batterie 14 über das Relais 20. Das ECU 10 schließt weiterhin ein: einen Timer, einen nichtflüchtigen Speicher zur Speicherung bzw. Prolokullierung von festgestellten Betriebsstörungen des Relais, einen batteriebetriebenen bzw. Haltemodus zum fortgesetzten, aber eingeschränkten Betrieb der Funktionen des Mikroprozessors nach dem Ausschalten der Zündung sowie einem Messpunkt am Knoten 30, über den der Mikroprozessor 16 die Spannung am Buskondensator 18 bzw. die in die Last eingespeiste Spannung messen kann.

Nun soll auf 2 und 3 Bezug genommen werden, die Ablaufdiagramme eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Feststellung einer Betriebsstörung eines Relais darstellen. Der Fachmann mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem betreffenden Gebiet wird erkennen, dass das dargestellte Verfahren in Form von Software oder Hardware oder einer Kombination von beiden, wie in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ausführbar ist.

Das Ablaufdiagramm in 2 veranschaulicht einen Teil eines Verfahrens zur Feststellung einer Betriebsstörung eines Relais. Genauer gesagt, zeigt das Diagramm ein Verfahren zur Durchführung eines Kondensatorvorladetests. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die in 2 dargestellten Schritte ausgeführt, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs von AUS nach EIN geschaltet wird. Zuerst wird ein batteriebetriebener bzw. Haltemodus innerhalb des ECU aktiviert, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs auf EIN geschaltet wird (siehe Block 40).

Sollte also der Fahrzeugführer den Zündschalter schnell zurück auf AUS schalten, bevor die nachfolgenden Schritte ausgeführt worden sind, wird im batteriebetriebenen Modus genug Strom bereitgestellt, um den Mikroprozessor ordnungsgemäß herunterzufahren. Im nächsten Schritt überprüft der Mikroprozessor den Inhalt des nichtflüchtigen Speichers hinsichtlich eines Kondensatorentladungstests, bei dem eine Betriebsstörung festgestellt wurde, dessen Protokollierung bzw. Speicherung nach dem letzten Entladezyklus erfolgt sein könnte (siehe Block 42). Dieser Schritt wird weiter unten noch ausführlicher beschrieben werden. Das Relais befindet sich im geöffneten Zustand und der Mikroprozessor aktiviert den Vorladekreis (siehe Block 44).

Das Relais bleibt im geöffneten Zustand und der Vorladekreis bleibt während eines vorbestimmten Vorladezeitintervalls aktiv. Da der Vorladekreis für den Ladevorgang optimiert wurde, ist dieses vorbestimmte Vorladezeitintervall relativ kurz (im Bereich von 500 Millisekunden) und kann durch den Timer im ECU erfasst werden. Das ECU fragt ab, ob das vorbestimmte Vorladezeitintervall beendet worden ist (siehe Block 46).

Falls das vorbestimmte Vorladezeitintervall noch nicht beendet worden ist, überprüft das ECU den Kondensator über den Spannungsmesspunkt hinsichtlich eines Vorladeüberspannungszustandes. Das heißt, dass das ECU prüft, ob die Kondensatorspannung größer ist als ein maximaler Vorladespannungspegel (siehe Block 48). In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt der maximale Vorladespannungspegel geringfügig über dem Nennbereich der Stromqelle. Falls ein Vorladeüberspannungszustand festgestellt wird, deaktiviert das ECU den Vorladekreis (siehe Block 50) und der Kondensatorvorladetest hat eine Betriebsstörung festgestellt (siehe Block 52). In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Kondensatorvorladetest nochmals durchgeführt werden. Falls kein Vorladeüberspannungszustand festgestellt wird, kehrt das Verfahren zu Schritt 46 zurück.

Falls das vorbestimmte Vorladezeitintervall beendet worden ist, überprüft das ECU den Kondensator hinsichtlich eines Vorladeunterspannungszustandes. Das heißt, dass das ECU prüft, ob die Kondensatorspannung geringer als ein minimaler Vorladespannungspegel ist (siehe Block 54). In einer Ausführurgsform der vorliegenden Erfindung liegt der minimale Vorladespannungspegel geringfügig unter dem Nennbereich der Stromquelle. Falls ein Vorladeunterspannungszustand festgestellt wird, deaktiviert das ECU den Vorladekreis (siehe Block 50) und der Kondensatorvorladetest hat eine Betriebsstörung festgestellt (siehe Block 52). In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Kondensatorvorladetest nochmals durchgeführt werden. Falls kein Vorladeunterspannungszustand festgestellt wird, deaktiviert das ECU den Vorladekreis und schließt das Relais (siehe Block 56).

Das Relais bleibt während eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem Laden geschlossen. Das vorbestimmte Zeitintervall nach dem Laden, das im Bereich von 10 Millisekunden liegt, kann durch den Timer im ECU erfasst werden. Das ECU fragt ab, ob das vorbestimmte Zeitintervall nach dem Laden abgelaufen ist (siehe Block 58). Nach Beendigung des Zeitintervalls nach dem Laden überprüft das ECU den Kondensator hinsichtlich eines Unterspannungszustandes nach dem Laden. Das heißt, dass das ECU prüft, ob die Kondensatorspannung geringer als ein minimaler Spannungspegel nach dem Laden ist (siehe Block 60). In einer Ausführungsform der vurliegenäen Erfindung liegt der minimale Spannungspegel nach dem Laden geringfügig unter dem Nennbereich der Stromquelle. Falls ein Unterspannungszustand nach dem Laden festgestellt wird, hat der Kondensatorvorladetest eine Betriebsstörung festgestellt (siehe Block 52). In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Kondensatorvorladetest nochmals durchgeführt werden. Falls kein Unterspannungszustand nach dem Laden festgestellt wird, hat der Kondensatorvorladetest keine Betriebsstörung festgestellt (siehe Block 62). Dann steht fest, dass die Relaiskontakte geschlossen sind und nicht im geöffneten Zustand „festsitzen".

Das Ablaufdiagramm in 3 veranschaulicht einen Teil eines Verfahrens zur Feststellung einer Betriebsstörung eines Relais. Genauer gesagt, zeigt das Diagramm ein Verfahren zur Durchführung eines Kondensatorentladungstests. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die in 3 dargestellten Schritte ausgeführt, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs von EIN nach AUS geschaltet wird. In dieser Abfolge verzögert, die zur Durchführung des Kondensatorentladungstests notwendige Zeitdauer nicht den Start der Fahrzeugsysteme. Zuerst öffnet das ECU das Relais (siehe Block 64). Das Relais bleibt im geöffneten Zustand und der Kondensator gibt während eines vorbestimmten Entladezeitintervalls Energie ab. Dieses vorbestimmte Entladezeitintervall ist relativ lang (im Bereich von 60 Sekunden) und kann durch den Timer im ECU erfasst werden. Das ECU fragt ab, ob das vorbestimmte Entladezeitintervall abgelaufen ist (siehe Block 66). Nach Beendigung des Entladezeitintervalls überprüft das ECU den Kondensator hinsichtlich eines Überspannungszustandes nach dem Entladen. Das heißt, dass das ECU prüft, ob die Kondensatorspannung größer als ein maximaler Entladespannungspegel ist (siehe Block 68). Falls nach dem Entladen kein Überspannungszustand festgestellt wird, hat der Kondensatorentladungstest keine Betriebsstörung festgestellt (siehe Block 70). Dann steht fest, dass die Relaiskontakte geöffnet sind und nicht im geschlossenen Zustand „festsitzen".

Falls nach dem Entladen ein Überspannungszustand festgestellt wird, hat der Kondensatorentladungstest eine Betriebsstörung festgestellt, die im nichtflüchtigen Speicher des ECU protokolliert bzw. gespeichert wird (siehe Block 72). Während des nächsten Entladezyklus, das heißt, wenn der Fahrzeugführer den Zündschalter von AUS nach EIN schaltet, fragt das ECU den nichtflüchtigen Speicher ab und stellt fest, dass dort eine Betriebsstörung, die bei einem Entladungstest festgestellt wurde, gespeichert ist (siehe nochmals Block 42 in 2). Anschließend bestimmt das ECU, ob der Kondensatorentladungstest nochmals durchgeführt werden soll (siehe Block 74). Falls der Kondensatorentladungstest nochmals erfolgen soll, werden die Schritte 64-72 nochmals ausgeführt (siehe Block 76). Falls der Kondensatorentladungstest nicht nochmals durchgeführt werden soll, hat der Entladungstest eine Betriebsstörung festgestellt (siehe Block 78).

Aufgrund der hohen Kapazität entlädt sich die in den Buskondensatoren 18 gespeicherte Energie nur langsam durch angrenzende Schaltungen bzw. wird durch diese abgeleitet. Das führt zu einem relativ langsamen Abklingen der Kondensatorspannung. Der Kondensatorentladungstest könnte durchgeführt werden, wenn der Zündschalter von AUS nach EIN geschaltet wird. Jedoch würde die Start-Routine des ECU um die Zeitspanne, die zur Durchführung des Tests benötigt wird, beträchtlich verzögert werden. Zusätzliche aktive Entladeschaltungen würden die Abklingzeit zwar verkürzen, aber gleichzeitig die Anordnung kostenintensiver und komplizierter machen und weitere Fehlerquellen mit sich bringen. Folglich wird der Kondensatorentladungstest erfindungsgemäß durchgeführt, nachdem die Zündung ausgeschaltet worden ist, also wenn die Verzögerung nicht mehr wahrnehmbar ist. Wenn die Zündung ausgeschaltet wird, fährt das ECU normalerweise den Betrieb herunter, öffnet das Relais und bereitet sich auf die Abschaltung vor. Zu diesem Zeitpunkt klingt die Spannung des Buskondensators langsam ab, indem auf natürliche Weise Energie durch angrenzende Schaltungen abgeleitet wird. Bei Anwendung des Haltemodus bleibt die Überwachungsschaltung des ECU aktiv, um das Abklingen der Spannung des Buskondensators zu überwachen. Falls die Spannung des Buskondensators nicht innerhalb der erwarteten Zeit auf den erwarteten Pegel abklingt, vermerkt das ECU vor seinem Abschalten im nichtflüchtigen Speicher eine Betriebsstörung. Wird die Zündung wieder eingeschaltet, muss das ECU im nichtflüchtigen Speicher lediglich den Fehlerkode ermitteln und nicht den vollständigen Kondensatorentladungstest durchführen.

Die oben stehende Beschreibung offenbart und beschreibt beispielhaft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird auf der Grundlage dieser Beschreibung sowie der beigefügten Zeichnungen und Ansprüche leicht erkennen, dass darin verschiedene Änderungen, Modifzierungen und Variationen möglich sind, ohne vom in den folgenden Ansprüchen definierten Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Feststellung von Betriebsstörungen eines Relais (20), das in Verbindung mit einer Stromquelle (14), einem Kondensator (18) und einem Vorladekreis (22) zum Vorladen des Kondensators (18) arbeitet, wobei das Relais (20) den Stromfluss von der Stromquelle (14) zum vorgeladenen Kondensator (18) ein- und ausschaltet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

    a. Aktivieren des Vorladekreises (22) zur Initiierung des Vorladens des Kondensators (18),

    b.Deaktivieren des Vorladekreises (22),

    c. Schließen des Relais (20) zur Herstellung des Stromflusses von der Stromquelle (14) zum Kondensator (18), und

    d. Überprüfen des Kondensators (18) hinsichtlich eines Unterspannungszustandes.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin einschließend einen Verzögerungsschritt umfasst, in dem der nächste Verfahrensschritt um ein vorbestimmtes Zeitintervall nach dem Laden verzögert wird, wobei der Schritt des Überprüfens des Kondensators (18) hinsichtlich eines Unterspannungszustandes nach dem Verzögerungsschritt ausgeführt wird.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin einschließend die Schritte des Überprüfens des Kondensators (18) hinsichtlich eines Vorladeüberspannungszustandes und des Überprüfens des Kondensators (18) hinsichtlich eines Vorladeunterspannungszustandes.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorbestimmten Vorladezeitintervall der Schritt des Überprüfens des Kondensators (18) hinsichtlich eines Vorladeüberspannungszustandes wiederholt ausgeführt wird.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Überprüfens des Kondensators (18) hinsichtlich eines Vorladeunterspannungszustandes nach Beendigung des vorbestimmten Vorladezeitintervalls ausgeführt wird.
  6. Verfahren zur Feststellung von Betriebsstörungen eines Relais (20), das leitend mit einer Stromquelle (14) und einem Kondensator (18) verbunden ist, wobei das Relais (20) den Stromfluss von der Stromquelle (14) zum Kondensator (18) ein- und ausschaltet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

    a. Öffnen des Relais (20) zur Unterbrechung der Verbindung zwischen Stromquelle (14) und Kondensator (18), und
  7. Überprüfen des Kondensators (18) hinsichtlich eines Überspannungszustandes nach dem Entladezyklus.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin einschließend einen Entladeschritt, bei dem der nächste Verfahrensschritt um ein vorbestimmtes Entladezeitintervall verzögert wird, wobei der Schritt des Überprüfens des Kondensators (18) hinsichtlich eines Überspannungszustandes nach dem Entladezyklus nach dem Entladeschritt ausgeführt wird.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin einschließend einen Speicherschritt, bei dem bei der Kondensatorentladung aufgetretenen Betriebsstörung in einem Speicher vermerkt wird, wenn bei dem Schritt des Überprüfens des Kondensators (18) hinsichtlich eines Überspannungszustandes ein Überspannungszustand festgestellt worden ist.
  10. Verfahren zur Feststellung von Betriebsstörungen eines Relais (20) in einem Fahrzeug, welches einen Zündschalter, eine Stromquelle (14), einen Kondensator (18) und einen Vorladekreis (22) zum Vorladen des Kondensators (18) aufweist, wobei das Relais (20) den Stromfluss von der Stromquelle (14) zum vorgeladenen Kondensator (18) ein- und ausschaltet, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:

    a. Durchführen eines Kondensatorentladungstests.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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