DE19811176A1

DE19811176A1 - Control circuit for starter motor in vehicle

Info

Publication number: DE19811176A1
Application number: DE19811176A
Authority: DE
Inventors: Claus Dr Kramer; Wolfgang Seils; Henning Stoecklein; Jan Freitag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-10-11
Filing date: 1998-03-14
Publication date: 1999-04-15

Abstract

A control circuit for the starter motor of an internal combustion engine has an integrated electronic relay (IER) between the starter relay and the starter motor. When the starter motor is operated the IER switches to a low torque control to enable the starter pinion to mesh with the ring ear of the flywheel. The IER switches to full torque as soon as the pinion has meshed with the ring gear. The IER has at least electronic load switches and protective circuits.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfah ren zur Steuerung einer elektrischen Maschine ent sprechend den im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 24 genannten Merkmalen.The invention relates to an arrangement and a method to control an electrical machine speaking the in the preamble of claims 1 and 24 features mentioned.

State of the art

Es ist bekannt, daß Brennkraftmaschinen in Kraftfahr zeugen mittels einer Startvorrichtung gestartet wer den müssen, da sie nicht von alleine anlaufen. Zu diesem Zweck sind üblicherweise elektrisch betriebene Startermotoren vorgesehen, die über ein als sogenann tes Einrückrelais ausgebildetes Starterrelais mit ei ner Spannungsquelle verbunden werden. Gleichzeitig wird zur Herstellung einer Wirkverbindung ein Ritzel des Startermotors mit einem, üblicherweise auf einem Schwungrad der Brennkraftmaschine angebrachten, Zahn kranz in Eingriff gebracht. Unmittelbar nach Errei chen des Selbstlaufes der Brennkraftmaschine muß der Startermotor ausgespurt werden, um einem erhöhten Verschleiß und starker Geräuschentwicklung vorzubeu gen. It is known that internal combustion engines are used in motor vehicles testify who started by means of a starter they have to, since they don't start on their own. To this is usually done electrically Starter motors are provided, which have a so-called engaging relay trained starter relay with egg ner voltage source can be connected. At the same time a pinion is used to establish an operative connection the starter motor with one, usually on one Flywheel of internal combustion engine attached, tooth wreath engaged. Immediately after Errei Chen the self-running of the internal combustion engine must Starter motor can be unraveled to an elevated level Prevent wear and excessive noise gene.

Die Herstellung der Wirkverbindung, das heißt das Einspuren des Starterritzels mit nahezu der Nenndreh zahl und unter Beaufschlagung des Startermotors mit seiner Nennspannung hat einen relativ starken Drehmo mentstoß sowie auf Dauer einen hohen Verschleiß des Zahnkranzes und des Startermotors zur Folge. Insbe sondere bei Startern für Nutzkraftfahrzeuge ist er höhten Anforderungen aufgrund beispielsweise über durchschnittlich häufiger Startvorgänge im überwie genden Kurzstreckenverkehr mit bekannten Startern nur schwer zu genügen.The establishment of the active connection, that is, that Alignment of the starter pinion with almost the nominal rotation number and by charging the starter motor with its rated voltage has a relatively strong torque ment impact as well as high wear of the Sprocket and the starter motor result. In particular he is especially at starters for commercial vehicles high requirements due to, for example, over on average more frequent start processes in the short-distance traffic with known starters only difficult to satisfy.

Bei Startanlagen von Kraftomnibussen mit heckseitig angeordneter Brennkraftmaschine, bei denen der Start vorgang vom Fahrer akustisch nicht eindeutig wahrge nommen und verfolgt werden kann, sind zusätzliche Vorkehrungen unumgänglich, die für einen wirksamen Schutz für Starter und Zahnkranz sorgen können. Zu diesem Zweck werden üblicherweise sogenannte elektro nische Startsperrelais eingesetzt, durch welche die Startanlage in mehrfacher Hinsicht vor Beschädigungen geschützt werden kann. Nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine wird für ein verzögerungsfreies Abschalten des Starters gesorgt. Weiterhin verhindert das elektronische Startsperrelais ein Starten bei be reits laufender oder noch auslaufender Brennkraftma schine. Im Falle einer noch auslaufenden Brennkraft maschine oder eines Fehlstartes wird üblicherweise zudem eine Zeitschaltung ausgelöst, die einen zu frühzeitig unternommenen weiteren Startversuch ver hindert. For starting systems of buses with rear arranged internal combustion engine, in which the start the driver is not clearly aware of the process taken and tracked are additional Precautions necessary for effective Protection for starters and sprockets can provide. To For this purpose, so-called electro African start inhibitor relays, through which the Starting system from damage in several ways can be protected. After the start of the Internal combustion engine is used for a delay-free Worried switching off the starter. Furthermore prevented the electronic start inhibit relay starts at be Running or expiring internal combustion engine seem. In the event of an internal combustion engine still running out machine or a false start is usually also triggered a timer that closed one further attempt to start early prevents.

Zwar können derartige Startsperrelais Beschädigungen durch Fehlbedienungen des Fahrers verhindern, nicht jedoch einen erhöhten Verschleiß durch häufige Betä tigung und/oder durch langjährigen Betrieb. Um jedoch insgesamt eine höhere Lebensdauer zu erreichen bezie hungsweise um den Anforderungen einer überdurch schnittlich häufigen Betätigung zu genügen, ist bei den bekannten Startvorrichtungen eine Überdimensio nierung der elektrischen Starter und/oder der Wirk verbindung mit der Brennkraftmaschine unumgänglich, was sowohl die Herstellungskosten wie auch das Fahr zeuggewicht erhöht.Such starter inhibitors can cause damage prevent by incorrect operation of the driver, not however, increased wear due to frequent actuation and / or through many years of operation. However, to overall to achieve a longer service life approximately to meet the requirements of a On average, frequent activity is sufficient the known starting devices an overdimension nation of the electrical starters and / or the effect connection with the internal combustion engine is essential, what both the manufacturing cost and driving tool weight increased.

Advantages of the invention

Die Vorrichtung und das Verfahren mit den im Patent anspruch 1 und im Patentanspruch 24 genannten Merkma len bietet den Vorteil, die Belastung eines Starter motors einer Brennkraftmaschine durch ein sanftes Vorspuren mit niedriger Drehzahl und reduziertem Mo tormoment und demzufolge den Verschleiß des Starter motors und der mit dessen Ritzel kämmenden Zahnräder im Antriebsstrang der Brennkraftmaschine stark redu zieren zu können. Durch eine geeignete Ansteuerung eines, in einer elektrischen Verbindung zwischen ei ner Spannungsquelle und elektrischem Starter befind lichen, Steuergerätes kann eine zweistufige Steuerung des elektrischen Starters und damit des Startvorgangs der Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise reali siert werden. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise ein elektronisches Steuergerät zwischen der Spannungs quelle und dem elektrischen Starter angeordnet, das eine Steuerung einer Spannung und/oder eines Stromes für den elektrischen Starter erlaubt. Durch die elek tronische zweistufige Steuerung des Startvorgangs läßt sich der Startereinrückvorgang so steuern, daß der Verschleiß beim Vorspuren und beim nachfolgenden Einspuren des Starterritzels deutlich reduziert wird.The device and the method with the in the patent claim 1 and mentioned in claim 24 Merkma len offers the advantage of loading a starter motors of an internal combustion engine through a gentle Toe-in with low speed and reduced mo torque and consequently wear of the starter motors and the gears meshing with its pinion in the drive train of the internal combustion engine greatly reduced to be able to decorate. With a suitable control one, in an electrical connection between egg ner voltage source and electric starter Lichen, control unit can a two-stage control the electrical starter and thus the starting process the internal combustion engine reali in an advantageous manner be settled. For this purpose, is preferably a electronic control unit between the voltage source and the electric starter arranged that a control of a voltage and / or a current allowed for the electric starter. Through the elec tronic two-stage control of the starting process the starter engagement process can be controlled so that the wear during toe-in and the following Tracking the starter pinion is significantly reduced.

In einer ersten Stufe wird der Startermotor mit ge ringem Drehmoment betrieben und das Ritzel mit gerin ger Geschwindigkeit an einen, vorzugsweise an einem Schwungrad der Brennkraftmaschine vorgesehenem, Zahn kranz herangeführt. Die geringe Drehzahl des Starter motors erleichtert das Finden einer Zahnlücke, und der langsame Ritzelvorschub verringert den Verschleiß beim Auftreffen des Ritzels auf den Zahnkranz. In der zweiten Stufe wird das Einrückrelais dann mit Nenn spannung beaufschlagt, so daß das Ritzel vollständig in den Zahnkranz einrücken kann. Erst dann kann auch die Hauptbrücke schließen und der Starter dreht mit vollem Drehmoment. Ein "Ratschen" des Starters kann damit wirksam verhindert werden.In a first stage, the starter motor is ge low torque and the pinion with low speed to one, preferably one Flywheel of the internal combustion engine provided tooth wreath introduced. The low speed of the starter motors makes it easier to find a tooth gap, and the slow pinion feed reduces wear when the pinion hits the ring gear. In the In the second stage, the engagement relay is then rated voltage applied so that the pinion completely can engage in the ring gear. Only then can you close the main bridge and the starter turns full torque. A "ratchet" of the starter can thus be effectively prevented.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das elek tronische Steuergerät, ein sogenanntes integriertes elektronisches Relais, eine zentrale Steuereinheit (CPU) auf, die es erlaubt, mit wenigen Anpassungen in seiner Programmierung eine große Vielzahl von ver schiedenen Startern jeweils optimal ansteuern zu kön nen. Vorzugsweise weist das elektronische Steuergerät weiterhin wenigstens zwei elektronische Leistungs schalter auf, beispielsweise in Form von Leistungs transistoren oder Leistungs-MOS-FETs, die mit sehr geringen Ansteuerspannungen und -strömen der CPU hohe Leistungen sicher schalten können. Durch eine Reihen schaltung von wenigstens zwei elektronischen Lei stungsschaltern kann zudem eine Redundanz erzielt werden, die bei auftretenden Fehlfunktionen Beschädi gungen des elektrischen Starters sowie die Gefahr ei nes ungewollten Starts sicher verhindern kann.In a preferred embodiment, the elek tronic control unit, a so-called integrated electronic relay, a central control unit (CPU), which allows it with few adjustments in its programming a wide variety of ver to be able to optimally control different starters nen. The electronic control unit preferably has still at least two electronic power switch on, for example in the form of power transistors or power MOS FETs with very low control voltages and currents of the CPU high Can switch services safely. Through a row switching of at least two electronic Lei redundancy can also be achieved the damage in the event of malfunction conditions of the electric starter and the risk can safely prevent an unwanted start.

Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die wenigstens zwei elektronischen Leistungsschalter jeweils eine La dungspumpe zu ihrer Ansteuerung aufweisen sowie je weils über eine - Schutzelektronik verfügen, die eine Absicherung gegen Übertemperaturen und/oder Verpolun gen gewährleistet. Weiterhin kann jeder der elektro nischen Leistungsschalter einen Diagnoseausgang auf weisen, mit dessen Hilfe eine lückenlose Überwachung des aktuellen Schaltzustandes und damit der korrekten Ablaufsteuerung des zweistufigen Startvorgangs mit tels der CPU ermöglicht wird. In einer weiteren vor teilhaften Ausführungsform ist das integrierte elek tronische Relais (IER) mit zusätzlichen Kontrollfunk tionen und -eingängen versehen, die beispielsweise eine Überwachung der Versorgungsspannung, der auftre tenden Temperaturen im Startermotor und/oder etwaigen Überlastungszuständen der elektronischen Leistungs schalter erlauben.It is also advantageous if the at least two electronic circuit breaker one La each have pump for their control and each because they have - protective electronics that have a Protection against excess temperatures and / or reverse polarity guaranteed. Furthermore, each of the electro circuit breaker has a diagnostic output point, with the help of complete monitoring the current switching status and thus the correct one Sequence control of the two-stage start process with by means of the CPU. In another before partial embodiment is the integrated elek tronic relay (IER) with additional control radio tion and inputs, for example a monitoring of the supply voltage that occurs temperatures in the starter motor and / or any Electronic power overload conditions allow switches.

Ein Schaltmittel zur Betätigung des elektrischen Starters kann beispielsweise ein manuell vom Fahrer betätigbarer Anlaßschalter oder auch ein elektronisch betätigbarer Anlaßschalter sein, der in vorteilhafter Weise auch von einer Motorelektronik ansteuerbar ist. A switching means for actuating the electrical For example, starters can be done manually by the driver actuable starter switch or an electronic one be actuable starter switch, which is advantageous Is also controllable by engine electronics.

Dadurch kann beim Erreichen des Selbstlaufes der Brennkraftmaschine der Startvorgang automatisch been det werden, womit eine geringstmögliche Einschaltdau er und damit Belastung des Startermotors erzielbar ist.This can be achieved when the self-running Internal combustion engine automatically started det, with the lowest possible switch-on time he and thus load on the starter motor achievable is.

Besonders vorteilhaft ist weiterhin, daß bei der be schriebenen zweistufigen Startersteuerung der Start ablauf durch rein elektronische Ansteuerungen vorge nommen wird. Der verwendete elektrische Starter kann somit weitgehend konventionell aufgebaut sein und be nötigt keinerlei weitere elektronische und/oder me chanische Zusatzbauteile. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn das Starterrelais in einer der Vorspurphase fol genden Haltephase getaktet angesteuert wird, da hier durch seine thermische Belastung reduziert werden kann. Die elektronischen Leistungsschalter können als sogenannte Leistungs-MOS-FETs mit Ansteuerungen, Schutzelektronik und Diagnosefunktion ausgeführt sein, wodurch sehr leistungsfähige und kompakte Bau teile entstehen. Mit entsprechend höherem Schaltungs aufwand sind jedoch ebenso diskrete Aufbauten mit MOS-FETs oder anderen Transistoren möglich.It is also particularly advantageous that the be written two-stage starter control the start process by means of purely electronic controls is taken. The electrical starter used can thus be largely conventional and be does not require any further electronic and / or me chan additional components. It is also advantageous if the starter relay is in one of the toe-in phases is stopped clocked, since here be reduced by its thermal load can. The electronic circuit breakers can be used as so-called power MOS FETs with controls, Protection electronics and diagnostic function executed be, making very powerful and compact construction parts arise. With a correspondingly higher circuit effort, however, are also discrete structures with MOS-FETs or other transistors possible.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Verschaltung ist die erhaltene Redundanz, welche bei einem Durchlegie ren eines der Leistungsschalter einen ungewollten Start und damit eine sicherheitskritische Situation vermeidet. Vorteilhaft können zusätzliche Funktionen wie Überwachungen der Starttemperatur über einen Tem peratursensor, eine Startzeitbegrenzung sowie ein Endstufentest und/oder eine Blindschaltungserkennung realisiert werden. Bei einer Blindschaltung bleibt das Starterritzel, beispielsweise aufgrund von Ver schmutzungen, in einer ersten Stufe stehen und wird nicht voll eingespurt. Der Startversuch muß hierbei abgebrochen werden, da die thermische Belastung der Einrückrelaiswicklungen zu groß werden könnte.An advantage of the circuitry according to the invention the redundancy obtained, which in the case of a legacy ren one of the circuit breakers an unwanted one Start and thus a security-critical situation avoids. Additional functions can be advantageous like monitoring of the start temperature via a tem temperature sensor, a start time limit and a Power stage test and / or blind circuit detection will be realized. With a blind connection remains the starter pinion, for example due to Ver dirt, stand in a first stage and will not fully engaged. The start attempt must be done here be canceled because the thermal load on the Engagement relay windings could become too large.

Der erste elektronische Leistungsschalter besitzt in einer vorteilhaften Weiterbildung einen sogenannten Sensausgang, welcher ein stromproportionales Aus gangssignal ausgibt. Beim Schließen der Hauptbrücke des Starterrelais muß der Strom durch den Vorwider stand zurückgehen, was über diesen Sensausgang gut erkannt werden kann. Ist diese Stromabnahme nach Ab lauf einer Überwachungszeit (beispielsweise 200 msec) nicht nachgewiesen beziehungsweise von der CPU er faßt, so wird eine Blindschaltung erkannt, und der Start wird abgebrochen. Ist die obere Endstufe durch legiert, so wird eine Spannung an dieser Klemme ge messen, auch wenn die Endstufe ausgeschaltet sein sollte. Der Starter würde in diesem Fall drehen, aber nicht vorspuren. Anstatt einer integrierten CPU wäre ebenso eine diskrete Ablaufsteuerung möglich, was je doch inklusive der vorteilhaften Zusatzfunktionen ei nen größeren Bauaufwand bedeuten würde.The first electronic circuit breaker owns in an advantageous development a so-called Sens output, which is a current proportional out outputs signal. When closing the main bridge of the starter relay must be the current through the series resistor stood back what's good about this sense output can be recognized. Is this current decrease after Ab run a monitoring time (for example 200 msec) not proven or by the CPU takes a blind circuit is recognized, and the Start is canceled. Is the upper power stage through alloyed, a voltage is applied to this terminal measure, even if the power amplifier is switched off should. The starter would spin in this case, however do not toe ahead. Instead of an integrated CPU a discrete process control is also possible, what ever but including the advantageous additional functions ei would mean more construction work.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen zweistufigen Startersteuerung ist weiterhin eine deutliche Ge räuschreduktion durch das sanfte Vorspuren. Zudem wird eine Lebensdauererhöhung des Zahnkranzes ermög licht. Der Starter kann leichter gebaut werden, da die thermische Belastung insgesamt geringer ist. Die Lebensdauer erhöht sich dennoch, da ein sicherer Überhitzungsschutz durch eine Temperaturüberwachung und eine Startzeitbegrenzung vorgesehen sind.Advantageous in the two-stage according to the invention Starter control is still a clear Ge Noise reduction through the gentle toe-in. In addition an increase in the life of the ring gear is made possible light. The starter can be built more easily because the overall thermal load is lower. The Lifespan increases nonetheless as a more secure Overheating protection through temperature monitoring and a start time limit is provided.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further advantageous embodiments of the invention result from the rest, in the subclaims mentioned features.

drawings

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispie len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen:The invention is described below in exemplary embodiment len with reference to the accompanying drawings tert. Show it:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer zweistufigen Startersteuerung; Fig. 1 is a schematic diagram of a two-stage starter control;

Fig. 2 in drei qualitative Diagramme die Zusammen hänge von Startzeit und Spannungen be ziehungsweise Strömen; Fig. 2 in three qualitative diagrams the relationships between start time and voltages or currents;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung eines Startvorganges und Fig. 3 is a block diagram to illustrate a starting process and

Fig. 4 eine beispielhafte Ausführungsform der internen Verschaltung der zweistufigen Startersteuerung. Fig. 4 shows an exemplary embodiment of the internal connection of the two-stage starter control.

Description of the embodiments

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Anordnung zur zweistufigen Steuerung eines elektrischen Star ters einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Die Anordnung umfaßt eine elektrische Energiequelle, eine Starterbatterie 4 mit einem Pluspol 5 und einem Minuspol 6 sowie einen elektrischen Startermotor 8 und den notwendigen elektrischen Verbindungen sowie weiteren zur Realisierung einer Zweistufigkeit des Startvorgangs, nachfolgend näher erläuterten, notwen digen Bauteilen. Der Startermotor 8 ist aus Vereinfa chungsgründen und zur besseren Übersichtlichkeit zu sammen mit den notwendigen Bauteilen zum Einspuren in eine Verzahnung im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges lediglich als ein Symbol dargestellt, da gegenüber bekannten Systemen keinerlei Veränderungen vorgesehen sind. Vielmehr soll die erfindungsgemäße Anordnung zur Ansteuerung von bekannten Startermotoren geeignet sein, an denen selbst keinerlei Modifikationen erfor derlich sind. Erkennbar ist in Fig. 1 weiterhin ein zentrales Steuergerät, im folgenden als IER (integriertes, elektronisches Relais) 2 bezeichnet. Fig. 1 shows a schematic diagram of an arrangement for two-stage control of an electric starter of an internal combustion engine of a motor vehicle. The arrangement comprises an electrical energy source, a starter battery 4 with a positive pole 5 and a negative pole 6 as well as an electrical starter motor 8 and the necessary electrical connections, as well as further components for realizing a two-stage start-up process, explained in more detail below. The starter motor 8 is shown for reasons of simplicity and for better clarity together with the necessary components for engagement in a toothing in the drive train of the motor vehicle only as a symbol, since no changes are provided compared to known systems. Rather, the arrangement according to the invention should be suitable for controlling known starter motors, on which no modifications are necessary. A central control device can also be seen in FIG. 1, hereinafter referred to as IER (integrated electronic relay) 2 .

Das IER 2 weist mehrere Eingänge, davon Anschlüsse für die Spannungsversorgung aus der Starterbatterie 4, und mehrere gesteuerte Ausgänge auf. So ist zur Spannungsversorgung mit der Nennspannung (üblicherweise 12 oder 24 Volt) aus der Starterbatte rie 4 eine Klemme 30, von der aus eine Leitung zum Pluspol 5 der Starterbatterie 4 führt, sowie eine Klemme 31 vorgesehen, von der eine Leitung zu einem Masseanschluß 12 beziehungsweise zum Minuspol 6 der Starterbatterie 4 führt. Als weiterer Eingang ist ei ne Klemme 50e vorgesehen, die über einen Anlaßschal ter 24 mit der Spannungsquelle 4 verbindbar ist. Mög lich ist statt dessen auch eine Relaissteuerung, bei der ein weiter entfernt positionierter Schalter eine Relaisspule beaufschlagen kann, die für ein Schalten des Anlaßschalters 24 sorgen kann. Realisierungen mit elektronischer Startauslösung sind ebenso möglich, beispielsweise über ein Signal von einer Motorelek tronik.The IER 2 has several inputs, including connections for the voltage supply from the starter battery 4 , and several controlled outputs. Thus, for the voltage supply with the nominal voltage (usually 12 or 24 volts) from the starter battery 4, a terminal 30 , from which a line leads to the positive pole 5 of the starter battery 4 , and a terminal 31 are provided, from which a line to a ground connection 12 or leads to the negative pole 6 of the starter battery 4 . As a further input ei ne terminal 50 e is provided, which ter 24 can be connected to the voltage source 4 via a starter switch. Instead, a relay control is also possible, in which a switch located further away can act on a relay coil, which can ensure that the starter switch 24 is switched . Realizations with electronic start triggering are also possible, for example via a signal from an engine electronics.

Das IER 2 weist weiterhin als einen Steuerausgang ei ne Klemme 45r auf, von dem aus eine Leitung mit einem zwischengeschaltetem Vorwiderstand 34 zu einem Haupt anschluß des Startermotors 8 führt. Der Hauptanschluß wird im folgenden als Klemme 45 bezeichnet. Ein zwei ter Steuerausgang einer Klemme 50f stellt über eine Anschlußleitung eine Verbindung zu einem Starterre lais 36 dar. Dieses Starterrelais 36 besitzt eine Re laisspule 38 und einen von der Relaisspule 38 ansteu erbaren Schalter, im folgenden als Hauptbrücke 37 be zeichnet. Die Klemme 50f des IER 2 ist mit einem An schluß der Relaisspule 38 verbunden, der andere An schluß liegt über eine Leitung an Masse 12 des Kraft fahrzeugs, die mit dem Minuspol der Starterbatterie 4 verbunden ist.The IER 2 also has a control output ei ne terminal 45 r, from which a line with an intermediate resistor 34 leads to a main connection of the starter motor 8 . The main connection is referred to below as terminal 45 . A two-ter control output of a terminal 50 f represents a connection line connecting to a Star Terre relay 36. This starter relay 36 has a Re laisspule 38 and a ansteu trollable by the relay coil 38 switches, is characterized in the following be as main bridge 37. The terminal 50 f of the IER 2 is connected to a circuit at the relay coil 38 , the other circuit is connected to the vehicle via a line to ground 12 , which is connected to the negative pole of the starter battery 4 .

Anhand des in Fig. 1 dargestellten schematischen Schaltbildes soll im folgenden ein zweistufiger Startvorgang skizziert werden. Dabei soll bereits ein Zustand mit eingeschalteter Zündung hergestellt sein, da die Verbindungen von der Klemme 30 des IER 2 zum Pluspol 5 der Starterbatterie 4 sowie von der Klemme 31 zur Masse 12 und damit zum Minuspol 6 der Starter batterie 4 bereits bestehen. Mittels Betätigung des Anlaßschalters 24 durch den Fahrer erhält die Klemme 50e die volle Nennspannung der Starterbatterie 4. Diese Spannung U_50e kann in IER 2 verarbeitet werden, wobei mit kurzer Verzögerung zunächst an Klemme 45r eine Ausgangsspannung U_45r angelegt wird, die betrags mäßig der Nennspannung der Starterbatterie 4 ent spricht und den Startermotor 8 in einer ersten Stufe sanft anlaufen läßt.Based on the schematic circuit diagram shown in FIG. 1, a two-stage starting process is to be outlined below. A state with the ignition switched on should already be established, since the connections from the terminal 30 of the IER 2 to the positive pole 5 of the starter battery 4 and from the terminal 31 to ground 12 and thus to the negative pole 6 of the starter battery 4 already exist. By actuation of the starter switch 24 by the driver, the terminal 50 e receives the full nominal voltage of the starter battery 4 . This voltage U _50e can be processed in IER 2 , with a short delay an output voltage U _45r is first applied to terminal 45 r, which speaks in terms of the nominal voltage of the starter battery 4 ent and allows the starter motor 8 to start smoothly in a first stage.

An der Klemme 45 des Startermotors 8 kommt nicht die volle Nennspannung der Starterbatterie 4 an, da über den Vorwiderstand 34 in der Leitung von der Klemme 45r zur Klemme 45 ein Teil der Nennspannung aus dem Fahrzeugbordnetz abfällt. Der Startermotor 8 läuft somit zunächst langsam an. Nach Verstreichen einer Zeitspanne, zur Überwindung einer Trägheit des Star termotors 8 beim Andrehen, wird an die Klemme 50f des IER 2 eine Steuerspannung U_50f angelegt, welche die Relaisspule 38 des Starterrelais 36 bestromt, das Starterritzel vorspurt und zum Schließen der Haupt brücke 37 führt. Sobald die Hauptbrücke 37 des Relais 36 geschlossen ist, besteht eine direkte elektrische Verbindung vom Pluspol 5 der Starterbatterie 4 zur Klemme 45 des Startermotors 8. Der Masseanschluß 10 des Startermotors 8 hat immer eine Verbindung zur Masse 12, so daß bei geschlossener Hauptbrücke 37 der Startermotor 8 die volle Nennspannung aus dem Bord netz erhält und entsprechend mit höherer Drehzahl in einer zweiten Stufe die Brennkraftmaschine durchdre hen kann, bis diese einen Zustand des Selbstlaufs er reicht. The full nominal voltage of the starter battery 4 does not arrive at the terminal 45 of the starter motor 8 , since part of the nominal voltage drops out of the vehicle electrical system via the series resistor 34 in the line from the terminal 45 r to the terminal 45 . The starter motor 8 thus initially starts up slowly. After lapse of a period of time, to overcome an inertia of the Star termotors 8 during cranking, is applied to the terminal 50 2 f of the IER a control voltage U _50f created which the relay coil 38 energized the starter relay 36, vorspurt the starter pinion and the bridge for closing the main 37 leads. As soon as the main bridge 37 of the relay 36 is closed, there is a direct electrical connection from the positive pole 5 of the starter battery 4 to the terminal 45 of the starter motor 8 . The ground connection 10 of the starter motor 8 always has a connection to ground 12 , so that when the main bridge 37 is closed, the starter motor 8 receives the full rated voltage from the on-board network and, accordingly, the internal combustion engine can run through at a higher speed in a second stage until it has a state of self-running it is enough.

Fig. 2 zeigt in drei übereinander angeordneten Dia grammen prinzipielle und qualitative Verläufe der Spannungen und Ströme an den Klemmen 50e, 50f und 45r des IER 2 über der Startzeit T_Start (t = 0. . .t₅). Auf den horizontalen Achsen aller drei Diagramme ist je weils die Zeit aufgetragen. Auf der vertikalen Achse des oberen Diagrammes ist die Spannung U_50e, auf der vertikalen Achse des mittleren Diagrammes die Span nung U_45r aufgetragen. Auf der vertikalen Achse des unteren Diagrammes ist ein Strom i_50f, der durch die Wicklung des Starterrelais 38 fließt, aufgetragen. Die Klemme 30 ist hierbei elektrisch mit dem Pluspol 5 und die Klemme 31 mit der Masse 12 beziehungsweise mit dem Minuspol 6 der Starterbatterie 4 verbunden. Die Start zeit 0 bis t₅ läßt sich in mehrere Phasen einteilen, die anhand der Diagramme in Fig. 2 im folgenden beschrieben werden. Fig. 2 shows in three superimposed diagrams basic and qualitative curves of the voltages and currents at the terminals 50 e, 50 f and 45 r of the IER 2 over the start time T _start (t = 0 ... t ₅ ). The time is plotted on the horizontal axes of all three diagrams. The voltage U _{50e is plotted} on the vertical axis of the upper diagram, and the voltage U _{45r is} plotted on the vertical axis of the middle diagram. A current i _50f , which flows through the winding of the starter relay 38 , is plotted on the vertical axis of the lower diagram. The terminal 30 is electrically connected to the positive pole 5 and the terminal 31 to the ground 12 or to the negative pole 6 of the starter battery 4 . The start time 0 to t ₅ can be divided into several phases, which are described below with reference to the diagrams in FIG. 2.

Bei Betätigen des Anlaßschalters 24 durch den Fahrer wird die Klemme 50e mit einer Spannung U_50e beauf schlagt, wobei die Spannung U_50e der Bordspannung aus der Starterbatterie 4 entspricht oder auch kleiner sein kann. Wie im oberen Diagramm der Fig. 2 erkenn bar, wird die Spannung U_50e vom Zeitpunkt 0 an über den gesamten Zeitraum des Startvorgangs, das heißt bis zum Zeitpunkt t₅, in konstanter Höhe aufrechter halten. Durch eine Zeitsteuerung wird die Spannung U_45r an der Klemme 45r um einen bestimmten vorein stellbaren Initialisierungszeitraum T_Init verzögert geschaltet. Die Spannung U_45r wird normalerweise ihrem Betrag nach der Spannung U₃₀ entsprechen. Die Steue rung der Ausgänge an der Klemme 45r und an der Klemme 50f erfolgt somit nacheinander, wobei der Zeitraum T_Init in erster Linie zur Vermeidung von unkontrol lierten Spannungsspitzen durch den Einschaltvorgang dient.When the starter switch 24 is actuated by the driver, the terminal 50 e is subjected to a voltage U _50e , the voltage U _{50e corresponding to} the on-board voltage from the starter battery 4 or can also be smaller. As can be seen in the upper diagram in FIG. 2, the voltage U _{50e is} maintained at a constant level from the point in time 0 over the entire period of the starting process, that is to say up to the point in time t ₅ . By timing the voltage U _45r at the terminal 45 is switched r delayed by a certain presets adjustable initialization period T _init. The voltage U _45r will normally correspond in magnitude to the voltage U ₃₀ . The control of the outputs at terminal 45 r and at terminal 50 f thus takes place in succession, the period T _{Init being used} primarily to avoid uncontrolled voltage peaks caused by the switch-on process.

Während des Intervalls vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeit punkt t₁ wird das Bordnetz weitgehend nur durch den Widerstand 34 belastet. Der Vorwiderstand 34 bestimmt damit den Batteriestrom. Über die an Klemme 45 anlie gende und über den Vorwiderstand 34 gegenüber der an Klemme 45r anliegenden Spannung U_45r reduzierte Span nung wird im Startermotor 8 ein Drehmoment erzeugt und der Anker beginnt sich zu drehen. Die durch die Zwischenschaltung des Vorwiderstandes 34 resultie rende geringe Ankerdrehzahl erleichtert das spätere vollständige Einspuren. Wegen eines Ankerträgheitsmo mentes erfolgt das eigentliche Vorspuren jedoch erst etwas verzögert, nämlich zu einem Zeitpunkt t₁. Zum Losbrechen eines Relaisankers im Startermotor 8 wird die Batteriespannung mittels eines elektronischen Schalters im IER 2 auf die Klemme 50f durchgeschal tet. Der hierbei fließende Strom ist abhängig vom Starterrelais 36 und von der Spannung der Starterbat terie 4. Die Zeitdauer zwischen t₀ und t₁, das heißt der Zeitraum zwischen dem Einleiten der Drehbewegung des Ankers des Startermotors 8 und dem Vorspuren, hängt ab von der Größe des Vorwiderstandes 34, dessen Wert wiederum von der für einen bestimmten Startermo tor 8 zweckmäßigen Drehzahl abhängt.During the interval from time t ₀ to time t ₁ , the vehicle electrical system is largely only loaded by resistor 34 . The series resistor 34 thus determines the battery current. Via the voltage applied to terminal 45 and reduced via the series resistor 34 compared to the voltage U _45r applied to terminal 45 r, a torque is generated in the starter motor 8 and the armature begins to rotate. The resultant interposition of the series resistor 34 low armature speed facilitates the subsequent full engagement. Due to an anchor moment of inertia, however, the actual toe-in takes place only somewhat delayed, namely at a time t ₁ . To break loose a relay armature in the starter motor 8 , the battery voltage is switched by means of an electronic switch in the IER 2 to the terminal 50 f. The current flowing here depends on the starter relay 36 and on the voltage of the Starterbat series 4 . The period of time between t ₀ and t ₁ , that is, the period between the initiation of the rotary movement of the armature of the starter motor 8 and the toe-in, depends on the size of the series resistor 34 , the value of which in turn depends on the speed appropriate for a specific starter motor 8 .

Ab einem Zeitpunkt t₂ wird der (Vorspur-)Strom an der Klemme 50f durch eine Taktung auf einen mittleren Wert I_VSP reduziert, erkennbar im unteren Diagramm der Fig. 2. Der überlagerte Wechselstromanteil ist zweckmäßigerweise so zu wählen, daß die resultierende Magnetkraft keine unerwünschte Auswirkung auf den Be wegungsablauf des Ankers ausübt. Dies gilt als er füllt, wenn die Periodendauer der Stromtaktung höch stens ein Fünftel der mechanischen Anker-Zeitkon stante (< 10 ms) beträgt. Die Stromamplitude I_VSP und die Zeitdauer von t₂ bis t₃ sind abhängig von der ge wählten Dimension des Startermotors 8. Dabei wird an genommen, daß das Anlasserritzel zum Zeitpunkt t₃ in jedem Fall am Zahnkranz anliegt und die Einrückfeder (falls vorhanden) schon leicht vorgespannt ist.From a point in time t ₂ , the (toe-in) current at terminal 50 f is reduced to an average value I _VSP by clocking, as can be seen in the lower diagram in FIG. 2. The superimposed AC component is expediently to be selected such that the resulting magnetic force has no undesirable effect on the movement of the anchor. This is considered to be filling if the period of the current clocking is at most one fifth of the mechanical anchor time constant (<10 ms). The current amplitude I _VSP and the time period from t ₂ to t ₃ are dependent on the selected dimension of the starter motor 8 . It is assumed that the starter pinion bears against the sprocket at time t ₃ and that the engagement spring (if present) is already slightly biased.

Nach Ablauf dieser Vorspurphase (t₂ bis t₃) erfolgt die Einspursteuerung (t₃ bis t₄), eingestellt durch die Zeit, bis zu der die Klemme 50f mit der Nennspan nung aus der Klemme 30 U_50f beaufschlagt wird. Die an liegende Spannung U_50f an der Klemme 50f sorgt für ein Schalten des Relais 36 und damit ein Anliegen der vollen Batteriespannung an Klemme 45 des Startermo tors 8. Die zum Ende der Vorspurphase typischerweise vorgespannte Einrückfeder im Starter wird voll ge spannt, und es kommt zum Schließen der Hauptbrücke 37. Bei geschlossener Hauptbrücke 37 im Relais 36 muß der Strom I_45r absinken. Ist dies während der Zeit dauer der Einspurphase (t₃ bis t₄) nicht der Fall, so liegt eine Blindschaltung vor und der Start wird durch eine im IER 2 entsprechend vorgesehene Logik abgebrochen. After this toe-in phase (t ₂ to t ₃ ), the single-track control (t ₃ to t ₄ ) takes place, set by the time until the terminal 50 f with the nominal voltage from the terminal 30 U _{50f is} applied. The applied voltage U _50f at terminal 50 f ensures switching of relay 36 and thus an application of the full battery voltage to terminal 45 of starter motor 8 . The engagement spring in the starter, which is typically preloaded at the end of the toe-in phase, is fully tensioned, and the main bridge 37 is closed . When the main bridge 37 in the relay 36 is closed , the current I _{45r must} drop. If this is not the case during the period of the single-track phase (t ₃ to t ₄ ), then there is a blind connection and the start is interrupted by a logic provided in IER 2 .

Nach dem Schließen der Hauptbrücke 37, das heißt ab dem Zeitpunkt t₄₁ wird das Relais 36 weiter mit einem Haltestrom I_50fNenn versorgt. Der Startermotor 8 dreht jetzt mit vollem Drehmoment. Die Klemme 50e bleibt auf Klemme 50f durchgesteuert. Allerdings erfolgt die Einstellung des Haltestroms auf den mittleren Wert I_50fNenn durch Takten, um die thermische Belastung der Wicklung im Startermotor zu verringern. Dies ist er kennbar durch das gezackte Signal I_50fNenn in der Fig. 2 unten.After the main bridge 37 has been closed , that is to say from the time t ₄₁ , the relay 36 continues to be supplied with a holding current I _50fNenn . The starter motor 8 now rotates at full torque. Terminal 50 e remains open to terminal 50 f. However, the holding current is set to the average value I _50fNenn by clocking in order to reduce the thermal load on the winding in the starter motor. This is recognizable by the jagged signal I _50fNenn in Fig. 2 below.

Die einzelnen Zeitintervalle (t_n. . .t_n+1; mit n = 0 . . .4) können unabhängig voneinander eingestellt werden und können beliebige positive Werte annehmen. Während des Zeitraumes von t₀ bis t₁ wird das Bordnetz weitgehend nur durch den Vorwiderstand 34 für die Ritzelverdre hung des Startermotors 8 belastet. Der Wert des Vor widerstandes 34 bestimmt damit den Batteriestrom. Zu sammen mit einer Messung der unbelasteten Batterie spannung vor dem Start, das heißt während dem Initia lisierungszeitraum T_init, ist eine Bestimmung des Bordnetzwiderstandes möglich. Eine Messung der Batte riespannung an der Klemme 30 im weiteren Verlauf des Startes (ab t₄) ergibt dann einen Wert für den Star terhauptstrom. Dieser kann als Maß für die interne Temperaturbelastung des Startermotors 8 verwendet werden. Über ein Erwärmungsmodell, das heißt den Zu sammenhang zwischen dem Stromfluß und der Dauer die ses Stromflusses im Startermotor 8, kann dann eine Temperaturüberwachung des Starters realisiert werden. The individual time intervals (t _n ... T _{n + 1} ; with n = 0.. .4) can be set independently of one another and can take any positive values. During the period from t ₀ to t ₁ , the electrical system is largely loaded only by the series resistor 34 for the pinion rotation of the starter motor 8 . The value of the resistor 34 before determines the battery current. Together with a measurement of the unloaded battery voltage before starting, that is during the initialization period T _init , a determination of the on-board electrical system resistance is possible. A measurement of the battery voltage at the terminal 30 in the further course of the start (from t ₄ ) then gives a value for the starter main current. This can be used as a measure of the internal temperature load of the starter motor 8 . A temperature monitoring of the starter can then be implemented via a heating model, that is to say the relationship between the current flow and the duration of this current flow in the starter motor 8 .

Fig. 3 verdeutlicht in einem Blockschaltbild die Funktionsabläufe während eines Startvorgangs in inte griertem elektronischen Relais IER 2. Gleiche Teile wie in den vorangegangenen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Beginnend mit einer Beaufschlagung der Klemme 50e mit der Spannung U_50e wird eine Zeitsteuerung 52 gestar tet, die nach der Initialisierungszeit T_Init ab dem Zeitpunkt t₀ für den zweistufigen Startvorgang sorgt. Die Einspursteuerung 64 sorgt für die entsprechenden Abläufe. Im folgenden wird für den allgemeiner ver wendeten Begriff eines elektronischen Leistungsschal ters der gebräuchlichere Begriff einer Endstufe ver wendet. Unter Endstufe wird somit allgemein jede Form eines elektronischen Leistungsschalters verstanden. Fig. 3 illustrates in a block diagram the functional sequences during a start in inte grated electronic relay IER 2nd The same parts as in the previous figures are provided with the same reference numerals and are not explained again. Starting with the application of the voltage U _{50e to} the terminal 50 e, a time control 52 is started which, after the initialization time T _Init , ensures the two-stage starting process from the time t ₀ . The single-track controller 64 takes care of the corresponding processes. In the following, the more commonly used term of an output stage is used for the more generally used term of an electronic circuit breaker. Power stage is therefore generally understood to mean any form of an electronic circuit breaker.

Von der Einspursteuerung 64 geht ein Pfeil zu einer ersten Endstufe 56, die ab dem Zeitpunkt t₁ durchge schaltet wird und für eine Beaufschlagung der Klemme 45r mit der Spannung U_45r sorgt. Es wird somit die an der Klemme 30 anliegende Batteriespannung U_Bat aus der Starterbatterie 4 auf die Klemme 45r durchgeschaltet. Die Einspursteuerung 64 sorgt im weiteren für die Taktung der Stromamplitude I_VSP während des Zeitraumes von t₂ bis t₃ durch entsprechende Ansteuerung einer zweiten Endstufe 58.An arrow goes from the single-track control 64 to a first output stage 56 , which is switched through from the time t ₁ and ensures that the voltage U _{45r is applied to} the terminal 45 r. The battery voltage U _{Bat present} at the terminal 30 is thus switched through from the starter battery 4 to the terminal 45 r. The single-track controller 64 furthermore ensures the clocking of the current amplitude I _VSP during the period from t ₂ to t ₃ by appropriate activation of a second output stage 58 .

Zum Zeitpunkt t₃ sorgt die Einspursteuerung dann für die Durchschaltung der zweiten Endstufe 58, wodurch die Batteriespannung U_Bat = U_50f an die Klemme 50f ge legt wird. Die anliegende Spannung U_50f sorgt für das Vorspuren des Ritzels und für das Schalten des Relais 36 und damit ein Anliegen der vollen Batteriespannung U_Bat an der Klemme 45 des Startermotors 8. Dieser wird hierdurch voll eingespurt und mit Nenndrehzahl be trieben. Bei geschlossener Hauptbrücke 37 im Relais 36 muß der Strom I_45r absinken, was durch eine Blind schaltungserkennung 62 gemessen wird. Die erste End stufe 56 besitzt hierzu einen sogenannten Sense-Aus gang 57, der ein stromproportionales Ausgangssignal I_sense liefert. Ist diese Stromabnahme nach Ablauf ei ner bestimmten Überwachungszeit, beispielsweise nach 200 Millisekunden, nicht von der Blindschaltungser kennung nachgewiesen, so wird eine sogenannte Blind schaltung erkannt und ein Abbruchsignal 70 an einen Signalgeber 54 ausgegeben.At time t ₃ , the single-track controller then ensures that the second output stage 58 is switched through, as a result of which the battery voltage U _Bat = U _{50f is applied} to terminal 50 f. The applied voltage U _50f provides for the toe-in of the pinion and for the switching of the relay 36 and thus for the full battery voltage U _Bat to be applied to the terminal 45 of the starter motor 8 . As a result, this is fully engaged and operated at the nominal speed. When the main bridge 37 is closed in the relay 36 , the current I _{45r must} drop, which is measured by a dummy circuit detection 62 . The first output stage 56 has a so-called sense output 57 , which delivers a current-proportional output signal I _sense . If this current decrease after a certain monitoring time has elapsed, for example after 200 milliseconds, is not detected by the dummy circuit detection, a so-called dummy circuit is detected and an abort signal 70 is output to a signal generator 54 .

Eine Blindschaltung liegt vor, wenn das Starterrit zel, beispielsweise aufgrund von Verschmutzungen, in der ersten Stufe stehenbleibt und der Hauptstrom nicht geschaltet wird. Ein solcher Fall muß vom Fah rer beziehungsweise vom IER 2 erkannt und der Start versuch abgebrochen werden, da andernfalls die ther mische Belastung der Einrückrelaiswicklungen zu groß werden könnte. Der Signalgeber 54 sorgt für einen Startabbruch und öffnet die erste Endstufe 56 und die zweite Endstufe 58.A blind connection exists if the Starterrit zel, for example due to contamination, stops in the first stage and the main current is not switched. Such a case must be recognized by the driver or by IER 2 and the start attempt must be terminated, since otherwise the thermal load on the engagement relay windings could become too great. The signal generator 54 ensures a start abort and opens the first output stage 56 and the second output stage 58 .

In einer vereinfachten Ausführung ohne Sense-Ausgang 57 wird die erste Endstufe 56 nach Ablauf der Überwa chungszeit (beispielsweise 200 ms) generell abge schaltet. Innerhalb dieser Zeit muß die Hauptbrücke 37 eingeschaltet sein. In diesem Fall fungiert Klemme 45r über den Widerstand 34 als Eingang zur Versorgung der zweiten Endstufe 58. Diese zweite Endstufe 58 steuert dann den Ausgang 50f in der bereits beschrie benen Weise. Im Falle einer Blindschaltung ist die Hauptbrücke 37 nicht geschlossen und die Versorgung der zweiten Endstufe 58 damit nicht gegeben. Der Aus gang 50f bleibt dann spannungslos und der Startver such wird selbständig unterbrochen.In a simplified version without sense output 57 , the first output stage 56 is generally switched off after the monitoring time has elapsed (for example 200 ms). The main bridge 37 must be switched on within this time. In this case, terminal 45 r acts as an input for supplying the second output stage 58 via the resistor 34 . This second output stage 58 then controls the output 50 f in the manner already described. In the case of a blind connection, the main bridge 37 is not closed and the supply of the second output stage 58 is therefore not provided. The output 50 f then remains de-energized and the start attempt is interrupted automatically.

Ist die erste Endstufe 56 durchlegiert (kurzgeschlossen), so wird auch im nicht durchge schalteten Zustand eine Spannung U_45r an der Klemme 45r gemessen. Der Startermotor 8 würde in diesem Fall drehen, jedoch nicht vorspuren, was somit kein si cherheitsrelevanter Fehler wäre. Ist die zweite End stufe 58 durchlegiert, so ist beim Einschalten der ersten Endstufe 56 auch bei nicht durchgeschalteter zweiten Endstufe 58 eine Spannung U_50f an der Klemme 50f meßbar. Die erste Endstufe 56 wird in diesem Fall sofort ausgeschaltet, bevor der Starter vorspuren kann. In beiden Fällen wird nicht gestartet und dem Fahrer zu erkennen gegeben, daß ein Fehler vorliegt. Durch die Reihenschaltung der beiden Endstufen 56 und 58 ist eine Redundanz gewährleistet, welche beim Durchlegieren einer der beiden als Leistungsschalter fungierenden Endstufen 56, 58 einen ungewollten Start und damit eine sicherheitskritische Situation vermei det.If the first output stage 56 is alloyed (short-circuited), a voltage U _{45r is} measured at the terminal 45 r even in the non-switched state. The starter motor 8 would rotate in this case, but not toe-in, which would therefore not be a safety-relevant error. The second end stage alloyed 58, so when switching on the first stage 56 is also in non-connected by the second amplifier 58, a voltage U f _50f at terminal 50 measured. In this case, the first output stage 56 is switched off immediately before the starter can advance. In both cases, the vehicle is not started and the driver is informed that there is an error. The series connection of the two output stages 56 and 58 ensures redundancy which, when one of the two output stages 56 , 58 acting as a circuit breaker is broken down, avoids an unwanted start and thus a safety-critical situation.

Weiterhin ist von jeder der Endstufen 56, 58 eine Leitung zu einem Überlastschutz 66 vorgesehen, der bei Überlastung der Endstufe 56 und/oder der Endstufe 58 ein Abbruchsignal 70 an den Signalgeber 54 lie fert, so daß dieser wiederum für einen Startabbruch sorgen kann. Darüber hinaus ist ein Endstufentest 60 vorgesehen, der ebenfalls ein Abbruchsignal 70 an den Signalgeber 54 liefern kann.Furthermore, a line to an overload protection 66 is provided from each of the output stages 56 , 58 , which produces an abort signal 70 to the signal generator 54 when the output stage 56 and / or the output stage 58 is overloaded, so that the latter can in turn ensure a start abort. In addition, an output stage test 60 is provided, which can also deliver an abort signal 70 to the signal generator 54 .

Die Schaltung wird vervollständigt durch einen Tempe ratursensor 68, der einen Ausgang 69 mit einer Ver bindung zum Signalgeber 54 aufweist und diesem eben falls ein Abbruchsignal 70 liefern kann. Durch Mes sung der unbelasteten Batteriespannung U_Bat vor dem Start kann eine Bestimmung des Bordnetzwiderstandes vorgenommen werden. Eine Messung der Batteriespannung U_Bat an Klemme 30 im weiteren Verlauf des Startvorgan ges liefert dann einen Wert für den Starterhauptsrom. Dies kann als Maß für die interne Temperaturbelastung des Starters verwendet werden. Über ein Erwärmungsmo dell der Startermechanik kann dann eine Temperatur überwachung ohne Temperatursensor im oder am Starter realisiert werden. Der Signalgeber 54 weist schließ lich noch eine Verbindung zur Zeitsteuerung 52 auf, die bei zu lang andauerndem Startvorgang ein Abbruch signal 70 liefern kann.The circuit is completed by a temperature sensor 68 , which has an output 69 with a connection to the signal generator 54 and this can also provide an abort signal 70 . The on-board electrical system resistance can be determined by measuring the unloaded battery voltage U _Bat before starting. A measurement of the battery voltage U _Bat at terminal 30 in the further course of the start process then provides a value for the starter main current. This can be used as a measure of the internal temperature load on the starter. Temperature monitoring without a temperature sensor in or on the starter can then be implemented via a heating model of the starter mechanism. The signal generator 54 finally has a connection to the timer 52 , which can deliver an abort signal 70 if the starting process is too long.

Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des IER 2 mit zur erfindungsgemäßen Funktion notwendigen und zweckmäßigen Peripherieschaltungen. Gleiche Teile wie in den vorangegangenen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Das IER 2 weist eine zentrale Recheneinheit auf, die im folgenden als CPU 72 bezeichnet wird. In dieser CPU 72 werden die Signale der gesamten Peripherie, wie bereits zur Fig. 3 beschrieben, erfaßt und die Endstufen 56, 58 entsprechend abhängig davon gesteu ert. Zur besseren Verständlichkeit der Funktion sind alle Steuerleitungen als schwach ausgezogene Linien gezeichnet. Die mit hohen Strömen beaufschlagten Ein- und Ausgänge der Endstufen 56 und 58, das heißt deren elektrische Verbindungen zum Einrückrelais 36 bezie hungsweise zum Startermotor 8, sind mit stark ausge zogenen Linien gezeichnet. Fig. 4 shows an exemplary embodiment of the IER 2 with necessary for the inventive function, and appropriate peripheral circuits. The same parts as in the previous figures are provided with the same reference numerals and are not explained again. The IER 2 has a central processing unit, which is referred to below as CPU 72 . The signals of the entire periphery are detected in this CPU 72 , as already described for FIG. 3, and the output stages 56 , 58 are controlled accordingly, depending on this. To make the function easier to understand, all control lines are drawn as weak solid lines. The inputs and outputs of the output stages 56 and 58 , which are subjected to high currents, that is to say their electrical connections to the engagement relay 36 or to the starter motor 8 , are drawn with strongly drawn lines.

Das IER 2 kann als Leistungsschalter wirkende Endstu fen 56 und 58 in Highside-Powerswitch-Technik enthal ten. Diese Bauelemente enthalten einen Leistungs-MOS- FET mit Ansteuerung (Ladungspumpe), eine Schutzelek tronik (Temperatur, Verpolung) und Diagnosefunktionen (Statusausgang und Stromsensor). Ebenso möglich ist ein diskreter Aufbau mit MOS-FETs oder anderen Tran sistoren mit entsprechend höherem Aufwand. Die Steue rung im IER 2 wird durch einen Mikrokontroller, mit internem ROM- und RAM-Speicher, Watchdog und AD-Wand ler, vorgenommen. Eine diskrete Ablaufsteuerung wäre für den reinen Startvorgang ebenfalls möglich. Die Zusatzfunktionen zur Überwachung ließen sich aber nur mit großem Aufwand hierbei integrieren.The IER 2 can contain end stages 56 and 58 that act as circuit breakers using highside powerswitch technology. These components contain a power MOSFET with control (charge pump), protective electronics (temperature, polarity reversal) and diagnostic functions (status output and current sensor) ). A discrete structure with MOS-FETs or other transistors is also possible with a correspondingly higher outlay. The IER 2 is controlled by a microcontroller with internal ROM and RAM memory, watchdog and AD converter. A discrete sequence control would also be possible for the pure starting process. The additional functions for monitoring could only be integrated with great effort.

Im folgenden wird detailliert die beispielhafte Ver schaltung der CPU 72 zur Erzielung einer einwand freien und störunempfindlichen Funktion im Kraftfahr zeug beschrieben. Dazu ist zunächst eine Pufferung der von der Starterbatterie 4 gelieferten Versor gungsspannung erforderlich, um bei Spannungsschwan kungen keine Fehlfunktionen der CPU 72 auszulösen. Aus diesem Grund ist keine direkte Verbindung von der Klemme 30 zur CPU 72 vorgesehen, sondern eine Schutz schaltung 84 zwischengeschaltet. Diese Schutzschal tung 84 weist somit eine Verbindung zur Klemme 30 des IER 2 und einen stabilisierten und gepufferten Aus gang 79 auf, der die CPU mit einer konstanten und von überlagerten Wechselstromanteilen befreiten Gleich spannung versorgt. Gleichzeitig kann die Schutzschal tung 84 für einen EMV-Schutz, das heißt für elektro magnetische Verträglichkeit beziehungsweise einen Schutz vor hochfrequenter Störstrahlung, sorgen.In the following, the exemplary circuit of the CPU 72 is described in detail to achieve a faultless and interference-free function in the motor vehicle. For this purpose, a buffering of the supply voltage supplied by the starter battery 4 is first necessary in order not to trigger malfunctions of the CPU 72 in the event of voltage fluctuations. For this reason, no direct connection from the terminal 30 to the CPU 72 is provided, but a protective circuit 84 interposed. This protective circuit 84 thus has a connection to the terminal 30 of the IER 2 and a stabilized and buffered output 79 , which supplies the CPU with a constant DC voltage freed from superimposed AC components. At the same time, the protective circuit 84 can provide EMC protection, that is to say electromagnetic compatibility or protection against high-frequency interference.

Erkennbar ist weiterhin eine Verbindung der Schutz schaltung 84 zu einem Spannungsregler 76, der von der Schutzschaltung 84 mit einer stabilisierten 24-Volt- Spannung versorgt wird und die CPU 72 mit kleineren Spannungen (Spannungsversorgung 78) versorgen kann, wie sie beispielsweise zum permanenten "Refresh" von RAM-Speicherbausteinen notwendig sind.A connection of the protective circuit 84 to a voltage regulator 76 can also be seen , which is supplied by the protective circuit 84 with a stabilized 24 volt voltage and can supply the CPU 72 with smaller voltages (voltage supply 78 ), such as, for example, for a permanent "refresh""of RAM memory modules are necessary.

Der das Signal vom Anlaßschalter 24 liefernde Steuer eingang an Klemme 50e des IER 2 ist mit einem Eingang 74 verbunden, der in Abhängigkeit vom empfangenen Si gnal ein Power-On-Signal 75 an die CPU 72 liefert. In Fig. 4 ist weiterhin eine Diagnoseschaltung 88 vor gesehen, mit der die einwandfreie Funktion der CPU 72 laufend überwacht werden kann und/oder die es ermög licht, bei Fehlfunktionen qualifizierte Fehlermeldun gen zu liefern. Der bereits beschriebene Temperatur sensor 68, der bei drohender Überhitzung des Starter motors 8 und/oder des Starterrelais 36 ein Abbruchsi gnal 70 zum Abbruch des Startvorganges liefert, weist eine direkte Verbindung zur CPU 72 auf. The signal delivered by the starter switch 24 to control input terminal 50 of the IER e 2 is connected to an input 74 which gnal a power-on signal 75 provides in response to the received Si to the CPU 72nd In Fig. 4, a diagnostic circuit 88 is also seen before, with which the proper functioning of the CPU 72 can be continuously monitored and / or which makes it possible to provide qualified error messages in the event of malfunctions. The temperature sensor 68 already described, which delivers an abort signal 70 to abort the starting process in the event of impending overheating of the starter motor 8 and / or the starter relay 36 , has a direct connection to the CPU 72 .

Die Klemme 30 weist neben der Steuerleitung (dünn ge zeichnet) zur Schutzschaltung 84 eine Verbindung (stark gezeichnet) zum Eingang der ersten Endstufe 56 auf, deren Ausgang in Verbindung mit der Klemme 45r sowie dem Eingang der zweiten Endstufe 58 steht. De ren Ausgang steht über eine zwischengeschaltete Ver polschutzdiode 90 mit der Klemme 50f in Verbindung (stark gezeichnet) und liefert die zur Ansteuerung der Relaisspule 38 des Starterrelais 36 erforderliche Spannung U_50f. Die Verpolschutzdiode 90 ist in Durch laßrichtung in die Verbindungsleitung zur Klemme 50f eingesetzt. Weiterhin ist eine (stark gezeichnete) Verbindung vom n-Ausgang der Verpolschutzdiode 90 zum n-Ausgang, das heißt zu einer in Sperrichtung auf Masse 12 beziehungsweise auf Klemme 31 geschaltete Freilaufdiode 92 erkennbar. Diese Freilaufdiode 92 kann für einen Kurzschluß von Wechselstromanteilen in der Versorgungsspannung des Kraftfahrzeuges und damit für einen Schutz der CPU 72 gegen Beschädigung durch Spannungsspitzen beim Ausschalten der Relaisspule 38 sorgen. Vom Ausgang zur Klemme 50f ist eine (dünn ge zeichnete) Steuerleitung zur CPU 72 vorgesehen, die somit den aktuellen Status jeder einzelnen Eingangs- und Ausgangsleitung des IER 2 überwachen kann.The terminal 30 has in addition to the control line (thinly drawn) to the protective circuit 84 a connection (strongly drawn) to the input of the first output stage 56 , the output of which is connected to the terminal 45 r and the input of the second output stage 58 . De ren output is connected via an interposed pole protection diode 90 to the terminal 50 f (strongly drawn) and supplies the voltage U _50f required to control the relay coil 38 of the starter relay 36 . The polarity reversal protection diode 90 is inserted in the through direction in the connecting line to terminal 50 f. Furthermore, a (strongly drawn) connection from the n output of the polarity reversal protection diode 90 to the n output, that is to say to a freewheeling diode 92 connected in the blocking direction to ground 12 or to terminal 31 , can be seen. This freewheeling diode 92 can ensure a short circuit of AC components in the supply voltage of the motor vehicle and thus protect the CPU 72 against damage by voltage peaks when the relay coil 38 is switched off. From the output to terminal 50 f, a (thinly drawn) control line to the CPU 72 is provided, which can thus monitor the current status of each individual input and output line of the IER 2 .

Schließlich sind die Verbindungsleitungen der CPU 72 zur Ansteuerung und Überwachung der beiden Endstufen 56, 58 erkennbar. Neben den beiden Eingängen zur An steuerung der ersten und der zweiten Endstufe 56, 58 sind dies der Sense-Ausgang 57 von der ersten Endstu fe 56 und ein Status-Ausgang 59 von der zweiten End stufe 58, der bei Fehlfunktionen das Abbruchsignal 70 für einen Startabbruch liefern kann.Finally, the connecting lines of the CPU 72 for controlling and monitoring the two output stages 56 , 58 can be seen . In addition to the two inputs for controlling the first and second output stages 56 , 58 , these are the sense output 57 from the first output stage 56 and a status output 59 from the second output stage 58 , which, in the event of malfunctions, the termination signal 70 for a Abort can deliver.

Claims

1. Arrangement for controlling an electrical machine ne, in particular for controlling an electrical starter for starting an internal combustion engine, with a switching means for establishing an electrical connection between a voltage source and the electrical starter, the electrical starter when the switching means is actuated via a trace Translation with a crank mechanism of the internal combustion engine can be coupled, characterized in that an electronic control unit is arranged in the connection between the voltage source ( 4 ) and the electrical starter, via which a voltage and / or a current and / or a switch-on time for the electrical Starter is controllable.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electronic control unit is an integrated electronic relay (IER 2 ).

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that a two-stage control of the electrical starter ( 8 ) can be effected by the IER ( 2 ).

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the IER ( 2 ) has a central control unit (CPU 72 ).

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the IER ( 2 ) has at least two electronic Lei circuit breaker ( 56 , 58 ) which can be controlled in succession depending on time parameters.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the at least two electronic power switches ( 56 , 58 ) are connected in series.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the at least two electronic power switches ( 56 , 58 ) each have a power transistor.

8. The arrangement according to claim 6, characterized in that the at least two electronic power switches ( 56 , 58 ) each have a power MOS FET.

9. The arrangement according to claim 8, characterized in that the at least two electronic power switches ( 56 , 58 ) each have a charge pump for control.

10. The arrangement according to claim 9, characterized in that the at least two electronic Lei circuit breakers ( 56 , 58 ) each have protective electronics for protection against overtemperature and / or spoilage.

11. The arrangement according to claim 10, characterized in that the at least two electronic Lei circuit breakers ( 56 , 58 ) each have a diagnostic output.

12. The arrangement according to claim 11, characterized in that the first electronic circuit breaker ( 56 ) has a sense output ( 57 ) which can deliver a - to the through the electronic circuit breaker ( 56 ) flowing current - proportional output signal.

13. Arrangement according to one of claims 2 to 12, characterized in that the IER ( 2 ) at least two connections ( 30 , 31 ) for a voltage supply by the starter battery ( 4 ), at least one control input ( 50 e) and at least two Control outputs ( 45 r, 50 f) has.

14. Arrangement according to claim 13, characterized in that a first electronic circuit breaker ( 56 ) is coupled to the first control output ( 45 r) and a second electronic circuit breaker ( 58 ) is coupled to the second control output ( 50 f).

15. The arrangement according to claim 13, characterized in that when the first electronic circuit breaker ( 56 ) is turned on, the first control output ( 45 r) can be acted upon by a voltage (U _45r ).

16. The arrangement according to claim 13, characterized in that when the second electronic circuit breaker ( 58 ) is connected, the second control output ( 50 f) can be acted upon by a voltage (U _50f ).

17. The arrangement according to claim 16, characterized in that the first electronic circuit breaker ( 56 ) via a series resistor ( 34 ) with a main connection (terminal 45 ) of the starter motor ( 8 ) can be coupled and the starter motor ( 8 ) with a lower current can supply as its nominal current.

18. The arrangement according to claim 16, characterized in that the second electronic circuit breaker ( 58 ) can act on a relay winding ( 38 ) of a starter relay ( 36 ) with the voltage (U _50f ).

19. Arrangement according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the switching means is a manually operated starter switch ( 24 ).

20. Arrangement according to one of claims 1 to 18, characterized in that the switching means is an electronically actuated starter switch ( 24 ).

21. The arrangement according to claim 20, characterized in that the starter switch ( 24 ) can be controlled by a motor electronics.

22. The arrangement according to claim 21, characterized in that a control current (I _VSP ) can be influenced by the timing control ( 52 ) of the electrical starter.

23. The arrangement according to claim 21, characterized in that the time control ( 52 ) can influence a control current (I _50fNenn ) depending on the actuation time of the electrical starter.

24. A method for controlling an electrical machine, in particular for controlling an electrical starter for starting an internal combustion engine, with a switching means for establishing an electrical connection between a voltage source and the electrical starter, the electrical starter being actuated by a switchable signal Translation with a crank mechanism of the internal combustion engine can be coupled, characterized in that by means of an electronic control device arranged in the connection between the voltage source ( 4 ) and the electric starter, by stepwise control of a current and / or a voltage and / or a switch-on time the electric starter is operated in two stages.

25. The method according to claim 24, characterized in net that the starter pinion is turned on in the first stage spurt and in the second stage the starter motor is going crazy.

26. The method according to claim 20, characterized in that the IER ( 2 ) upon actuation of the starter switch ( 24 ) initially applies a voltage to the electric starter that is less than the nominal voltage of the electric starter until the starter pinion is engaged.

27. The method according to claim 26, characterized in net that the electrical during the engagement process Low torque starter is operated and that the electric starter after the meshing the internal combustion engine with its nominal torque freaked out.

28. The method according to claim 27, characterized in net that the timing (52) depending on the actuation time of the electric starter Tensions affected.

29. The method according to claim 28, characterized in net that depending on one at the electrical Starter measured temperature the maximum possible Start time is reduced.