Derartige Steuergeräte sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise der europäischen Patentanmeldung 0 855 799 bekannt.

Bei den bislang bekannten Steuergeräten erfolgt eine Bestimmung des in den Lastkreis fließenden Stroms entweder über einen Shunt-Widerstand oder einen Meßverstärker, die beide aufwendig zu realisieren sind. Bei einem Shunt- Widerstand kommt noch hinzu, daß dieser den Wirkungsgrad verschlechtert und Wärme erzeugt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät der gattungs- gemäßen Art derart zu verbessern, daß in einfacher Weise eine Bestimmung des in den Lastkreis fließenden Stromes möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Steuergerät der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Stromerfassungseinheit zur Bestimmung des vor dem Meßausschaltintervall in den Lastkreis fließenden Stroms in dem Meßausschaltintervall die Dauer der Freilaufzeit erfaßt und aus dieser den Strom errechnet.

Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß diese mit einfachen und kostengünstigen Mitteln die Bestimmung des in den Lastkreis fließenden Stromes erlaubt.

Hinsichtlich der Messung der Freilaufzeit sind die unterschiedlichsten Möglich- keiten denkbar. Beispielsweise wäre es denkbar, durch Spannungsabtastungen die Zeit zu ermitteln, während welcher eine Freilaufspannung kleiner Null im Meßausschaltintervall vorliegt. Dies würde jedoch eine hohe Zahl von Abtastungen erfordern.

Aus diesem Grund sieht ein besonders günstiges Ausführungsbeispiel vor, daß die Stromerfassungseinheit die Freilaufzeit über eine Integrationsstufe erfaßt, welche einen Referenzwert über die Freilaufzeit integriert. Damit ist eine ein- fache Möglichkeit geschaffen, die Freilaufzeit mittels eines einfach meßbaren Wertes zu erfassen.

Besonders einfach läßt sich die Integrationsstufe dann betreiben, wenn während der Zeit, während der die Spannung im Lastkreis kleiner Null ist, die Integrationsstufe durch einen durch die Spannung im Lastkreis gesteuerten Schalter aktiviert ist.

Ein derartiger Schalter läßt sich im einfachsten Fall als Schalttransistor ausführen, dessen Basis durch die Spannung im Lastkreis gesteuert ist.

Hinsichtlich der Ausbildung der Integrationsstufe selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.

So sieht eine besonders einfache Lösung vor, daß die Integrationsstufe eine Integration einer Spannung als Referenzwert über die Freilaufzeit durchführt, da Spannungen als Referenzwerte bei dem erfindungsgemäßen Steuergerät in einfacher Weise generierbar sind und außerdem integrierte Spannungen in einfacher Weise meßbar sind.

Hinsichtlich der schaltungstechnischen Ausbildung der Integrationsstufe selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine besonders günstige Lösung vor, daß die Integrationsstufe ein RC-Glied umfaßt.

Mit einem derartigen RC-Glied läßt sich die Integrationsstufe besonders einfach und kostengünstig realisieren.

Bei einem derartigen RC-Glied läßt sich die Integration besonders günstig dadurch durchführen, daß das Aufladen des Kondensators des RC-Gliedes über einen durch die Spannung im Lastkreis ansteuerbaren elektronischen Schalter gesteuert wird.

Um mit der Integrationsstufe immer wieder neue Integrationen starten zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der in der Integrationsstufe gespeicherte Wert nach Beendigung des Meßausschaltintervalls gelöscht wird.

Besonders einfach läßt sich dieses Löschen dadurch realisieren, daß der in der Integrationsstufe gespeicherte Wert durch das wiederauftretende pulsweiten- modulierte Steuersignal gelöscht wird.

Besonders einfach läßt sich dies dadurch realisieren, daß die Löschung durch ein Einschaltintervall des pulsweitenmodulierten Steuersignals erfolgt.

Um in einfacher Weise den von der Integrationsstufe gemessenen Wert für die Freilaufzeit auswerten zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Inte- grationsstufe den bei der Integration ermittelten Wert bis zur Beendigung des Meßausschaltintervalls hält.

Im Rahmen der bislang beschriebenen erfindungsgemäßen Lösungen wurde lediglich davon ausgegangen, daß die im Lastkreis vorhandene induktive Last einen Freilaufstrom erzeugt.

Ist jedoch die induktive Last ein Elektromotor, so erzeugt dieser in dem Meß- ausschaltintervall auch noch eine Generatorspannung, die Einfluß auf die gemessene Freilaufzeit hat und somit auch bei der Errechnung des in den Last- kreis fließenden Stroms zu berücksichtigen ist.

Aus diesem Grund ist bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuergeräts, bei welchem die induktive Last im Lastkreis ein Elektromotor ist, die Stromerfassungseinheit so ausgebildet, daß sie zur Bestimmung des Motorstroms in dem Meßausschaltintervall die Dauer der Freilaufzeit und den Plateauwert der Generatorspannung nach der Freilaufzeit mißt.

Mit diesen Größen ist die Stromerfassungseinheit ebenfalls in der Lage, den Strom in den Laststromkreis vor Auftreten des Meßausschaltintervalls zu bestimmen.

Hinsichtlich der Bestimmung des Plateauwerts der Generatorspannung sind unterschiedliche Lösungen denkbar. So wäre es beispielsweise denkbar, nach Ablauf der Freilaufzeit die Spannung im Meßausschaltintervall zu erfassen, wobei das Problem besteht, Verfälschungen der Generatorspannung, die durch alle Arten von Störungen auftreten können, zu eliminieren. Ausreichend präzise läßt sich der Plateauwert der Generatorspannung nach der Freilaufzeit dann ermitteln, wenn die Stromerfassungseinheit die Generator- spannung im Plateaubereich durch mehrere Spannungsabtastungen mißt.

Durch diese mehreren Spannungsabtastungen läßt sich die Präzision der Messung erhöhen.

Besonders günstig ist es dabei, wenn die Stromerfassungseinheit eine Mittelung der bei den mehreren Spannungsabtastungen gemessenen Werte durchführt.

Prinzipiell wäre es denkbar, daß die Stromerfassungseinheit stets ent- sprechend der die Freilaufzeit und gegebenenfalls die Generatorspannung mit dem Strom verknüpfenden Formel den Strom ausrechnet.

Dies erfordert jedoch einen erheblichen Rechenaufwand und damit selbst bei hierfür nicht geeigneten Prozessoren eine erhebliche Rechenzeit.

Aus diesem Grund ist es besonders günstig, wenn die Stromerfassungseinheit bei der Ermittlung des Stroms mittels dem erfaßten Maß für die Freilaufzeit einen Wert aus einer Tabelle entnimmt, mit welchem sich durch Multiplikation der Strom ermitteln läßt.

Das heißt, daß die Stromerfassungseinheit, insbesondere deren Prozessor, nicht die gesamte mathematische Formel stets ausrechnen muß, sondern daß die Rechenarbeit bei der Erstellung der Tabelle erfolgt und somit der Prozessor der Stromerfassungseinheit lediglich den der dem Maß der Freilaufzeit ent- sprechenden Wert aus der Tabelle auslesen muß und mit diesem Wert lediglich noch eine Multiplikation, beispielsweise eine Multiplikation mit der an dem Freilaufelement abfallenden konstanten Spannung oder gegebenenfalls der Summe aus dieser Spannung und der Generatorspannung, durchführen muß, um den Wert für den Strom zu erhalten.

Damit wird der Rechenaufwand und somit auch die Rechenzeit bei der Bestimmung des Stroms erheblich reduziert, so daß im Zusammenhang mit jedem Meßausschaltintervall in einfacher Weise und auch mit einfachen Prozessoren der Wert für den Strom bestimmt werden kann.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich somit die bei der Ermittlung des Stroms während des Meßausschaltintervalls erforderlichen Rechenoperationen auch im Fall eines Elektromotors, der eine Generatorspannung erzeugt, auf eine Addition und eine Multiplikation reduzieren und im Fall einer induktiven Last, die keine Generatorspannung erzeugt, auf eine reine Multiplikation.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nach- folgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Aus- führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lösung.

In der Zeichnung zeigen : Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Steuergeräts ; Fig. 2 eine Darstellung des Verhaltens der Spannung am Freilauf- element und des Freilaufstroms in einem Meßausschalt- intervall ; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Integrationsstufe mit Auswertung bei der erfindungsgemäßen Stromerfassungs- einheit und Fig. 4 eine Darstellung einer Spannung UINT über dem Verlauf der Spannung am Freilaufelement.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuergeräts, in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet, betreibt einen Lastkreis 12 mit einer induktiven Last, die im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Elektromotor M ist.

Erfindungsgemäß kann jedoch in dem Lastkreis 12 auch jede anders geartete induktive Last, also beispielsweise auch ein Elektromagnet oder eine Heizspule vorgesehen sein.

Zum Betreiben der induktiven Last M umfaßt das Steuergerät 10 eine Steuer- stufe 14, welche ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal SPWM erzeugt, mit welchem eine Leistungsstufe 16 ansteuerbar ist, die ihrerseits einen durch das pulsweitenmodulierte Steuersignal SPWM steuerbaren elektronischen Schalter 18 umfaßt, der beispielsweise als Feldeffekttransistor ausgebildet sein kann.

Mit diesem durch das Steuersignal SPWM gesteuerten elektronischen Schalter 18 wird eine dem Steuersignal SPWM vom Zeitverlauf her entsprechende, bei- spielsweise invertierte, pulsweitenmodulierte Speisespannung PWM erzeugt, mit welcher über eine Anschlußklemme 20 des Lastkreises 12 eine Speisung der in diesem vorhandenen induktiven Last M erfolgt.

Zwischen der Anschlußklemme 20 und Masse liegt ferner noch ein als Ganzes mit 22 bezeichnetes Freilaufelement, beispielsweise eine Freilaufdiode ist, die beim Abschalten der pulsweitenmodulierten Speisespannung PWM den von der Induktivität M erzeugten Freilaufstrom IF übernimmt.

Das Freilaufelement 22 kann aber auch ein synchron zum pulsweiten- modulierten Steuersignal SPWM gesteuerter elektronischer Schalter sein.

Ferner umfaßt das erfindungsgemäße Steuergerät 10 eine Stromerfassungs- einheit 24, deren Eingang 26 mit der Anschlußklemme 20 verbunden ist, so daß diese in der Lage ist, eine im Lastkreis 12 anliegende Spannung U zu erfassen.

Die Stromerfassungseinheit 24 weist ferner noch einen Anschluß 28 auf, mit welchem diese das pulsweitenmodulierte Steuersignal SPWM erfaßt.

Ferner kommuniziert die Stromerfassungseinheit 24 noch mit der Steuerstufe 14 und veranlaßt diese, das pulsweitenmodulierte Steuersignal SPWM durch Meßausschaltintervalle zu unterbrechen, so daß bei der Speisung des Last- kreises 12 die pulsweitenmodulierte Speisespannung PWM ebenfalls durch ein derartiges Meßausschaltintervall MAI unterbrochen wird.

Bei einer Unterbrechung der Speisung des Lastkreises 12 führt die im Lastkreis 12 vorhandene Induktivität zu einem über das Freilaufelement 22 fließenden Freilaufstrom IF, welcher ungefähr exponentiell abfällt und während einer Frei- laufzeit F fließt.

Während dieser Freilaufzeit F ist die an der Klemme 20 des Lastkreises 12 gemessene Freilaufspannung UF kleiner Null.

Im Fall einer Induktivität in Form einer Spule oder eines Magneten oder einer Heizung tritt innerhalb des jeweiligen Meßausschaltintervalls MAI nach Ablauf der Freilaufzeit F im Lastkreis 12 keine Spannung mehr auf.

Die erfindungsgemäße Stromerfassungseinheit 24 arbeitet in diesem Fall so, daß sie die Freilaufzeit F erfaßt, denn diese ist ein Maß für den Strom, der während der Zeit der eingeschalteten pulsweitenmodulierten Speisespannung PWM in den Lastkreis 12 geflossen ist.

Ist dagegen in dem Lastkreis 12 ein Elektromotor M als induktive Last vor- gesehen, so erzeugt dieser Elektromotor M nach Abschalten der pulsweiten- modulierten Speisespannung PWM in dem Meßausschaltintervall MAI eine Generatorspannung UG. Diese ist im Fall des Elektromotors M als induktive Last im Lastkreis 12 zu berücksichtigen und wirkt sich auch auf den Freilaufstrom IE und die Freilaufzeit F aus. Der Freilaufstrom IF baut sich in diesem Fall an der entgegengesetzten Generatorspannung UG, an dem Freilaufelement 22 und am Innenwiderstand des Elektromotors M ab, wobei dann wenn IF fließt UF der Diodenspannung des Freilaufelements 22 entspricht.

Die Generatorspannung U ist insbesondere abhängig vom Aufbau des Elektromotors M, und von dessen Drehzahl.

Die Generatorspannung De ist innerhalb des jeweiligen Meßausschaltintervalls MAI nach Beendigung der Freilaufzeit F meßbar und nimmt ausgehend von dem Wert Null bis zu einem Plateauwert UGMAX ZU, wobei nach Ausbildung des Plateauwertes UGMAX die Generatorspannung U über das ganze Plateau P im wesentlichen über der Zeitachse t konstant sein sollte, wenn keine Störungen diesen Plateauwert UGMAX verfälschen.

Grundsätzlich ist es möglich, die Freilaufzeit F dadurch zu messen, daß geprüft wird, wie lange die Spannung U über dem Freilaufelement 22 der Dioden- spannung von beispielsweise-0,7 V entspricht.

In diesem Fall läßt sich der Laststrom ILI, T Wie folgt berechnen : RL (UGMAx +UD) (1e L ru Last-RL F e LL Dabei bedeutet UGMAX die zu messende Generatorspannung F die zu messende Freilaufzeit Do die am Freilaufelement 22 abfallende Spannung RL der Ohm'sche Widerstand im Lastkreis 12 LL die Induktivität des Lastkreises 12 Da die Dauer der Freilaufzeit F problematisch zu messen ist, wird vorzugsweise erfindungsgemäß in der Stromerfassungseinheit 24 zur Messung der Freilauf- zeit F eine in Fig. 3 dargestellte Integrationsstufe 30 eingesetzt, welche ein zwischen einer Batteriespannung UB und Masse liegendes RC-Glied 32 umfaßt, dessen Kondensator C einerseits mit der stabilisierten Batteriespannung UB verbunden ist und andererseits über ein Mittelabgriff 34 mit dem Widerstand R, der über einen Schalttransistor T1 wiederum auf Masse gelegt werden kann.

Zum Aufladen des Kondensators C des RC-Glieds 32 ist die Basis des Transistors Tl mit dem Anschluß 26 und somit mit der Anschlußklemme 20 verbunden, wobei zwischen dem Anschluß 26 und der Basis des Schalt- transistors T1 ein Basiswiderstand RB vorgesehen ist.

Wird der Schalttransistor Tl durchgesteuert, so erfolgt über den Widerstand R, der bei durchgeschaltetem Schalttransistor T1 auf Masse liegt, ein Aufladen des Kondensators C, wobei ein das Ergebnis einer Integration darstellende Spannung UINT am Mittelabgriff 34 zunächst bei entladenem Kondensator C der Batteriespannung UB entspricht und mit zunehmender Aufladung des Konden- sators C absinkt, wie schematisch in Fig. 3 und als Messung in Fig. 4 darge- stellt.

Diese Spannung UINT am Mittelabgriff 34 wird beispielsweise von einem A/D- Wandler 36 zu einem Zeitpunkt tw in einen digitalen Wert umgewandelt, wobei der Zeitpunkt tw innerhalb des Meßausschaltintervalls MAF so gelegt ist, daß die Erfassung von UINT durch Wandlung in einen digitalen Wert mit Sicherheit nach Beendigung der maximal möglichen Freilaufzeit erfolgt.

Um den im Kondensator C gespeicherten Spannungswert UINT zu löschen, liegt zwischen dem Mittelabgriff 34 und der Batteriespannung De ein Schalt- transistor T2, dessen Basis über einen Basiswiderstand RB2 durch das puls- weitenmodulierte Steuersignal SPWM angesteuert ist, wobei bei diesem Fall das pulsweitenmodulierte Steuersignal SPWM invertiert zur pulsweiten- modulierten Speisespannung PWM ist (Fig. 3).

Dieses pulsweitenmodulierte Steuersignal SPWM liegt am Anschluß 28 der Stromerfassungseinheit 24 an.

Der Schalttransistor T2 wird jeweils bei einer Einschaltflanke der pulsweiten- modulierten Speisespannung PWM durchgeschaltet und entlädt den Konden- sator C somit zum Zeitpunkt tL (Fig. 4).

Die Integrationsstufe 30 läuft auch bei der normalen pulsweitenmodulierten Speisespannung PWM ebenfalls mit und integriert während der Ausschalt- intervalle der pulsweitenmodulierten Speisespannung PWM einen Wert, der jedoch bei den Einschaltintervallen der pulsweitenmodulierten Speisespannung PWM wieder durch den Schalttransistor T2 gelöscht wird.

Bei einem Meßausschaltintervall MAI erfolgt während der Zeit, während der die Freilaufspannung UF anliegt und somit die Spannung U über dem Freilauf- element 22 negativ ist, ein Durchschalten des Schalttransistors Tl und somit während der Freilaufzeit F, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Freilaufspannung UF gleich Null wird, ein Aufladen des Kondensators C und somit eine Absenkung der an dem Mittelabgriff 34 anliegenden Spannung UINT. Der abgesenkte Wert, den die Spannung UINT bis zum Ende der Freilaufzeit F den Mittelabgriff 34 erreicht stellt das Maß für die Dauer der Freilaufzeit F dar.

Dieser Wert UINT wird vom Kondensator C so lange gehalten, bis die nächste Einschaltflanke der pulsweitenmodulierten Speisespannung PWM zum Zeit- punkt tL auftritt.

Zur Messung der maximalen Generatorspannung UGMAX ist mit dem Anschluß 26 gleichzeitig noch ein A/D-Wandler 38 verbunden und die beiden A/D- Wandler 36 und 38 der Stromerfassungseinheit 24 sind mit einem Prozessor 40 der Stromerfassungseinheit 24 gekoppelt, der die Auswertung vornimmt und den Laststrom ermittelt.

Die Messung der maximalen Generatorspannung UGMAX erfolgt mit dem A/D- Wandler 38 zu zwei Zeitpunkten tiund t2 in dem Bereich des Meßausschalt- intervalls, in dem das Plateau P der Generatorspannung Us vorliegt, durch Spannungsabtastungen AI und A2, wobei vorzugsweise ein Mittelwert der zu den Zeitpunkten ti und t2 gemessenen Spannungen UGMAX gebildet wird, um Störungen zu eliminieren.

Es ist aber auch denkbar, mit dem A/D-Wandler 38 noch zu weiteren Zeit- punkten Spannungsabtastungen vorzunehmen und über mehrere Spannungs- abtastungen dann eine mittlere Generatorspannung UGMAX zu ermitteln.

Der Prozessor 40 ist nun in der Lage, die Mittelwerte der vom A/D-Wandler 38 Spannungen UGMAX zu bestimmen und mit diesen und der vom A/D-Wandler 36 gewandelten Spannung UINT, die ein Maß für die Freilaufzeit darstellt, den Last- strom ILAST zu errechnen.

Vorzugsweise ermittelt der Prozessor 40 den Laststrom ILast dabei gemäß der Formel 1 (-R) C ln"''' - Last ¢JGMAX+ %) R k e ii U. e Dabei bedeutet , las der zu berechnende Laststrom UGMAX die zu messende Generatorspannung Ut der im Kondensator C gespeicherte und zu messende Spannungswert Do die am Freilaufelement 22 abfallende Spannung, die konstant ist RL der Ohm'sche Widerstand im Lastkreis 12, die konstant ist LL die Induktivität des Lastkreises 12, die konstant ist R der Ohm'sche Widerstand des RC-Glieds 32, die konstant ist C die Kapazität des RC-Glieds 32, die konstant ist UB die stabilisierte Batteriespannung die am RC-Glied anliegt, die konstant ist U eine Motorkonstante, die konstant ist.

Da lediglich die Generatorspannung UGMAX und der Spannungswert UINT variable Größen sind, die sich bei der Änderung von IL", t auch ändern, besteht die Möglichkeit, die Berechnung von Last zou vereinfachen und die Werte W des gesamten Ausdrucks als von UINT abhängige Wertetabelle ablegen : UINT1 VINT2 VINT3 VINTn Wi W2 I W3 I"Wn so daß nach jeder Bestimmung von UINT der entsprechende Wert W aus der Tabelle ausgelesen werden kann und sich folglich komplizierte und zeitauf- wendige Rechenvorgänge bei der Berechnung von I) ast in dem jeweiligen Meß- ausschaltintervall erübrigen.

Beispielsweise werden zuerst die Spannungsabtastungen zu den Zeitpunkten ti und t2 durchgeführt und daraus wird dann durch Mittelung UGMAX vom Prozessor 40 errechnet. Anschließend wird zum Zeitpunkt tw noch UINT-als Maß für die Freilaufzeit F-bestimmt und entsprechend der Formel ILast = (UGMAX'+ UD) W dann vom Prozessor 40 ILast errechnet.

Ist im Lastkreis 12 anstelle des Motors M nur eine Induktivität, beispielsweise in Form eines Magneten oder einer Spule vorhanden, so tritt keine Generator- spannung Us auf und die Generatorspannung UGMAX ist in der Formel gleich Null zu setzen.

Der Prozessor 40 ist somit nach jedem Meßausschaltintervall MAI in der Lage, den Strom IL, lt zu errechnen, der bei der vorausgegangenen pulsweiten- modulierten Speisespannung PWM in den Lastkreis 12 geflossen ist.