DE19615581A1 - Verfahren zum Ansteuern elektrischer Antriebe in Fahrzeugen - Google Patents
Verfahren zum Ansteuern elektrischer Antriebe in FahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Patentanspruch 1.
Derartige Verfahren sind allgemein üblich und dienen dem Ziel, einen Einklemm
zustand zu erkennen und ggf. den Elektromotor abzustellen oder in der Bewe
gungsrichtung umzukehren. Bei einem Grenz-Drehmoment, das durch die dann
vorliegende Klemmwirkung zwischen dem angetriebenen Element und Konstrukti
onsteilen, die die Endlage des Elements markieren, bestimmt ist, erfolgt die Ab
schaltung des Antriebs- bzw. seine Bewegungsumkehr (vgl. DE 39 29 986 A).
Völ
lig unberücksichtigt bleibt dabei das Zusammenspiel zwischen der Leistungsfähig
keit des Elektromotors und der Belastbarkeit der damit zusammenwirkenden me
chanischen Komponenten. Es ist lediglich in der Weise berücksichtigt, als auch bei
Auftreten des maximalen vom Elektromotor gelieferten Drehmoments die Mechanik
und die angetriebenen Komponenten keinen Schaden nehmen. Das maximale
Drehmoment tritt i.d.R. dann auf, wenn der Elektromotor blockiert wird.
Ein typischer Anwendungsfall hierfür ist beispielsweise der Antrieb eines Schei
benwischers, der auch dann nicht eine nachwirkende Funktionsbeeinträchtigung
erfahren darf, wenn der Scheibenwischer beispielsweise aufgrund einer Vereisung
des Wischblatts auf der Scheibe festfriert. Das dann wirksame Drehmoment ist
erheblich größer als das während des normalen Wischerbetriebs erforderliche und
wirksame.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, das es ermöglicht, die mit dem Elektromotor zusammenwirkenden
mechanischen Komponenten hinsichtlich ihrer Betriebsfestigkeit und Belastbarkeit
schwächer als für die Bedingungen auszulegen, wie sie bei einem Blockieren des
Elektromotors erforderlich sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa
tentanspruchs 1.
Es wird nunmehr das während des Betriebs auftretende Drehmoment mit einem
Grenz-Drehmoment verglichen. Wird dieses Grenz-Drehmoment erreicht, so wird
der Antrieb geregelt und das wirksame Drehmoment begrenzt. Diese Begrenzung
kann auf einen Wert erfolgen, der vom Grenz-Drehmoment nach oben oder unten
abweicht. Besonders vorteilhaft aber hinsichtlich des schaltungstechnischen Auf
wands ist es, das Drehmoment auf das Grenz-Drehmoment zu begrenzen. Damit
wird verhindert, daß der Elektromotor das maximal mögliche Drehmoment abgibt.
Die mechanische Belastung der mit dem Elektromotor zusammenwirkenden me
chanischen Komponenten wird dadurch ebenfalls auf ein überschaubares Maß
begrenzt. Dadurch wird es möglich, diese mechanischen Komponente schwächen
zu dimensionieren als dies dann erforderlich ist, wenn auch bei einem Blockieren
des Elektromotors mechanische Beschädigungen vermieden werden müssen. Bei
Bewegungen, bei denen das bewegte Teil in eine Endlage einläuft, kann während
der Endphase der Bewegung das wirksame Drehmoment angehoben werden. Es
kann größer als das Grenz-Drehmoment, aber stets kleiner als das maximale
Drehmoment sein. Eine kurzzeitige Überbeanspruchung der mechanischen Kom
ponente wird von diesen i.d.R. ebenso verkraftet wie vom Elektromotor. Zur Ver
besserungen des Schutzes der mechanischen Komponenten vor einer Überbean
spruchung kann die Dauer der Drehmoment-Anhebung zeitlich begrenzt sein.
Mit besonders einfachem schaltungstechnischem Aufwand läßt sich die Bewe
gungssteuerung und Regelung mit einer Pulsweiten-Modulation für den Antrieb des
Elektromotors vornehmen. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Ansteuerung des
Elektromotors und bietet auch die Möglichkeit, einen Elektromotor zu verwenden,
der wesentlich leistungsfähiger als der für den konkreten Anwendungsfall benötigte
Elektromotor ist. Letzteres bietet sich aus Gründen der Baugleichheit elektrischer
Antriebe beispielsweise für die Fahrzeuge eines Herstellers mit unterschiedlichen
mechanischen Auslegungen und Anforderungen an.
Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltanordnung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfah
rens,
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
Fig. 3 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Schaltbild handelt es sich um die Antriebssteuerung für
den Elektromotor eines Fensterhebers (nicht im einzelnen dargestellt). Ein Elek
tromotor 1 wird durch eine Steuerung pulsweiten-moduliert versorgt. T₂ bezeichnet
die Einschaltdauer, T₁ die Zykluszeit des Elektromotors. Innerhalb des Steuerge
räts erfolgt eine Überwachung des wirksamen Drehmoments Md, beispielsweise
durch Überwachung der Strom- und Spannungsamplituden für den Elektromotor 1
(nicht dargestellt).
Solange das wirksame Drehmoment kleiner als ein vorgegebenes
Grenz-Drehmoment ist, wird der Elektromotor entsprechend den Bedürfnissen angesteu
ert. Im Falle eines Scheibenwischer-Antriebs führt der Scheibenwischer dann eine
Hin- und Herbewegung aus. Überschreitet das wirksame Drehmoment den Grenz
wert, beispielsweise im Falle eines in der Bewegungsbahn befindlichen Hindernis
ses oder bei Festfrieren des Scheibenwischers auf der Fensterscheibe (nicht dar
gestellt), so wird der Elektromotor geregelt betrieben. Hierbei wird das wirksame
Drehmoment auf einen Wert eingestellt, der gleich dem Grenzwert ist. Ist das Hin
dernis beseitigt, so wird das wirksame Drehmoment wieder geringer als das Grenz-
Drehmoment. Der Antrieb des Elektromotors erfolgt dann wiederum gesteuert.
Anhand des in Fig. 2 dargestellten Diagramms ist diese Betriebsweise des Elek
tromotors weiter erläutert. Für den Antrieb des Elektromotors wird für den Normal
betrieb ein bestimmtes Betriebsdrehmoment (Mb) und eine diesem Moment zuge
ordnete Betriebsdrehzahl (nb) gewünscht und festgelegt. Diese Werte bilden den
sogenannten Arbeitspunkt (Ap) des Motors. Damit Belastungsschwankungen, die
durch unterschiedliche Einflüsse hervorgerufen werden, wie beispielsweise Reib
wertänderungen auf der zu reinigenden Fläche im Falle eines Scheibenwischer
antriebs oder steigende Belastung bei höheren Geschwindigkeiten nicht zu große
Abweichungen vom vorgegebenen Arbeitspunkt ergeben, wird für einen weiteren
Punkt das Moment und die Drehzahl festgelegt (Mb′; nb′). Bei einem Gleichstrom-
Elektromotor mit Permanentmagneten ergibt sich daraus unter Berücksichtigung
weiterer Auslegungsbedingungen die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, wie sie
typischerweise vorliegt und dargestellt ist. Für den realen Anwendungsfall wird sich
entsprechend dem vorgegebenen Einflüssen nicht ein Arbeitspunkt, sondern ein
schraffierter Arbeitsbereich des Elektromotors ergeben, der beispielsweise durch
den Einfluß der Betriebsspannung auf die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie be
stimmt ist (vgl. DE 39 29 968 A). Tritt nun ein größeres Drehmoment auf, das au
ßerhalb des Arbeitsbereichs liegt, so wird der Elektromotor geregelt betrieben. Das
auftretende Drehmoment wird begrenzt und liegt deutlich vor dem bei einem Bloc
kieren auftretenden maximalen Drehmoment Md max. Dieser Fall ist im Diagramm
als Umschaltpunkt U bezeichnet. Das wirksame Drehmoment Mb′′ ist unterhalb der
sich aus der Kennlinie ergebenden Drehzahl bis hin zur Drehzahl 0 konstant.
In Fig. 3 ist gezeigt, wie trotz der sich aus der Beschaltung ergebenden möglichen
Unterdimensionierung der mit dem Elektromotor zusammenwirkenden mechani
schen Komponenten ein Fall zu beherrschen ist, bei dem ein höheres Drehmoment
als das Grenz-Drehmoment benötigt wird. Ein derartiger Anwendungsfall tritt bei
einem elektrischen Fensterheberantrieb auf, bei dem es zu einer Blockierneigung
aufgrund mechanischer Gegebenheiten beispielsweise in dem Rahmen der Fen
sterführung kommt. Es muß dann eine Überschußkraft zur Verfügung gestellt wer
den, die ein dichtes Schließen zwischen Karosserie und Glas ermöglicht. Diese
Überschußkraft ist durch eine Betriebskennlinie dargestellt, die gegenüber der in
Fig. 2 gezeigten Dauer-Betriebskennlinie zu höheren Momenten hin verschoben
ist. Durch entsprechende elektronische Beschaltung wird dabei sichergestellt, daß
diese Betriebskennlinie nur kurzzeitig wirksam ist. Es ist ebenfalls zusätzlich si
chergestellt, daß eine Einklemmgefahr für einen Gegenstand ausgeschlossen ist.
Dies kann beispielsweise durch eine Kontaktleiste in der Karosserie erreicht wer
den. Zusätzlich oder alternativ kann die Betriebskennlinie auch nur dann wirksam
sein, wenn sich das angetriebene Teil in der Endphase seiner Bewegung befindet.
Das anhand von Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ist auch unabhängig von
der in Fig. 2 dargestellten Begrenzung des wirksamen Drehmoments realisierbar.
Es besitzt insoweit eigenständigen Charakter.
Claims (5)
1. Verfahren zum Ansteuern elektrischer Antriebe in Fahrzeugen mit einem
Elektromotor, dessen gesteuerter Betrieb durch eine Drehmoment-
/Drehzahl-Kennlinie vorgegeben wird und bei dem das wirksame Drehmo
ment überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Grenz-
Drehmoment, das größer als das normalerweise auftretende und deutlich
kleiner als das maximale Drehmoment ist, der Antrieb auf ein zumindest
annähernd konstantes Drehmoment geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante
Drehmoment gleich dem Grenz-Drehmoment ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Endphase eines Bewegungsvorgangs das wirksame Drehmoment derart
angehoben wird, daß es größer als das Grenz-Drehmoment ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der
Drehmoment-Anhebung zeitlich begrenzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ansteuerung des Elektromotors mit Hilfe einer Pulsweiten-Modulation
vorgenommen wird.
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