DE19710384A1 - Drehzahlregeleinrichtung für eine Flüssigkeitsreibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Abtriebsdrehteils einer Flüssigkeitsrei­ bungskupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Einrichtungen dienen beispielsweise zur Drehzahlregelung von Lüftern zur Kühlung von Kraftfahrzeugkomponenten, wie Moto­ ren. Dabei ist der Lüfter über die Flüssigkeitsreibungskupp­ lung an den Fahrzeugmotor angekoppelt.

Eine Drehzahlregeleinrichtung der eingangs genannten Art ist für einen solchen Motorlüfter in dem Zeitschriftenaufsatz H. Martin, Elektronisch geregelte elektromagnetische Visco- Lüfterkupplungen für Nutzfahrzeuge, ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, 95. Jahrgang, Heft 5/93, Seite 3 beschrieben. Der Lüfter dient zur Bereitstellung eines Kühlluftstroms für diverse motorbezogene Medien, wie Motorkühlmittel, Ladeluft, Motor-, Getriebe- und Retarderöl, sowie bei Bedarf auch für das Kältemittel einer Klimaanlage. Der Lüfter ist zwischen vier Lüfterstufen umschaltbar. Die Drehzahlregeleinrichtung verwendet als ständige Regelgrößen die Motorkühlmitteltempe­ ratur und die Ladelufttemperatur. Diese zwei Temperaturinfor­ mationen sind zwei parallelen Temperaturreglereinheiten zuge­ führt. Aus den beiden Reglerausgangssignalen sowie einem Re­ tarderausgangssignal wird das der höchsten Lüfterstufe ent­ sprechende Signal über eine Leistungsstufe ausgewählt und als Ansteuersignal einem Elektromagneten zugeleitet, der zusammen mit einem von ihm betätigten Ventil als Stelleinheit zur va­ riablen Einstellung der wirksamen Scherflüssigkeitsmenge fun­ giert. Dazu besitzt die Kupplung eine Vorratskammer und eine das Antriebsdrehteil in Form einer angetriebenen Kupplungs­ scheibe umschließende Arbeitskammer, zwischen denen je ein Zulauf und ein Rücklauf für eine Scherflüssigkeitszirkulation vorgesehen sind, die von einer die Scherflüssigkeit von der Arbeitskammer in die Vorratskammer pumpenden Zirkulationspum­ pe bewirkt wird. Das vom Elektromagneten betätigbare Ventil regelt die Scherflüssigkeitszirkulation und damit die Menge an jeweils in der Arbeitskammer befindlicher Scherflüssig­ keit, die als wirksame Flüssigkeitsmenge zur Drehmomentüber­ tragung zur Verfügung steht.

Flüssigkeitsreibungskupplungen mit getakteter elektrischer Ansteuerung einer Stelleinheit zur variablen Einstellung der wirksamen Scherflüssigkeitsmenge sind auch in der Patent­ schrift EP 0 009 415 B1 und der Offenlegungsschrift DE 44 41 808 A1 offenbart.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung einer Drehzahlregeleinrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, die ein gegenüber den oben genannten, herkömm­ lichen Einrichtungen verbessertes Regelverhalten besitzt.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Drehzahlregeleinrichtung mit den Merkmalen des An­ spruchs 1. Bei dieser Einrichtung ist der Temperaturregler­ stufe eine Drehzahlreglerstufe nachgeschaltet, die das Aus­ gangssignal der Temperaturreglerstufe als Soll-Abtriebsdreh­ zahlinformation empfängt und der außerdem die Ist-Abtriebs­ drehzahlinformation und die Antriebsdrehzahlinformation zuge­ führt sind. Die Drehzahlreglerstufe erzeugt aus den Eingangs­ informationen als Ausgangssignal das Ansteuertaktsignal für die Stelleinheit zur variablen Einstellung der wirksamen Scherflüssigkeitsmenge. Durch diesen Aufbau der Regeleinrich­ tung mit einem Drehzahlregelkreis und einem diesem überlager­ ten Temperaturregelkreis kann die temperaturbeeinflussende Drehzahl des Abtriebsdrehteils der Kupplung vergleichsweise genau, feinfühlig und zuverlässig zur Erzielung der jeweils gewünschten Temperierwirkungen eingeregelt werden.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Einrichtung ist eine von der Versorgungsspannung für die Scherflüssigkeits­ mengen-Stelleinheit abhängige Zerhackung der Rechteckimpulse des Ausgangssignals der Drehzahlreglerstufe vorgesehen. Damit läßt sich der Effektivwert der die Stelleinheit beaufschla­ genden Spannung auch im Fall variierender Versorgungsspannung auf einem konstanten Wert halten, so daß die Stelleinheit nicht auf hohe Schwankungen dieser Effektivspannung ausgelegt sein muß.

Eine nach Anspruch 3 weitergebildete Einrichtung dient zur Drehzahlregelung eines Lüfters für einen Kraftfahrzeugmotor, wobei ihre Temperaturreglerstufe so ausgelegt ist, daß sie anhand abgelegter Kennfelder aus den zugeführten Istwerten der Motordrehzahl und des Motordrehmoments geeignete, motor­ betriebsabhängige Soll-Temperaturwerte für eine oder mehrere motorbezogene, zu temperierende Medien ermittelt, wie Motor­ kühlmittel, Ladeluft und/oder Motoröl.

Bei einer nach Anspruch 4 weitergebildeten Einrichtung ist die Temperaturreglerstufe in spezieller Weise so ausgelegt, daß sie für jede drehzahlrelevante Eingangsgröße je eine Drehzahlanforderungseinheit besitzt, die zueinander parallel liegen. Von den von diesen Einheiten abgegebenen Drehzahlan­ forderungssignalen wird dann mittels einer Maximalwert- Auswahlstufe dasjenige mit der höchsten Drehzahlanforderung zur Weiterleitung als Soll-Abtriebsdrehzahlsignal für die Drehzahlreglerstufe ausgewählt.

Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Einrichtung ist die Drehzahlreglerstufe darauf ausgelegt, anhand eines geeig­ net abgelegten Schlupfleistungs-Kennfeldes eine die Kupp­ lungstemperatur repräsentierende Schlupfleistungsinformation aus den zugeführten Informationen über die Ist-Abtriebs­ drehzahl und die Antriebsdrehzahl zu gewinnen. Mit dieser In­ formation ist es ihr möglich, durch entsprechende Steuerungs­ eingriffe und/oder durch Abgabe eines entsprechenden Warnsig­ nals das Auftreten zu hoher, die Scherflüssigkeit schädigen­ der Kupplungstemperaturen zu verhindern.

Bei einer nach Anspruch 6 weitergebildeten Einrichtung ist die Drehzahlreglerstufe so ausgelegt, daß sie das Ansteuer­ taktsignal für die Scherflüssigkeitsmengen-Stelleinheit als Summe eines Grundstellsignals und eines Korrekturstellsignals gewinnt, wobei sie das Grundstellsignal anhand eines abgeleg­ ten Grundkennfeldes als Funktion der zugeführten Informatio­ nen über die Antriebsdrehzahl und die Soll-Abtriebsdrehzahl ermittelt. Das Korrektursignal liefert Korrekturen, die ins­ besondere aus Abweichungen der jeweiligen Kupplung vom durch das Grundkennfeld repräsentierten idealen Kupplungsverhalten resultieren.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Drehzahlregeleinrichtung für einen über eine Flüssigkeitsreibungskupplung an einen Kraftfahrzeugmotor gekoppelten Motorlüfter,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des von einer Drehzahlreglerstufe in Fig. 1 abgegebenen Ausgangs­ signals,

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Reglerteils zur Soll- Temperaturerzeugung einer Temperaturreglerstufe in Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Reglerteils zur Soll-Dreh­ zahlerzeugung der Temperaturreglerstufe in Fig. 1,

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Korrektur-Reglerteils der Temperaturreglerstufe in Fig. 1,

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Reglerteils zur Kupplungstem­ peraturbestimmung der Drehzahlreglerstufe in Fig. 1 und

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Reglerteils zur Ansteuertakt­ signalerzeugung der Drehzahlreglerstufe in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt in Blockdiagrammform eine Einrichtung zur Dreh­ zahlregelung für einen Motorlüfter 1 eines Kraftfahrzeugmo­ tors, der über eine Flüssigkeitsreibungskupplung 2 der in dem oben zitierten Zeitschriftenaufsatz von H. Martin beschriebe­ nen Art an den Fahrzeugmotor angekoppelt ist. Der Lüfter dient zur Erzeugung eines Kühlluftstroms, mit dem motorbezo­ gene Medien in nachgeschalteten Wärmeübertragern gekühlt wer­ den können, die in Fig. 1 durch einen Wärmeübertragerblock 3 repräsentiert sind. Dieser Block beinhaltet Wärmeübertrager­ einheiten für das Motorkühlmittel, die Ladeluft und das Mo­ toröl. Zusätzlich dient der Kühlluftstrom zur Kühlung eines z. B. sechsstufigen Retarders und bei Bedarf des Kältemittels einer Fahrzeugklimaanlage.

Die Drehzahlregeleinrichtung beinhaltet einen Lüfterdrehzahl- Regelkreis und einen diesem überlagerten Temperatur-Regel­ kreis. Der Temperatur-Regelkreis besitzt als zentrale Einheit einen Temperaturregler 4. Diesem werden die an den verschie­ denen Wärmeübertragereinheiten 3 sensorisch erfaßten Tempera­ turinformationen eingangsseitig zugeführt, wie in Fig. 1 über eine gestrichelt gezeichnete Temperatursignalleitung 5 sche­ matisch angedeutet. Die dem Temperaturregler 4 zugeführten Temperaturinformationen beinhalten insbesondere die Tempera­ tur T_R des Retarders, die Ladelufttemperatur T_L und die Mo­ torkühlmitteltemperatur T_K. Des weiteren werden dem Tempera­ turregler 4 verschiedene weitere Motor- und Fahrzeuginforma­ tionen als Eingangssignale 7 zugeführt, die unter anderem ei­ ne Zustandsinformation AC über die Klimaanlage, über die Mo­ tordrehzahl n_M und über das Motordrehmoment M_M umfassen. Des weiteren erhält der Temperaturregler 4 als Eingangsinformati­ on die Antriebsdrehzahl n_A, d. h. die momentane Drehzahl der vom Motor angetriebenen Kupplungsscheibe der Flüssigkeitsrei­ bungskupplung 2.

Dem Temperaturregler 4 ist als zentraler Bestandteil des un­ terlagerten Lüfterdrehzahl-Regelkreises ein Lüfterdrehzahl­ regler 6 nachgeschaltet, dem das Ausgangssignal des Tempera­ turreglers 4 als Soll-Lüfterdrehzahl n_Ls zugeführt ist. Als weitere Eingangsgrößen sind dem Lüfterdrehzahlregler 6 die Antriebsdrehzahl n_A und die Ist-Lüfterdrehzahl n_Li zugeführt. Ausgangsseitig gibt der Lüfterdrehzahlregler 6 ein Ansteuer­ taktsignal TV an die Flüssigkeitsreibungskupplung 2 ab, spe­ ziell an einen dort montierten Elektromagneten, der einen Ventilhebel betätigt, mit dem die Zirkulation der Scherflüs­ sigkeit und damit die für die Drehmomentübertragung wirksame Scherflüssigkeitsmenge in der Kupplung eingestellt werden kann. Das dergestalt einstellbare Kupplungsdrehmoment M_d treibt dann den Lüfter 1 an, um den jeweils benötigten Kühl­ luftstrom V_L bereitzustellen.

Zur Ansteuerung des Elektromagneten, der zusammen mit dem von ihm betätigten Ventil als Stelleinheit zur variablen Einstel­ lung der wirksamen Scherflüssigkeitsmenge fungiert, erzeugt der Lüfterdrehzahlregler 6 aus den Eingangsinformationen ein Rechteckimpuls-Ansteuertaktsignal TV, wie es in Fig. 2 sche­ matisch dargestellt ist. Das Ansteuertaktsignal TV besitzt eine vorgegebene Periode t_P mit einem variablen Tastverhält­ nis τ/t_P, das die jeweils wirksame Scherflüssigkeitsmenge be­ stimmt. Typische Periodendauern t_P liegen im Bereich von z. B. 1 s. In Ordinatenrichtung sind in Fig. 2 zur Veranschaulichung der Ansteuerwirkung zum einen die vom Ansteuertaktsignal TV gesteuerte Beaufschlagung des Elektromagneten mit einer Ma­ gnetspannung MS und zum anderen der durch die entsprechende Ventilbetätigung resultierende Ventilöffnungsquerschnitt VQ aufgetragen. Dem hohen bzw. niedrigen Signalpegel des Ansteu­ ertaktsignals TV entspricht eine ab- bzw. angeschaltete Ma­ gnetspannung MS und entsprechend ein voll geöffneter bzw. ge­ schlossener Ventilquerschnitt VQ. Um die Elektromagnetan­ steuerung für unterschiedliche Magnetversorgungsspannungen, d. h. unterschiedliche Fahrzeugbordnetzspannungen, ohne Gefahr einer Schädigung des Magneten oder des nachgeschalteten Ven­ tils verwenden zu können, sind nicht gezeigte Impulszer­ hackermittel vorgesehen, mit denen der zu einem jeweiligen An­ schaltintervall T gehörige Rechteckimpuls des Ansteuertaktsi­ gnals TV in eine Mehrzahl von Einzelpulsen 8 zerhackt wird, wie in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet. Dabei wird die Zer­ hackerfrequenz abhängig von der jeweiligen Magnetversorgungs­ spannung so gewählt, daß sich unabhängig von letzterer ein konstant bleibender Effektivspannungswert für die Magnetspan­ nung MS ergibt, mit welcher die Magnetspule beaufschlagt wird. Als Zerhackermittel können beliebige der herkömmlich für diesen Zweck bekannten Schaltungsmittel eingesetzt wer­ den. Diese können noch innerhalb des Lüfterdrehzahlreglers 6 oder zwischen diesem und dem in der Kupplung 2 montierten Elektromagneten positioniert sein.

Der Temperaturregler 4 ist vorzugsweise dazu ausgelegt, von der aktuellen Motorleistung variabel abhängige Soll-Tempera­ turwerte für die einzelnen zu temperierenden Medien zu gene­ rieren. Dazu dient der in Fig. 3 gezeigte Reglerteil. Er ent­ hält ein Motorleistungs-Kennfeld 9, in dem die Motorleistung P_M in Abhängigkeit der meßbaren Größen Motordrehzahl n_M und Motordrehmoment M_M abgelegt ist. Anhand des Kennfeldes 9 er­ mittelt dieser Reglerteil aus den zugeführten aktuellen In­ formationen der Motordrehzahl n_M und des Motordrehmoments M_M die momentane Motorleistung P_M. Deren zeitlicher Verlauf wird über einen Tiefpaß 10 geführt. In der so gefilterten Motor­ leistungsgröße P_MF sind kurzzeitige Motorleistungsschwankun­ gen unterdrückt. Die gefilterte Motorleistungsgröße P_MF wird dann zur Bestimmung von Soll-Temperaturverläufen anhand je­ weils hierzu abgelegter Kennfelder herangezogen. Speziell wird über eine Kühlmittel-Kennlinienstufe 11 eine Soll- Kühlmitteltemperatur KT_s, über eine Ladeluft-Kennlinienstufe 12 eine Soll-Ladelufttemperatur LT_s und über eine Motoröl- Kennlinienstufe 13 eine Soll-Motoröltemperatur MT_s bestimmt. Zweckmäßig ist die Kühlmittel-Kennlinienstufe 11 so ausge­ legt, daß bei einem Anstieg der Motorleistung die Soll- Kühlmitteltemperatur abgesenkt wird, um dem ansteigenden Wär­ meabfuhrbedarf frühzeitig durch eine steigende Lüfterdrehzahl begegnen zu können.

Ein weiterer Teil des Temperaturreglers 4 dient zur Generie­ rung der Lüfterdrehzahl-Anforderung in Abhängigkeit der ver­ schiedenen Soll-/Istwerttemperaturabweichungen und weiterer Fahrzeugbetriebszustände. Dieser Reglerteil ist in Fig. 4 dargestellt. Er beinhaltet drei parallele PID-Reglereinheiten 14, 15, 16, von denen jedem zum einen je einer der im Regler­ teil von Fig. 3 ermittelten Sollwerte KT_s, LT_s, MT_s hinsicht­ lich Kühlmitteltemperatur, Ladelufttemperatur und Motoröltem­ peratur und zum anderen der jeweils zugehörige Ist- Temperaturwert KT_i, LT_i, MT_i zugeführt ist. Jede Reglereinheit 14, 15, 16 gibt ein eigenes, aus der jeweiligen Regeldiffe­ renz resultierendes Ausgangssignal als Drehzahlanforderungs­ signal ab. Die Ausgangssignale sind parallel einer Maximal­ wert-Auswahlstufe 17 zugeführt. Des weiteren beinhaltet die­ ser Reglerteil parallel zu den drei PID-Reglereinheiten 14, 15, 16 eine Klimaanlagen-Anforderungseinheit 18, eine Retar­ der-Anforderungseinheit 19 und eine Motorbremsen-Anforde­ rungseinheit 20. Jede dieser Anforderungseinheiten 18, 19, 20 erzeugt ebenfalls ein eigenes Drehzahlanforderungssignal in Abhängigkeit abgelegter Kennfelder und der jeweils zugeführ­ ten Istzustandsinformation AC_i, R_i bzw. MB_i über die momenta­ nen Betriebszustände von Klimaanlage, Retarder bzw. Motor­ bremse.

Ein weiteres Drehzahlanforderungssignal wird von einer Motor­ leistungs-Anforderungseinheit 21 in Abhängigkeit von der im vorgeschalteten Reglerteil von Fig. 3 ermittelten, gefilter­ ten Motorleistungsgröße P_MF abgegeben. Die hierzu abgelegte Kennlinie ist so gewählt, daß ab einem bestimmten momentanen Motorleistungswert eine zugehörige Mindestdrehzahl des Lüf­ ters 1 angefordert wird. Da die Erwärmung der Flüssigkeits­ reibungskupplung 2 von der jeweiligen Schlupfleistung ab­ hängt, ist ein weiteres, schlupfleistungsrepräsentatives Drehzahlanforderungssignal PS der Maximalwert-Auswahlstufe 17 zugeführt, mit dem in Abhängigkeit von der aus der Schlupf­ leistung resultierenden momentanen Kupplungstemperatur zur Begrenzung der Kupplungserwärmung eine höhere Lüfterdrehzahl zur Absenkung der Kupplungs-Schlupfleistung angefordert wer­ den kann. Sämtliche erwähnten Drehzahlanforderungssignale sind der Maximalwert-Auswahlstufe 17 parallel zugeführt, die daraus jeweils dasjenige Signal mit der größten angeforderten Drehzahl als einen Soll-Drehzahlrohwert n_Lsr auswählt.

Zur weiteren Verbesserung der Reglerfunktion beinhaltet der Temperaturregler 4 einen weiteren, in Fig. 5 gezeigten Reg­ lerteil, durch den verschiedene, von wechselnden Umweltbedin­ gungen abhängige Parameter explizit berücksichtigt werden können. Dazu wird zum einen die Außentemperatur sensorisch erfaßt und in einer Außentemperatur-Korrektureinheit 22 die­ ses Reglerteils berücksichtigt. Speziell wird in dieser Kor­ rektureinheit der im vorgeschalteten Reglerteil von Fig. 4 über die Maximalwert-Auswahlstufe 17 abgegebene Soll-Dreh­ zahlrohwert n_Lsr in Abhängigkeit von der Außentemperatur Ta in einen außentemperaturabhängigen Soll-Drehzahlrohwert n_Lsa kor­ rigiert. Letzterer wird in einer anschließenden Fahrgeschwin­ digkeits-Korrekturstufe 23 in einen fahrgeschwindigkeitskor­ rigierten Soll-Drehzahlrohwert n_Lsb korrigiert. In beiden Kor­ rekturstufen 22, 23 sind zu diesem Zweck geeignete Kennlinien der Soll-Lüfterdrehzahl n_Ls in Abhängigkeit von der Außentem­ peratur Ta bzw. der Fahrgeschwindigkeit v abgelegt. Diese sind so gewählt, daß eine steigende Außentemperatur aufgrund des kleineren Temperaturgefälles der kühlenden Außenluft zum Motorkühlmittel eine höhere Lüfterdrehzahl anfordert, während umgekehrt eine größere Fahrgeschwindigkeit v wegen des dann höheren Staudrucks vor dem Kühler und dem daraus folgenden höheren Luftdurchsatz eine niedrigere Lüfterdrehzahl bedingt.

Zur Stabilisierung der Lüfterdrehzahlregelung ist es ferner zweckmäßig, den Soll-Lüfterdrehzahlwert n_Ls auf die technisch maximal mögliche Lüfterdrehzahl zu begrenzen, die durch die Antriebsdrehzahl und den vom Betriebspunkt des Lüfters abhän­ gigen, minimalen Kupplungsschlupf bei voller Zuschaltung, d. h. ständig geöffnetem Ventil und damit maximaler wirksamer Scherflüssigkeitsmenge gegeben ist. Hierzu wird im Reglerteil von Fig. 5 die momentane Motordrehzahl n_M über einen Tiefpaß 24 geführt, durch den kurzzeitige Drehzahländerungen unter­ drückt werden, wonach der gefilterte Drehzahlwert n_Mf in ei­ nem Multiplizierer 25 mit einer Konstanten c multipliziert wird. Bei Bedarf kann diese Konstante c auch eine eventuell vorhandene Antriebsdrehzahl-Übersetzung vom Motor zur antrei­ benden Kupplungsscheibe berücksichtigen. Am Ausgang des Mul­ tiplizierers 25 steht dann die Information über die momentan theoretisch maximale Lüfterdrehzahl n_Lm an. In einer aus­ gangsseitigen Begrenzerstufe 26 wird dann der hinsichtlich Umgebungsbedingungen korrigierte Soll-Drehzahlwert n_Lsb gege­ benenfalls auf diese theoretisch maximale Soll-Lüfterdrehzahl n_Lm begrenzt. Die Begrenzerstufe 26 gibt dann ausgangsseitig das endgültige Soll-Lüfterdrehzahlsignal n_Ls ab, das dem Lüf­ terdrehzahlregler 6 zugeführt wird.

Fig. 6 zeigt einen Reglerteil des Lüfterdrehzahlreglers 6, mit dem eine Überwachung der Kupplungstemperatur realisiert wird. Die maximale Schlupfleistung der Flüssigkeitsreibungs­ kupplung wird erreicht, wenn die Lüfterdrehzahl n_L etwa 2/3 der Antriebsdrehzahl n_A beträgt. Der absolute Schlupflei­ stungsbetrag steigt mit dem Kupplungsdrehzahlniveau. Die Kupplung 2 ist unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten übli­ cherweise so dimensioniert, daß im Bereich hoher Antriebs­ drehzahlen n_A Betriebspunkte mit hoher Schlupfleistung nach einer bestimmten Zeit zu einer Überhitzung der Kupplung 2 führen würden, was deren Lebensdauer beeinträchtigt. Deshalb ist es zweckmäßig, die Verweildauer der Kupplung in solchen Betriebspunkten zu begrenzen und über eine volle Kupplungszu­ schaltung, welche die Bereitstellung der maximalen Lüfter­ kühlleistung bewirkt, die Schlupfleistung zu minimieren.

Hierfür wird in einer Schlupfleistungs-Kennfeldstufe 27 des Reglerteils von Fig. 6 vorab ein empirisch ermitteltes Schlupfleistungs-Kennfeld der Kupplung abgelegt, das die Schlupfleistung P_S als Funktion der Antriebsdrehzahl n_A sowie der Differenz zwischen Antriebsdrehzahl n_A und Ist-Lüfter­ drehzahl n_Li angibt. Durch Zuführung der momentanen Antriebs­ drehzahl n_A und der Ist-Lüfterdrehzahl n_Li wird dann in dieser Kennfeldstufe 27 die momentane Schlupfleistung P_S ermittelt. Das betreffende Schlupfleistungssignal P_S wird über einen Tiefpaß 28 geführt, welcher den Zeitverlauf dieses Signals so integriert, daß die gefilterte Schlupfleistungsgröße P_Sf ein Maß für die aktuelle Kupplungstemperatur ist. In einer Ver­ gleicherstufe 29 wird die gefilterte Schlupfleistungsgröße P_Sf mit zwei verschieden großen Schwellwerten X₁, X₂ vergli­ chen.

Wenn die gefilterte Schlupfleistungsgröße P_Sf den ersten, niedrigeren Schwellwert X₁ überschreitet, wird dies als Er­ reichen einer ersten Warnstufe gewertet, was der Reglerteil über eine erste Warneinheit 30 durch ein entsprechendes Warn­ signal anzeigt. Gleichzeitig veranlaßt diese Warneinheit 30, daß der Soll-Lüfterdrehzahlwert n_Ls, der kurzzeitig, bei­ spielsweise wegen aktiviertem Retarder, möglicherweise über der theoretisch maximalen Lüfterdrehzahl n_Lm liegt, auf die­ sen theoretisch maximalen Drehzahlwert n_Lm begrenzt wird.

Sollte diese Maßnahme nicht mehr ausreichen, die Kupp­ lungstemperatur ausreichend niedrig zu halten, und die gefil­ terte Schlupfleistungsgröße P_Sf daher den zweiten, höheren Schwellwert X₂ überschreiten, wird dies als zweite Warnstufe gewertet. Eine zweite Warneinheit 31 des Reglerteils von Fig. 6 gibt in diesem Fall ein für diese Warnstufe charakteristi­ sches, zweites Warnsignal ab und begrenzt wiederum die Soll- Lüfterdrehzahl n_Ls auf die theoretisch maximal mögliche Lüf­ terdrehzahl n_Lm. Darüber hinaus nimmt sie je nach Anwendungs­ fall geeignete Eingriffe in den Fahrzeugzustand vor, bei­ spielsweise steuert sie ein Retarder-Steuergerät so an, daß dieses die Leistung aus dem Retarder verringert, um weiterer Wärmeentwicklung entgegenzuwirken.

Der in Fig. 7 gezeigte Reglerteil des Lüfterdrehzahlreglers 6 dient der Generierung des Ansteuertaktsignals TV für den Elektromagneten der Kupplung 2. Dazu bestimmt er die relative Öffnungszeit des vom Elektromagneten betätigten Ventils, d. h. das Tastverhältnis λ/t_P für das Ansteuertaktsignal TV in Ab­ hängigkeit von der Antriebsdrehzahl n_A, dem vom Temperatur­ regler 4 zugeführten Soll-Lüfterdrehzahlwert n_Ls und der Ist- Lüfterdrehzahl n_Li. Hierzu sind zunächst die Antriebsdrehzahl n_A und die Soll-Lüfterdrehzahl n_Ls einer Grundkennfeldstufe 32 zugeführt, in der ein Grundkennfeld für das Ansteuertaktsi­ gnal TV, speziell für dessen Tastverhältnis, in Abhängigkeit dieser beiden Größen derart abgelegt ist, daß bei idealer Kupplung gerade eine entsprechende Ist-Lüfterdrehzahl n_Li er­ reicht wird. Dieses Grundkennfeld wird vorab für den jeweili­ gen Anwendungsfall experimentell ermittelt und abgespeichert. Die Grundkennfeldstufe 32 gibt ein entsprechendes Roh- Ansteuertaktsignal TV_R ab.

Da reale Kupplungen bauartbedingt zum Teil erheblich vom Idealverhalten abweichen können, besitzt der Reglerteil von Fig. 7 einen entsprechenden Korrekturteil. Dieser beinhaltet eine erste Reglereinheit 33, die einen ersten Korrekturwert dTV₁ in Abhängigkeit von der Ist-Lüfterdrehzahl n_Li und der Lüfterdrehzahl-Regeldifferenz n_Li - n_Ls ermittelt, wozu ihm die Ist-Lüfterdrehzahl n_Li und die Soll-Lüfterdrehzahl n_Ls zuge­ führt sind. Das in dieser Reglereinheit 33 verwendete Regler­ kennfeld repräsentiert natürlicherweise eine Proportional- Charakteristik, wobei die Kennliniensteigung in Abhängigkeit von der Ist-Lüfterdrehzahl n_Li variiert werden kann, was dem unterschiedlichen Ansprechverhalten der Kupplung 2 bei ver­ schiedenen Ist-Lüfterdrehzahlen n_Li entspricht.

Optional ist eine zweite, zur ersten paralle Reglereinheit 34 vorgesehen, die gemäß einem PID-Regelalgorithmus einen weite­ ren Tastverhältnis-Korrekturwert dTV₂ in Abhängigkeit von der Lüfterdrehzahl-Regeldifferenz n_Li - n_Ls generiert, wozu ihm die Ist-Lüfterdrehzahl n_Li und die Soll-Lüfterdrehzahl n_Ls zuge­ führt sind. Durch den Integral-Anteil kann diese Reglerein­ heit 34 eine geringe bleibende Regeldifferenz ausregeln, wäh­ rend der D-Anteil ein rasches Reagieren auf entsprechend sprungartige Änderungen der Regeldifferenz ermöglicht. In ei­ nem Addierer 35 werden die beiden Tastverhältnis- Korrekturwerte dTV₁, dTV₂ zu einem Gesamtkorrekturwert dTV summiert. Dieser Gesamtkorrekturwert dTV wird einem Eingang einer Pumpen-Korrekturstufe 36 zugeführt, der über weitere Eingänge die Antriebsdrehzahl n_A und die Ist-Lüfterdrehzahl n_L zugeführt sind. Durch diese Stufe, in der eine entspre­ chende Pumpwirkungs-Korrekturkennlinie abgelegt ist, wird die Charakterisik der internen Pumpe berücksichtigt, welche in der Kupplung 2 die Scherflüssigkeit vom Arbeitsraum in den Vorratsraum pumpt. Speziell ist die Leistung dieser Pumpe von der Relativdrehzahl zwischen Antriebsdrehzahl n_A und Ist- Lüfterdrehzahl n_Li, d. h. vom Kupplungsschlupf, abhängig.

Der pumpenkorrigierte Gesamtkorrekturwert dTV_p wird einer nachgeschalteten Kupplungstemperatur-Korrekturstufe 37 zuge­ führt, der andererseits die gefilterte Schlupfleistungsgröße P_Sf zugeführt ist. In dieser Korrekturstufe 37 ist ein die Kupplungstemperatur dahingehend berücksichtigende Kennlinie abgelegt, daß die Kupplung 2 bei höherer Kupplungstemperatur wegen der dann dünnflüssigeren Scherflüssigkeit rascher rea­ giert, wobei die gefilterte Schlupfleistungsgröße P_Sf als Maß für die Kupplungstemperatur dient. Der auf diese Weise gewon­ nene Tastverhältnis-Endkorrekturwert dTV_e wird dann in einem Addierer 38 zum Roh-Ansteuertaktsignal TV_R zur Erzeugung des Ansteuertaktsignals TV addiert. Diese Signalinformation wird dann von einer nicht näher gezeigten Leistungsendstufe in ei­ nen entsprechenden Spannungsverlauf zur Ansteuerung des Elek­ tromagneten in der Kupplung 2 umgesetzt.

Es zeigt sich, daß die beschriebene Einrichtung eine sehr feinfühlige, genaue und zuverlässige, auf die verschiedenen, zu kühlenden Komponenten optimal abgestimmte Lüfterdrehzahl­ regelung für einen Motorlüfter ermöglicht. Es versteht sich, daß andere Auslegungen der erfindungsgemäßen Drehzahleinrich­ tung vom Fachmann realisierbar sind, wobei jeweils charakte­ ristisch ist, daß dem Temperatur-Regelkreis ein Drehzahl- Regelkreis unterlagert ist. Erfindungsgemäße Drehzahlregel­ einrichtungen sind ersichtlich nicht auf die Verwendung für Flüssigkeitsreibungskupplungen von Motorlüftern beschränkt, sondern können überall dort eingesetzt werden, wo eine Flüs­ sigkeitsreibungskupplung verwendet wird, deren abtriebsseiti­ ges Drehteil in seiner Drehzahl geregelt werden soll und da­ bei einen die Temperatur eines oder mehrerer Medien beeinflus­ senden Effekt hat.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Abtriebsdreh­ teils (1) einer Flüssigkeitsreibungskupplung (2), insbesonde­ re eines Lüfters zur Kühlung von Komponenten eines Kraftfahr­ zeuges, das mit einem Antriebsdrehteil über eine Scherflüs­ sigkeit gekoppelt ist, deren wirksame Flüssigkeitsmenge das übertragbare Drehmoment bestimmt, mit

• - einer getaktet elektrisch ansteuerbaren Stelleinheit zur variablen Einstellung der wirksamen Scherflüssigkeitsmenge und
• - einer Temperaturreglerstufe (4), der Temperaturinformatio­ nen (T_K, T_L, T_R) eines oder mehrerer, von der Abtriebsdrehzahl (n_Li) in ihrer Temperatur beinflußbarer Medien zugeführt sind, gekennzeichnet durch
• - eine der Temperaturreglerstufe (4) nachgeschaltete Dreh­ zahlreglerstufe (6), der das Ausgangssignal (n_Ls) der Tempe­ raturreglerstufe (4) als Soll-Abtriebsdrehzahlinformation, die Ist-Abtriebsdrehzahlinformation (n_Li) und die Antriebs­ drehzahlinformation (n_A) zugeführt sind und die mit ihrem Ausgangssignal (TV) die Scherflüssigkeitsmengen-Stelleinheit ansteuert.

2. Drehzahlregeleinrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Drehzahlreglerstu­ fe (6) von einem Rechteckimpuls-Ansteuertaktsignal (TV) mit variablem Tastverhältnis (τ/t_P) gebildet ist, dessen Recht­ eckimpulse mit einer von der Versorgungsspannung für die Scherflüssigkeitsmengen-Stelleinheit abhängigen Frequenz in Einzelpulse (8) zerhackt sind.

3. Drehzahlregeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Abtriebsdrehteil ein über die Flüssigkeitsreibungs­ kupplung (2) an einen Kraftfahrzeugmotor angekoppelter Motor­ lüfter (1) ist,
• - die der Temperaturreglerstufe (4) zugeführten Temperatur­ informationen wenigstens einen motorbezogenen Ist-Temperatur­ wert (KT_i, LT_i, MT_i) beinhalten und
• - die Temperaturreglerstufe (4) aus einer zugeführten Motor­ drehzahlinformation (n_M) und einer zugeführten Motordrehmo­ mentinformation (M_M) die Motorleistung (P_M) kennfeldabhängig ermittelt und daraus kennfeldabhängig einen zum jeweils zuge­ führten Ist-Temperaturwert gehörigen Soll-Temperaturwert (KT_s, LT_s, MT_s) bestimmt.

4. Drehzahlregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturreglerstufe (4) mehrere parallele Drehzahlanforderungseinheiten (14 bis 16, 18 bis 21), von denen jede einem entsprechenden Eingangs­ signal der Temperaturreglerstufe zugeordnet ist und ein Dreh­ zahlanforderungssignal erzeugt, sowie eine Maximalwert- Auswahlstufe (17) beinhaltet, der die Drehzahlanforderungs­ signale zugeführt sind und die daraus dasjenige mit dem größ­ ten Soll-Abtriebsdrehzahlwert als Soll-Abtriebsdrehzahlinfor­ mation auswählt.

5. Drehzahlregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlreglerstufe (6) aus der zugeführten Antriebsdrehzahlinformation (n_A) und der zugeführten Ist-Abtriebsdrehzahlinformation (n_Li) anhand eines abgelegten Schlupfleistungs-Kennfeldes den zeitlichen Verlauf der Kupplungsschlupfleistung (P_S) bestimmt und daraus mittels Tiefpaßfilterung eine für die momentane Kupplungstem­ peratur repräsentative Schlupfleistungsinformation (P_Sf) zur Kupplungstemperaturüberwachung erzeugt.

6. Drehzahlregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (TV) der Drehzahlreglerstufe (6) als Summe eines Grundstellsignals (TV_R) und eines Korrekturstellsignals (dTV_e) gebildet ist, wobei die Drehzahlreglerstufe das Grundstellsignal als Funk­ tion der Antriebsdrehzahl (n_A) und der Soll-Abtriebsdrehzahl (n_Ls) anhand eines abgelegten Grundkennfeldes und das Korrek­ turstellsignal als Funktion der Abtriebsdrehzahl-Regel­ differenz und/oder als Funktion wenigstens einer Kupplungsbe­ triebszustandsgröße bestimmt.