DE19710384A1 - Drehzahlregeleinrichtung für eine Flüssigkeitsreibungskupplung - Google Patents
Drehzahlregeleinrichtung für eine FlüssigkeitsreibungskupplungInfo
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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 TR des Retarders, die Ladelufttemperatur TL und die Mo
torkühlmitteltemperatur TK. 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 nM und über das Motordrehmoment MM umfassen. Des
weiteren erhält der Temperaturregler 4 als Eingangsinformati
on die Antriebsdrehzahl nA, 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 nLs zugeführt ist. Als
weitere Eingangsgrößen sind dem Lüfterdrehzahlregler 6 die
Antriebsdrehzahl nA und die Ist-Lüfterdrehzahl nLi 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 Md
treibt dann den Lüfter 1 an, um den jeweils benötigten Kühl
luftstrom VL 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 tP mit einem variablen Tastverhält
nis τ/tP, das die jeweils wirksame Scherflüssigkeitsmenge be
stimmt. Typische Periodendauern tP 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
PM in Abhängigkeit der meßbaren Größen Motordrehzahl nM und
Motordrehmoment MM abgelegt ist. Anhand des Kennfeldes 9 er
mittelt dieser Reglerteil aus den zugeführten aktuellen In
formationen der Motordrehzahl nM und des Motordrehmoments MM
die momentane Motorleistung PM. Deren zeitlicher Verlauf wird
über einen Tiefpaß 10 geführt. In der so gefilterten Motor
leistungsgröße PMF sind kurzzeitige Motorleistungsschwankun
gen unterdrückt. Die gefilterte Motorleistungsgröße PMF wird
dann zur Bestimmung von Soll-Temperaturverläufen anhand je
weils hierzu abgelegter Kennfelder herangezogen. Speziell
wird über eine Kühlmittel-Kennlinienstufe 11 eine Soll-
Kühlmitteltemperatur KTs, über eine Ladeluft-Kennlinienstufe
12 eine Soll-Ladelufttemperatur LTs und über eine Motoröl-
Kennlinienstufe 13 eine Soll-Motoröltemperatur MTs 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 KTs, LTs, MTs hinsicht
lich Kühlmitteltemperatur, Ladelufttemperatur und Motoröltem
peratur und zum anderen der jeweils zugehörige Ist-
Temperaturwert KTi, LTi, MTi 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 ACi, Ri bzw. MBi 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 PMF 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 nLsr 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 nLsr in Abhängigkeit von der Außentemperatur Ta in
einen außentemperaturabhängigen Soll-Drehzahlrohwert nLsa kor
rigiert. Letzterer wird in einer anschließenden Fahrgeschwin
digkeits-Korrekturstufe 23 in einen fahrgeschwindigkeitskor
rigierten Soll-Drehzahlrohwert nLsb korrigiert. In beiden Kor
rekturstufen 22, 23 sind zu diesem Zweck geeignete Kennlinien
der Soll-Lüfterdrehzahl nLs 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 nLs 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 nM über einen Tiefpaß
24 geführt, durch den kurzzeitige Drehzahländerungen unter
drückt werden, wonach der gefilterte Drehzahlwert nMf 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 nLm an. In einer aus
gangsseitigen Begrenzerstufe 26 wird dann der hinsichtlich
Umgebungsbedingungen korrigierte Soll-Drehzahlwert nLsb gege
benenfalls auf diese theoretisch maximale Soll-Lüfterdrehzahl
nLm begrenzt. Die Begrenzerstufe 26 gibt dann ausgangsseitig
das endgültige Soll-Lüfterdrehzahlsignal nLs 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 nL etwa 2/3
der Antriebsdrehzahl nA 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 nA 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 PS als Funktion der Antriebsdrehzahl nA sowie
der Differenz zwischen Antriebsdrehzahl nA und Ist-Lüfter
drehzahl nLi angibt. Durch Zuführung der momentanen Antriebs
drehzahl nA und der Ist-Lüfterdrehzahl nLi wird dann in dieser
Kennfeldstufe 27 die momentane Schlupfleistung PS ermittelt.
Das betreffende Schlupfleistungssignal PS wird über einen
Tiefpaß 28 geführt, welcher den Zeitverlauf dieses Signals so
integriert, daß die gefilterte Schlupfleistungsgröße PSf ein
Maß für die aktuelle Kupplungstemperatur ist. In einer Ver
gleicherstufe 29 wird die gefilterte Schlupfleistungsgröße
PSf mit zwei verschieden großen Schwellwerten X1, X2 vergli
chen.
Wenn die gefilterte Schlupfleistungsgröße PSf 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 nLs, der kurzzeitig, bei
spielsweise wegen aktiviertem Retarder, möglicherweise über
der theoretisch maximalen Lüfterdrehzahl nLm liegt, auf die
sen theoretisch maximalen Drehzahlwert nLm begrenzt wird.
Sollte diese Maßnahme nicht mehr ausreichen, die Kupp
lungstemperatur ausreichend niedrig zu halten, und die gefil
terte Schlupfleistungsgröße PSf 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 nLs auf die theoretisch maximal mögliche Lüf
terdrehzahl nLm. 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/tP für das Ansteuertaktsignal TV in Ab
hängigkeit von der Antriebsdrehzahl nA, dem vom Temperatur
regler 4 zugeführten Soll-Lüfterdrehzahlwert nLs und der Ist-
Lüfterdrehzahl nLi. Hierzu sind zunächst die Antriebsdrehzahl
nA und die Soll-Lüfterdrehzahl nLs 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 nLi er
reicht wird. Dieses Grundkennfeld wird vorab für den jeweili
gen Anwendungsfall experimentell ermittelt und abgespeichert.
Die Grundkennfeldstufe 32 gibt ein entsprechendes Roh-
Ansteuertaktsignal TVR 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 nLi und der
Lüfterdrehzahl-Regeldifferenz nLi - nLs ermittelt, wozu ihm die
Ist-Lüfterdrehzahl nLi und die Soll-Lüfterdrehzahl nLs 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 nLi variiert werden kann, was dem
unterschiedlichen Ansprechverhalten der Kupplung 2 bei ver
schiedenen Ist-Lüfterdrehzahlen nLi 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 nLi - nLs generiert, wozu ihm die
Ist-Lüfterdrehzahl nLi und die Soll-Lüfterdrehzahl nLs 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 nA und die Ist-Lüfterdrehzahl
nL 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 nA und Ist-
Lüfterdrehzahl nLi, d. h. vom Kupplungsschlupf, abhängig.
Der pumpenkorrigierte Gesamtkorrekturwert dTVp wird einer
nachgeschalteten Kupplungstemperatur-Korrekturstufe 37 zuge
führt, der andererseits die gefilterte Schlupfleistungsgröße
PSf 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 PSf als Maß
für die Kupplungstemperatur dient. Der auf diese Weise gewon
nene Tastverhältnis-Endkorrekturwert dTVe wird dann in einem
Addierer 38 zum Roh-Ansteuertaktsignal TVR 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 (TK, TL, TR) eines oder mehrerer, von der Abtriebsdrehzahl (nLi) in ihrer Temperatur beinflußbarer Medien zugeführt sind, gekennzeichnet durch
- - eine der Temperaturreglerstufe (4) nachgeschaltete Dreh zahlreglerstufe (6), der das Ausgangssignal (nLs) der Tempe raturreglerstufe (4) als Soll-Abtriebsdrehzahlinformation, die Ist-Abtriebsdrehzahlinformation (nLi) und die Antriebs drehzahlinformation (nA) 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/tP) 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 (KTi, LTi, MTi) beinhalten und
- - die Temperaturreglerstufe (4) aus einer zugeführten Motor drehzahlinformation (nM) und einer zugeführten Motordrehmo mentinformation (MM) die Motorleistung (PM) kennfeldabhängig ermittelt und daraus kennfeldabhängig einen zum jeweils zuge führten Ist-Temperaturwert gehörigen Soll-Temperaturwert (KTs, LTs, MTs) 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 (nA) und
der zugeführten Ist-Abtriebsdrehzahlinformation (nLi) anhand
eines abgelegten Schlupfleistungs-Kennfeldes den zeitlichen
Verlauf der Kupplungsschlupfleistung (PS) bestimmt und daraus
mittels Tiefpaßfilterung eine für die momentane Kupplungstem
peratur repräsentative Schlupfleistungsinformation (PSf) 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
(TVR) und eines Korrekturstellsignals (dTVe) gebildet ist,
wobei die Drehzahlreglerstufe das Grundstellsignal als Funk
tion der Antriebsdrehzahl (nA) und der Soll-Abtriebsdrehzahl
(nLs) anhand eines abgelegten Grundkennfeldes und das Korrek
turstellsignal als Funktion der Abtriebsdrehzahl-Regel
differenz und/oder als Funktion wenigstens einer Kupplungsbe
triebszustandsgröße bestimmt.
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