CN111867894B - 用于玻璃刮拭器系统的驱动单元 - Google Patents

用于玻璃刮拭器系统的驱动单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于尤其机动车的玻璃刮拭器系统(1)的驱动单元，包括：‑带有转子和多个用于提供定子磁场的相绕组的电子整流式驱动马达(5)；‑反向传动机构(6)，其构造成在带有交替的方向的摆动运动中操控刮拭器单元(7)的一个或多个刮拭器臂(71)；‑功率单元(4)，其构造成取决于控制信号将相电压提供到驱动马达(5)处且其具有用于测量通过相绕组的相电流的装置；‑控制单元(3)，其构造成，ｏ取决于相电流执行驱动马达(5)的转子的转子位置的无传感器的位置探测，ｏ取决于转子位置产生控制信号以为了提供驱动力矩，且ｏ取决于预设的运行功能执行转速调节。

Description

用于玻璃刮拭器系统的驱动单元
技术领域
本发明涉及带有电的驱动单元的玻璃刮拭器系统(Scheibenwischersystem，有时称为风挡雨刷系统)，且尤其涉及保证恒定的刮拭运行而不提高结构耗费的措施。
背景技术
原则上在玻璃刮拭器系统中的驱动单元根据带有反向运行(Reversierbetrieb，有时称为换向运行)的驱动单元和带有反向传动机构(Reversiergetriebe，有时称为换向传动机构)的回转转子式驱动器而区分。在带有反向运行的驱动单元中大量的控制或者调节是必要的，所述控制或者调节识别终端位置且引起驱动马达的转动方向反转。这需要高耗费的位置探测，以为了确定终端位置以用于确定转动方向反转的时间点。
另一方面，借助于反向传动机构驱动玻璃刮拭器系统的驱动单元通常构造成带有回转转子式马达用于位置识别的高的耗费是不必要的，因为刮拭区域通过反向传动机构预设。通常使用简单的电刷整流式(bürstenkommutierte，有时称为电刷换向式)直流马达作为回转转子式马达，其转速显著地取决于由刮拭片的刮拭位置决定的刮拭阻力和车载电网电压(Bordnetzspannung)。这通常导致非常不平稳的刮拭运行，这至少可引起驾驶员烦躁。
此外为了设定不同的速度级别，这样的驱动马达需要使用继电器，以为了经由不同的串联电阻(Vorwiderstand，有时称为附加电阻)或多个作用到整流子(Kommutator，有时称为换向器)上的滑动触头施加供应电压到驱动马达处。这需要高的构件耗费且此外可在串联电阻中造成高的功率损失。
从出版物DE 22 182 35中例如已知一种用于直流马达的转速调节，该直流马达尤其还可用在玻璃刮拭器系统中。转速调节通过电刷整流式直流马达的脉冲宽度调制进行，其中可通过选择占空比设定施加在直流马达处的有效的供应电压。
从出版物DE 10 2005 019 853 A1中已知一种带有直接驱动马达的玻璃刮拭器系统。驱动马达可构造为不含电刷的直流马达，结合位置传感器操控该直流马达，以为了设定刮拭器臂的速度且使定位刮拭器臂成为可能。
发明内容
本发明的任务是，提供一种改善的用于玻璃刮拭器系统的驱动单元供使用，该驱动单元可以小的耗费实现，其中实现预设的连续的刮拭速度和分级的刮拭速度调节的常见的功能。
该任务通过下文描述的用于玻璃刮拭器系统的驱动单元以及通过下文描述的玻璃刮拭器系统解决。
根据第一方面，设置一种用于尤其机动车的玻璃刮拭器系统的驱动单元，包括：
-带有转子和多个用于提供定子磁场的相绕组的电子整流式驱动马达；
-反向传动机构，该反向传动机构与驱动马达的转子联结，以为了在转子转动时在带有交替的方向的摆动运动中操控刮拭器组件的一个或多个刮拭器臂；
-功率单元，该功率单元构造成取决于控制信号将相电压提供到驱动马达处且该功率单元具有用于测量通过相绕组的相电流的装置；
-控制单元，该控制单元构造成，
o取决于相电流执行驱动马达的转子的转子位置的无传感器的位置探测，
o取决于转子位置产生控制信号以为了提供驱动力矩，且
o取决于预设的运行功能执行转速调节。
此外控制单元可构造成，产生作为脉冲宽度调制信号的控制信号，以为了借助于功率单元预设可变的相电压。
上述的驱动单元的思想在于，设置电子整流式驱动马达，其作为回转转子式马达驱动反向传动机构，以为了引起一个或多个刮拭臂的反向的运动。此外借助于控制单元操控驱动马达，该控制单元通过简单地预设脉冲宽度调制信号利用占空比控制驱动力矩。该控制单元基于无传感器的位置探测或者无传感器的转速探测执行转速调节。以该方式对用于玻璃刮拭器系统的驱动单元而言仅仅需要控制单元、功率单元、驱动马达和反向传动机构。不需要用于分级地设定刮拭速度的可能的继电器、位置传感器和转速传感器。
因为此外经由反向传动机构预设待设定的刮拭角度，对不同的车辆类型而言针对控制单元的改变或者参数化或软件改变是不必要的且由此针对不同的车辆类型可模块化地使用驱动单元。
可设置成，控制单元构造成，为了开启玻璃刮拭器系统，预设控制信号以为了通过相绕组产生预先确定的旋转场，且在启动驱动马达之后基于无传感器的位置探测开启转速调节。
此外控制单元可构造成，取决于相电流执行阻塞识别以用于识别驱动马达的阻塞。
根据一种实施形式，控制单元可构造成，取决于相电流和施加的相电压执行针对驱动马达的温度的温度检测。
此外控制单元可构造成，使预设的运行功能与驱动马达的转子的理论转速相关联且取决于理论转速执行转速调节。
根据另一方面，设置有一种带有上述的驱动单元和刮拭器单元的玻璃刮拭器系统。
附图说明
在下文中借助于附图进一步阐述实施形式。其中：
图1显示了带有驱动单元的玻璃刮拭器系统的示意图。
具体实施方式
图1显示了玻璃刮拭器系统1，其带有方向盘组件2、控制单元3、功率单元4、电整流式驱动马达5、反向传动机构6和刮拭器单元7。
方向盘组件2具有转向柱杆(Lenkstockhebel，有时称为控制杆)21，玻璃刮拭器系统1可经由该转向柱杆接通和切断。此外转向柱杆21使分级地设定刮拭速度和/或设定玻璃刮拭器系统1的间歇式切换(Intervallschaltung，有时称为间歇控制)成为可能。运行功能的相应的设定可通过转向柱杆21的状态从方向盘组件2经由一个或多个信号线路S传递到玻璃刮拭器系统1的控制单元3处。运行方式的转换在控制单元3中进行。
驱动马达5可构造为多相的回转转子式马达且可例如设计为永磁激励的同步马达、异步马达等等。驱动马达5具有多个相绕组，相应于整流模式分别将相电压施加到所述相绕组处，以为了引起预先确定的相电流。相电流引起通过驱动马达5待提供的驱动力矩。
反向传动机构6通过驱动马达5驱动且如此与刮拭器单元7联结，即使得由刮拭器单元7的刮拭器臂71经过一定的刮拭角度。反向传动机构6以已知的方式使使用构造为回转转子式马达的驱动马达5从而可放弃通过控制单元3的相应的操控变换驱动马达5的转动方向成为可能。这使放弃用于识别刮拭器臂71的终端运动位置的位置传感器且因而减少在控制单元3中的处理耗费成为可能。
相电压由功率单元4提供。为了操控驱动马达5，控制单元3提供控制信号PWM到功率单元4处。功率单元4具有用于驱动马达5的每个相绕组的功率驱动器模块，该功率驱动器模块例如可构造为换流器或H桥电路。通过借助于由控制单元3提供的控制信号PWM操控功率驱动器模块交替地在驱动马达5的分别的相绕组处要么施加高的供应电势要么施加低的供应电势，其中通过占空比预设的持续时间定义有效的相电压。
控制单元3设计成，经由功率单元4借助于脉冲宽度调制如此操控驱动马达5，即使得该驱动马达提供预设的驱动力矩。
驱动马达5的整流可借助于方波整流(Blockkommutierung)或正弦波整流(Sinuskommutierung)进行。为了执行驱动马达5的整流，针对驱动马达5的转子位置的位置信息是必要的。由此驱动马达5可通过合适地选择控制信号PWM如此通电，即使得定子磁场的取向和强度如此与驱动马达5的转子互相作用，即使得可提供期望的驱动力矩。
为了探测转子位置可使用无传感器的探测原理。这使放弃设置位置传感器以为了因此减少结构耗费成为可能。无传感器的用于探测转子位置的方法可以本身已知的方式基于反电动势法或用于测量磁各向异性的方法。两种方法基于评估相电流变化曲线，利用所述相电流变化曲线可行的是，确定转子位置。
相电流变化曲线可经由相电流的电流测量探测。电流测量可在功率单元中例如借助于测量电阻41实现，所述测量电阻与驱动马达5的相绕组串联地连通。通过电流流动经过测量电阻41，跨越所述测量电阻测量电压下降，该测量电压通过在控制单元3中的相应的电压测量装置如例如数模转换器被探测且为了获取转子位置利用用于无传感器的转子位置获取的本身已知的方法进一步处理该测量电压。
现在取决于所获取的转子位置设定相应的整流模式，使得相应的相电压由功率单元4施加到驱动马达5的相应的相绕组处。
此外在控制单元3中实行转速调节，该转速调节基于驱动马达5的可从转子位置的改变中获取的转动速度执行。对此通过转向柱杆21预设理论转速或者理论刮拭速度且在控制单元3中选择出相应的功能，针对刮拭器组件7的刮拭器臂71的运动预设该功能。
由此可相应于控制信号预设针对驱动马达5的相应于期望的刮拭速度的理论转速且尤其地在间歇性的运行中确定，转速调节在刮拭阶段中起作用多久。刮拭器臂71的终端位置(停放状态)的到达通过在驱动马达5中或备选地在反向传动机构6中预设的例如以滑动触头或霍尔传感器的形式的终端位置传感器51实现。
终端位置传感器51的信号在功率单元4或控制单元3中评估且用于断开相电压。转速调节使平衡供应电压的波动成为可能，因为当实际转速低于理论转速时，该转速调节提高驱动马达5的驱动力矩且反之亦然。如此也可调控由于刮拭器单元7的刮拭器臂71的不同的摩擦阻力引起的转矩波动。
因为无传感器的转子位置探测或者转速探测仅仅从一定的转速起才能可靠地实现，在接通驱动马达5的时刻中首先、即例如针对预先确定的持续时间可预设不取决于位置的限定的旋转场，且在驱动马达5的转子的启动期间开启无传感器的位置探测。
此外控制单元3可设置阻塞识别，在该阻塞识别中使用通过无传感器的转子位置探测获取的马达转速以及当前待提供的驱动力矩作为计算基础，其中在待提供的驱动力矩和由此待期待的转速范围和真实的实际转速之间的偏差高的情况中确认驱动马达5或者刮拭器单元7的阻塞。
控制单元3可直接地布置在驱动马达5处或布置成远离驱动马达。此外可经由用于无传感器的位置探测的相电流的测量结合分别施加到分别的相绕组处的电压推断出相绕组的导线的温度，即驱动马达5的温度。因此此外可实现过热保护，在该过热保护中当驱动马达5的温度超过预设的阈值温度时，刮拭器单元7被扼制(gedrosselt，有时称为减速)或者断开。
参考标号列表
1 玻璃刮拭器系统
2 方向盘组件
21 转向柱杆
3 控制单元
4 功率单元
41 测量电阻
5 驱动马达
51 终端位置传感器
6 反向传动机构
7 刮拭器单元
71 刮拭器臂
S 信号线路

Claims (7)

1.用于玻璃刮拭器系统(1)的驱动单元，包括：
-带有转子和多个用于提供定子磁场的相绕组的电子整流式驱动马达(5)；
-反向传动机构(6)，该反向传动机构与所述驱动马达(5)的转子联结，以为了在所述转子转动时在带有交替的方向的摆动运动中操控刮拭器单元(7)的一个或多个刮拭器臂(71)；
-功率单元(4)，该功率单元构造成取决于控制信号将相电压提供到所述驱动马达(5)处且该功率单元具有用于测量通过所述相绕组的相电流的装置；
-控制单元(3)，该控制单元构造成，
o取决于所述相电流执行所述驱动马达(5)的转子的转子位置的无传感器的位置探测，o取决于所述转子位置产生所述控制信号以为了提供驱动力矩，
o取决于预设的运行功能执行转速调节，且
o为了开启所述玻璃刮拭器系统(1)，预设控制信号以用于通过所述相绕组产生预先确定的旋转场，且在所述驱动马达(5)启动之后基于无传感器的位置探测开启转速调节。
2.根据权利要求1所述的驱动单元，其中所述控制单元(3)构造成，产生作为脉冲宽度调制信号的所述控制信号，以为了借助于所述功率单元(4)预设可变的相电压。
3.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其中所述控制单元(3)构造成，取决于所述相电流执行阻塞识别以用于识别所述驱动马达(5)的阻塞。
4.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其中所述控制单元(3)构造成，取决于所述相电流和施加的所述相电压执行针对所述驱动马达(5)的温度的温度检测。
5.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其中所述控制单元(3)构造成，使所述预设的运行功能与所述驱动马达(5)的转子的理论转速相关联且取决于所述理论转速执行所述转速调节。
6.根据权利要求1所述的驱动单元，其中所述玻璃刮拭器系统(1)用于机动车中。
7.玻璃刮拭器系统(1)，带有根据权利要求1至6中任一项所述的驱动单元和刮拭器单元(7)。
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