DE10040080A1

DE10040080A1 - Motorschutzfunktion

Info

Publication number: DE10040080A1
Application number: DE2000140080
Authority: DE
Inventors: Harald Kerkmann
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2002-03-21

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Stellantriebes, wobei der Stellantrieb einen vorzugsweise mit einem Umsetzungsgetriebe versehenen Gleichstrommotor aufweist und von einem Steuergerät angesteuert wird, wobei die Wicklungstemperatur des Gleichstrommotors aus Parametern des Gleichstrommotors berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stellantriebes gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Diese Stellantriebe weisen einen Gleichstrommotor auf, der in der Regel mit einem Untersetzungsgetriebe versehen ist und einen rotatorischen oder linearen Abtrieb aufweist. Solche Stellantriebe werden einerseits unter Umgebungsbedingungen be trieben, bei denen hohe Temperaturen vorliegen. Andererseits erwärmt sich der Gleichstrommotor beim Betrieb des Stellantriebes, so daß es durch diese beiden Faktoren zu einer Überhitzung und damit zu einer Beschädigung oder einem Ausfall des Stellantriebes kommen kann.

Es ist schon daran gedacht worden, die Temperatur des Stellantriebes mittels eines Temperatursensors zu erfassen. Dies hat jedoch zunächst den Nachteil, daß die Temperaturerfassung an einem Ort erfolgt, an dem eine Temperatur herrscht, die nicht der Temperatur des Gleichstrommotors bzw. seiner Wicklung entspricht. Dies führt dazu, daß der Gleichstrommotor selber eine höhere Temperatur aufweist als beispielsweise das Gehäuse des Stellantriebes, an welchem der Temperatursensor angeordnet ist. Bevor also eine schädliche Temperatur erfaßt wird, kann es schon zu einer Beschädigung oder zu einem Ausfall des Gleichstrommotors kommen.

Wurde auf diese Art und Weise eine unzulässige Temperatur erfaßt, ist es bekannt, daß der Gleichstrommotor, insbesondere durch Unterbrechung der Stromzufuhr, ab geschaltet wird. Dies ist aber gerade bei ständig arbeitenden Stellantrieben nicht möglich, da hiervon der Betrieb eines Gesamtsystems abhängt. Würde der Stellan trieb also für kurze Zeit abgeschaltet, kann es zu sicherheitskritischen Situationen kommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Anwendungen zum Betreiben eines Stellantriebes anzugeben, bei dem der Stellantrieb an seiner oberen Leistungsgrenze zuverlässig betrieben werden kann.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Wicklungstemperatur des Gleichstrom motors aus Parametern des Gleichstrommotors berechnet wird. Damit ist es möglich, aus von außen zugänglichen Parametern, bei denen es sich beispielsweise um elektrische oder mechanische Parameter des Gleichstrommotors handelt, die Wick lungstemperatur des Gleichstrommotors zu berechnen, da der Bereich der Wicklung des Gleichstrommotors nicht ohne weiteres zugänglich ist, um dort einen Tempera tursensor anzuordnen. Außerdem erfolgt die Berechnung der Wicklungstemperatur nahezu zeitgleich mit Erfassung der Parametern, so daß immer die aktuell herr schende Wicklungstemperatur vorliegt. Sollte diese einen unzulässigen Wert errei chen, können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um eine weitere Tempera turerhöhung zu vermeiden. Andererseits können die Betriebsparameter des Gleich strommotors so gewählt bzw. verändert werden, daß die Wicklungstemperatur bis an die zulässige Grenze steigt, jedoch nicht überschritten wird.

In Weiterbildung der Erfindung wird bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenz wertes der Wicklungstemperatur der Gleichstrommotor die Leistungszufuhr zumin dest kurzzeitig reduziert. Dies läßt sich besonders einfach realisieren, wenn der Mo tor mit einer getakteten Spannung angesteuert wird und das Tastverhältnis der Mo torsteuerspannung so verändert wird, bis der vorgegebene Grenzwert für die Wick lungstemperatur wieder unterschritten wird. Dabei ist es besonders von Vorteil, daß bei der Veränderung des Tastverhältnisses der Motorsteuerungsspannung die jeweils vorliegende und aus den Parametern des Gleichstrommotors berechnete Wicklung stemperatur berücksichtigt wird.

In Weiterbildung der Erfindung werden als Parameter des Gleichstrommotors zumin dest die Ansteuerspannung und der Widerstand des Gleichstrommotors berücksich tigt. Aus zumindest diesen beiden Parametern kann die Verlustleistungsaufnahme des Gleichstrommotors berechnet werden, da diese Verlustleistungsaufnahme als Wärmequelle die Wicklungstemperatur des Gleichstrommotors beeinflußt. Dadurch kann die Wicklungstemperatur besonders schnell berechnet werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Umgebungstemperatur des Stellantriebes bei der Berechnung der Wicklungstemperatur berücksichtigt. Dadurch kann dem Stell antrieb beispielsweise bei sehr niedrigen Temperaturen eine höhere Leistung als bei höheren Temperaturen zugeführt werden, da bei höheren Umgebungstemperaturen der Stellantrieb in einem Temperaturbereich arbeitet, der sehr nahe an dem vorge gebenen Grenzwert der Wicklungstemperatur liegt. Durch die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur ist es daher möglich, die Wicklungstemperatur genau zu be rechnen.

In Weiterbildung der Erfindung wird als Parameter des Gleichstrommotors dessen Motordrehzahl berücksichtigt. Die Motordrehzahl kann (z. B. durch einen Drehzahl sensor) ermittelt werden und hat ebenfalls Einfluß auf den Verlauf der Wicklung stemperatur. Dadurch wird die Berechnung dieser Wicklungstemperatur nochmals verbessert.

In Weiterbildung der Erfindung werden die Eigenparameter des Stellantriebes bei der Berechnung der Wicklungstemperatur berücksichtigt. Die Berücksichtigung der Ei genparameter, bei denen es sich beispielsweise um das Material der Wicklung und seiner Wärmekonstanten handelt, hat ebenfalls den Vorteil, die Wicklungstemperatur besonders genau berechnen zu können. Denn die Wärmeentwicklung und vor allen Dingen die Wärmeabfuhr bzw. Wärmespeicherung der Wicklung ist abhängig von solchen Eigenparametern, so daß deren Berücksichtigung eine Aussage zuläßt, ob z. B. aufgrund der vorliegenden Parameter der vorgegebene Grenzwert kurzfristig er reicht wird oder nicht, um die Leistungszufuhr entsprechend zu reduzieren.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Wicklungstemperatur des Gleichstrommotors zyklisch berechnet. Durch Abtastung der genannten Parameter des Gleichstrommo tors stehen also zyklisch Augenblickswerte für die Parameter zur Verfügung, anhand derer die Wicklungstemperatur berechnet werden kann. Das Abtasten der Parameter erfolgt von einem Steuergerät, das dann die Verarbeitung der abgetasteten Werte vornimmt und die Wicklungstemperatur des Gleichstrommotors berechnet. Das Steuergerät übernimmt in der Regel auch den sonstigen Betrieb des Stellantriebes. Wird bei der Berechnung der Wicklungstemperatur aus den abgetasteten Parame tern ein unzulässiger Wert für die Wicklungstemperatur, der einen vorgegeben Grenzwert überschreitet, festgestellt, kann das Steuergerät durch geeignete An steuerung des Gleichstrommotors den Stellantrieb solange betreiben, bis die Wick lungstemperatur die zulässige Grenze wieder unterschritten hat. Damit kann der Stellantrieb, insbesondere der Gleichstrommotor, einerseits an seiner Leistungsgren ze betrieben werden, während andererseits eine Beschädigung oder ein Ausfall auf grund von einer Überhitzung wirksam vermieden wird.

Besonders vorteilhafte und erfindungsgemäße Anwendungen des Verfahrens sind

- bei der Verstellung einer Drosselklappe im Luftansaugbereich einer Brennkraft maschine,
- bei der Verstellung eines Saugrohres im Luftansaugbereich einer Brennkraftma schine und
- bei der Verstellung eines Abgasrückführventiles im Abgasbereich einer Brenn kraftmaschine

zu sehen.

Bei diesen Anwendungen arbeitet der Stellantrieb unter Umgebungstemperaturen, die mit sehr stark schwankenden Temperaturen verbunden sind. Je nach Einsatz der Brennkraftmaschine bzw. dessen Fahrzeuges können die Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes liegen, beim Betrieb der Brennkraftmaschine aber auch im Regelfall deutlich über 80° Celsius. Gerade bei diesen hohen Temperaturen wird der Gleichstrommotor durch die Umgebungsbedingungen und seine Belastung sehr schnell den Grenzwert erreichen, wobei durch das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt ist, daß durch die Berechnung der Wicklungstemperatur des Gleichstrommotors aus Parametern des Gleichstrommotors (Eigenparameter des Stellantriebes sowie Umgebungsparameter) berechnet wird. Dadurch ist sicherge stellt, daß der Stellantrieb an seiner zulässigen Leistungsgrenze betreibbar ist, wobei durch Verhinderung der Überschreitung dieser Leistungsgrenze wirksam verhindert wird, daß der Stellantrieb, insbesondere dessen Gleichstrommotor, beschädigt wird oder ausfällt.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Stellantriebes, wobei der Stellantrieb einen vor zugsweise mit einem Untersetzungsgetriebe versehenen Gleichstrommotor auf weist und von einem Steuergerät angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungstemperatur des Gleichstrommotors aus Parametern des Gleich strommotors berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung ei nes vorgegebenen Grenzwertes der Wicklungstemperatur die Leistungszufuhr zumindest kurzzeitig abgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter des Gleichstrommotors zumindest die Ansteuerspannung und der Widerstand des Gleichstrommotors berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperatur des Stellantriebes bei der Berechnung der Wick lungstemperatur berücksichtigt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter des Gleichstrommotors die Motordrehzahl berücksichtigt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Eigenparameter des Stellantriebes bei der Berechnung der Wicklungstempe ratur berücksichtigt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungstemperatur des Gleichstrommotors zyklisch berechnet wird.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei der Verstellung einer Drosselklappe im Luftansaugbereich einer Brennkraftmaschine.

9. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Verstellung eines Saugrohres im Luftansaugbereich einer Brennkraftmaschine.

10. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Verstellung eines Abgasrückführventiles im Abgasbereich einer Brennkraftma schine.