DE102004030309A1

DE102004030309A1 - Bestimmung einer Dreht-/Steht-Information bei Gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE102004030309A1
Application number: DE200410030309
Authority: DE
Inventors: Guenther Hertlein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-01-12
Also published as: WO2006000488A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehinformation eines Gleichstrommotors (3), insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, umfassend einen Stromsensor (4) zum Messen des vom Gleichstrommotor (3) benötigten Stroms (I) und eine Einrichtung (6), die in Abhängigkeit vom Motorstrom (I) die Drehinformation bestimmt. Die Genauigkeit der Drehinformation kann wesentlich verbessert werden, wenn ein Blockier- oder Anlaufstrom (7, 8) des Gleichstrommotors (3) ermittelt, in Abhängigkeit davon ein Schwellenwert (SW) bestimmt und durch Vergleich einer elektrischen Größe (R, I) des Gleichstrommotors (3) mit dem Schwellenwert (SW) die Drehinformation bestimmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehinformation bei Gleichstrommotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
In modernen Kraftfahrzeugen werden Gleichstrommotoren für die verschiedensten Applikationen eingesetzt, wie z.B. zur Betätigung eines elektrischen Schiebedaches oder zur elektrischen Sitzverstellung, etc.. Bei Betrieb der Gleichstrommotoren muss erkannt werden, ob sich der Motor dreht oder ob der Motor steht, wenn das betätigte Element z.B. an der Endposition angekommen ist.
Zur Bestimmung dieser Drehinformation ist es bekannt, Drehzahlsensoren einzusetzen. Diese Sensoren liefern unmittelbar eine Drehinformation, haben jedoch den Nachteil, dass Einbau und Verkabelung relativ aufwändig und kostenintensiv sind.
Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung einer Drehinformation von Gleichstrommotoren besteht darin, den vom Gleichstrommotor benötigten Strom zu messen und in Abhängigkeit davon den Motorzustand zu bestimmen. Gleichstrommotoren haben die Eigenschaft, dass sie bei steigender mechanischer Belastung eine höhere Stromaufnahme zeigen, wobei die Stromaufnahme bei blockiertem Motor maximal ist. Aus der aktuellen Stromaufnahme eines Gleichstrommotors kann somit prinzipiell erkannt werden, ob sich der Motor dreht oder ob der Motor blockiert ist.
Aufgrund mechanischer Toleranzen, ungenauer Stromerfassung und vor allem wegen hoher Temperaturschwankungen während des Betriebs kann die Stromaufnahme des Gleichstrommotors bei gleichem Betriebszustand um mehr als einem Faktor zwei variieren. Allein anhand des absoluten Stromwertes ist daher eine Aussage darüber, ob sich der Motor dreht oder ob er blockiert ist, in vielen Applikationen nicht möglich. In diesen Fällen muss daher wiederum eine teure und aufwändige Sensorik eingesetzt werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehinformation von Gleichstrommotoren anhand der Stromaufnahme des Motors zu bestimmen, ohne hierfür eine zusätzliche Sensorik einsetzen zu müssen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß dieser Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 4 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, zunächst den Blockier- oder Anlaufstrom des Gleichstrommotors als einen Referenzwert zu ermitteln, in Abhängigkeit vom Referenzwert einen Schwellwert zu bestimmen und im folgenden Betrieb des Motors eine elektrische Größe (z.B. Strom oder Widerstand des Motors) mit dem Schwellenwert zu vergleichen, um die Drehinformation zu ermitteln. Der Schwellenwert wird vorzugsweise regelmäßig aktualisiert und ist somit immer an die aktuellen Betriebsbedingungen (insbesondere unterschiedliche Temperaturen) des Motors angepasst. Dadurch wird es möglich, durch einfachen Schwellenwertvergleich zuverlässig festzustellen, ob sich der Gleichstrommotor dreht oder ob der Motor blockiert ist.

Der Schwellenwert ist vorzugsweise derart gewählt, dass er etwa in der Mitte zwischen dem Referenzwert und einem Wert bei drehendem Motor liegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der elektrische Widerstand des Gleichstrommotors überwacht. Hierzu wird vorzugsweise aus dem Stromwert der Referenzstrommessung und der am Gleichstrommotor anliegenden Spannung der Widerstand des Gleichstrommotors berechnet und ein entsprechender Widerstands-Schwellenwert ermittelt. Im folgenden Betrieb des Gleichstrommotors wird dann der aktuelle Widerstandswert mit dem Widerstands-Schwellenwert verglichen und daraus die Drehinformation bestimmt. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass sich der Einfluß einer möglicherweise schwankenden Netzspannung herauskürzt.

Alternativ könnte auch ein Strom-Schwellenwert ermittelt und bei Betrieb des Gleichstrommotors jeweils der aktuelle Stromwert mit dem Strom-Schwellenwert verglichen werden, um die Drehinformation zu bestimmen.

Unter der Bezeichnung „Blockierstrom" wird hier derjenige Strom verstanden, den der Gleichstrommotor benötigt, wenn er gegen einen Anschlag gedreht wird. Der „Anlaufstrom" ist derjenige Strom, den der Gleichstrommotor in der ersten Phase des Anlaufs benötigt. In dieser Phase ist die Stromaufnahme eines Gleichstrommotors etwa genauso groß wie im blockierten Zustand. Die Zeitdauer des Anlaufstroms ist jedoch relativ kurz und kann daher nur schwer bzw. relativ ungenau gemessen werden. Die Messung des Blockierstroms wird daher bevorzugt, unter der Voraussetzung, dass der Gleichstrommotor an einem Anschlag steht.

Die Drehinformation kann somit z.B. nach folgendem Verfahren ermittelt werden: Sofern der Gleichstrommotor an einem Anschlag steht, wird der Motor zunächst (entgegen der gewünschten Drehrichtung) gegen den Anschlag gedreht und dabei der Blockierstrom gemessen. In Abhängigkeit vom Blockierstrom wird dann ein zugehöriger Schwellenwert (Strom- oder Widerstands-Schwellenwert) berechnet. Danach wird der Motor in die Gegenrichtung gedreht und dabei eine elektrische Größe (Strom oder Widerstand) des Gleichstrommotors ermittelt, wobei die aktuellen Werte mit dem vorher berechneten Schwellenwert verglichen werden. Daraus kann unmittelbar erkannt werden, ob sich der Gleichstrommotor dreht oder ob er blockiert ist.

Sofern der Gleichstrommotor nicht an einem Anschlag steht, wird vorzugsweise der Anlaufstrom des Gleichstrommotors ermittelt, wobei der Motor vorzugsweise gleich in die gewünschte Richtung gedreht wird. Im übrigen wird wie vorstehend beschrieben vorgegangen.

Eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehinformation umfasst vorzugsweise einen Stromsensor und ein Steuergerät, das zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte entsprechend programmiert ist und das in der Lage ist, den Gleichstrommotor entsprechend anzusteuern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 eine stark vereinfachte Darstellung eines elektrischen Kfz-Bordnetzes,
2 die wesentlichen Verfahrensschritte bei der Bestimmung der Drehinformation eines Gleichstrommotors,
3 den Stromverlauf eines Gleichstrommotors über der Zeit, und
4 den Widerstandsverlauf eines Gleichstrommotors über der Zeit.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kfz-Bordnetzes, das von einer Batterie 1 und einem Generator 2 mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Bordnetz umfasst mehrere elektrische Verbraucher 5, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit als ein Verbraucher 5 dargestellt sind.
Zur Betätigung verschiedener Elemente, z.B. eines Schiebedachs oder der Fahrzeugsitze, sind mehrere Gleichstrommotoren 3 vorgesehen, die hier unter dem Bezugszeichen 3 zusammengefaßt sind. Steuerungsaufgaben werden von einem Steuergerät 6 durchgeführt, das entsprechend programmtechnisch eingerichtet ist.
Zur Bestimmung einer Drehinformation (d.h., ob sich der Motor dreht oder blockiert ist) kann beispielsweise das in 2 dargestellte Verfahren durchgeführt werden.
2 zeigt die wesentlichen Verfahrensschritte zur Bestimmung einer Drehinformation für den Fall, dass der Motor an einem Anschlag steht. In diesem Fall wird der Gleichstrommotor 3 zunächst vom Steuergerät 6 entgegen der gewünschten Richtung gegen den Anschlag gedreht (Schritt 7) und dabei der Blockierstrom I des Stromsensors 4 gemessen (Schritt 8). Der Gleichstrommotor 3 wird vom Steuergerät 6 entsprechend angesteuert.
Das Steuergerät 6 berechnet aus dem Blockierstrom I und der am Gleichstrommotor abfallenden Spannung U_B den Widerstand R des Gleichstrommotors 3 (Schritt 9). In Schritt 10 wird dann in Abhängigkeit vom Blockierstrom 7 (siehe 3) ein Schwellenwert SW, vorzugsweise ein Widerstands-Schwellenwert, ermittelt. Danach wird der Gleichstrommotor 3 in die eigentlich gewünschte Richtung gedreht (Schritt 11). Durch einen Strom- bzw. Widerstands-Vergleich mit dem Schwellenwert SW (Schritt 12) kann nun in einfacher Weise erkannt werden, ob sich der Gleichstrommotor dreht oder ob er blockiert ist.
Ist der aktuelle Strom I kleiner als der Schwellenwert SW, so dreht sich der Motor. Ist der aktuelle Strom I dagegen größer als der Schwellenwert SW, so steht der Motor. Bei einem Widerstandsvergleich gilt das Umgekehrte.
Für den Fall, dass der Gleichstrommotor nicht an einem Anschlag steht, wird der Motor 3 gleich in die gewünschte Richtung gedreht. Dabei wird der Anlaufstrom 8 (siehe 3) gemessen, der in seiner Höhe etwa dem Blockierstrom 7 entspricht. Der Schwellenwert SW wird dann in Abhängigkeit vom Anlaufstrom 8 berechnet.
3 zeigt den Stromverlauf eines Gleichstrommotors 3 im blockierten Zustand (linker Teil) und im nicht blockierten Zustand (rechter Teil). Im blockierten Zustand zieht der Motor 3 den sogenannten Blockierstrom 7. Im nicht blockierten Zustand zieht der Motor 3 zunächst einen Anlaufstrom 8, der jedoch relativ schnell auf einen geringen Stromwert absinkt. Am Ende seiner Bewegung läuft der Elektromotor 3 gegen einen Anschlag. Am Anschlag angekommen springt der Strom I auf seinen Maximalwert und überschreitet dabei den Schwellenwert SW. Dies wird vom Steuergerät 6 erkannt. Der Gleichstrommotor 3 kann somit unmittelbar darauf ausgeschaltet werden.
4 zeigt den entsprechenden Widerstandsverlauf eines Gleichstrommotors 3 im blockierten Zustand (linker Teil) und im nicht blockierten Zustand (rechter Teil). Im blockierten Zustand ist der Widerstandswert 15 sehr gering. Im nicht blockierten Zustand hat der Motor 3 zunächst einen Anlaufwiderstand 16, der jedoch relativ schnell auf einen höheren Widerstandswert steigt. Am Anschlag angekommen springt der Widerstand auf seinen Minimalwert und überschreitet dabei den Schwellenwert SW. Dies wird vom Steuergerät 6 erkannt.

1: Batterie
2: Generator
3: Gleichstrommotor
4: Stromsensor
5: Verbraucher
6: Steuergerät
7: Blockierstrom
8: Anlaufstrom
10–17: Verfahrensschritte
SW: Schwellenwert
I: Strom
R: Widerstand
t: Zeit

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehinformation eines Gleichstrommotors (3), insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, umfassend einen Stromsensor (4) zum Messen des vom Gleichstrommotor (3) benötigten Stroms (I) und eine Einrichtung (6), die anhand der Stromaufnahme (I) des Gleichstrommotors (3) die Drehinformation bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (6) den Blockier- oder Anlaufstrom (7, 8) des Gleichstrommotors (3) als einen Referenzwert ermittelt, in Abhängigkeit vom Referenzwert (7, 8) einen Schwellenwert (SW) bestimmt und durch Vergleich einer elektrischen Größe (R, I) des Gleichstrommotors (3) mit dem Schwellenwert (SW) die Drehinformation ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert (SW) ein Widerstands-Schwellenwert ist und die elektrische Größe der elektrische Widerstand (R) des Gleichstrommotors (3) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (6) ein programmierbares Steuergerät ist, das mit dem Gleichstrommotor verbunden ist.
Verfahren zur Bestimmung einer Drehinformation eines Gleichstrommotors (3), insbesondere zur Anwendung in Kraftfahrzeugen, wobei der vom Gleichstrommotor (3) benötigte Strom (I) ermittelt und anhand der Stromaufnahme (I) eine Drehinformation bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockier- oder Anlaufstrom (7, 8) des Gleichstrommotors (3) als Referenzwert ermittelt, in Abhängigkeit vom Referenzwert ein Schwellenwert (SW) bestimmt und bei Betrieb des Gleichstrommotors (3) durch Vergleich einer elektrischen Größe (R, I) des Gleichstrommotors (3) mit dem Schwellenwert (SW) die Drehinformation bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, sofern der Gleichstrommotor (3) an einem Anschlag ansteht, der Gleichstrommotor (3) zunächst automatisch gegen den Anschlag gedreht und dabei der Blockierstrom (7) gemessen wird, und der Gleichstrommotor (3) danach in die Gegenrichtung gedreht wird, wobei der vom Motor benötigte Strom (I) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem vom Gleichstrommotor (3) verbrauchten Strom (I) und der Motorspannung (UB) ein Widerstands-Schwellenwert ermittelt und bei Betrieb des Gleichstrommotors (3) der Widerstand des Gleichstrommotors (3) berechnet und mit dem Schwellenwert (SW) verglichen wird, um die Drehinformation zu bestimmen.