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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gleichstromelektromotors eines Verbrennungsluftfördergebläses eines Fahrzeugheizgeräts mit einem durch den Gleichstromelektromotor zur Drehung antreibbaren Verbrennungsluftförderrad.
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In brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgeräten wird die zur Verbrennung mit in eine Brennkammer eingespeistem Brennstoff erforderliche Verbrennungsluft durch ein Verbrennungsluftfördergebläse gefördert, welches im Allgemeinen einen Gleichstromelektromotor sowie ein durch diesen zur Drehung antreibbares Verbrennungsluftförderrad umfasst. Je nach erforderlicher Verbrennungsluftmenge wird dabei der Gleichstromelektromotor mit einer in Zuordnung zu einer erforderlichen Verbrennungsluftmenge vorgegebenen Drehzahl betrieben. Dabei findet im Allgemeinen keine Drehzahlerfassung bzw. Drehzahlregelung statt, sondern es wird in Zuordnung zu dem Gleichstromelektromotor ein Zusammenhang zwischen der Drehzahl desselben und einer diesen erregenden Spannung ermittelt und entsprechend der erforderlichen Drehzahl dann die aus diesem Zusammenhang hervorgehende Spannung zur Erregung ausgewählt. Im Allgemeinen werden derartige Gleichstromelektromotoren mit einer pulsweitenmodulierten Gleichspannung erregt, wobei zur Änderung der an den Gleichstromelektromotor angelegten mittleren Spannung das Tastverhältnis verändert werden kann. Da Fahrzeugheizgeräte im Allgemeinen mit einer begrenzten Anzahl an Heizleistungsstufen betrieben werden, beispielsweise drei oder vier Heizleistungsstufen, wird der Gleichstromelektromotor im Betrieb des Fahrzeugheizgeräts im Allgemeinen auch nur mit einer begrenzten Anzahl verschiedener Drehzahlen bzw. verschiedener an diesen anzulegenden Spannungen betrieben. Arbeitet das Fahrzeugheizgerät in einer beispielsweise durch den erforderlichen Wärmebedarf vorgegebenen Heizleistungsstufe, ändert sich die geforderte Verbrennungsluftmenge nicht, so dass im Allgemeinen auch eine Veränderung der Drehzahl des Gleichstromelektromotors und dementsprechend auch eine Veränderung der an diesen anzulegenden elektrischen Spannung nicht erfolgen wird.
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Aus der
DE 10 2007 056 229 A1 ist es bekannt, die Position eines durch einen Gleichstromelektromotor angetriebenen Bauteils in einem Fahrzeug, beispielsweise eines elektromotorisch betätigten Schiebedachs oder Fensters, unter Berücksichtigung des im Gleichstromelektromotor fließenden elektrischen Stroms zu ermitteln. Aufgrund der im Betrieb des Gleichstrommotors erforderlichen bzw. stattfindenden Kommutierung entstehen in dem über den Elektromotor hinweg fließenden elektrischen Strom so genannte Stromrippel, also Stromspitzen, deren Anzahl einerseits bestimmt ist durch die pro Umdrehung des Rotors des Elektromotors auftretenden Kommutierungen und andererseits durch die Drehzahl. Durch das Zählen der Stromrippel kann letztendlich ermittelt werden, in welchem Ausmaß der Rotor des Gleichstromelektromotors sich gedreht hat, wodurch wiederum auf die Positionierung eines durch diesen Motor angetriebenen Bauteils geschlossen werden kann.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Gleichstromelektromotors eines Verbrennungsluftfördergebläses eines Fahrzeugheizgeräts vorzusehen, mit welchem in einfacher Art und Weise eine höhere Effizienz des im Fahrzeugheizgerät ablaufenden Verbrennungsbetriebs bei gemindertem Schadstoffausstoß erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dieser Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Gleichstromelektromotors eines Verbrennungsluftfördergebläses eines Fahrzeugheizgeräts mit einem durch den Gleichstromelektromotor zur Drehung antreibbaren Verbrennungsluftförderrad, umfassend die Maßnahmen:
- a) Vorgeben einer Soll-Drehzahl für den Gleichstromelektromotor,
- b) beruhend auf einem Spannung-Drehzahl-Zusammenhang, Bestimmen einer der Soll-Drehzahl zugeordneten Spannung,
- c) Betreiben des Gleichstromelektromotors auf Grundlage der bei der Maßnahme b) ermittelten Spannung als Soll-Spannung,
- d) Erfassen des im Betrieb des Gleichstromelektromotors fließenden Motorstroms,
- e) Auswerten des Motorstroms bezüglich darin enthaltener Stromrippel,
- f) beruhend auf dem Auswertungsergebnis der Maßnahme e), Korrigieren der bei der Maßnahme b) bestimmten Spannung,
- g) Betreiben des Gleichstromelektromotors auf Grundlage der bei der Maßnahme f) korrigierten Spannung als Soll-Spannung.
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Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird grundsätzlich so vorgegangen, dass für den Betrieb des Gleichstromelektromotors grundsätzlich ein definierter Zusammenhang zwischen der geforderten Drehzahl und der zum Erlangen derselben an den Gleichstromelektromotor anzulegenden elektrischen Spannung definiert wird. Je nach erforderlicher Drehzahl, also auch je nach geforderter Heizleistungsstufe, wird dann die aus diesem Zusammenhang sich ergebende Spannung an den Gleichstromelektromotor angelegt. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass dieser Spannung-Drehzahl-Zusammenhang eine direkte Zuordnung einer elektrischen Spannung zu einer Drehzahl wiedergeben kann. Insbesondere dann, wenn die Spannung als pulsweitenmodulierte Gleichspannung bereitgestellt wird, kann dieser Zusammenhang auch durch eine Zuordnung eines Tastverhältnisses zu einer Drehzahl, ggf. auch unter Berücksichtigung der in einem Bordspannungssystem zur Verfügung gestellten elektrischen Spannung, wiedergegeben sein. Nach Auswahl der für die zu erlangende Soll-Drehzahl aus dem Zusammenhang sich ergebenden Spannung bzw. eines diese auch definierenden Tastverhältnisses wird der Gleichstromelektromotor mit bzw. auf Grundlage dieser Spannung als Soll-Spannung betrieben.
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Dieser Betrieb mit der gemäß der Maßnahme b) bestimmten Spannung als Soll-Spannung kann beispielsweise immer dann zunächst genutzt werden, wenn in einen neuen Betriebszustand, also beispielsweise eine andere Heizleistungsstufe übergegangen wird oder ein Heizgerät und damit auch der Gleichstromelektromotor neu in Betrieb gesetzt wird und zunächst beispielsweise mit vergleichsweise geringer, eine zuverlässige Stromrippelerkennung nicht zulassender Drehzahl gearbeitet wird. Die erfindungsgemäß dann zu einer Spannungskorrektur führenden Maßnahmen d) bis g) werden dann vorgenommen bzw. zur Durchführung einer Spannungskorrektur tatsächlich auch berücksichtigt, wenn der Betrieb des Elektromotors beispielsweise in einer bestimmten Heizleistungsstufe, also bei einer bestimmten Soll-Drehzahl, sich stabilisiert hat oder grundsätzlich die Soll-Drehzahl in einem Drehzahlbereich liegt, bei welchem davon ausgegangen werden kann, dass eine zuverlässige Stromrippelerkennung möglich ist.
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In diesem Betriebszustand des Gleichstromelektromotors wird erfindungsgemäß dann der in diesem fließende elektrische Strom erfasst. Aufgrund der im Betrieb des Gleichstromelektromotors auftretenden Kommutierung enthält dieser Motorstrom Stromrippel und kann somit hinsichtlich der darin enthaltenen Stromrippel ausgewertet werden. Da die Anzahl der pro Umdrehung auftretenden und im Wesentlichen die Stromrippel auslösenden Kommutierungen aus dem konstruktiven Aufbau des Gleichstromelektromotors bekannt ist, kann durch Zählen der Stromrippel über eine vorgegebene Zeitdauer hinweg auf die Drehzahl des Gleichstromelektromotors geschlossen werden. Somit wird es möglich, die grundsätzlich aus dem Spannung-Drehzahl-Zusammenhang ermittelte, zum Erhalt der Soll-Drehzahl ausgewählte Spannung erforderlichenfalls unter Berücksichtigung des aus der Auswertung des Motorstroms sich ergebenden Ergebnisses, also im Wesentlichen der bei dem Gleichstromelektromotor tatsächlich vorhandenen Drehzahl, zu korrigieren und eine derartige korrigierte Spannung dann als Soll-Spannung an dem Gleichstromelektromotor anzulegen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also der Gleichstromelektromotor grundsätzlich in einem Steuerungsprozess betrieben werden, bei welchem für einen gewünschten Betriebszustand, also eine Soll-Drehzahl, aus einem zuvor definierten Zusammenhang die zur Erlangung dieses Zustands erforderliche elektrische Spannung bzw. das dafür erforderliche Tastverhältnis ausgewählt und genutzt wird. In diesem Steuerungsprozess kann dann eine Korrektur erfolgen, um eine beispielsweise durch äußere Einflüsse erzwungene Abweichung von dem Zusammenhang zwischen Spannung und Drehzahl wie dieser ursprünglich definiert war, zu kompensieren. Es sind hierzu keine Drehzahlsensoren oder dergleichen erforderlich.
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Die Auswertung des Motorstroms kann über eine vorbestimmte Zeitdauer, also ein Auswertezeitintervall hinweg erfolgen, wobei die Dauer dieses Auswertezeitintervalls im Bereich von 0,1 s bis 5 s, vorzugsweise etwa 1 s, liegen kann. Diese Dauer kann vorteilhafterweise unter Berücksichtigung der Drehzahl bzw. Soll-Drehzahl des Gleichstromelektromotors so gewählt werden, dass sie eine Mehrzahl von Umdrehungen umfasst, wodurch die Genauigkeit bei der Auswertung des Motorstroms erhöht werden kann. Sollten bei einer Vielzahl von zu erwartenden Stromrippel während einer entsprechenden Vielzahl an Umdrehungen einzelne Stromrippel tatsächlich nicht erkannt werden, ist dies hinsichtlich des Auswerteergebnisses weniger kritisch, als in einem Fall, in welchem aufgrund eines vergleichsweise kurzen, beispielsweise nur eine einzige Umdrehung abdeckenden Auswertezeitintervalls einzelne Stromrippel nicht erfasst werden können. Dabei kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass die Zeitdauer des Auswertezeitintervalls sich drehzahlabhängig ändert, und zwar derart, dass mit zunehmender Drehzahl diese Zeitdauer kürzer wird. Eine zunehmende Drehzahl des Gleichstormelektromotors hat zur Folge, dass die in einem fest vorgegebenen Zeitintervall auftretenden Stromrippel in ihrer Anzahl entsprechend zunehmen. Da grundsätzlich davon ausgegangen werden kann, dass eine vorbestimmte Anzahl an zu erwartenden Stromrippeln eine zuverlässige Auswertung ermöglicht, wobei diese Anzahl im Bereich zwischen 10 und 1000 Stromrippel liegen kann, kann die Zeitdauer des Auswertezeitintervalls so gewählt bzw. angepasst werden, dass für jede Drehzahl bzw. vorgegebene Soll-Drehzahl eine eine zuverlässige Auswertung zulassende Anzahl an Stromrippeln tatsächlich erfasst werden kann. Dies ermöglicht einerseits vergleichsweise für geringe Drehzahlen eine zuverlässige Stromrippelerkennung, verhindert andererseits bei vergleichsweise hohen Drehzahlen eine unnötig lange Messdauer und einen unnötig hohen auszuwertenden Datenumfang.
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Durch das Zählen der Stromrippel beispielsweise über ein Auswertezeitintervall hinweg wird es möglich, eine Größe zu ermitteln, die in direktem Zusammenhang mit der Ist-Drehzahl des Gleichstromelektromotors steht. insbesondere ist es möglich, dass bei der Maßnahme e) als Drehzahlgröße die Ist-Drehzahl ermittelt wird und dann durch einen Vergleich zwischen dieser Ist-Drehzahl und der bei der Maßnahme a) vorgegebenen Soll-Drehzahl bzw. der daraus sich ergebenden Abweichung eine Korrektur der bei der Maßnahme b) ausgewählten Spannung erfolgt. Dabei ist es beispielsweise möglich, aus der Drehzahlabweichung einen Korrekturfaktor zu ermitteln und diesen dann entsprechend auf die bei der Maßnahme b) ausgewählte Spannung anzuwenden. Liegt die Ist-Drehzahl beispielsweise um 10% unter der Soll-Drehzahl, so kann durch Multiplizieren der bei der Maßnahme b) ausgewählten Spannung mit einem diese Abweichung von 10% repräsentierenden Korrekturfaktor die Spannung bei der Maßnahme f) korrigiert werden.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die ggf. erforderliche Korrektur bei der an den Gleichstromelektromotor anzulegenden Spannung nicht permanent nach Art eines Regelverfahrens durchgeführt werden muss, wenngleich auch dies grundsätzlich möglich ist. Wie vorangehend bereits dargelegt, wird ein Fahrzeugheizgerät im Allgemeinen nur in einer vergleichsweise geringen Anzahl an Heizleistungsstufen betrieben, wobei grundsätzlich davon auszugehen ist, dass dann, wenn eine bestimmte Heizleistungstufe gefordert ist, das Fahrzeugheizgerät über eine vergleichsweise lange Zeitdauer hinweg in dieser Heizleistungsstufe betrieben wird. Dies bedeutet, dass auch nur vergleichsweise selten eine Änderung der Drehzahl des Gleichstromelektromotors des Verbrennungsluftfördergebläses erforderlich ist. Es ist somit beispielsweise möglich, die erfindungsgemäß vorzunehmende Spannungskorrektur zumindest immer dann vorzunehmen, wenn eine neue Heizleistungsstufe und somit eine neue Drehzahl beim Gleichstromelektromotor einzustellen ist. Beispielsweise kann eine vorbestimmte Zeitdauer nach Einstellen einer neuen Heizleistungsstufe bzw. einer neuen Soll-Drehzahl, beispielsweise 1 bis 2 Sekunden nach deren Auswahl, die erfindungsgemäße Überprüfung durchgeführt werden und erforderlichenfalls die an dem Gleichstromelektromotor anzulegende Soll-Spannung korrigiert werden. Da grundsätzlich davon auszugehen ist, dass in dem dann folgenden Betrieb keine die Drehzahl des Gleichstromelektromotors substantiell verändernden Umstände auftreten werden, ist eine erneute Korrektur der Spannung in diesem Betriebszustand dann grundsätzlich nicht erforderlich. Gleichwohl sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäß vorzunehmende Korrektur auch wiederholt nach vorbestimmten Zeitintervallen durchgeführt werden kann, selbst dann, wenn der Betrieb des Gleichstromelektromotors sich grundsätzlich nicht geändert hat.
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Die erfindungsgemäß vorzunehmende Spannungskorrektur, beispielsweise ein aus der Drehzahlabweichung ermittelter Korrekturfaktor, kann abgespeichert werden, so dass bei einem Neustart des Gleichstromelektromotors die aus dem Spannung-Drehzahl-Zusammenhang ermittelte Spannung korrigiert und als so korrigierte Spannung dann an den Gleichstromelektromotor angelegt werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass mit dem Ausdruck „Neustart” im Kontext der vorliegenden Erfindung beispielsweise auch das erneute Eintreten in einen vorbestimmten Betriebszustand, also Betrieb mit einer vorgegebenen Soll-Drehzahl, aus einem anderen Betriebszustand umfasst ist. Grundsätzlich umfasst diese erfindungsgemäß vorzunehmende Spannungskorrektur auf der Grundlage einer zuvor ermittelten Korrektur auch, dass der Spannung-Drehzahl-Zusammenhang selbst korrigiert wird, d. h. in Zuordnung zu der bei der Maßnahme a) ausgewählten Soll-Drehzahl nach erfolgter Korrektur die korrigierte Spannung als Spannung abgespeichert wird und dann, wenn dieser Betriebszustand bzw. diese Soll-Drehzahl erneut einzustellen ist, eine Spannungskorrektur dadurch erfolgt, dass eine bereits korrigierte Spannung im Vergleich zu der ursprünglich bzw. vorher in diesem Zusammenhang vorgegebenen Spannung ausgewählt wird.
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Bei dieser die Vergangenheit berücksichtigenden Vorgehensweise ist es grundsätzlich auch möglich, die beispielsweise in Zuordnung zu einer bestimmten Soll-Drehzahl in der Vergangenheit vorgenommenen Korrekturen beispielsweise auch gewichtet in ihrer Gesamtheit zu berücksichtigen. Somit kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass über die Betriebslebensdauer hinweg die im Motorstrom auftretenden Stromrippel immer undeutlicher bzw. schwerer zu erfassen sind, was zu einer mit zunehmender Betriebslebensdauer tatsächlich ungenauer werdenden aus der Auswertung der Stromrippel sich ergebenden Drehzahlgröße führt. Durch verstärkte Berücksichtigung von in der Vergangenheit vorgenommenen Korrekturen kann somit gewährleistet werden, dass selbst dann, wenn eine Auswertung des Motorstroms nicht mehr mit hoher Präzision möglich ist, eine ausreichende Korrektur der zur Erlangung einer Soll-Drehzahl erforderlichen Spannung möglich ist.
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Gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Korrektur der zum Betreiben des Gleichstromelektromotors anzulegenden Spannung nur dann vorgenommen, wenn dies tatsächlich auch möglich ist bzw. sichergestellt ist, dass die Spannungskorrektur zu einem verbesserten Betrieb führt. Dazu kann vorgesehen sein, dass zumindest die Maßnahme g), vorteilhafterweise auch die Maßnahme d) oder/und e) oder/und f), nur dann durchgeführt wird, wenn der Gleichstromelektromotor in einem korrekturfähigen Betriebszustand ist. Ein derartiger korrekturfähiger Betriebszustand kann beispielsweise dann vorliegen, wenn der Gleichstromelektromotor mit über einer Schwellendrehzahl liegender Drehzahl betrieben wird. Bei zu niedriger Drehzahl kann aus dem auszuwertenden Signal, welches den im Gleichstromelektromotor fließenden Strom repräsentiert, nicht zuverlässig auf die darin enthaltenen Stromrippel geschlossen werden, auch wenn dieses einer eingehenden Filterung zum Eliminieren von Rauschen und zum Eliminieren der überlagerten Spannungstaktung einer Filterung unterzogen wird. Auch dann, wenn die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Stromrippelerkennung über einer vorbestimmten Schwellenwahrscheinlichkeit liegt, ist es möglich bzw. sinnvoll, die erfindungsgemäß vorzunehmende Korrektur durchzuführen. Die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Stromrippelerkennung hängt auch vom Abnutzungszustand des Kommutators des Gleichstromelektromotors ab. Mit zunehmender Betriebslebensdauer werden die im Stromsignal enthaltenen bzw. daraus extrahierbaren Stromrippel immer undeutlicher, so dass Fehlerkennungen bzw. das Nichterkennen eines tatsächlich vorhandenen Stromrippels die Folge sind und somit die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Stromrippelerkennung abnimmt. Insofern besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, die Betriebslebensdauer, also diejenige Dauer, über welche hinweg beispielsweise der Gleichstromelektromotor oder allgemein ein Verbrennungsluftfördergebläse bzw. ein Fahrzeugheizgerät bisher betrieben wurde, zu berücksichtigen. Ab einer bestimmten Betriebslebensdauer, beispielsweise repräsentiert durch eine Anzahl an Betriebsstunden, kann davon ausgegangen werden, dass zwar grundsätzlich der Gleichstromelektromotor noch zuverlässig betreibbar ist, dass jedoch eine die Spannungskorrektur zuverlässig ermöglichende Stromrippelerkennung auch mit der geforderten Wahrscheinlichkeit einer korrekten Erfassung nicht mehr gewährleistet ist.
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Liegt ein derartiger Betriebszustand vor, in welchem eine zuverlässige Spannungskorrektur nicht möglich ist, so besteht grundsätzlich die Möglichkeit, den Gleichstromelektromotor bei der Maßnahme c) beruhend auf der bei der Maßnahme b) bestimmten Spannung anzusteuern. Hier wird also beispielsweise auf den ursprünglich abgelegten bzw. zur Verfügung gestellten Spannung-Drehzahl-Zusammenhang zurückgegriffen und in einer herkömmlichen Steuerung gearbeitet. Damit wird zwar in Kauf genommen, dass bei dieser Vorgehensweise eine gewisse Abweichung der Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl vorliegt. Eine zu einer möglicherweise noch größeren Abweichung führende fehlerhafte Korrektur wird jedoch vermieden. Des Weiteren ist es selbstverständlich auch möglich, bei derartigem Betrieb auf Korrekturmaßnahmen zurückzugreifen, die in einem korrekturfähigen Betriebszustand vorgenommen bzw. ermittelt wurden. So könnte beispielsweise der Spannung-Drehzahl-Zusammenhang, so wie vorangehend bereits dargelegt, immer dann berichtigt oder überschrieben werden, wenn tatsächlich eine Spannungskorrektur in einem korrekturfähigen Betriebszustand vorzunehmen ist bzw. vorgenommen wird. Auch können die eigentlichen Korrekturen, also das Vorgeben einer zusätzlichen Spannung in Form eines Korrekturfaktors oder eines Korrekturterms abgespeichert werden und dann herangezogen werden, wenn aufgrund der vorangehend dargelegten Umstände im aktuellen Betriebszustand des Gleichstromelektromotors die Korrektur bzw. die Ermittlung von Korrekturmaßnahmen nicht möglich ist. Wird beispielsweise der Gleichstromelektromotor mit einer Drehzahl unter der Schwellendrehzahl betrieben, so kann erfindungsgemäß die bei der Maßnahme b) ermittelte Spannung, die ggf. bereits auch beruhend auf in der Vergangenheit liegenden Korrekturen angepasst wurde, beruhend auf wenigstens einer Korrekturmaßnahme korrigiert werden, die in einem Betriebszustand mit über der Schwellendrehzahl liegender Drehzahl ermittelt wurde. Dabei kann beispielsweise durch Interpolation oder Extrapolation für einen Drehzahlwert unter der Drehzahlschwelle eine Korrekturmaßnahme, also beispielsweise ein Korrekturfaktor oder ein Korrekturterm, für die an den Gleichstromelektromotor anzulegende Spannung ermittelt werden und der Gleichstromelektromotor dann unter Berücksichtigung einer derartigen Maßnahme betrieben werden.
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Um die durch das Verbrennungsluftfördergebläse geförderte Luftmenge mit höherer Präzision einstellen zu können, kann erfindungsgemäß die an den Gleichstromelektromotor anzulegende Spannung weiterhin unter Berücksichtigung wenigstens einer Einflussgröße, beispielsweise der Temperatur des Gleichstromelektromotors oder der Temperatur in der Umgebung des Gleichstromelektromotors korrigiert werden. Hier kann berücksichtigt werden, dass abhängig von derartigen Einflussgrößen die Betriebscharakteristik des Gleichstromelektromotors sich ändern kann, so dass zum Fördern einer gewünschten Luftmenge eine entsprechende Anpassung des Betriebs bzw. der Drehzahl des Gleichstromelektromotors erforderlich werden kann bzw. vorteilhaft sein kann.
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Nachfolgend werden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren einige Aspekte der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Spannung-Drehzahl-Zusammenhang für einen Gleichstromelektromotor;
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2 die zeitliche Verteilung von in einem Auswertezeitintervall auftretenden Stromrippeln;
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3 ein Beispiel einer Häufigkeitsverteilung von in einem Auswertezeitintervall enthaltenen bzw. erfassten Stromrippeln.
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Die 1 veranschaulicht einen Spannung-Drehzahl-Zusammenhang Z für einen Gleichstromelektromotor, wie er beispielsweise in Form einer Funktion, in Form von einzelnen Datenpunkten oder eines Kennfelds in einem Ansteuergerät für einen Gleichstromelektromotor eines Fahrzeugheizgeräts abgelegt werden kann. Beispielsweise kann für diejenigen Drehzahlen, welche in Zuordnung zu vorgegebenen Heizleistungsstufen im Heizbetrieb einzustellen sind, jeweils ein Drehzahlwert, hier n2 und n3, und diesem zugeordnet ein Spannungswert, hier U2 und U3, abgelegt werden. Bei mehr als zwei Heizleistungsstufen sind selbstverständlich mehrere derartige Wertepaare bereitzuhalten. Gegebenenfalls könnten aber auch für zwischen den Drehzahlwerten n2 und n3 liegende Drehzahlen bzw. außerhalb dieses Drehzahlintervalls liegende Drehzahlen die zugeordneten Spannungen anhand der für die Drehzahlen n2 und n3 vorgegebenen Spannungswerte U2 und U3 durch lineare Interpolation oder Extrapolation ermittelt werden.
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Im Betrieb eines Fahrzeugheizgeräts können beispielsweise in Zuordnung zu den beiden Drehzahlwerten n2 und n3 dann, wenn diese bei Einstellung eines jeweiligen Heizbetriebs gefordert werden, durch die vorangehend beschriebene Auswertung des im Gleichstromelektromotor bei Anlegen beispielsweise der Spannung U2 oder U3 fließenden Motorstroms Korrekturmaßnahmen, beispielsweise in Form von eines in Prozentzahlen repräsentierten Korrekturfaktors oder eines Korrekturterms zur Korrektur dieser aus dem Zusammenhang Z sich ergebenden Spannungen ermittelt werden. Im dargestellten Beispiel sind dies in Zuordnung zu den Drehzahlen n2 und n3, die als Soll-Drehzahlen vorgegeben sind, jeweils zu den eigentlich aus dem Zusammenhang Z sich ergebenden Spannungen U2 und U3 hinzu zu zählende bzw. durch Multiplikation erlangbare Korrekturspannungen ΔU2 bzw. ΔU3. Diese Korrekturspannungen ΔU2 und ΔU3 oder die korrigierten Spannungen U2' und U3' können dann gespeichert werden, beispielsweise als korrigierter Zusammenhang Z' in Form mehrerer Datenpunkte. Wird zu einem späteren Zeitpunkt das Heizgerät wieder in Betrieb genommen bzw. eine Heizleistungsstufe wieder aktiviert, kann unter Berücksichtigung dieser korrigierten Spannungswerte bzw. des korrigierten Zusammenhangs Z' bereits bei der Maßnahme b) eine Spannung bestimmt werden, die mit größerer Wahrscheinlichkeit zum Erlangen der jeweils gewünschten Drehzahl, also der vorgegebenen Soll-Drehzahl, führt, als die im ursprünglich vorgegebenen Zusammenhang Z enthaltene Spannung. Das heißt, es kann am Beginn des Ansteuer- bzw. Korrekturverfahrens bereits mit einer in der Vergangenheit ermittelten Korrektur gearbeitet werden, so dass eine weitergehende Korrektur ggf. nicht erforderlich ist bzw. nur in geringerem Ausmaß erforderlich ist.
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Die 1 zeigt eine unter der Drehzahl n2 liegende Schwellendrehzahl nS. Diese Schwellendrehzahl nS, die beispielsweise bei 2000 Umdrehungen pro Minute liegen kann, separiert denjenigen Drehzahlbereich, in welchem auch die Drehzahlen n2 und n3 liegen und der eine zuverlässige Erkennung von im Motorstrom enthaltenen Stromrippeln gewährleistet, von einem Drehzahlbereich, in welchem dies nicht möglich ist. In diesem Drehzahlbereich, also dem Bereich kleinerer Drehzahlen, liegt die Drehzahl n1, die beispielsweise in einer Startphase als Soll-Drehzahl vorgegeben wird. Dieser Drehzahl n1 ist entweder durch Vorgabe im Rahmen des Zusammenhangs Z oder durch Extrapolation eine Spannung U1 zuzuordnen. Da in dem Drehzahlbereich, in welchem die Drehzahl n1 liegt, eine zuverlässige Auswertung des Motorstroms zum Erkennen von darin enthaltenen und einen Schluss auf die Ist-Drehzahl zulassenden Stromrippeln nicht möglich ist, wäre eine Korrektur beruhend auf der in Echtzeit vorgenommenen Stromauswertung nicht möglich. Erfindungsgemäß kann jedoch beruhend auf den in Zuordnung zu den Drehzahlen n2 und n3 bereits früher ermittelten Korrekturmaßnahmen auch die in Zuordnung zur Drehzahl n1 vorgegebene Spannung U1 korrigiert werden. Hier kann beispielsweise unter Berücksichtigung der Spannungen U2' und U3' bzw. des korrigierten Zusammenhangs Z' durch lineare Extrapolation auf die in Zuordnung zur Spannung U1 vorzusehende Korrekturspannung ΔU1 geschlossen werden und der Gleichstromelektromotor dann mit der korrigierten Spannung U1' angesteuert werden. Auch mit einem einzigen im höheren Drehzahlbereich ermittelten Korrekturwert, beispielsweise demjenigen zum Drehzahlwert n2, und der Vorgabe, dass bei der Drehzahl n = 0 keine Spannung anzulegen ist, kann durch lineare Interpolation zwischen den Drehzahlwerten 0 und n2 die Korrektur ΔU1 für die Spannung U1 bzw. direkt, die Spannung U1' bestimmt werden.
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Ein weiterer Zustand, in welchem eine zu einem verbesserten Betrieb führende Korrektur auf Grundlage der Motorstromauswertung nicht möglich ist, kann vorliegen, wenn durch Verschleiß des Kommutators des Gleichstromelektromotors die im Stromsignal enthaltenen Stromrippel so verschmiert oder undeutlich enthalten sind, dass auch allgemein bekannte Filter- bzw. Auswertealgorithmen nicht gewährleisten, dass eine fehlerhafte Stromrippelerkennung ausgeschlossen ist. Um in diesem Falle zu verhindern, dass durch eine unzuverlässige Stromrippelerkennung eine durchgeführte Auswertung des Motorstroms zur Drehzahlerfassung dann tatsächlich zu einem falschen Ergebnis führt, kann vorgesehen sein, dass bei Erreichen einer vorbestimmten Schwellenbetriebslebensdauer, die im Bereich von einigen tausend Stunden liegen kann, das fortgesetzte Auswerten des Motorstroms bzw. die Berücksichtigung des Auswerteergebnisses eingestellt wird. Der Gleichstromelektromotor kann dann beispielsweise auf Grundlage des ursprünglich vorgegebenen Zusammenhangs Z angesteuert werden oder auf Grundlage des korrigierten Zusammenhangs Z' bzw. von in der Vergangenheit ermittelten Korrekturmaßnahmen bzw. Korrekturspannungen, hier ΔU1, ΔU2 und ΔU3. Hier könnten beispielsweise auch wieder die in der Vergangenheit für jeweilige Drehzahlwerte wiederholt ermittelten und sich ggf. ändernden Korrekturmaßnahmen gewichtet weden.
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Eine weitere Vorgehensweise, bei welcher die Gefahr einer fehlerhaften Drehzahlerfassung ausgeschlossen werden kann, wird nachfolgend mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert. Die 2 zeigt aufgetragen über der Zeit t und in einem Auswertezeitintervall IA die durch Auswertung des im Gleichstormelektromotor fließenden Motorstroms erkannten Stromrippel R. Dabei ist zunächst zu unterstellen, dass bei einem korrekten Betrieb bzw. korrekter Erfassung aller Stromrippel und für eine bestimmte Drehzahl im Auswertezeitintervall IA insgesamt sieben Stromrippel R1 bis R7 mit aufgrund im wewentlichen konstanter Drehzahl entsprechend konstantem gegenseitigen zeitlichem Abstand IR auftreten.
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Es sei angenommen, dass beispielsweise aufgrund des Verschleißes im Kommutator die nur mit Strichlinie dargestellten Stromrippel R3 und R6 nicht bzw. nicht korrekt erfasst werden konnten. Anstelle des Stromrippels R3 wird tatsächlich bereits zu einem früheren Zeitpunkt ein Stromrippel R3' erkannt. Anstelle des Stromrippels R6 wird fehlerhaft erst zu einem späteren Zeitpunkt ein Stromrippel R6' erkannt. Das Stromrippel R3' weist zum unmittelbar vorausgehenden, korrekt erfassten Stromrippel R2 einen deutlich kürzeren zeitlichen Abstand IF1 und zum nächstfolgenden korrekt erfassten Stromrippel R4 einen deutlich größeren Zeitabstand IF2. Entsprechend weist das tatsächlich erst zu spät erfasste Stromrippel R6' zu dem unmittelbar vorangehenden, korrekt erfassten Stromrippel R5 einen größeren Zeitabstand IF3 auf und weist zum unmittelbar folgenden, korrekt erfassten Stromrippel R7 einen kürzeren Zeitabstand IF4 auf.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in 2 nur beispielhaft eine Möglichkeit dargestellt ist, die korrekte oder nicht korrekte zeitliche Lage der Stromrippel zu erkennen. Anstelle der vorangehend beschriebenen Erfassung des gegenseitigen zeitlichen Abstands könnte selbstverständlich auch die zeitliche Lage eines jeweiligen Stromrippels bezüglich einer oder mehrerer fest vorgegebener Zeitreferenzen, beispielsweise dem Anfangszeitpunkt des Auswertezeitintervalls IA oder dem Endzeitpunkt dieses Intervalls, verwendet werden.
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Bei ausreichend zuverlässiger Auswertung des Motorstroms sollte die Anzahl derjenigen Stromrippel R, die abweichend von dem an sich zu erwartenden gegenseitigen zeitlichen Abstand IR einen fehlerhaften zeitlichen Abstand IF zu einem unmittelbar vorangehenden bzw. einem unmittelbar folgenden Stromrippel aufweisen, vergleichsweise gering sein, während diejenigen Stromrippel, die zu unmittelbar vorausgehenden bzw. folgenden Stromrippeln den zu erwartenden zeitlichen Abstand IR, selbstverständlich unter Berücksichtigung unvermeidbarer Messtoleranzen, aufweisen, in der Mehrzahl vorhanden sein sollten.
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Mit zunehmender Betriebslebensdauer und zunehmender Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Stromrippelerfassung steigt jedoch die Anzahl derjenigen Stromrippel, die fehlerhafte zeitliche Abstände IF aufweisen. Es kann dabei davon ausgegangen werden, dass dabei eine Häufigkeitsverteilung vorliegt, wie sie in 3 gezeigt ist, beispielsweise eine Verteilung gemäß einer so genannten Gauß-Kurve. Diejenigen Stromrippel, welche den korrekten gegenseitigen zeitlichen Abstand IR aufweisen, sollten mit der größten Häufigkeit HR erscheinen. Stromrippel mit fehlerhaftem gegenseitigen Zeitabstand IF sollten mit geringerer Häufigkeit auftreten. Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Häufigkeit H beispielsweise repräsentiert sein kann durch den prozentualen Anteil an den gesamten in einem Auswertezeitintervall oder ggf. auch mehreren Auswertezeitintervallen A erfassten Stromrippeln. Bei bekannter Dauer eines Auswertezeitintervalls A oder bekannter Anzahl der korrekterweise zu erwartenden Stromrippel könnte hier auch eine Absolutzahl die Häufigkeit repräsentieren.
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Solange die Häufigkeit H der mit korrektem zeitlichen Abstand IR erfassten Stromrippel R über einer Schwellenwahrscheinlichkeit, hier repräsentiert durch eine Häufigkeitsschwelle HS, liegt, kann davon ausgegangen werden, dass eine zuverlässige Auswertung des Motorstroms noch möglich ist, so dass die erfindungsgemäße Prozedur zur Spannungskorrektur beruhend auf dem aktuell erfassten bzw. ausgewerteten Motorstrom vorgenommen werden kann. Dabei könnte dann beispielsweise so vorgegangen werden, dass beruhend auf dem mit größter Häufigkeit auftretenden zeitlichen Abstand zwischen unmittelbar folgenden Stromrippeln, hier also IR, die Drehzahl ermittelt wird. Der zeitliche Abstand IR repräsentiert den zeitlichen Abstand zwischen zwei Kommutierungen. Ist beispielsweise aus dem konstruktiven Aufbau des Gleichstromelektromotors bekannt, dass pro Umdrehung vier Kommutierungen auftreten, so wird in diesem Falle für eine Umdrehung eine Zeitdauer benötigt, die dem Vierfachen des zeitlichen Abstands IR entspricht, so dass in einfacher Weise auf die Drehzahl geschlossen werden kann. Selbstverständlich sind hier andere Arten der Berechnung der Drehzahl möglich.
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Fällt die Häufigkeit HR unter die Häufigkeitsschwelle HS, die beispielsweise bei 20 bis 40% liegen kann, so kann entschieden werden, dass eine zuverlässige Auswertung des Motorstroms nicht mehr möglich ist und eine fortgesetzte Korrektur auf Grundlage des in einem jeweiligen Betrieb erfassten Motorstroms nicht mehr vorgenommen werden soll. Auch in diesem Falle kann dann beruhend auf in der Vergangenheit ermittelten Korrekturen, beispielsweise Korrekturspannungen bzw. korrigierten Spannungen bzw. dem korrigierten Zusammenhang Z', fortgesetzt eine Korrektur vorgenommen werden.
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Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird es in einfacher Art und Weise ohne der Notwendigkeit, zusätzliche die Drehzahl erfassende Sensoren vorsehen zu müssen, möglich, das Verbrennungsluftfördergebläse mit höherer Präzision so zu betreiben, wie dies für einen vorgegebenen Betrieb des Fahrzeugheizgeräts, also beispielsweise eine bestimmte Heizleistungsstufe, erforderlich ist. Somit kann mit höherer Präzision in Zuordnung zu einer in einer Brennkammer geförderte Brennstoffmenge die zur Verbrennung erforderliche Verbrennungsluftmenge eingespeist werden, wodurch einerseits die Effizienz der Verbrennung und damit der Wirkungsgrad des Fahrzeugheizgeräts steigt, andererseits der Schadstoffausstoß gemindert werden kann.
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Es sei darauf hingewiesen, dass, sofern im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung die Rede ist von einem Drehzahl-Spannung-Zusammenhang, die Drehzahl insbesondere im Kontext der hier ins Auge gefassten Fahrzeugheizgeräte bzw. der dafür eingesetzten Verbrennungsluftfördergebläse immer auch die für einen jeweiligen geforderten Verbrennungsbetrieb benötigte bzw. zu fördernde Verbrennungsluftmenge repräsentiert. Insofern ist der Ausdruck „Drehzahl” hier als Synonym für diese Verbrennungsluftmenge zu betrachten. Anstelle der Drehzahl könnte tatsächlich auch in dem jeweils aufzustellenden Zusammenhang die erforderliche Verbrennungsluftmenge wiedergegeben sein. Da jedoch mit der Auswertung des Motorstroms tatsächlich auf die Drehzahl geschlossen werden kann, ist es sinnvoll, hier den hinsichtlich der physikalischen Aussage im Wesentlichen gleichwertigen Ausdruck bzw. Wert „Drehzahl” zu berücksichtigen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007056229 A1 [0003]
