DE102019008871A1

DE102019008871A1 - Verfahren zur Drehzahlregelung eines Lüftermotors

Info

Publication number: DE102019008871A1
Application number: DE102019008871.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Wedler; Santiago Ramirez Sonntag
Original assignee: IG Bauerhin GmbH
Current assignee: IG Bauerhin GmbH
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlregelung eines Lüftermotors, der mit einer vorgegeben Versorgungsspannung aus dem Bordnetz eines Fahrzeugs betrieben wird und so angesteuert wird, dass sich eine Solldrehzahl einstellt, wobei Schwankungen in der Drehzahl ausgeregelt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehzahlregelung als Stellgröße die minimal nötige Versorgungsspannung des Lüftermotors hat, die durch die aktuelle Versorgungsspannung geteilt wird und das Teilungsergebnis als prozentuale Herabsetzung der Motoransteuerung eingesetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlregelung eines Lüftermotors, der mit einer vorgegeben Versorgungsspannung aus dem Bordnetz eines Fahrzeugs betrieben wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es gehört inzwischen zum Standard einer Fahrzeugausstattung, den Innenraum zu belüften und zu klimatisieren. Auch ist es üblich, Luft durch die Fahrzeugsitze zu führen, so dass die jeweilige Person individuell das Sitzklima einstellen kann. Eine wesentliche Baukomponente einer solchen Klimatisierung sind die notwendigen Lüfter, die die Luft zirkulieren. Solche Lüfter enthalten einen Lüftermotor, der in der Drehzahl, entsprechend eines Luftvolumenstroms, mittels einer Ansteuerung auf eine Solldrehzahl geregelt wird, die dann möglichst konstant gehalten werden soll, indem Schwankungen in der Drehzahl ausgeregelt werden. Für diese Regelung wird die vorgegebene Soll-Drehzahl mit einer erfassten Ist-Drehzahl verglichen und eine Stellgröße daraus berechnet.
Es ist aber festzustellen, dass nach dem Stand der Technik dennoch unerwünscht hohe Schwankungen der Ist-Drehzahl auftreten, die unter anderem beispielsweise durch Lastwechsel oder Versorgungsspannungsschwankungen auftreten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drehzahl der Lüftermotoren in Fahrzeuganwendungen zur Fahrzeug- und Sitzklimatisierung möglichst konstant, nahe an der einer geforderten Soll-Drehzahl und unabhängig der Versorgungsspannung, zu halten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregelung als Stellgröße die minimal nötige Versorgungsspannung des Lüftermotors verwendet. Diese minimal erforderliche Versorgungsspannung wird durch die aktuelle Versorgungsspannung, die an dem Lüftermotor des Lüfters anliegt, geteilt und das Teilungsergebnis wird als prozentuale Herabsetzung der Motoransteuerung eingesetzt. Hierzu wird entsprechend dem Teilungsergebnis die Pulsbreite der Motoransteuerung prozentual verringert oder erhöht.
Hierdurch wird erreicht, dass die Lüfterdrehzahl bei einer signifikanten Veränderung der Versorgungsspannung nicht beeinflusst wird, da sich durch die unmittelbare Verrechnung der Versorgungsspannung und der daraus resultierenden Anpassung der Lüftermotoransteuerung die Leistungsaufnahme des Lüfters nicht verändert.
Im Gegensatz zu dem Verfahren nach der Erfindung erfolgt eine Regelung der Drehzahl bisher ausschließlich über einen Regler, dessen Stellgröße direkten Einfluss auf die Motoransteuerung hat. Diese Regelung hat aber den Nachteil, dass bei einer signifikanten Änderung der Versorgungsspannung auch die Leistung des Lüftermotors und somit auch die Lüfterdrehzahl beeinflusst wird bzw. sich kurzzeitig verändert.
Das erfindungsgemäße Verfahren löst das im Stand der Technik vorhandene Problem der kurzfristigen Leistungsüberhöhung. Bei einer signifikant ansteigenden Versorgungsspannung steigt zugleich die aufgenommene Leistung stark an. Demzufolge zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine schnelle Reaktion auf die Versorgungsspannung aus und verhindert, dass die aufgenommene Leistung in unerwünschter Weise ansteigt. Bei Änderungen der Versorgungsspannung bleibt die Ist-Drehzahl konstant und es tritt keine kurzzeitige Leistungsveränderung auf. Es wird somit ein verbessertes Regelverhalten der Drehzahl des Lüftermotors bei Änderungen der Versorgungsspannung erreicht.
Der Drehzahlregler, der die Drehzahl des Lüftermotors auf eine Soll-Drehzahl regelt, hat als Ausgabewert nicht eine Pulsbreite, sondern eine minimal benötigte Versorgungsspannung für eine momentane / aktuelle Lastsituation, wobei der Ausgabewert in kurzen Zeitintervallen aktualisiert wird (zum Beispiel alle 4ms) und mit der Geschwindigkeit der PWM (zum Beispiel 18 kHz) durch die Versorgungsspannung geteilt wird, woraus die Herabsetzung der Pulsbreite der Motoransteuerung resultiert. Wird ein Teilungsergebnis > 1 berechnet, wird dies auf 1 begrenzt, da 1 entsprechend 100% der möglichen Motoransteuerung entspricht. Es ergibt sich der Vorteil, dass die Pulsbreite bei einer schnellen Spannungsänderung direkt bei der nächsten PWM-Periode angepasst wird und sich dadurch die Drehzahl des Lüftermotors nicht verändert bzw. sich auch keine signifikanten Änderungen der Leistungsaufnahme einstellt, wie es ansonsten der Fall wäre.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für Einphasen-Lüftermotoren als auch für Dreiphasen-Lüftermotoren einsetzbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Teilung der minimal benötigten Versorgungsspannung durch die aktuelle Versorgungsspannung synchron zu der Frequenz der PWM-Ansteuerung des Lüftermotors durchgeführt. Um zu erreichen, dass die Auslastung eines µC (Mikroprozessors) gering bleibt, kann die Teilung durch die aktuelle Versorgungsspannung nur bei einer detektierten Änderung der aktuellen Versorgungsspannung durchgeführt werden.
Die Teilung durch die aktuelle Versorgungsspannung kann auch unter vorgegebenen Zeitintervallen, die geringer als 10ms, vorzugsweise kleiner als 1ms, betragen, durchgeführt werden. Die Einhaltung dieser kurzen Zeitintervalle führt dazu, dass sich zwar eine kurzzeitige Leistungsänderung abbildet, sich dies jedoch nicht signifikant in einer Drehzahländerung äußert.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt

1 einen Versorgungsspannungsverlauf und eine Ansteuerung der zum Spannungssprung aktiven Halbbrücke eines Lüftermotors gemäß der Erfindung und
2 einen Versorgungsspannungsverlauf und eine Ansteuerung der zum Spannungssprung aktiven Halbbrücke eines Lüftermotors gemäß dem Stand der Technik.

Die Stellgröße des Reglers ist, wie bereits erwähnt, die minimal benötigte Versorgungsspannung, um die Drehzahl des Lüftermotors unter aktuellen Lastverhältnissen zu halten. Eine dem Regler nachgeschaltete Steuerung teilt die aktuelle Versorgungsspannung, die an dem Lüftermotor anliegt, durch die Stellgröße, die die minimal benötigte Versorgungsspannung ist. Das sich daraus ergebende Teilungsergebnis ist die prozentuale Reduzierung der Pulsbreite der PWM-Ansteuerung des Lüftermotors.
Als Beispiel ergibt sich für eine Regler-Stellgröße von 8 Volt bei einer Versorgungsspannung von 8 Volt ein Einschaltverhältnis von 100 Prozent der PWM-Ansteuerung. Bei gleicher Stellgröße (von 8 Volt) und einer Versorgungsspannung von 16 Volt ist das Einschaltverhältnis nur noch 50 Prozent. Somit hat die Eingangsspannung keinen Einfluss mehr auf die Stellgröße des Reglers.
Die 1 zeigt einen punktierten Linienverlauf, der einer Versorgungsspannung entspricht, und der durchgängige Linienverlauf zeigt die Ansteuerung des Lüftermotors der zum Spannungssprung aktiven Halbbrücke. In dem gezeigten Beispiel steigt ab dem Zeitwert von 11 die Versorgungsspannung von 8 Volt auf 16 Volt an. Davor liegt der Puls bei 8 Volt und ist zwei Zeiteinheiten breit. Danach haben die Spannungspulse eine Höhe von 16 Volt und sind eine Zeiteinheit breit. Die Fläche der beiden unterschiedlichen Pulse, somit das Integral der beiden Pulse, ist gleich bzw. identisch, nämlich 8·2=16 und damit ergebnisgleich zu 16·1=16.
Die 2, die den Stand der Technik darstellt, zeigt einen punktierten Linienverlauf, der einer Versorgungsspannung entspricht, und der durchgängige Linienverlauf zeigt die Ansteuerung des Lüftermotors der zum Spannungssprung aktiven Halbbrücke. Ab dem Zeitwert von 11 steigt die Versorgungsspannung von 8 Volt auf 16 Volt an. Davor liegt der Puls bei 8 Volt und ist zwei Zeiteinheiten breit. Danach haben die Spannungspulse eine Höhe von 16 Volt und sind zwei Zeiteinheiten breit. Die Fläche nach der Spannungserhöhung ist doppelt so groß wie vor der Spannungserhöhung und damit ist auch die aufgenommene Leistung erhöht, nämlich 8·2=16, und nach der Spannungserhöhung 16·2=32.
Damit ist anhand eines Vergleichs des Diagramms der 1 mit dem Diagramm der 2, das den Stand der Technik wiedergibt, ersichtlich, dass, wenn sich die Versorgungsspannung ändert, sich auch die Leistungsaufnahme des Lüftermotors ändert. Je nach Intensität der Versorgungsspannungsänderung äußert sich dieses Verhalten in einer Drehzahländerung, die zu einer akustischen Veränderung eines wahrnehmbaren Lüftergeräusches führt und für den bzw. die Fahrzeuginsassen als störend empfunden werden kann.

Claims

Verfahren zur Drehzahlregelung eines Lüftermotors, der mit einer vorgegeben Versorgungsspannung aus dem Bordnetz eines Fahrzeugs betrieben wird und so angesteuert wird, dass sich eine Solldrehzahl einstellt, wobei Schwankungen in der Drehzahl ausgeregelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregelung als Stellgröße die minimal nötige Versorgungsspannung des Lüftermotors hat, die durch die aktuelle Versorgungsspannung geteilt wird und das Teilungsergebnis als prozentuale Herabsetzung der Motoransteuerung eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung der minimal benötigten Versorgungsspannung durch die aktuelle Versorgungsspannung synchron zu einer Frequenz einer PWM-Ansteuerung des Lüftermotors durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung der minimal benötigten Versorgungsspannung durch die aktuelle Versorgungsspannung nur bei einer detektierten Änderung der aktuellen Versorgungsspannung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung der minimal benötigten Versorgungsspannung durch die aktuelle Versorgungsspannung unter vorgegebenen Zeitintervallen, die geringer als 10ms, vorzugsweise kleiner als 1ms, sind, durchgeführt wird.