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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für ein Hauptgebläse und ein
oder mehrere Zusatzgebläse
in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gebläsesystem
mit einer solchen Regeleinrichtung.
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Zur
Ansteuerung von Gebläsen
für die
Lüftungs-
bzw. Klimaanlage in Kraftfahrzeugen werden heute elektronische Regler
eingesetzt, um die Drehzahl der Gebläsemotoren zu regeln. Diese
Regler produzieren durch Verlustleistung Wärme und werden deshalb am Luftstrom
des jeweiligen Gebläses montiert,
das sie steuern.
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Leistungstarke
Lüftermotoren
werden vorzugsweise mit Hilfe eines PWM-Signals angesteuert, wodurch
die Verlustleistung gegenüber
einer linearen Ansteuerung des Gebläsemotors verringert werden kann.
Um die elektromagnetische Abstrahlung durch die PWM-Signale zu reduzieren,
wird der Gebläsemotor
und der Gebläseregler
vorzugsweise einander benachbart angeordnet. Dies erfordert, dass
bei der Montage des Gebläsesystems
mehrere Regelmodule bei dem Hauptgebläse und bei dem Zusatzgebläse installiert
werden müssen,
was entsprechend zeit- und
kostenaufwendig ist und was das Vorsehen von Regelmodulen unterschiedlichen
Aufbaus erfordert.
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Vorteile der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regeleinrichtung für ein Gebläsesystem
in einem Kraftfahrzeug vorzusehen, das einfacher montiert und einfacher
hergestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Regeleinrichtung nach Anspruch 1 sowie durch
das Gebläsesystem
nach Anspruch 6 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Regeleinrichtung
für ein Hauptgebläse und ein
oder mehrere Zusatzgebläse in
einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Regeleinrichtung weist eine
Steuereinheit zum Generieren von einem ersten Pulsweiten-Modulations-Signal (PWM-Signal)
zum Ansteuern eines Hauptgebläses und
von einem weiteren PWM-Signal
zum Ansteuern des Zusatzgebläses
auf. Es ist ein Hauptregler vorgesehen, der mit der Steuereinheit
verbunden ist, um das erste PWM-Signal zu empfangen und der mit dem
Hauptgebläse
verbindbar ist, um das Hauptgebläse
abhängig
von dem ersten PWM-Signal anzusteuern. Es sind ferner ein oder mehrere
Zusatzregler vorgesehen, die mit der Steuereinheit verbunden sind
und mit den Zusatzgebläsen
verbindbar sind, um das/die Zusatzgebläse abhängig von den weiteren PWM-Signalen
anzusteuern. Zwischen der Steuereinheit und jedem Zusatzregler ist
ein Tiefpassfilter angeordnet, um das weitere PWM-Signal zu glätten, so
dass jedes Zusatzgebläse
mit einem geglätteten Analogsignal
angesteuert wird.
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Auf
diese Weise kann eine Regeleinrichtung geschaffen werden, bei der
die Zusatzregler nicht in örtlicher
Nähe zu
dem Zusatzgebläse
angeordnet sein müssen,
so dass diese zur Kühlung
beispielsweise auch in den von dem Hauptgebläse erzeugten Luftstrom eingesetzt
werden können.
Eine zu große elektromagnetische
Abstrahlung zwischen dem Zusatzregler und dem Zusatzgebläse wird
dadurch vermieden, indem das PWM-Signal vor dem Zuführen an
den Zusatzregler geglättet
wird, so dass der Zusatzregler das Zusatzgebläse mit einem geglätteten Analogsignal
ansteuert. Dieses geglättete
Analogsignal hat zwar den Nachteil, dass eine größere Verlustleitung an dem
Zusatzregler als bei einem PWM-Betrieb abfällt, diese kann jedoch in einem
Gebläsesystem
in einem Kraftfahrzeug in Kauf genommen werden, da die Zusatzgebläse im Vergleich
zu dem Hauptgebläse
eine geringere Nennleistung aufweisen.
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Vorzugsweise
stellt die Regeleinrichtung eine bauliche Einheit dar, die insbesondere
im durch das Hauptgebläse
erzeugten Luftstrom angeordnet ist, so dass in der Regeleinrichtung
gebildete Wärme durch
den Luftstrom abführbar
ist. Auf diese Weise können
Steuereinheit, Haupt- und Zusatzregler in ein Modul eingebaut werden,
so dass sich der Montageaufwand zur Installation der Regeleinrichtung
im Vergleich zur bisher üblichen
Aufbauweise der Regeleinrichtung reduzieren lässt.
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Auch
ist es so möglich,
anstelle von mehreren baulich verschiedenen Modulen für Hauptgebläse und Zusatzgebläse nur noch
eine Regeleinrichtung zu fertigen, die Steuereinheit, Haupt- und
Zusatzregler gemeinsam umfasst. Damit die langen Verbindungsleitungen
zwischen einer solchen Regeleinrichtung und dem bzw. den Zusatzgebläsen nicht zu
einer Quelle elektromagnetischer Abstrahlung wird, ist vorgesehen,
dass jedes Zusatzgebläse durch
ein lineares Analogsignal angesteuert wird, das aus dem in der Steuereinheit
generierten weiteren PWM-Signal erzeugt wird. Dies erfolgt durch
einen Tiefpass, der das weitere PWM-Signal zu einer Gleichspannung
umwandelt, wobei die Höhe
der Gleichspannung das Maß der
Ansteuerung des PWM-Signals angibt.
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Vorzugsweise
weisen der Haupt- und/oder der Zusatzregler Leistungshalbleiter,
insbesondere mit Feldeffekttransistoren auf.
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Die
Steuereinheit kann für
das Hauptgebläse und
für jedes
Zusatzgebläse
jeweils einen Signaleingang aufweisen, um Be triebsparameter des
Hauptgebläses
bzw. des Zusatzgebläses,
insbesondere deren aktuelle Stromaufnahme, zu empfangen. Auf diese
Weise können
die jeweiligen PWM-Signale entsprechend des jeweiligen aktuellen
Betriebszustandes des Hauptgebläses
bzw. der Zusatzgebläse
eingestellt werden.
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Die
Steuereinheit kann vorzugsweise Soll-Daten über eine Datenschnittstelle,
insbesondere eine seriellen Datenschnittstelle erhalten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gebläsesystem
mit einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung
vorgesehen. Das Hauptgebläse
ist im Frontbereich eines Fahrzeuges und das Zusatzgebläse in einem
weiteren Bereich, insbesondere im Fondbereich des Fahrzeuges angeordnet.
Das Analogsignal wird über
ein Verbindungskabel von der Regeleinrichtung zum Zusatzgebläse geleitet.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert.
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Beschreibung
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Die
einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Gebläsesystems
mit einer Regeleinrichtung 1, die mit einem Hauptgebläse 2 und
mit einem ersten Zusatzgebläse 3 und
einem zweiten Zusatzgebläse 4 verbunden
ist. Die Regeleinrichtung dient dazu, das Hauptgebläse 2 sowie
die Zusatzgebläse 3, 4 gemäß einem über eine
serielle Datenleitung 13 von einer externen Steuereinheit 6 empfangenen
Sollwerten, z. B. bezüglich
der Gebläsedrehzahlen,
anzusteuern. Dazu ist die serielle Datenleitung 5 mit einer
Steuereinheit 7 der Regeleinrichtung 1 verbunden.
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Die
Steuereinheit 7 ist vorzugsweise als Mikrokontroller ausgebildet,
der für
das Hauptgebläse 2 bzw.
die Zusatzgebläse 3, 4 jeweils
ein pulsweiten-moduliertes Signal (PWM-Signal) PWM1, PWM2, PWM3
generiert. So wird für
das Hauptgebläse 2 ein
erstes PWM-Signal PWM1 für
das erste Zusatzgebläse 3 ein
zweites PWM-Signal PWM2 und für
das zweite Zusatzgebläse 4 ein
drittes PWM-Signal PWM3 generiert. Die PWM-Signale PWM1, PWM2, PWM3
sind üblicherweise
periodische digitale Signale mit einer festgelegten Taktperiode,
wobei das Tastverhältnis,
d. h. das Verhältnis
zwischen High-Zustand und Low-Zustand während einer Taktperiode entsprechend
dem Wert, mit dem das jeweilige Gebläse 2, 3, 4 angesteuert
werden soll, eingestellt wird. Das erste PWM-Signal PWM1 wird einem Hauptregler 8 zugeführt, der
das erste PWM-Signal verstärkt
und das verstärkte
erste PWM-Signal an das Hauptgebläse 2 anlegt. Der Hauptregler 8 weist in
der Regel einen oder mehrere Leistungstransistoren auf, die mit
Hilfe des ersten PWM-Signals PWM1 angesteuert werden und die die
entsprechende Leistung für
das Hauptgebläse 2 schalten
können.
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Um
das erste PWM-Signal PWM1 zu regeln, liefert der Hauptregler 8 die
Motorspannung Umot1 für
das Hauptgebläse 2 sowie
den Motorstrom Imot1 an die Steuereinheit 7. Diese Werte
können
der Steuereinheit 7 analog oder digitalisiert (unter Verwendung
eines nicht gezeigten A/D-Wandlers) zur Verfügung gestellt werden.
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Die
Regeleinrichtung 1 ist in örtlicher Nähe zu dem Hauptgebläse 2 angeordnet,
so dass der durch das Hauptgebläse
erzeugte Luftstrom die durch Verlustleistung in der Regeleinrichtung 1 erzeugte
Wärme abführen kann.
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Zur
Ansteuerung der Zusatzgebläse 3, 4 erzeugt
die Steuereinheit 7 das zweite und das dritte PWM-Signal
PWM2, PWM3, die jeweils einem Tiefpass 5 zugeführt werden.
Der Tiefpass 5 dient dazu, die PWM-Signale PWM2, PWM3 zu
glätten
und als eine analoge Spannung Usoll1, Uso112 jeweils einem Zusatzgebläseregler 9, 10 zur
Verfügung
zu stellen. Die analoge Spannung entspricht einem gemittelten PWM-Signal,
wobei der Wert der analogen Spannung Usoll1, Usoll2 von dem Grad
der durch das PWM-Signal vorgegebenen Ansteuerung des jeweiligen
Gebläsemotors 3, 4 abhängt.
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Die
aus dem zweiten PWM-Signal PWM2 erzeugte erste analoge Spannung
Usoll1 wird dem ersten Zusatzgebläseregler 9 zugeführt, und
die aus dem dritten PWM-Signal PWM3 gebildete zweite analoge Spannung
Usoll2 wird einem zweiten Zusatzgebläseregler 10 zugeführt. Die
Zusatzgebläseregler 9, 10 sind
schaltungstechnisch auf die anzusteuernden Zusatzgebläse 3, 4 angepasst.
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Jeder
der Zusatzgebläseregler 9, 10 weist zum
Ansteuern des jeweiligen Zusatzgebläses 3, 4 einen
Leistungsregler, z. B. mit einem Feldeffekttransistor auf, der durch
die jeweilige Sollspannung Usoll1, Usoll2 angesteuert wird. Der
Tiefpass 5 ist bezüglich
der Zusatzgebläseregler 9, 10 so
dimensioniert, dass die erzeugte analoge Spannung Usoll1, Usoll2
den Leistungshalbleiter in den Zusatzgebläsereglern 9, 10 in
einem linearen Arbeitsbereich betreibt. Dies hat zur Folge, dass
die Leistungshalbleiter zwischen einem sperrenden und einem vollständig leitenden
Zustand betrieben werden, so dass ein erheblicher Anteil an Spannung
bei einem fließenden Strom über dem
Leistungshalbleiter abfällt,
wodurch eine hohe Verlustleistung entsteht.
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Die
Zusatzgebläseregler 9, 10 sind über Verbindungskabel 11 mit
den Zusatzgebläsen 3, 4 verbunden,
die sich beispielsweise in dem Kraftfahrzeug im Fondbereich befinden.
Durch das Vorsehen der Tiefpässe 5 zur
Glättung
der PWM-Signale PWM2, PWM3 wird vermieden, dass auf den Verbindungsleitungen 11,
die bezogen auf das gesamte Fahrzeug eine relativ große Länge aufweisen,
ein PWM-Signal anliegt und diese somit keine große elektromagnetische Abstrahlung
aufweisen können,
da sie nur zur Versorgung der Zusatzgebläse 3, 4 mit
einer analogen Gleichspannung dienen.
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Da
die Zusatzgebläse 3, 4 im
Wesentlichen mit einer geringeren Leistung angesteuert werden, als
das Hauptgebläse 2 ist
es möglich,
die Zusatzgebläseregler 9, 10 so
zu dimensionieren und mit entsprechenden Kühlvorrichtungen (nicht gezeigt)
zu versehen, dass diese Verlustleistung nicht zu einer Überhitzung
und damit zu einer Zerstörung
der Zusatzgebläseregler 9, 10 führt.
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Die
Regeleinrichtung 1 wird vorzugsweise auf einer Leiterplatte
aufgebaut und kann so in einem Modul gefertigt werden. Bei der Montage
in einem Kraftfahrzeug ist es somit nur in einem Arbeitsgang notwendig,
die Regeleinrichtung zum Ansteuern des Hauptgebläses 2 sowie des Zusatzgebläses 3, 4 einzubauen.
Die Verbindungsleitungen, die bei dem herkömmlichen Gebläsesystem
in einem Kraftfahrzeug ohnehin zur Versorgung der Zusatzgebläseregler
benötigt
werden, werden nun zur Übertragung
eines analogen Spannungssignals genutzt, das die Motoren der Zusatzgebläse 3, 4 direkt
ansteuert.
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Zur
Regelung des zweiten bzw. dritten PWM-Signales PWM2, PWM3 geben
die Zuatzgebläseregler 9, 10 jeweilige
Stromwerte Imot2, Imot3 sowie jeweilig Spannungswerte Umot2, Umot3
an die Steuereinheit 7 aus. Dies kann in analoger Weise (mit
nachträglicher
AD-Wandlung) in der Steuereinheit 7 oder in digitaler Form
erfolgen.
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Bei
drohender Überhitzung
durch unzureichende Kühlung
oder hohe Umgebungstemperatur erfolgt durch die Steuereinheit 7 ein
priorisiertes Thermomanagement. Die aktuelle Temperatur der Regeleinrichtung 1 wird
durch einen Temperatursensor 12 erfasst.
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Bei
Erreichen oder Überschreiten
einer vorgegebenen Temperatur wird dann die Verlustleistung vom
Hauptregler 8 und Zusatzregler 9, 10 reduziert und/oder
die Kühlung
durch das Hauptgebläse 2 erhöht.