DE19602362A1 - Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Drehzahl eines Kommutatormotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Drehzahl eines Kommuntatormotors.

Eine Überwachung der Drehzahl eines Motors ist unter vielfäl­ tigen Gesichtspunkten unabdingbar. So ist eine Drehzahlüberwa­ chung zum Beispiel auch in hydraulischen Bremsanlagen, die mit einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe versehen sind, und die geeignet sind, den Radzylinderdruck unabhängig von der vom Fahrer auf das Bremspedal ausgeübten Kraft zu regeln, aus Si­ cherheitsgründen notwendig.

In der DE 42 32 130 A1 wird daher ein Verfahren einer Schal­ tungsanordnung zur Regelung der Förderleistung einer Hydrau­ likpumpe in einem derartigen Bremssystem beschrieben. Der Elektromotor wird pulsweitenmoduliert angesteuert, wobei in den Pulspausenzeiten die vom Pumpenmotor erzeugte Generator­ spannung gemessen wird, die direkt proportional ist zur Dreh­ zahl des Motors.

Um die Generatorspannung messen zu können, muß das Spannungs­ signal, daß an den Klemmen des Motors abgegriffen wird, zu­ nächst einem Tiefpaß zugeführt werden. Da der Tiefpaß eine bestimmte Einschwingzeit aufweist, ergibt sich eine Mindest­ meßdauer, die aber in einigen Fällen nicht ausreicht, die Mo­ tordrehzahl hinreichend genau zu bestimmen, insbesondere dann, wenn die Drehzahl des Motors sich sehr schnell ändert.

Außerdem kann bei dieser Methode der Motor nicht mit Vollast gefahren werden, da in diesem Fall die Pulspausenzeiten zu Null gehen und damit keine Meßdaten mehr zur Verfügung stehen.

Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, ein einfaches Ver­ fahren zur Bestimmung der Motordrehzahl zu ermitteln.

Es wird vorgeschlagen, hochfrequente Störungen, die von Abriß­ funken zwischen Bürste und Kommutator des Motors herrühren und im Motorstrom bzw. in der Klemmspannung des Motors nachweisbar sind, zur Grundlage der Auswertung der Motordrehzahl zu neh­ men. Das Strom/Spannungssignal kann hinsichtlich der Frequenz im Hochfrequenzband ausgewertet werden, wobei die Frequenz des Steuersignals die Motordrehzahl repräsentiert.

Es kann allerdings auch der zeitliche Abstand zwischen aufein­ anderfolgenden Strom- bzw. Spannungsspitzen zur Grundlage ei­ ner Motordrehzahlermittlung genommen werden. Bei der Auswer­ tung des Signals läßt sich sowohl eine programmierte Lösung vorstellen, bei der zunächst das Strom/Spannungssignal abgeta­ stet und digital umgesetzt wird und anschließend eine pro­ grammgesteuerte Auswertung des digitalisierten Signals er­ folgt.

Wie schon angedeutet, ist das Verfahren insbesondere in hy­ draulischen Bremsanlagen einsetzbar, die eine motorgetriebene Pumpe aufweisen, wobei die Auswertung der Motordrehzahl ins­ besondere aus Sicherheitsaspekten heraus erfolgt.

Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei die

Fig. 1 in schematischer Weise einen Schaltkreis zur Bestimmung der Drehzahl wiedergibt und die

Fig. 2 ein typisches Spannungssignal.

Auf Einzelheiten bezüglich einer hydraulischen Schaltung für Bremsanlagen wird auf die schon genannte DE 42 32 130 A1 ver­ wiesen.

Der Elektromotor 1, der die Pumpe der hydraulischen Bremsanla­ ge antreibt, steht über ein Schaltelement 2 mit dem Pluspol 3 des Bordnetzes in Verbindung. Bei dem Schaltelement 2 kann es sich um einen mechanischen oder elektronischen Schalter han­ deln, wobei im zweiten Fall die Steuerung des Schaltelements 2 durch einen Mikrocontroller 4 über eine Steuerleitung 5 er­ folgt.

Durch die Betätigung des Schaltelements kann der Motor ein­ bzw. ausgeschaltet werden.

Zur Bestimmung der Drehzahl wird über einen Spannungsteiler 6 die Spannung am Pluspol des Motors abgenommen und z. B. über einen Hochpaß 7 einem Analog/Digitalwandler 8 zugeführt. Der Analog/Digitalwandler 8 tastet das vom Hochpaß 7 gelieferte Signal mit einer Abtastrate ab, die kleiner ist als die klein­ ste zu erwartende Frequenz (Die Abtastrate liegt üblicherweise zwischen 50 und 100 µs ( 10^-6 s )), und führt das so digitali­ sierte Signal an den Mikrocontroller 4 weiter. Dieser kann das digitalisierte Signal entweder hinsichtlich der Frequenz oder aber hinsichtlich des zeitlichen Abstands zweier aufein­ anderfolgender Strom- bzw. Spannungsspitzen auswerten. Beide Werte stehen in einem proportionalen bzw. antiproportionalen Verhältnis zur Drehzahl des Motors.

Statt der in Fig. 1 erläuterten digitalen bzw. softwaremäßigen Lösung kann natürlich auch eine Auswertung der Frequenz des Stromspannungssignals durch eine fest verdrahtete bzw. Hardwa­ reschaltung ermöglicht werden.

Die Fig. 2 zeigt den typischen Verlauf eines Spannungssignals eines Elektromotors nach dem Abschalten. Auf der X-Achse 20 ist die Zeit in frei gewählten Zeiteinheiten, auf der Y-Achse 21 die Klemmspannung am Motor in Volt wiedergegeben. Man er­ kennt eine deutlich ausgeprägte und leicht zu erfassende hoch­ frequente Störung, wobei die zeilichen Abstände 22 zwischen den Störungsspitzen 23, 23′ ein Maß für die Drehzahl des Motors darstellen. Die Störungen treten sowohl im Generator- als auch im Motorbetrieb auf. Im Generatorbetieb sind die Spitzen sehr stark ausgeprägt, während im Motorbetrieb durch die überlager­ te Versorgungsspannung die Spannungsspitzen eher klein sind. Aber auch hier läßt sich eine periodische Struktur ausmachen, die geeignet hinsichtlich der Drehzahl des Motors ausgewertet werden kann.

Versuche haben gezeigt, daß dieser Abstand antiproportional ist zur Drehzahl des Motors, d. h. je geringer der Abstand zwi­ schen den Störungsspitzen ist, desto höher ist die Drehzahl.

Diese Störungen lassen sich zurückführen auf die Funkenabriß­ bildung zwischen den Bürsten und dem Kommutator des Motors. Die Umrechnung zwischen dem zeitlichen Abstand und der Dreh­ zahl wird daher auch bestimmt durch die Anzahl der Lamellen auf dem Kommutator sowie die Anzahl der Bürsten.

Die Störungen treten sowohl im Motorbetrieb als auch im Gene­ ratorbetrieb auf, so daß die Drehzahl des Motors praktisch zu jedem Zeitpunkt erfaßt werden kann.

Sie kann relativ schnell erfaßt werden, da kein Tiefpaßfilter mit langen Einschwingzeiten eingesetzt wird.

Im Generatorbetrieb läßt sich die Überwachung allerdings bes­ ser durchführen als im Motorbetrieb, da im Generatorbetrieb der Motor durch das geöffnete Schaltelement 2 von weiteren Störquellen abgetrennt ist, so daß tatsächlich nur die Stör­ signale des Motors, dessen Drehzahl bestimmt werden soll, vor­ liegen.

Die ständige Überwachung der Motordrehzahl ist unter Sicher­ heitsaspekten bei einer Bremsanlage besonders wichtig. Die Motordrehzahlbestimmung kann in jeder Phase der Bremsdruck­ regelung erfolgen.

Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, aus der Motordrehzahl auf die Förderleistung der Pumpe zu schließen, so daß unter Berücksichtigung der Schaltzeiten von Ein- und Auslaßventilen, mit denen der Radzylinderdruck geregelt wird, die Druck- und Volumenverhältnisse im Bremskreis festgestellt werden können. Dies ermöglicht es auf Sensoren zu verzichten. Außerdem kann die Anlage optimal gesteuert werden, so daß insbesondere der Ladezustand von Speichern im System überwacht werden kann. Dies ermöglicht es, die Anlage mit möglichst geringem Energie­ aufwand zu betreiben, wodurch die Geräuschbelästigung redu­ ziert werden kann.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Drehzahl eines Kom­ muntatormotors (1), dadurch gekennzeichnet, daß die hoch­ frequente Störung im Motorstrom bzw. in der Motorspannung, die auf den Abrißfunken zwischen Bürste und Kollektor zu­ rückzuführen sind, ausgewertet werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die hochfrequente Störung hinsichtlich ihrer Fre­ quenz ausgewertet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die hochfrequente Störung hinsichtlich des zeitli­ chen Abstands zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strom­ bzw. Spannungsspitzen ausgewertet wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromspannungssignal abgetastet und mittels eines Analog/Digitalwandlers (8) digital dargestellt wird und das digitale Signal einer Aus­ wertung durch einen programmgesteuerten Rechner zugeführt wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß durch eine fest verdrahtete Schaltung ein Frequenz- oder Zeitwert gewonnen wird.

6. Hydraulische Bremsanlage mit einer Pumpe, die von einem Kommutatorelektromotor angetrieben wird, wobei eine Ein­ richtung zum Regeln des Radzylinderdrucks vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einrichtung zum Regeln des Radzylinderdrucks eine Steuerung enthält, die die Pumpendrehzahl mittels einer Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5 überwacht und mit vorgegebenen Schwellenwerten vergleicht.