DE19615581B4

DE19615581B4 - Verfahren zum Schutz von mechanischen und durch einen Elektromotor angetriebenen Komponentenin Fahrzeugen vor Beschädigung

Info

Publication number: DE19615581B4
Application number: DE19615581A
Authority: DE
Inventors: Erich Ditzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2016-04-20
Also published as: DE19615581A1

Abstract

Verfahren zum Schutz von mechanischen und durch einen Elektromotor (1) angetriebenen Komponenten in Fahrzeugen vor Beschädigung, bei dem der Elektromotor einen gesteuerten und durch eine Drehmoment-/Drehzahl-Kennlinie vorgegeben Betrieb ausführt und bei dem das wirksame Drehmoment (Md) überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Grenz-Drehmoment (U), das größer als das normalerweise auftretende und deutlich kleiner als das maximale Drehmoment (Md max) ist, der Antrieb auf ein zumindest annähernd konstantes Drehmoment (Mb'') geregelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
Derartige Verfahren sind allgemein üblich und dienen dem Ziel, einen Einklemmzustand zu erkennen und ggf. den Elektromotor abzustellen oder in der Bewegungsrichtung umzukehren. Bei einem Grenz-Drehmoment, das durch die dann vorliegende Klemmwirkung zwischen dem angetriebenen Element und Konstruktionsteilen, die die Endlage des Elements markieren, bestimmt ist, erfolgt die Abschaltung des Antriebs- bzw. seine Bewegungsumkehr (vgl. DE 39 29 986 A ). Völlig unberücksichtigt bleibt dabei das Zusammenspiel zwischen der Leistungsfähigkeit des Elektromotors und der Belastbarkeit der damit zusammenwirkenden mechanischen Komponenten. Es ist lediglich in der Weise berücksichtigt, als auch bei Auftreten des maximalen vom Elektromotor gelieferten Drehmoments die Mechanik und die angetriebenen Komponenten keinen Schaden nehmen. Das maximale Drehmoment tritt i. d. R. dann auf, wenn der Elektromotor blockiert wird.
Ein typischer Anwendungsfall hierfür ist beispielsweise der Antrieb eines Scheibenwischers, der auch dann nicht eine nachwirkende Funktionsbeeinträchtigung erfahren darf, wenn der Scheibenwischer beispielsweise aufgrund einer Vereisung des Wischblatts auf der Scheibe festfriert. Das dann wirksame Drehmoment ist erheblich größer als das während des normalen Wischerbetriebs erforderliche und wirksame.
Die DE 39 22 230 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung und Begrenzung bzw. Abschaltung des Laststroms eines Elektromotors, um dessen Beschädigung zu verhindern.
Die DE 33 03 590 C2 beschreibt eine Sicherheitsschaltung, durch welche ein Elektro- motor bei einer Störung in seiner Antriebsrichtung umgekehrt wird.
Die DE 689 12 411 T2 beschreibt eine Not-Aus-Schaltung eines Elektromotors, bei der die Energiezufuhr zum Elektromotor unterbrochen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch einen Elektromotor angetriebenen mechanischen Komponenten in Fahrzeugen vor Beschädigung infolge eines zu großen Drehmoments bei einer Bewegungshinderung zu schützen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Es wird nunmehr das während des Betriebs auftretende Drehmoment mit einem Grenz-Drehmoment verglichen. Wird dieses Grenz-Drehmoment erreicht, so wird der Antrieb geregelt und das wirksame Drehmoment begrenzt. Diese Begrenzung kann auf einen Wert erfolgen, der vom Grenz-Drehmoment nach oben oder unten abweicht. Besonders vorteilhaft aber hinsichtlich des schaltungstechnischen Aufwands ist es, das Drehmoment auf das Grenz-Drehmoment zu begrenzen. Damit wird verhindert, daß der Elektromotor das maximal mögliche Drehmoment abgibt. Die mechanische Belastung der mit dem Elektromotor zusammenwirkenden mechanischen Komponenten wird dadurch ebenfalls auf ein überschaubares Maß begrenzt. Dadurch wird es möglich, diese mechanischen Komponenten „schwächer” zu dimensionieren als dies dann erforderlich ist, wenn auch bei einem Blockieren des Elektromotors mechanische Beschädigungen vermieden werden müssen. Bei Bewegungen, bei denen das bewegte Teil in eine Endlage einläuft, kann während der Endphase der Bewegung das wirksame Drehmoment angehoben werden. Es kann größer als das Grenz-Drehmoment, aber stets kleiner als das maximale Drehmoment sein. Eine kurzzeitige Überbeanspruchung der mechanischen Komponente wird von diesen i. d. R. ebenso verkraftet wie vom Elektromotor. Zur Verbesserungen des Schutzes der mechanischen Komponenten vor einer Überbeanspruchung kann die Dauer der Drehmoment-Anhebung zeitlich begrenzt sein.
Mit besonders einfachem schaltungstechnischem Aufwand läßt sich die Bewegungssteuerung und Regelung mit einer Pulsweiten-Modulation für den Antrieb des Elektromotors vornehmen. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Ansteuerung des Elektromotors und bietet auch die Möglichkeit, einen Elektromotor zu verwenden, der wesentlich leistungsfähiger als der für den konkreten Anwendungsfall benötigte Elektromotor ist. Letzteres bietet sich aus Gründen der Baugleichheit elektrischer Antriebe beispielsweise für die Fahrzeuge eines Herstellers mit unterschiedlichen mechanischen Auslegungen und Anforderungen an.
Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt
1 eine Schaltanordnung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens.
Bei dem in 1 gezeigten Schaltbild handelt es sich um die Antriebssteuerung für den Elektromotor eines Fensterhebers (nicht im einzelnen dargestellt). Ein Elektromotor 1 wird durch eine Steuerung pulsweiten moduliert versorgt. T₂ bezeichnet die Einschaltdauer, T₁ die Zykluszeit des Elektromotors. Innerhalb des Steuergeräts erfolgt eine Überwachung des wirksamen Drehmoments Md, beispielsweise durch Überwachung der Strom- und Spannungsamplituden für den Elektromotor 1 (nicht dargestellt).
Solange das wirksame Drehmoment kleiner als ein vorgegebenes Grenz-Drehmoment ist, wird der Elektromotor entsprechend den Bedürfnissen angesteuert. Im Falle eines Scheibenwischer-Antriebs führt der Scheibenwischer dann eine Hin- und Herbewegung aus. Überschreitet das wirksame Drehmoment den Grenzwert, beispielsweise im Falle eines in der Bewegungsbahn befindlichen Hindernisses oder bei Festfrieren des Scheibenwischers auf der Fensterscheibe (nicht dargestellt), so wird der Elektromotor geregelt betrieben. Hierbei wird das wirksame Drehmoment auf einen Wert eingestellt, der gleich dem Grenzwert ist. Ist das Hindernis beseitigt, so wird das wirksame Drehmoment wieder geringer als das Grenz-Drehmoment. Der Antrieb des Elektromotors erfolgt dann wiederum gesteuert.
Anhand des in 2 dargestellten Diagramms ist diese Betriebsweise des Elektromotors weiter erläutert. Für den Antrieb des Elektromotors wird für den Normalbetrieb ein bestimmtes Betriebsdrehmoment (Mb) und eine diesem Moment zugeordnete Betriebsdrehzahl (nb) gewünscht und festgelegt. Diese Werte bilden den sogenannten Arbeitspunkt (Ap) des Motors. Damit Belastungsschwankungen, die durch unterschiedliche Einflüsse hervorgerufen werden, wie beispielsweise Reibwertänderungen auf der zu reinigenden Fläche im Falle eines Scheibenwischerantriebs oder steigende Belastung bei höheren Geschwindigkeiten nicht zu große Abweichungen vom vorgegebenen Arbeitspunkt ergeben, wird für einen weiteren Punkt das Moment und die Drehzahl festgelegt (Mb'; nb'). Bei einem Gleichstrom-Elektromotor mit Permanentmagneten ergibt sich daraus unter Berücksichtigung weiterer Auslegungsbedingungen die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, wie sie typischerweise vorliegt und dargestellt ist. Für den realen Anwendungsfall wird sich entsprechend dem vorgegebenen Einflüssen nicht ein Arbeitspunkt, sondern ein schraffierter Arbeitsbereich des Elektromotors ergeben, der beispielsweise durch den Einfluß der Betriebsspannung auf die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie bestimmt ist (vgl. DE 39 29 968 A ). Tritt nun ein größeres Drehmoment auf, das außerhalb des Arbeitsbereichs liegt, so wird der Elektromotor geregelt betrieben. Das auftretende Drehmoment wird begrenzt und liegt deutlich vor dem bei einem Blockieren auftretenden maximalen Drehmoment Md max. Dieser Fall ist im Diagramm als Umschaltpunkt U bezeichnet. Des wirksame Drehmoment Mb'' ist unterhalb der sich aus der Kennlinie ergebenden Drehzahl bis hin zur Drehzahl Q konstant.
In 3 ist gezeigt, wie trotz der sich aus der Beschaltung ergebenden möglichen Unterdimensionierung der mit dem Elektromotor zusammenwirkenden mechanischen Komponenten ein Fall zu beherrschen ist, bei dem ein höheres Drehmoment als das Grenz-Drehmoment benötigt wird. Ein derartiger Anwendungsfall tritt bei einem elektrischen Fensterheberantrieb auf, bei dem es zu einer Blockierneigung aufgrund mechanischer Gegebenheiten beispielsweise in dem Rahmen der Fensterführung kommt. Es muß dann eine Überschußkraft zur Verfügung gestellt werden, die ein dichtes Schließen zwischen Karosserie und Glas ermöglicht. Diese Überschußkraft ist durch eine Betriebskennlinie dargestellt, die gegenüber der in 2 gezeigten Dauer-Betriebskennlinie zu höheren Momenten hin verschoben ist. Durch entsprechende elektronische Beschaltung wird dabei sichergestellt, daß diese Betriebskennlinie nur kurzzeitig wirksam ist. Es ist ebenfalls zusätzlich sichergestellt, daß eine Einklemmgefahr für einen Gegenstand ausgeschlossen ist. Dies kann beispielsweise durch eine Kontaktleiste in der Karosserie erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Betriebskennlinie auch nur dann wirksam sein, wenn sich das angetriebene Teil in der Endphase seiner Bewegung befindet. Das anhand von 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ist auch unabhängig von der in 2 dargestellten Begrenzung des wirksamen Drehmoments realisierbar. Es besitzt insoweit eigenständigen Charakter.

Claims

Verfahren zum Schutz von mechanischen und durch einen Elektromotor (1) angetriebenen Komponenten in Fahrzeugen vor Beschädigung, bei dem der Elektromotor einen gesteuerten und durch eine Drehmoment-/Drehzahl-Kennlinie vorgegeben Betrieb ausführt und bei dem das wirksame Drehmoment (Md) überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Grenz-Drehmoment (U), das größer als das normalerweise auftretende und deutlich kleiner als das maximale Drehmoment (Md max) ist, der Antrieb auf ein zumindest annähernd konstantes Drehmoment (Mb'') geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das konstante Drehmoment gleich dem Grenz-Drehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Endphase eines Bewegungsvorgangs das wirksame Drehmoment für eine begrenzte Zeitdauer derart angehoben wird, dass es größer als das Grenz-Drehmoment (U) aber stets kleiner als das maximale Drehmoment (Md max) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Elektromotors mit Hilfe einer Pulsweiten-Modulation vorgenommen wird.