DE19705925B4

DE19705925B4 - Steuervorrichtung zum Betreiben eines Wischermotors

Info

Publication number: DE19705925B4
Application number: DE19705925A
Authority: DE
Inventors: Martin Kessler; Peter Buerk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: IT1298577B1; GB2322244A; ES1037257U; JPH10295036A; BR9800631A; ES1037257Y; FR2759656A1; DE19705925A1; KR19980071368A; FR2759656B1; GB9801718D0; GB2322244B; US5959817A; ITMI980236A1

Abstract

Steuervorrichtung zum Betreiben eines Wischermotors (10) zum Antrieb mindestens eines Scheibenwischers mit zwei Umkehrlagen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit folgenden Merkmalen:
mit einer Anordnung (14), die eine Messspannung (Um) bereitstellt, die ein Maß für den durch den Motor (10) fließenden Strom (Im) ist, wobei der Signalverlauf des Motorstroms (Im) zyklisch wiederkehrende, den Umkehrlagen des Scheibenwischers zugeordnete Minima aufweist, und mit einer Überwachungsanordnung zum Feststellen eines erhöhten Lastzustandes des Motors (10), die die Messspannung (Um) mit einem ersten Schwellwert (S1) vergleicht, und mit der bei jedem Überschreiten des ersten Schwellwerts (S1) nach dem Durchlaufen eines Minimums im Signalverlauf des Motorstroms (Im) ein Speicherelement (C) mit einem dein Motorstrom (Im) proportionalen Ladestrom (Ic) geladen wird, wobei die durch den Ladestrom (Ic) über dem Speicherelement (C) aufgebaute, dein zeitlichen Integral des Ladestroms (Ic) entsprechende Spannung (Uc) mit einem vorgebbaren Grenzwert (G) verglichen und bei Erreichen des Grenzwerts (G) der Motor (10) ausgeschaltet...

Description

Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung zum Betreiben eines Wischermotors.

Nach DE 28 47 765 A1 ist bereits eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Antriebsmotors vor Überlastung bekannt, bei dem die Meßschaltung einen Speicherkreis mit einem Speicherelement enthält, welches mit jeder Ermittlung eines Motorüberlastungsstromes aufladbar und während der Zeitspanne zwischen der aufeinanderfolgenden Ermittlung von jeweils gesondert auftretenden Motorüberlastungsströmen wieder entladbar ist. Mit dem Speicherelement ist weiterhin eine Auswerteeinrichtung verbunden, die erst bei einen vorgegebenen Auslöseschwellwert überschreitender Spannung an dem genannten Speicherelement ein den Motor stillsetzendes Ausgangssignal abgibt.

Kurzzeitig auftretende Motorüberlastungen führen erst dann zum Stillsetzen des Motors wenn diese Überlastungen über die jeweils betrachtete Zeitspanne einer gefährlichen Überlastung des Motors entsprechen. D. h. daß kurzzeitige Überlastungen des Motors über eine Zeitspanne gespeichert werden, um bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwerts dann den Motorstromkreis zu unterbrechen.

Hierbei wird die an einem Shuntwiderstand gemessene, dem Motorstrom entsprechende Spannung einem Vergleicher zugeführt, der bei Überschreiten der Schwellwertspannung ausgangsseitig eine der Differenz zwischen den beiden eingangsseitig zugeführten Spannungen entsprechende Ausgangsspannung abgibt. Mit dieser Ausgangsspannung wird ein Speicherkondensator geladen. Die Ladezeitkonstante des Speicherkondensators wird wesentlich kleiner gewählt als die Entladezeitkonstante. Dadurch werden auf dem Speicherkondensator entsprechende Ladungen akkumuliert. Übersteigt die am Kondensator liegende Spannung einen weiteren Schwellwert so wird der Stromkreis des Motors unterbrochen.

Nachteilig ist bei dieser Schaltanordnung, daß die aufeinander folgenden kurzzeitigen Überlastungen akkumuliert werden. Dadurch kommt es zu einem sogenannten Aufschaukeleffekt, der durch die Wahl des Verhältnisses Auf- und Entladezeitkonstante des Speicherkondensators realisiert ist.

Nachteilig ist weiterhin, daß das Speicherelement erst bei einer Ermittlung eines Motorüberlastungsstromes anspricht, d. h. die Schwelle erst bei Überlast überschritten wird.

Insbesondere kann diese Schaltanordnung nicht bei einer Scheibenwischanlage mit einem die Wischbewegung von Scheibenwischern kennzeichnenden Stromverlauf verwendet werden, da der Stromverlauf starken Schwankungen unterliegt und die zulässige Überlast in unerwünschter Weise akkumuliert werden würde.

Aus der DE 195 44 505 A1 ist eine Überstromerfassungsvorrichtung eines Gleichstrommotors bekannt, die den Motorstrom erfaßt und in eine Meßspannung umwandelt. Die Meßspannung wird mit einer ersten Referenzspannung verglichen. Bei Überschreiten der ersten Referenzspannung durch die Meßspannung bei Überlast wird das Meßspannungssignal integriert. Bei Erreichen eines zweiten Referenzwertes durch den integrierten Wert wird der Motor ausgeschaltet.

Nachteilig hierbei ist jedoch, daß lediglich während einer Überlast des Motors die Meßspannung integriert wird. Dies führt zu einem langsamen und ungenauen Ansprechen der Überstromerfassungsvorrichtung im Falle einer Überlast.

Die Aufgabe besteht darin die vorstehend aufgeführten Nachteile zu vermeiden.

Vorteile der Erfindung

Bei einer Scheibenwischanlage treten in den Umkehrlagen des durch einen Wischermotor angetriebenen Wischers Lastmomentminima und damit auch Stromminima auf. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil den typischen Wischermotorstromverlauf mit diesen zyklisch wiederkehrenden Minima bei der Erkennung einer Überlast des Wischermotors durch Blokkierung oder Schwergängigkeit des Wischers heranzuziehen. Dabei wird ein den Motorstrom integrierendes Speicherelement innerhalb eines Wischzyklusses im Normalbetrieb wenigstens zweimal kurzgeschlossen, so daß das Übertragen der zulässigen Überlast von einem halben Wischzyklus zu dem folgenden halben Wischzyklus verhindert und der Grenzwert zum Abschalten des Wischermotors nicht durch Akkumulation der zulässigen Überlast erreicht wird.

Da der zeitliche Verlauf des Wischermotorstroms innerhalb eines Wischzyklusses starken Schwankungen unterliegt, wird durch diese Integration des Motorstroms ein Quasi-Effektivwert gebildet, in den die Höhe und die Dauer des Motorstroms eingehen. Je stärker die Überlastung ist, um so höher ist der Motorstrom. Dann jedoch läuft der Motor langsamer und es dauert länger bis der Wischer wieder seine Umkehrlage erreicht. Somit wird also länger integriert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Wiedereinschaltens enthält der Anspruch 2.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß das Speicherelement mit einem dem Motorstrom proportionalen Ladestrom geladen wird und daher dem Integral des Motorstroms entspricht.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine vereinfacht dargestellte Schaltanordnung der Steuervorrichtung, 2 die Signalverläufe des Wischermotorstroms und der am Speicherelement anliegenden Spannung im Normalbetrieb, 3 die Signalverläufe und das Ansprechen des Überlastschutzes bei Blokkierung der Wischer, 4 der Signalverlauf des Motorstroms bei Schwergängigkeit der Wischer.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch das Zusammenwirken der unterschiedlichen Komponenten der Schaltanordnung in der Steuervorrichtung. Ein Wischermotor 10 wird über einen Transistor 12 als Schalter an eine Versorgungsspannung Uv des Kraftfahrzeugbordnetzes geschaltet. Eine Anordnung in dem Motorstromkreis enthält einen Shuntwiderstand 14, an dem eine dem Motorstrom Im proportionale Meßspannung Um abgegriffen wird.
Mit der Meßspannung Um wird eine spannungsgesteuerte Stromquelle 16, beispielsweise ein Operationsverstärker, angesteuert. In Abhängigkeit der Meßspannung Um fließt ein Ladestrom Ic, der bei einem geöffneten weiteren Schalter 18 einen Kondensator C als Speicherelement auf eine Kondensatorspannung Uc auflädt.
Die Meßspannung Um wird weiterhin auf einen Eingang eines ersten Vergleichers 24 gelegt, beispielsweise eines Komparators, an dessen zweiten Eingang eine konstante Spannung angelegt wird, die eine erste Schwelle S1 vorgibt. Das Ausgangssignal 26 des ersten Vergleichers 24 wird einer Schalteransteuerung 28 für den weiteren Schalter 18 zugeführt.
Der Transistor 12 wird durch einen zweiten Vergleicher 30 geschaltet, an dessen Eingang die Kondensatorspannung Uc angelegt ist. Als zweiter Vergleicher 30 wird ein Schmitt-Trigger verwendet. Die Ein- und Ausschaltpegel des zweiten Vergleichers 30 definieren jeweils eine zweite Schwelle S2 und einen Grenzwert G. Das Ausgangssignal des zweiten Vergleichers 30 ist ein den Transistor 12 schaltendes Schaltsignal 32.
Das Schaltsignal 32 des zweiten Vergleichers 30 wird ebenfalls der Schalteransteuerung 28 zugeführt, die in Abhängigkeit des Ausgangssignals 26 des ersten Vergleichers 24 und des Schaltsignals 32 des zweiten Vergleichers 30 mittels eines zweiten Schaltsignals 34 den Schalter 18 schaltet.
2 zeigt im oberen Schaubild den Signalverlauf des Wischermotorstroms Im über die Zeit t im Normalbetrieb ohne auftretende Überlastung. Je Wischzyklus Tw treten dabei zwei Strommaxima auf. Der zweite Signalverlauf im unteren Schaubild kennzeichnet die Kondensatorspannung Uc, die zeitgleich zu dem Stromverlauf Im aufgetragen ist. Gestrichelt eingetragen sind die erste Schwelle S1 und der Grenzwert G.
In 3 sind der Wischermotorstrom Im und die Kondensatorspannung Uc über die Zeit t und das Ansprechen des Überlastschutzes bei Blockierung des Wischers aufgetragen. Kennzeichnend für die Blockierung ist die Erhöhung des Motorstroms Im.
4 zeigt den Motorstromverlauf Im bei Schwergängigkeit des Wischers. Kennzeichnend für die Schwergängigkeit ist das Ansteigen der Minima und Maxima des Wischermotorstroms Im, also eine Verschiebung des Stromverlaufs zu höheren werten.
Die Steuervorrichtung zum Betreiben eines Wischermotors 10 nach 1 arbeitet folgendermaßen.
Eine beliebige in einem Kraftfahrzeug eingebaute an sich bekannte Wischanlage mit mindestens einem Wischer reinigt eine Front- oder Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs durch hin- und her pendeln zwischen zwei Umkehrlagen. Der dazugehörige Motorstromverlauf Im ist aus 2 ersichtlich. Der Motorstrom Im weist zyklisch wiederkehrende den Umkehrlagen des Wischers zugeordnete Minima auf. Zwischen den Umkehrlagen im Bereich des Wischfeldes werden jeweils unterschiedliche maximale Ströme erreicht, da die Maximalwerte von der Wischgeschwindigkeit der Wischer, der Fahrgeschwindigkeit des Autos und dem Benetzungsgrad der Scheibe abhängen.
In 2 ist beispielsweise dargestellt, wie bei einer Fahrt unter einer Unterführung hindurch der Benetzungsgrad auf der Scheibe kurzzeitig verringert und daher das Strommaximum in diesem Wischzyklus Tw erhöht ist.
Die erste Schwelle S1 des ersten Vergleichers 24 ist derart vorgegeben, daß sie sich im unteren Bereich des Motorstroms gemäß 2 befindet. Wird ein Motorstrom Im bzw. eine Meßspannung Um gemessen, die kleiner als die erste Schwelle S1 ist, so wird über die Schalteransteuerung 28 ein zweites Schaltsignal 34 an den Schalter 18 zum Schließen desselben gegeben. Dadurch wird ein durch die Stromquelle 16 und den Schalter 18 gebildeter geschlossener Stromkreis erhalten, der das Aufladen des Kondensators C verhindert. Die Spannung Uc am Kondensator C bleibt null.
Verläßt der Wischer eine Umkehrlage, so steigt der Motorstrom Im an und überschreitet zum Zeitpunkt t1 die erste Schwelle 51. Das Ausgangssignal 26 des ersten Vergleichers 24 springt um, so daß in Folge der Schalter 18 durch die Schalteransteuerung 28 geöffnet wird. Der dem Motorstrom Im proportionale Ladestrom Ic der Stromquelle 16 lädt den Kondensator C auf und erzeugt daher eine Kondensatorspannung Uc, die dem Integral des Motorstroms entspricht. Die Kondensatorspannung Uc liegt am Eingang des zweiten Vergleichers 30 an.
Nähert sich der Wischer der nachfolgenden Umkehrlage, so fällt der Motorstrom Im ab, bis er zum Zeitpunkt t2 wieder die erste Schwelle S1 erreicht. Der erste Vergleicher 24 gibt daraufhin ein Ausgangssignal 26 an die Schalteransteuerung 28, die daraufhin den Schalter 18 schließt und damit den Kondensator C kurzschließt. Die Spannung über dem Kondensator Uc wird auf Null zurückgesetzt.
Bei einem abermaligen Anstieg des Motorstromes Im infolge eines eingeleiteten weiteren Wischvorgangs wiederholen sich die oben beschriebenen zum Zeitpunkt t1 und t2 stattfindenden Schaltvorgänge.
Bei Blockierung der Wischer durch Schnee oder Eis erhöht sich ab dem Zeitpunkt t3 gemäß 3 der Motorstrom Im so stark, daß zum Zeitpunkt t4 die Kondensatorspannung Uc den Grenzwert G erreicht. Der Grenzwert wird beispielsweise derart definiert, daß ein Motorstrom Im vom 50 Ampere maximal 0,6 Sekunden anliegt. Damit wird eine Überhitzung des Motors 10 und der Steuervorrichtung zuverlässig verhindert.
Bei Erreichen des als Grenzwert G definierten Ausschaltpegels öffnet der zweite Vergleicher 30 durch ein Schaltsignal 32 den Transistor 12, um den Motorstromkreis zu unterbrechen und den Motor 10 stillzulegen. Das Schaltsignal 32 wird ebenfalls der Schalteransteuerung 28 zugeführt. Diese hält nun den Schalter 18 geöffnet, da ansonsten bei einem Motorstrom Im bzw. einer Meßspannung Um von Null der Schalter 18 sofort geschlossen werden würde.
Ab dem Zeitpunkt t4 entlädt sich daher die Kondensatorspannung Uc über den Widerstand 22. Zum Zeitpunkt t5 erreicht die Kondensatorspannung Uc die zweite Schwelle S2 im zweiten Vergleicher 30 (Einschaltpegel des Schmitt-Triggers), so daß der erste Schalter 12 wieder geschlossen, der Motor 10 wieder bestromt und ein weiterer Wischvorgang eingeleitet wird, sofern der Fahrer den Wischbetrieb zwischenzeitlich nicht ausgeschaltet hat. Gleichzeitig wird nun auch der Schalter 18 geschlossen, der Kondensator C über diesen Schalter 18 kurzgeschlossen und die Kondensatorspannung Uc zurückgesetzt.
Durch eine geeignete Dimensionierung des Entladewiderstands 22 des Kondensators C und des Einschaltpegels des zweiten Vergleichers 30 wird eine Zeit Ta = t5 – t4 eingestellt, in der der Motor 10 ausgeschaltet ist. Die Zeit Ta wird auf die vorhandene Wischeranlage abgestimmt und richtet sich nach den Motorkenndaten. Beispielsweise wird eine Zeit Ta von 25 Sekunden eingestellt.
Zum Zeitpunkt t6 erreicht der Motorstrom Im und damit die Meßspannung Um die erste Schwelle S1, so daß im folgenden, wie bereits oben erläutert, der Kondensator C durch den Ladestrom Ic der Stromquelle 16 geladen wird.
Ist die Ursache für die Blockierung des Wischers entfernt, dann entspricht der weitere Verlauf dem in 2 dargestellten Normalbetrieb. Bei weiterer, nicht zu entfernender Blockierung des Wischers wiederholt sich der oben beschriebene Überlastschutz, bis der Fahrer des Kraftfahrzeugs das Bordnetz über den Zündschalter ausschaltet. Der Grenzwert G und die zweite Schwelle S2 sind jedoch derart aufeinander abgestimmt, daß bei nicht zu entfernender Blockierung und weiterhin eingeschalteter Steuervorrichtung ein Schaden am Wischsystem zuverlässig verhindert wird.
Bei Schwergängigkeit der Wischer gemäß 4, beispielsweise hervorgerufen durch eine trockene Scheibe, verschieben sich im wesentlichen die Stromminima, jedoch auch die Strommaxima, zu höheren Strömen, so daß der Quasi-Effektivwert unzulässig hoch wird. Ab einem gewissen Grad der Schwergängigkeit wird daher die erste Schwelle S1 nicht mehr unterschritten und der Kondensator C nicht mehr zurückgesetzt. Der Ladestrom Ic lädt den Kondensator so lange auf, bis die Kondensatorspannung Uc den Grenzwert G erreicht und der Überlastschutz anspricht. Der weitere Verlauf kann der Beschreibung zu 3, Zeitpunkt t4 bis t6 entnommen werden.
Entscheidend für die optimale Wirkung des Überlast- und Blockierschutzes ist die Lage der Schwellen S1, S2 und des Grenzwertes G zueinander.
Die erste Schwelle S1 ist zu niedrigen Werten durch die Forderung begrenzt, daß bei normalem Wischbetrieb der integrierte Wert des Motorstromes Im bzw. die Kondensatorspannung Uc innerhalb eines halben Wischzyklusses Tw/2 zurückgesetzt werden soll. Die erste Schwelle S1 darf nicht so hoch liegen, daß die unzulässige Schwergängigkeit des Wischsystems nicht mehr erfaßt werden würde, weil die erhöhten Stromminima weiterhin unterhalb der ersten Schwelle S1 liegen und der Integrator C weiterhin innerhalb eines halben Wischzyklusses Tw/2 zurückgesetzt werden würde.
Die Lage des Grenzwertes G muß in Abhängigkeit der ersten Schwelle 51 und der Leistungsdaten des Wischermotors 10 gewählt werden.
Die zweite Schwelle S2 ist derart auf den Grenzwert G abgestimmt, daß bei nicht zu entfernender Blockierung oder Schwergängigkeit und fortlaufendem Betrieb des Wischsystems ein Schaden am Motor 10 und der Steuervorrichtung zuverlässig verhindert wird.

Claims

Steuervorrichtung zum Betreiben eines Wischermotors (10) zum Antrieb mindestens eines Scheibenwischers mit zwei Umkehrlagen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit folgenden Merkmalen: mit einer Anordnung (14), die eine Messspannung (Um) bereitstellt, die ein Maß für den durch den Motor (10) fließenden Strom (Im) ist, wobei der Signalverlauf des Motorstroms (Im) zyklisch wiederkehrende, den Umkehrlagen des Scheibenwischers zugeordnete Minima aufweist, und mit einer Überwachungsanordnung zum Feststellen eines erhöhten Lastzustandes des Motors (10), die die Messspannung (Um) mit einem ersten Schwellwert (S1) vergleicht, und mit der bei jedem Überschreiten des ersten Schwellwerts (S1) nach dem Durchlaufen eines Minimums im Signalverlauf des Motorstroms (Im) ein Speicherelement (C) mit einem dein Motorstrom (Im) proportionalen Ladestrom (Ic) geladen wird, wobei die durch den Ladestrom (Ic) über dem Speicherelement (C) aufgebaute, dein zeitlichen Integral des Ladestroms (Ic) entsprechende Spannung (Uc) mit einem vorgebbaren Grenzwert (G) verglichen und bei Erreichen des Grenzwerts (G) der Motor (10) ausgeschaltet wird und wobei weiterhin bei jedem Unterschreiten des ersten Schwellwerts (S1) durch die Messspannung (Um) nach dem Durchlaufen eines zwischen zwei Minima angeordneten Maximums im Signalverlauf des Motorstroms (Im) das Speicherelement (C) durch die Überwachungsanordnung entladen, insbesondere kurzgeschlossen wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des Grenzwertes (G) das Speicherelement (C) über einen Widerstand (22) entladen wird und ferner in der Überwachungsanordnung eine zweite Schwelle (S2) vorgesehen ist, mit der die Spannung (Uc) über dem Speicherelement (C) verglichen und bei Unterschreiten der zweiten Schwelle (S2) das Speicherelement (C) entladen, insbesondere kurzgeschlossen, und der Motor (10) wieder eingeschaltet wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsanordnung eine spannungsgesteuerte Stromquelle (16) zur Erzeugung eines dem Motorstrom (Im) proportionalen Ladestroms (Ic) für einen Speicherkondensator (C) als Speicherelement aufweist.