DE19804427A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Elektromotors insbesondere einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Elektromotors insbesondere einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, wobei der Elektromotor zum Antrieb einer verstellbaren Einrichtung, insbesondere einer Luftklappe der Klimaanlage vorgesehen ist, und wobei der Verstellweg der Einrichtung von zumindest einem Anschlag begrenzt ist.

In Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen werden bekannterweise Elektromotoren dazu verwendet, Luftklappen oder sonstige Einrichtungen der Klimaanlage zu verstellen. Die Luftklappen sind beispielsweise schwenkbar ausgebildet und können von dem jeweiligen Elektromotor zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegt werden. Die Endstellungen werden dabei beispielsweise von Gummielementen gebildet, die der Abdichtung der Luftklappen dienen. Des weiteren sind die Elektromotoren zum Zwecke der Geräuschminderung häufig beispielsweise über Gummielemente oder dergleichen innerhalb der Klimaanlage befestigt.

Dies führt insgesamt dazu, daß sogenannte "weiche" bzw. "gefederte" Anschläge entstehen. Dies bedeutet, daß die Luftklappe beim Anfahren gegen einen derartigen Anschlag nicht schlagartig zum Stehen gebracht wird, sondern daß aufgrund der federnden Eigenschaften des weichen Anschlags die Luftklappe noch einen geringfügigen Weg zurücklegt, innerhalb dem sie zum Stillstand abgebremst wird. Aufgrund des Stillstands der Luftklappe bleibt dann auch der mit der Luftklappe gekoppelte Elektromotor stehen. Aufgrund einer Überlast- oder Blockiererkennung wird der Elektromotor dann üblicherweise abgeschaltet.

Wie erwähnt, bewirken die federnden Eigenschaften des weichen Anschlags ein weiches Abbremsen der Luftklappe beim Anfahren gegen den Anschlag. Gleichzeitig hat dieses weiche Abbremsen jedoch zur Folge, daß der Anschlag wie eine Feder gespannt wird. Solange der Elektromotor noch eingeschaltet ist, wirkt die Antriebskraft des Elektromotors gegen die von dem weichen Anschlag erzeugte Federkraft. Wird jedoch der Elektromotor wie erläutert abgeschaltet, so hat dies zur Folge, daß die Federkraft des weichen Anschlags eine Rückstellbewegung der Luftklappe und damit eine Rückstellbewegung des mit der Luftklappe gekoppelten Elektromotors zur Folge hat.

Die federnden Eigenschaften des weichen Anschlags und damit auch die die Rückstellbewegung bewirkende Federkraft des Anschlags hängt von einer Vielzahl von Parametern ab. So haben beispielsweise die in dem Anschlag enthaltenen Gummielemente bei unterschiedlichen Temperaturen auch unterschiedliche Härteeigenschaften. Entsprechendes gilt für die Gummielemente, über die der Elektromotor befestigt ist. Des weiteren besitzt der Akkumulator, von dem der Elektromotor üblicherweise in einem Kraftfahrzeug angetrieben wird, bei unterschiedlichen Temperaturen ebenfalls unterschiedliche Spannungen. Diese haben zur Folge, daß die Antriebskraft des Elektromotors nicht immer dieselbe ist.

All dies bewirkt insgesamt, daß die durch die Federkraft des weichen Anschlags bewirkte Rückstellbewegung der Luftklappe und damit des Elektromotors völlig unkontrolliert und nicht reproduzierbar erfolgt. Dies hat zur Folge, daß eine exakte Steuerung der Luftklappe über den Elektromotor nur bedingt möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Elektromotors insbesondere einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, mit denen in allen Betriebsbedingungen eine exakte Steuerung des Elektromotors möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art bzw. bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Anfahren der Einrichtung gegen den Anschlag gemeldet wird, und daß der Elektromotor daraufhin zurückbewegt wird.

Es wird also der Elektromotor nicht unkontrolliert abgeschaltet, was beim Stand der Technik zu der unkontrollierten und nicht reproduzierbaren Rückwärtsbewegung des Elektromotors führt, sondern es wird statt dessen der Elektromotor kontrolliert zurückbewegt. Damit ist eine unkontrollierte Rückwärtsbewegung des Elektromotors ausgeschlossen. Die exakte Position des Elektromotors bzw. der von dem Elektromotor angetriebenen Luftklappe ist damit in jedem Zeitpunkt bekannt. Die Rückwärtsbewegung des Elektromotors wird also gezielt gesteuert und ist damit jederzeit reproduzierbar.

Durch die kontrollierte Rückwärtsbewegung des Elektromotors wird ereicht, daß die beim Anfahren der Luftklappe an den weichen Anschlag aufgebaute, entgegengesetzt wirkende Federkraft wieder abgebaut wird. Nachdem der Elektromotor zurückbewegt worden ist, ist der Anschlag wieder entspannt, so daß keine Federkraft mehr auf die Luftklappe einwirkt. Eine unkontrollierte Rückwärtsbewegung der Luftklappe und damit des Elektromotors ist somit nicht mehr möglich.

Das Ausmaß der kontrollierten bzw. gesteuerten Rückwärtsbewegung des Elektromotors wird zweckmäßigerweise vorab in Tests ermittelt. Die Rückwärtsbewegung wird dabei derart ausgestaltet, daß unter allen Betriebsbedingungen des Elektromotors bzw. der Luftklappe immer gewährleistet ist, daß nach der Rückwärtsbewegung einerseits die Luftklappe noch dichtend an dem Anschlag anliegt, andererseits jedoch der Anschlag entspannt, also in dem Anschlag keine Federkraft mehr aufgebaut ist.

Die gesteuerte bzw. kontrollierte Rückwärtsbewegung des Elektromotors wird erfindungsgemäß durchgeführt, nachdem die Luftklappe gegen den Anschlag angefahren ist. Dieses Anfahren kann einerseits durch einen entsprechenden, beispielsweise mechanischen Sensor an der Luftklappe gemeldet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Anfahren der Einrichtung gegen den Anschlag durch eine dem Elektromotor zugeordnete Überlasterkennung ermittelt wird. In diesem Fall wird das Stehenbleiben des Elektromotors durch entsprechende schaltungstechnische Maßnahmen erkannt. Aus diesem Stehenbleiben des Elektromotors wird dann auf das Anfahren der Luftklappe gegen den Anschlag geschlossen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Drehrichtung des Elektromotors in Abhängigkeit von der Überlasterkennung umgekehrt. Sobald also das Stehenbleiben des Elektromotors erkannt worden ist, wird erfindungsgemäß die Drehrichtung des Elektromotors umgekehrt. Daraufhin kann der Elektromotor auf die erfindungsgemäße Art und Weise zurückbewegt werden. Dies hat die Entspannung des weichen Anschlags zur Folge, mit der eine unkontrollierte Rückwärtsbewegung des Elektromotors vermieden werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Elektromotor für eine vorgegebene Zeitdauer bzw. entsprechend einem vorgegebenen Weg zurückbewegt.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Elektromotor ein Schrittmotor vorgesehen. Derartige Schrittmotoren werden zunehmend in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen verwendet. Die Ansteuerung derartiger Schrittmotoren erfolgt durch ein elektronisches Steuergerät. Die Bewegung der Schrittmotoren wird dabei in einzelnen Schritten berechnet und durchgeführt. Die Anzahl der zurückgelegten Schritten des Schrittmotors wird an das Steuergerät zurückgemeldet. Aus dieser Rückmeldung ist es dann möglich, mittels einer sogenannten Schrittverlusterkennung auf ein Stehenbleiben des Schrittmotors zu schließen. Die Schrittverlusterkennung stellt somit eine Überlast- oder Blockiererkennung dar. In Abhängigkeit von der Schrittverlusterkennung kann dann der Schrittmotor auf die erfindungsgemäße Art und Weise zurückbewegt werden.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung:

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Elektromotors insbesondere einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, und

Fig. 2 zeigt eine weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens der Fig. 1.

Eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs weist üblicherweise eine Mehrzahl von verstellbaren Einrichtungen, beispielsweise von Luftklappen oder dergleichen auf. Zum Antrieb einer derartigen Luftklappe ist üblicherweise ein Elektromotor vorgesehen, vorzugsweise ein sogenannter Schrittmotor. Mit Hilfe des Schrittmotors ist es möglich, die beispielsweise schwenkbare Luftklappe hin- und herzubewegen.

Üblicherweise ist die Luftklappe mit mindestens einem Anschlag versehen, der beispielsweise von einem Gummielement gebildet wird. Mit Hilfe des Schrittmotors kann die Luftklappe gegen diesen Anschlag gefahren werden. Die Luftklappe liegt dann an dem Gummielement an.

Unter anderem aus Gründen der Geräuschminderung ist der Schrittmotor häufig mittels eines Gummielements oder dergleichen innerhalb der Klimaanlage befestigt.

Insgesamt hat dies zur Folge, daß die Luftklappe beim Anfahren gegen den Anschlag nicht abrupt bzw. schlagartig gestoppt wird, sondern daß zumindest ein gewisser, wenn auch sehr kleiner Bremsweg vorhanden ist, innerhalb dem die Luftklappe zum Stillstand abgebremst wird. Gleichzeitig wird innerhalb dieses Bremswegs die Luftklappe unter anderem gegen das dichtende Gummielement gedrückt. Dies hat zur Folge, daß das Gummielement zusammengedrückt wird. Auf diese Weise wird innerhalb des Gummielements eine Federkraft erzeugt, die gegen die Bewegungsrichtung der Luftklappe gerichtet ist, die also versucht, die Luftklappe zurückzubewegen.

Innerhalb der Klimaanlage ist ein Steuergerät vorgesehen, mit dem der Schrittmotor und damit die Stellung der Luftklappe gesteuert wird. Zum Anfahren der Luftklappe gegen den Anschlag wird der Schrittmotor um eine entsprechende Anzahl von Schritten vorwärts gesteuert. Dies ist in der Fig. 1 durch den Block 1 dargestellt.

Durch das Anfahren der Luftklappe gegen den Anschlag bleibt der mit der Luftklappe gekoppelte Schrittmotor stehen. Dies wird von dem Schrittmotor durch eine entsprechende Schrittverlusterkennung oder eine sonstige Überlast- oder Blockiererkennung an das Steuergerät zurückgemeldet. Das Steuergerät entscheidet dann entsprechend dem Block 2 der Fig. 1, daß nunmehr der Anschlag erreicht ist.

Daraufhin wird von dem Steuergerät der Strom zu dem Schrittmotor nicht sofort abgeschaltet, sondern der Schrittmotor wird entsprechend den Blöcken 3 und 4 der Fig. 1 derart angesteuert, daß er um eine vorgegebene Anzahl Y von Schritten rückwärts und damit vom Anschlag wegbewegt wird.

Die Anzahl Y der Schritte, die der Schrittmotor nach dem Anfahren gegen den Anschlag rückwärts bewegt wird, wird vorab in Tests ermittelt. Die Anzahl Y hängt dabei u. a. von den federnden Eigenschaften der Gummielemente, von der zu verstellenden Luftklappe, sowie ggf. auch noch von weiteren Parametern der Klimaanlage ab. Die Anzahl Y wird etwa derart eingestellt, daß nach der Rückwärtsbewegung des Schrittmotors einerseits die Luftklappe noch möglichst dicht an dem Gummielement des Anschlags anliegt, daß jedoch andererseits innerhalb dieses Gummieelements im wesentlichen keine Rückstellkraft mehr vorhanden ist, die eine weitere Rückwärtsbewegung der Luftklappe und damit des Elektromotors zur Folge hat.

Wie dies in dem Block 5 der Fig. 1 dargestellt ist, wird nach der Rückwärtsbewegung des Schrittmotors derselbe in einen passiven Zustand übergeführt. In diesem passiven Zustand wird dem Schrittmotor kein Strom zugeführt.

Die Ansteuerung des Schrittmotors durch das Steuergerät soll nachfolgend nochmals anhand der Fig. 2 erläutert werden. In der Fig. 2 wird angenommen, daß der Verstellweg der Luftklappe durch zwei Anschläge begrenzt ist; Bei diesen Anschlägen handelt es sich um die bereits erläuterten sogenannten "weichen Anschläge". Die beiden Anschläge befinden sich in der Fig. 2 bei 0% und bei 100­ % des Verstellwegs der Luftklappe. Diesen beiden Anschlägen der Luftklappe sind nun nicht die maximalen Schrittzahlen des Schrittmotors zugeordnet. Statt dessen ist dem Anschlag 0% die Schrittzahl "100" und dem Anschlag 100% die Schrittzahl "1600" zugeordnet.

Soll die Luftklappe beispielsweise gegen den Anschlag 100% gefahren werden, so geschieht dies dadurch, daß das Steuergerät die Schrittzahl "1700" an den Schrittmotor ausgibt. Daraufhin versucht der Schrittmotor, diese Schrittzahl "1700" zu erreichen. Bei der Schrittzahl "1600" fährt die Luftklappe und damit der Schrittmotor gegen den weichen Anschlag. Der Schrittmotor bleibt stehen, was - wie erläutert - an das Steuergerät zurückgemeldet wird.

In diesem Zeitpunkt befindet sich der Schrittmotor aufgrund der federnden Eigenschaften des weichen Anschlags irgendwo zwischen der Schrittzahl "1600" und "1700". Dieser Bereich stellt somit den Bremsweg bzw. Federweg des Anschlags dar. Dies ist in der Fig. 2 durch die Bezugsziffer 6 kenntlich gemacht. Nachdem das Stehenbleiben des Schrittmotors von dem Steuergerät erkannt worden ist, steuert das Steuergerät nunmehr den Schrittmotor mit der Schrittzahl "1600" an.

Dies hat zur Folge, daß der Schrittmotor eine Rückwärtsbewegung bis zu der Schrittzahl "1600" ausführt. Bei dieser Schrittzahl "1600" sind innerhalb des Anschlags keine Federkräfte mehr vorhanden.

Hat der Schrittmotor die Schrittzahl "1600" erreicht, so schaltet das Steuergerät den Strom zu dem Schrittmotor ab. Da innerhalb des Anschlags keine Federkräfte mehr vorhanden sind, bleibt der Schrittmotor und damit auch die Luftklappe in diesem Zustand stehen und führt keine weitere unkontrollierte Rückwärtsbewegung aus.

Anstelle der Schrittzahl "1600" kann auch eine Schrittzahl gewählt werden, die geringfügig kleiner oder größer ist. Im ersten Fall muß darauf geachtet werden, daß die Luftklappe an dem Anschlag anliegend bleibt, und im zweiten Fall dürfen nur geringe Federkräfte in dem weichen Anschlag verbleiben.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors insbesondere einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, wobei der Elektromotor zum Antrieb einer verstellbaren Einrichtung, insbesondere einer Luftklappe der Klimaanlage, vorgesehen ist, und wobei der Verstellweg der Einrichtung von zumindest einem Anschlag begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Anfahren der Einrichtung gegen den Anschlag gemeldet wird (1, 2), und daß der Elektromotor daraufhin zurückbewegt wird (4).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anfahren der Einrichtung gegen den Anschlag durch eine dem Elektromotor zugeordnete Überlasterkennung ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung des Elektromotors in Abhängigkeit von der Überlasterkennung umgekehrt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor für eine vorgegebene Zeitdauer bzw. entsprechend einem vorgegebenen Weg zurückbewegt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor nach dem Anfahren der Einrichtung gegen den Anschlag und nach dem Rückwärtsbewegen in einen passiven Zustand übergeht (5).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektromotor in dem passiven Zustand kein Strom zugeführt wird.

7. Vorrichtung zum Betreiben eines Elektromotors insbesondere einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, wobei der Elektromotor zum Antrieb einer verstellbaren Einrichtung, insbesondere einer Luftklappe der Klimaanlage, vorgesehen ist, und wobei der Verstellweg der Einrichtung von zumindest einem Anschlag begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergerät vorgesehen ist, dem das Anfahren der Einrichtung gegen den Anschlag gemeldet werden kann (1, 2), und durch das der Elektromotor daraufhin zurückbewegt werden kann (4).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektromotor ein Schrittmotor vorgesehen ist.