DE3710470A1

DE3710470A1 - Steuerschaltung fuer einen motorantrieb, insbesondere geblaesemotorantrieb

Info

Publication number: DE3710470A1
Application number: DE19873710470
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Kawata
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1986-04-02
Filing date: 1987-03-30
Publication date: 1987-10-15

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen Motor antrieb, insbesondere Gebläsemotorantrieb, der in einem Auto mobil verwendet werden kann, beispielsweise für die Klima anlage des Automobils, wobei eine bestimmte Luftmenge vom Gebläsemotor transportiert wird.

Bekannte Gebläsemotoren werden von einer festgelegten An triebsspannung angetrieben, so daß sie mit einer bestimmten festgelegten Drehzahl umlaufen und eine gewünschte Menge an Gebläseluft entsprechend der Drehzahl vorsehen.

Die Menge an Ansaugluft, welche von außen in das Gebläse gelangt, hängt stark von der Fahrgeschwindigkeit des Fahr zeugs ab. Ein derartiger Gebläsemotor, welcher für die Kli maanlage eines Fahrzeuges verwendet wird, ist aus der US-PS 44 82 009 bekannt.

Änderungen in der Ansaugluftmenge bewirken, daß der Gebläse motor, welcher mit einer festgelegten Drehzahl angetrieben wird, eine sich ändernde Gesamtluftmenge liefert, da die transportierte Gesamtluftmenge die Summe ist aus einer ent sprechend der Drehzahl des Gebläsemotors festgelegten trans portierten Luftmenge und der sich ändernden Ansaugluftmenge. Eine Gleichstrommotorsteuerschaltung, welche aus der US-PS 44 58 186 bekannt ist, löst dieses Problem.

Eine derartige bekannte Steuerschaltung für den Motorantrieb wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 7 erläutert. Ein Gebläsemotor 2, welcher an eine Batterie 1 angeschlossen ist, wird mit Hilfe eines Treibertransistors 3 getrieben. Die Basis des Treibertransistors 3 ist mit der Ausgangsseite eines Operationsverstärkers 4 verbunden. Der invertierende Eingang (-) des Operationsverstärkers 4 ist mit dem Kollek tor des Treibertransistors 3 über eine Integrationsschaltung 5 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang (+) des Opera tionsverstärkers 4 ist mit einem einstellbaren Widerstand 6 zur Festlegung einer Bezugsspannung Va verbunden. Der ein stellbare Widerstand 6 ist parallel zu einer Zenerdiode 7 geschaltet, welche an den einstellbaren Widerstand 6 von der Batterie 1 eine vorbestimmte Spannung anlegt. Eine Antriebs spannung Vd für den Antrieb des Gebläsemotors 2 ergibt sich wie folgt:

Vd = Vcc Rm × I,

wobei Vcc die Versorgungsspannung der Batterie 1, Rm der Lastwiderstand des Gebläsemotors 2 und I der Antriebsstrom sind.

Hieraus ergibt sich, daß der Gebläsemotor 2 bei einem be stimmten Wert des Lastwiderstands Rm einen bestimmten Wert der Antriebsspannung Vd empfängt und eine bestimmte Drehzahl beibehält zur Lieferung einer festgelegten Luftmenge durch die Klimaanlage in den Fahrzeugraum.

Bei der praktischen Verwendung der Klimaanlage ändert sich die Menge der Ansaugluft mit dem äußeren Fahrtwind, der sich in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und dgl. ändert, sowie in Abhängigkeit vom Lastwiderstand Rm des Gebläsemotors 2, welcher sich erhöht oder verringert, wodurch die Antriebs spannung Vd ebenfalls sich entsprechend verringert oder er höht. Eine Verringerung der Antriebsspannung bewirkt eine Verringerung der Ausgangsspannung Vo des Operationsverstär kers 4, wodurch hinwiederum die Kollektorspannung des Trei bertransistors 3, d. h. die Antriebsspannung Vd, erhöht wird. Eine Erhöhung der Antriebsspannung Vd bewirkt eine Erhöhung der Ausgangsspannung Vo des Operationsverstärkers 4, wodurch die Kollektorspannung des Treibertransistors 3 (Antriebsspan nung Vd) verringert wird. Infolgedessen empfängt der Gebläse motor 2 immer einen im wesentlichen konstanten Wert der An triebsspannung Vd und behält eine bestimmte Drehzahl bei.

Da jedoch der Gebläsemotor, welcher durch eine gleichbleiben de Antriebsspannung angetrieben wird, zwangsläufig einen Gesamtluftmengentransport vorsieht, der sich aufgrund der Ansaugluft ändert, wie es im vorstehenden erläutert wurde, kann mit Hilfe der bekannten Antriebssteuerschaltung keine konstante Gesamtluftmengenlieferung aus der Klimaanlage beibehalten werden. Die Änderung der gesamten geliefer ten Luftmenge beeinträchtigt nicht nur den Benutzerkomfort, sondern bewirkt auch Geräusche in der Fahrzeugkabine aufgrund der Änderungen des Luftströmungsdruckes in der Luftleitung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Steuerschaltung für einen Motorantrieb, insbesondere Gebläsemotorantrieb, zu schaffen, welche eine festgelegte Luftmengenlieferung durch eine Klimaanlage eines Fahrzeugs gewährleistet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 angegebe nen Merkmale.

In vorteilhafter Weise wird durch Weiterbildung der Erfindung eine Steuer schaltung für einen Gebläsemotor geschaffen, bei der der Be reich des Antriebsstroms verringert ist, welcher beeinflußt wird durch eine Offset- bzw. Verschiebespannung einer Verstärkereinrich tung, die zur Verstärkung einer Potentialdifferenz zwischen den beiden Endpotentialen eines Erfassungswiderstands dient.

Durch die Erfindung wird eine Steuerschaltung geschaffen, welche eine Stromerfassungseinrichtung aufweist zur Erfassung eines Antriebsstroms, der an einen Gebläsemotor von einer Antriebsschaltung geliefert wird. Ferner besitzt die Steuer schaltung eine Steuereinrichtung, welche in Abhängigkeit eines Detektorsignals der Stromerfassungseinrichtung die An triebsschaltung derart steuert, daß der Antriebsstrom auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Durch diese Anordnung wird der Antriebsstrom des Gebläse motors überwacht, so daß ein im wesentlichen konstanter Wert des Antriebsstroms unabhängig von Änderungen des Lastwider stands des Gebläsemotors beibehalten wird. Die Drehzahl des Gebläsemotors ändert sich dabei in Abhängigkeit von Änderun gen der Ansaugluftmenge. Demzufolge wird ständig eine kon stante Luftmenge in die Fahrzeugkabine geliefert. Beeinträch tigungen des Benutzers aufgrund von Änderungen des inneren Luftstroms und aufgrund von Geräuschen treten nicht auf.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerschaltung für den Gebläsemotor einen Detektorwi derstand für den Antriebsstrom aufweisen, wobei eine Steuer einrichtung für den Antriebsstrom in Serie geschaltet ist und im Stromkreis des Antriebsstroms für den Gebläsemotor liegt. Die Potentialdifferenz zwischen den beiden Endpotentialen des Detektorwiderstands wird verstärkt durch einen Verstärker, und das verstärkte Signal wird verglichen mit einem Bezugs signal mit Hilfe einer Vergleichseinrichtung, welche ein Ver gleichssignal liefert zur entsprechenden Einstellung der Steuereinrichtung für die Beibehaltung eines konstanten Werts des Antriebsstroms. Das verstärkte Signal ist spannungs geteilt und wird mit Hilfe eines Spannungsteilers an die Ver gleichereinrichtung angelegt. Der Spannungsteiler liegt zwi schen dem Verstärker und der Vergleichereinrichtung.

Bei dieser Anordnung wird der Wert des Detektorwiderstands erhöht in Abhängigkeit von der am Spannungsteiler durchge führten Spannungsteilung des verstärkten Signals, so daß die Potentialdifferenz zwischen den beiden Endpotentialen des Detektorwiderstands, welche an den Verstärker angelegt wird, erhöht wird. Der erhöhte Wert des Detektorwiderstands führt zu einer Verringerung des Wertes des Antriebsstroms, bei welchem der Ausgang des Verstärkers eine Verschiebespan nung wird, im Vergleich zu einer Schaltung, die einen Span nungsteiler nicht enthält. Demzufolge wird der Bereich des Antriebsstroms, der durch die Verschiebespannung beein flußt wird, verringert. Die Verwendung des Spannungsteilers erhöht entsprechend den Verstärkungsgrad des Verstärkers und verringert demzufolge den Wert des Antriebsstroms, der eine Verschiebespannung hervorruft, so daß der Bereich des An triebsstroms, welcher durch die Verschiebespannung beein flußt wird, verringert ist.

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Antriebs steuerschaltung;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Zusam menhänge zwischen verschiedenen Gegebenheiten der Schaltung in Fig. 1;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Antriebs steuerschaltung;

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Antriebs steuerschaltung;

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Antriebs steuerschaltung, welches gegenüber den Ausfüh rungsbeispielen der Fig. 1 und 4 noch ver bessert ist;

Fig. 6 die Beziehung zwischen Antriebsstrom und in der Schaltung der Fig. 1 verstärktem Signal und

Fig. 7 eine bekannte Antriebssteuerschaltung.

Unter Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispiele wird die Erfindung wie folgt noch erläu tert.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Antriebssteu erschaltung, in welcher ein Gebläsemotor 2, welcher durch die Steuerschaltung nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gesteuert wird, an eine Batterie 1 und einen Treibertransi stor 3 angeschlossen ist. Ein Detektorwiderstand 8 ist zwi schen den Kollektor des Treibertransistors 3 und den Gebläse motor 2 geschaltet zur Erfassung eines Antriebsstroms I. Die Enden des Detektorwiderstands 8 sind an einen nichtinvertie renden Eingang und einen invertierenden Eingang eines Opera tionsverstärkers 9 angeschlossen, welcher ein erfaßtes Signal verstärkt. Die Ausgangsseite des Operationsverstärkers 9 ist über eine Integrationsschaltung 10 mit einem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 11 zur Durchführung eines Vergleichs verbunden. Die Integrationsschaltung 10 enthält einen Kondensator 10 a und einen Widerstand 10 b, welche in Reihe geschaltet sind zur Glättung eines pulsierenden Flusses des verstärkten Detektorsignals. Der nichtinvertierende Ein gang des Operationsverstärkers 11 ist an einen einstellbaren Widerstand 6 angeschlossen, welcher eine Bezugsspannung Vl bestimmt. Der einstellbare Widerstand 6 ist parallel zu einer Zenerdiode 7 geschaltet, welche eine bestimmte Spannung von der Batterie 1 an den einstellbaren Widerstand 6 anlegt.

Mit dieser Anordnung arbeitet die beschriebene Antriebs steuerschaltung wie folgt.

Wenn der Gebläsemotor 2 bei einer bestimmten Ansaugluftmenge einen konstanten Wert für den Lastwiderstand Rm beibehält, wird der Gebläsemotor 2 mit einem bestimmten Spannungswert der Antriebsspannung Vd und einem bestimmten Stromwert des Antriebsstroms I gemäß der oben angegebenen Gleichung ver sorgt. Der Gebläsemotor 2 behält daher eine bestimmte fest gelegte Drehzahl bei. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, liefert die Fahrzeugklimaanlage eine festgelegte Gesamtmenge an Luft, welche die Summe aus der bestimmten Ansaugluftmenge und der bestimmten gelieferten Luftmenge entsprechend der festgeleg ten Drehzahl des Gebläsemotors 2 ist.

Wenn aufgrund einer anwachsenden Ansaugluftmenge der Last widerstand Rm des Gebläsemotors 2 ansteigt, verringert sich aufgrund der oben angegebenen Gleichung der Antriebsstrom I und ruft eine entsprechende Verringerung einer Spannung Vr am Detektorwiderstand 8 hervor. Der Operationsverstärker 9 empfängt als Detektorsignal die Spannung Vr, und der Pegel eines verstärkten Signals S, welches an der Ausgangsseite des Operationsverstärkers abgegeben wird, verringert sich. Das Detektorsignal S mit dem verringerten Pegel wird mit der Be zugsspannung Vl im Operationsverstärker 11 verglichen, und eine erhöhte Ausgangsspannung Vp des Operationsverstärkers 11 wird als Steuersignal an den Treibertransistor 3 gelie fert. Hieraus ergibt sich, daß der Antriebsstrom I vom Trei bertransistor 3 auf einem festgelegten Wert gehalten wird.

Der Antriebsstrom I ist proportional zum Drehmoment T des Gebläsemotors 2. Das Drehmoment T ist umgekehrt proportional zur Drehzahl des Gebläsemotors. Durch das Anwachsen des Last widerstands Rm des Gebläsemotors 2 aufgrund einer Erhöhung der Ansaugluftmenge, welche zu einem konstanten Wert des An triebsstroms I führt, verringert sich die Antriebsspannung Vd, da die Spannung Vcc der Batterie 1 auf einen Wert festgelegt, ist, der sich aus obiger Gleichung ergibt. Der Gebläsemotor 2 behält daher sein Drehmoment T bei und verringert seine Drehzahl. Das heißt, daß bei anwachsender Ansaugluftmenge die Drehzahl des Gebläsemotors 2 sich verringert und damit die vom Gebläserad des Gebläsemotors 2 gelieferte Luft sich ebenfalls verringert und damit die gesamte, von der Klima anlage gelieferte Luftmenge auf einem festen Wert beibehal ten wird, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Wenn die Ansaugluftmenge sich verringert, bedeutet dies eine Verringerung des Lastwiderstands Rm des Gebläsemotors 2 und eine Erhöhung der Spannung Vr am Detektorwiderstand 8 ent sprechend einem Anwachsen des Antriebsstroms I, so daß die Ausgangsspannung Vp am Operationsverstärker 11 verringert wird. Hierdurch wird der Antriebsstrom I, welcher durch den Treibertransistor 3 fließt, ebenfalls auf einem festgelegten Wert gehalten. Bei Verringerung des Lastwiderstands Rm er höht sich die Antriebsspannung Vd, wie sich aus obiger Glei chung ergibt, und es erhöht sich die Drehzahl des Gebläse motors 2. Mithin wird die gesamte, von der Klimaanlage gelie ferte Luftmenge ebenfalls auf einem festgelegten Wert beibe halten.

Die Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welchem anstelle des Treibertransistors 3 ein N-Kanal-MOSFET 12 verwendet wird.

In der Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel darge stellt, bei welchem ein P-Kanal-MOSFET 13 zwischen der Batterie 1 und dem Gebläsemotor 2 verwendet wird. Der Detek torwiderstand 8 befindet sich in der Erdleitung des Gebläse motors. Diese Anordnung bewirkt den gleichen Steuervorgang.

Das erste Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 1 dargestellt ist, kann, wie im folgenden erläutert, noch weiter verbes sert werden.

Da der Operationsverstärker 9 nur durch die Plusspannungs quelle der Fahrzeugbatterie aktiviert ist, wird eine Ver schiebespannung im verstärkten Signal V _SET erzeugt. Die Ver schiebespannung kann beispielsweise, wie in Fig. 6 gezeigt, 0,4 V betragen. Wenn man gleichzeitig davon ausgeht, daß das Verstärkungsverhältnis des Operationsverstärkers 9 den Wert 100 hat, wird eine Verschiebespannung erzeugt bei einem Wert unter 4 mV für die Potentialdifferenz Vr zwischen den beiden Enden des Detektorwiderstands 8. Wenn der Detektorwiderstand 8 auf einem Wert von 2 mΩ festgelegt ist, erzeugt der Operati onsverstärker 9 eine Verschiebespannung bei 2 A oder geringer für den Antriebsstrom I. Das bedeutet, daß die Antriebs schaltung für den Gebläsemotor ihren Einstellvorgang nicht durchführen kann in einem Bereich, in welchem der Antriebs strom 2 A oder weniger beträgt.

Zur Lösung dieses Problem kann bei einem vierten Ausführungs beispiel der Erfindung ein Spannungsteiler in der Antriebs schaltung für den Gebläsemotor verwendet werden. Die An triebsschaltung enthält hierzu den Detektorwiderstand zur Erfassung des Antriebsstroms und ein Steuermittel für den Antriebsstrom, das in Reihe geschaltet ist in den Antriebs stromweg zum Gebläsemotor, so daß ein verstärktes Signal, welches durch Verstärkung einer Potentialdifferenz zwischen den beiden Enden des Detektorwiderstands in einem Verstärker erreicht wird, verglichen wird mit einem Bezugs signal in einer Vergleichereinrichtung, deren Vergleichs signal zur Steuerung des Steuermittels verwendet wird für die Beibehaltung eines festen Werts des Antriebsstroms.

Der Spannungsteiler ist zwischen den Verstärker und die Ver gleichereinrichtung geschaltet und teilt das verstärkte Signal herab und legt es an die Vergleichereinrichtung.

Das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgen den unter Bezugnahme auf die Fig. 5 erläutert, in welcher Schaltungsbestandteile, die äquivalent zu denen in der Fig. 1 sind, mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind und im folgenden nicht näher erläutert werden.

Die Schaltung der Fig. 5 unterscheidet sich von der Schal tung der Fig. 1 in den folgenden Punkten.

Ein Widerstand 14 ist in Reihe geschaltet zwischen den Aus gang des Operationsverstärkers 9, der als Verstärker dient und den Minuseingang des Operationsverstärkers 11, der als Vergleichereinrichtung dient, wobei der Minuseingang des als Vergleicher dienenden Operationsverstärkers 11 über einen Widerstand 15 geerdet ist. Die Widerstände 14 und 15 bilden einen Spannungsteiler zur Spannungsteilung des verstärkten Signals. Der Detektorwiderstand 8, welcher zur Erfassung des Antriebsstroms in Reihe in den Antriebsstromkreis ge schaltet ist, ist auf einen hohen Wert festgelegt entspre chend der Spannungsteilung des Spannungsteilers. Eine Inte grationsschaltung, bestehend aus einem Widerstand 16 b und einem Kondensator 16 a, ist zwischen den Ausgang des als Ver gleicher wirkenden Operationsverstärkers 11 und die Basis des Treibertransistors 3 zur Steuerung des Antriebsstroms ge schaltet.

Wenn man davon ausgeht, daß die Widerstände 14 und 15 einen gleichen Widerstandswert besitzen und das verstärkte Signal V _SET des Operationsverstärkers 9 in gleiche Anteile (1/2) geteilt wird, und daß das Verstärkungsverhältnis des Ope rationsverstärkers 9 den Wert 100 hat, wird der Widerstands wert für den Detektorwiderstand 8 auf den doppelten Wert, nämlich 4 mΩ bemessen.

Bei dieser Anordnung beträgt die Potentialdifferenz Vr zwi schen den beiden Enden des Detektorwiderstands 8, welche eine Verschiebespannung von 0,4 V im verstärkten Signal V _SET des Operationsverstärkers 9 erzeugt, 4 mV und der An triebsstrom I beträgt 1A, da der Detektorwiderstand 8 einen Widerstandswert von 4 mΩ aufweist. Der Operationsverstärker 9 erzeugt mithin ein verstärktes Signal V _SET, das dem An triebsstrom in einem Bereich von 1A oder mehr für den An triebsstrom I entspricht. Das verstärkte Signal V _SET wird nachfolgend in zwei 1/2-Anteile durch den Spannungsteiler geteilt und an den als Vergleichereinrichtung wirkenden Operationsverstärker 11 als herabgeteiltes Signal V _OUT ange legt. Das dividierte Signal V _OUT besitzt die gleiche Größe wie das verstärkte Signal S in der Schaltung der Fig. 1.

Demnach wird die in der Fig. 5 gezeigte Schaltung in einem geringeren Spannungsbereich als die Schaltung der Fig. 1 von einer Verschiebespannung des Operationsverstärkers 9 beein trächtigt.

Der Spannungsteiler kann so ausgebildet sein, daß die Span nung in andere Teile als 1/2-Anteile aufgeteilt wird. Auch kann der Operationsverstärker 9 ein größeres Verstär kungsverhältnis aufweisen anstelle der Vergrößerung des Wi derstandswerts des Detektorwiderstands 8 in Abhängigkeit von der Spannungsteilung des Spannungsteilers.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel bilden der einstell bare Widerstand 6 und die Zenerdiode 7 ein Drehzahlfestset zungsmittel. Es ist jedoch auch möglich, digital einen ex ternen festen Wert in das Drehzahlfestlegungsmittel einzu geben; beispielsweise mit Hilfe eines Mikrocomputers, der eine digitale Festgröße erzeugt, und eines Digital-Analog wandlers zur Umwandlung der digitalen Festgröße in ein Ana logsignal und durch Anlegen des Analogsignals an den nicht invertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers 11.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt.

Bei der ersten Ausführungsform, bei welcher der Gebläsemotor mit einem konstanten Antriebsstrom bei Steuerung in Abhän gigkeit von der Detektion des Antriebsstroms unabhängig von Änderungen des Lastwiderstands des Gebläsemotors versorgt wird, kann durch die zugeordnete Klimaanlage eine festgeleg te Luftmenge in die Fahrzeugkabine geliefert werden. Der Be nutzer empfindet dies nicht als angenehm,und es treten keine Geräusche durch Änderungen in der Luftströmung auf.

Beim vierten Ausführungsbeispiel wird die Schaltung durch eine Verschiebespannung der Verstärkereinrichtung in einem erheblich geringeren Bereich des Antriebsstroms beeinflußt. Die Steuerschaltung arbeitet daher effektiv nicht nur bei der Lieferung geringer Luftmengen.

Claims

1. Steuerschaltung für einen Motorantrieb, insbesondere Gebläsemotorantrieb zur Steuerung einer Antriebsschaltung, welche den Motor mit einem Antriebsstrom versorgt, gekenn zeichnet durch eine Stromdetektoreinrichtung (8, Vr) zur Erfassung des Antriebsstroms (I) und ein die Antriebsschal tung steuerndes Steuermittel (3; 12; 13), das auf ein Detek torsignal von der Stromdetektoreinrichtung (8, Vr) anspricht, zur Beibehaltung eines festen Werts des Antriebsstroms.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdetektoreinrichtung (8, Vr) einen Detektorwider stand (8) aufweist, der mit dem Steuermittel (3; 12; 13) in Reihe geschaltet ist und im Antriebsstromkreis für den Motor liegt, daß ferner zur Verstärkung der Potentialdifferenz (Vr) zwischen den Enden des Detektorwiderstands (8) ein Verstärker (9) vorgesehen ist, der ein verstärktes Signal erzeugt, daß mit dem Verstärker (9) ein Spannungsteiler (14, 15) verbunden ist, der das verstärkte Signal teilt und ein herabgeteiltes Signal liefert, und daß eine Vergleicher schaltung (11) an das vom Verstärker (9) entfernte Ende des Spannungsteilers (14, 15) angeschlossen ist zum Vergleich des herabgeteilten Signals mit einem Bezugssignal und zur Bil dung eines Vergleichssignals, mit welchem das Steuermittel (3; 12; 13) zur Beibehaltung eines festgelegten Werts des Antriebsstroms eingestellt wird.