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Title:
APPARATUS FOR ADJUSTING AN ACTUATOR WITH SIMPLIFIED DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/095750
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an apparatus for adjusting an actuator in a motor vehicle, having a DC motor (M) which is operatively connected to the actuator, a drive circuit (AS) which is connected to the DC motor (M), an inductive component (L) which is used to carry the motor current of the DC motor (M) and from which a voltage signal is tapped off, and an evaluation unit (AE) which is connected to the inductive component (L) and is intended to determine a position of the actuator using the voltage signal which has been tapped off from the inductive component (L). The drive circuit is designed to generate two balcanced operating voltages (+Ub, -Ub) which are alternately supplied to the DC motor (M) via a single motor line (ML). The position of the motor (M) is determined using the pulse count method.

Inventors:
JANSEN, Werner (Am Heinichenberg 26, Bruchkoebel, 63486, DE)
SCHÜSSLER, Fridtjof (Am Hohlrain 16, Idstein/Wörsdorf, 65510, DE)
Application Number:
EP2008/050474
Publication Date:
August 14, 2008
Filing Date:
January 17, 2008
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Vahrenwalder Strasse 9, Hannover, 30165, DE)
JANSEN, Werner (Am Heinichenberg 26, Bruchkoebel, 63486, DE)
SCHÜSSLER, Fridtjof (Am Hohlrain 16, Idstein/Wörsdorf, 65510, DE)
International Classes:
G05B15/02; B60H1/00; G05B19/042; G05B19/05; G05B19/414; H02P7/00
Foreign References:
US6437533B1
US3450973A
DE10237434A1
US20050282484A1
Other References:
See also references of EP 2126639A1
Attorney, Agent or Firm:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Postfach 22 16 39, München, 80506, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Verstellen eines Stellgliedes in einem

Kraftfahrzeug mit - einem mit dem Stellglied in Wirkverbindung stehenden Gleichstrommotor (M) ,

- einer mit dem Gleichstrommotor (M) verbundenen Ansteuerschaltung (AS) ,

- einem induktiven Bauelement (L) , über das der Motor- ström des Gleichstrommotors (M) geführt wird und an dem ein Spannungssignal abgegriffen wird,

- einer mit dem induktiven Bauelement (L) verbundenen Auswerteeinheit (AE) zur Bestimmung einer Stellung des Stellgliedes mit dem an dem induktiven Bauelement (L) abgegriffenen Spannungssignal, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- die Ansteuerschaltung (AS) zur Erzeugung von zwei symmetrischen Betriebsspannungen (+U b , -U b ) ausgelegt ist, - die von der Ansteuerschaltung erzeugten zwei symmetrischen Betriebsspannungen (+U b , -U b ) abwechselnd über eine Motorleitung (ML) dem Gleichstrommotor (M) zugeführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Gleichstrommotor elektrisch weiterhin mit einer Fahrzeugmasse verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a du r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass die Motorleitung (ML) , über die die symmetrischen Betriebsspannungen (+U b , -U b ) dem Gleichstrommotor (M) zugeführt werden, die einzige Motorleitung zur Spannungsversorgung des Gleichstrommotors ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mo-

torleitung (ML) Bestandteil eines Kabelbaums des Kraftfahrzeugs ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswerteeinheit (AE) die Stellung des Stellgliedes nach dem Pulse-Count-Verfahren bestimmt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die symmetrischen Betriebsspannungen (+U b , -U b ) durch Gleichstromwandlung aus einer Batteriespannung (U B ) des Kraftfahrzeuges erzeugt werden.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswerteeinheit (AE) eine Teileinheit zur Erkennung, Filterung und Konditionierung des an dem induktiven Bauelement (2) abgegriffenen Spannungssignals enthält.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Stellglied eine Klappe (K) zur Steuerung oder Regelung einer Luftführung in einem Luftführungselement (LF) ei- nes Heizungs- und/oder Klimatisierungssystems des Kraftfahrzeuges ist.

Description:

Beschreibung

Vorrichtung zum Verstellen eines Stellgliedes mit vereinfachter Ansteuerung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen eines Stellgliedes in einem Kraftfahrzeug.

Aus der US 6,437,533 Bl ist eine Vorrichtung zum Verstellen eines Stellgliedes in einem Kraftfahrzeug mit einem mit dem Stellglied in Wirkverbindung stehenden Gleichstrommotor bekannt. Der Gleichstrommotor ist mit einer Ansteuerschaltung verbunden, die elektronische Schaltelemente in H-Brücken- schaltung enthält. Weiterhin enthält die Vorrichtung ein in- duktives Bauelement, das über die Ansteuerschaltung mit dem Motor verbunden ist, so dass der Motorstrom des Gleichstrommotors über das induktive Bauelement geführt wird. An dem induktiven Bauelement wird ein Spannungssignal abgegriffen, das einer Auswerteeinheit zur Bestimmung der Motorumdrehungen und damit indirekt zur Bestimmung einer Stellung des Stellgliedes zugeführt wird. Das an dem induktiven Bauelement abgegriffene Spannungssignal weist ein charakteristisches Bild mit periodisch auftretenden Impulsen (Spitzen) auf. Diese Pulse sind durch die Bauart derartiger Gleichstrommotoren bedingt und können als Maß für die Anzahl der Motorumdrehungen verwendet werden. Durch Zählen dieser Pulse kann somit über die Zahl der Motorumdrehungen auch auf die Verstellung des Stellgliedes geschlossen werden, beziehungsweise eine vorgegebene Stellungsänderung des Stellgliedes direkt als zu zählende Pulse angegeben werden. Dieses auch als „Pulse-Count" bezeichnete Verfahren ist in der US 6,437,533 Bl näher beschrieben .

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 061 323 wird eine Weiterentwicklung dieser Vorrichtung beschrieben, bei der das induktive Bauelement schaltungstechnisch in Reihenschaltung mit dem Gleichstrommotor

zwischen dem Gleichstrommotor und der Ansteuerschaltung angeordnet ist. Auch bei dieser Ausgestaltung enthält die Ansteuerschaltung des Gleichstrommotors elektronische Schaltelemente in H-Brückenschaltung.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Vorrichtung weiter zu vereinfachen, insbesondere im Hinblick auf den Einsatz im Kraftfahrzeug.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Vorrichtung zum Verstellen eines Stellgliedes in einem Kraftfahrzeug weist einen mit dem Stellglied in Wirkverbin- düng stehenden Gleichstrommotor auf, sowie weiterhin eine mit dem Gleichstrommotor verbundene Ansteuerschaltung, ein induktives Bauelement, über das der Motorstrom des Gleichstrommotors geführt wird und an dem ein Spannungssignal abgegriffen wird, und eine mit dem induktiven Bauelement verbundene Aus- werteeinheit zur Bestimmung einer Stellung des Stellgliedes mit dem an dem induktiven Bauelement abgegriffenen Spannungssignal, wobei die Ansteuerschaltung zur Erzeugung von zwei symmetrischen Betriebsspannungen ausgelegt ist und die von der Ansteuerschaltung erzeugten zwei symmetrischen Betriebs- Spannungen abwechselnd über eine einzige Motorleitung dem Gleichstrommotor zugeführt werden.

Im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen Vorrichtungen wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf den Einsatz einer aufwendigen H-Brückenschaltung verzichtet. Vielmehr ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Ansteuerschaltung zur Erzeugung von zwei symmetrischen Betriebsspannungen ausgelegt. Diese zwei symmetrischen Betriebsspannungen werden abwechselnd über eine einzige Motorleitung dem Gleichstrommotor zugeführt. Hierdurch ergeben sich mehrere Vorteile. Durch den Verzicht auf eine aufwendige H-Brückenschaltung werden weniger Schaltelemente benötigt, und die Ansteuerschaltung wird

einfacher. Weiterhin wird hierdurch weniger Chipfläche benötigt, so dass es einfacher ist, mehrere Ansteuerschaltungen für mehrere Gleichstrommotoren in ein einziges Bauelement zu integrieren .

Des Weiteren ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur eine einzige Motorleitung zur Versorgung des Gleichstrommotors vorgesehen, über die dieser mit abwechselnd in den zwei symmetrischen Betriebsspannungen versorgt wird. Der Rückstrom kann über das Chassis des Fahrzeugs erfolgen. Somit können gegenüber der bekannten Vorrichtung Leitungen im Kabelbaum des Fahrzeuges eingespart werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, da in modernen Kraftfahrzeugen in der Regel eine Vielzahl von Stellmotoren verbaut ist und somit eine entspre- chende Vielzahl an Leitungen eingespart werden kann.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass ein gleichmäßigerer Lauf des Gleichstrommotors gegenüber den bekannten Vorrichtungen erreicht werden kann. Während bei den bekannten Vorrichtungen die Batteriespannung des Kraftfahrzeuges über die H-Brückenschaltung direkt dem Gleichstrommotor zugeführt wird, können die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen zwei symmetrischen Betriebsspannungen durch Gleichstrom (DC) -Wandlung erzeugt werden. Die durch eine derartige DC-Wandlung erzeugte Betriebsspannung ist jedoch stabiler als die übliche Batteriespannung im Kraftfahrzeug, wodurch sich der gleichmäßigere Lauf des Gleichstrommotors ergibt.

Durch die Bestimmung der Stellung des Stellgliedes nach dem Pulse-Count-Verfahren in der Auswerteeinheit kann auf den Einsatz eines zusätzlichen Sensors zur Bestimmung der Position des Stellgliedes verzichtet werden. Vielmehr kann die Position des Stellgliedes durch Zählen der Pulse ermittelt wer- den.

Weist die Auswerteeinheit eine Teileinheit zur Erkennung, Filterung und Konditionierung des Spannungssignals auf, so können einem die Auswertung nach dem Pulse-Count-Verfahren übernehmenden Controller stets gleichartige und gut verar- beitbare Signalformen zugeführt werden, so dass Auswertefehler vermieden werden.

Ist das Stellglied eine Klappe zur Steuerung oder Regelung einer Luftführung in einem Luftkanal eines Heizungs- und/oder Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeuges, so kann die gezielte Verstellung einer derartigen Klappe besonders einfach und zuverlässig realisiert werden.

Die Vorrichtung und deren Funktionsweise werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Figur 2 eine schematische Darstellung des Motoraufbaus so- wie des Motorstromes,

Figur 3 typische Signalformen,

Figur 4 die Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Klimatisierungssystem.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Aus einer Batteriespannung U B werden mittels eines DC/DC-Wandlers W die beiden symmetrischen Betriebsspannungen +U b und -U b erzeugt. Die beiden symmetrischen Betriebsspannungen +U b und -U b werden einer Ansteuerschaltung AS zugeführt. Die Ansteuerschaltung enthält im Wesentlichen ein Schaltelement. Dieses Schaltelement wird von einem hier nicht dargestellten Mikroprozessor gesteuert und führt über die Motorleitung ML dem Gleichstrommotor M abwechselnd die beiden symmetrischen Betriebsspannungen +U b und -U b zu. Der Gleichstrommotor M ist elektrisch zudem mit Masse verbunden, so dass eine einzige

Motorleitung ML ausreichend ist. Durch die Drehung des Gleichstrommotors wird ein Stellglied, hier die Klappe K, verstellt. Der Motorstrom wird über das induktive Bauelement L geführt. An dem induktiven Bauelement L wird ein Spannungs- signal abgegriffen und der Auswerteeinheit AE zugeführt. Die Auswerteeinheit AE weist eine Teileinheit auf, in der eine Erkennung, Filterung und Konditionierung des abgegriffenen Spannungssignals erfolgt, wobei die abgegriffenen Spannungssignale dieser Teileinheit insbesondere in Rechteckimpulse umgewandelt werden. Durch Zählen der so erzeugten Rechteckimpulse in dem nicht dargestellten Mikroprozessor kann auf die Anzahl der Motordrehungen und damit auf die Stellung der Klappe K geschlossen werden. Durch die Verknüpfung einer einfachen Ansteuerung des Gleichstrommotors mit dem Pulse-Count- Verfahren zur Bestimmung der Klappenstellung wird mit einem einfachen Aufbau ein zuverlässiges und sicheres Verfahren zur Positionierung eines Stellgliedes erreicht. Insbesondere kann der Aufwand für die Ansteuerung und für die Verbindung zum Gleichstrommotor gering gehalten werden und durch Verwendung des Pulse-Count-Verfahrens gleichzeitig eine sensorlose De- tektierung der Stellung des Stellgliedes realisiert werden.

Figur 2a zeigt schematisch den Aufbau des Gleichstrommotors M, der mit einem dreigeteilten Kommutator mit den Lamellen Kl bis K3 sowie mit Metallbürsten B ausgebildet ist. Werden die Trennstellen T zwischen den Lamellen Kl bis K3 an den Metallbürsten B vorbeigeführt, so entsteht kurzzeitig ein Kurz- schluss zwischen zwei benachbarten Lamellen, beispielsweise den Lamellen Kl und K3. Hierdurch werden die charakteristi- sehen Pulse Z im Stromverlauf hervorgerufen. Der Stromverlauf mit diesen Pulsen Z ist in Figur 2b dargestellt. Bei einer Umdrehung des Gleichstrommotors M mit dem dreigeteilten Kommutator entstehen sechs Pulse Z. Durch Zählung dieser Pulse Z kann somit die Anzahl der Motorumdrehungen bestimmt werden. Ist der Gleichstrommotor mit einer Stellklappe verbunden, so ist die Motordrehung direkt mit einer änderung des Stellwinkels der Stellklappe gekoppelt. über die Zählung der Pulse Z

im Motorstrom kann somit auf eine Veränderung der Stellung der Stellklappe geschlossen werden.

In Figur 3 sind unterschiedliche gemessene Signalverläufe dargestellt. Der obere Signalverlauf Sl zeigt den Einschaltzustand des Gleichstrommotors. Befindet sich das Signal Sl im Zustand H, so ist der Gleichstrommotor eingeschaltet. Befindet sich das Signal Sl im Zustand L, so ist der Gleichstrommotor ausgeschaltet.

Das mittlere Signal S2 zeigt einen gemessenen Motorstromverlauf. Am induktiven Bauelement L wird ein Spannungssignal abgegriffen, das abhängig von der Stromänderung di/dt ist. Dieses Signal wird der Auswerteeinheit, und zwar zunächst einer Teileinheit zur Erkennung, Filterung und Konditionierung, zugeführt. Diese Teileinheit wandelt das Spannungssignal in das im unteren Bereich von Figur 3 dargestellte Signal S3 um, wobei die Pulse Z des Signals S2 nun als Rechteckimpulse R im Signals S3 vorliegen. Das Signal S3 wird dann einem Control- ler (Mikroprozessor) zugeführt, der eine entsprechende Zählung der Recheckimpulse R vornimmt.

Auch nach Ausschalten des Gleichstrommotors zum Zeitpunkt tθ gemäß Figur 3 läuft dieser auf Grund der Trägheit geringfügig nach. Dieses Nachlaufen hat zur Folge, dass auch das Stellglied noch weiter verstellt wird. Auf Grund der Generatoreigenschaften des gebremsten Motors gibt es dann jedoch auch weiterhin noch einen Stromfluss in dem induktiven Bauelement L und somit auch weitere Pulse Z im Motorstrom mit entspre- chenden Rechtecksignalen R im aufbereiteten Signal S3, so dass auch dieses Nachlaufen noch erfasst wird, und die Position der Klappe genau bestimmt werden kann.

Figur 4 zeigt eine Anwendung der Erfindung zur Einstellung einer Klappe K in einem Luftführungselement (Luftkasten) LF eines Kraftfahrzeugklimatisierungssystems. Das Klimatisierungssystem weist ein Steuergerät SG auf, das neben Bedien-

und Anzeigeelementen den DC/DC-Wandler B, die Ansteuereinheit AS, das induktive Bauelement L und die Auswerteeinheit AE (siehe Figur 1) sowie den Controller (Mikroprozessor) enthält. über das Motorkabel ML ist das Steuergerät SG mit dem Gleichstrommotor M verbunden. Der Gleichstrommotor M ist über eine mechanische Antriebsverbindung V mit der Klappe K verbunden, wobei die Antriebsverbindung V in der Regel ein Getriebe enthält, so dass eine Vielzahl von Umdrehungen des Gleichstrommotors M zu einer definierten Verstellung der Klappe K führen.