Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl eines Gleichstrommotors gemäß Anspruch 1 und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 7.

Stand der Technik

Es ist bekannt, Gleichstrommotoren in vielen Anwen¬ dungsfällen einzusetzen, bei denen der aktuellen Drehzahl beziehungsweise einer Drehzahlregelung des Gleichstrommotors eine besondere Bedeutung zukommt. So werden Gleichstrommotoren beispielsweise als Stellmotoren in Kraftfahrzeugen, beispielsweise für eine Sitzverstellung, für Fensterheber, für Hub- und Schiebedächer, Lüfter, Gebläse, Scheibenwischer usw. eingesetzt. Zur Ermittlung der Drehzahl der Gleich¬ strommotoren ist es bekannt, diesen einen Drehzahl¬ sensor zuzuordnen, mittels dem die Drehbewegung einer

Ankerwelle des Gleichstrommotors detektiert wird. Ein von dem Drehzahlsensor der Drehzahl proportionales Meßsignal kann dann weiterverarbeitet werden. Aus der DE-OS 42 16 040 ist beispielsweise bekannt, ein der¬ art ermitteltes, der Drehzahl proportionales Me߬ signal für die Überwachung eines Gleichstrommotors auf thermische Überlastung einzusetzen. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß durch die Anordnung des zu¬ sätzlichen Drehzahlsensors sich der Aufbau der Gleichstrommotoren verkompliziert.

Aus der allgemeinen Elektrotechnik ist bekannt, daß die Drehzahl eines Gleichstrommotors, der während des Betriebes des Gleichstrommotors in dessen Anker indu¬ zierten Quellenspannung proportional ist. Aufgrund einer Temperaturabhängigkeit des magnetischen Flusses kommt es zu einem Fehler beim Übergang von in¬ duzierter Quellenspannung/Drehzahl des Gleichstrommo¬ tors. Weitere tatsächlich auftretende aktuelle Be¬ triebszustände des Gleichstrommotors, wie beispiels¬ weise schwankende Versorgungsspannung, ein sich än¬ derndes Lastmoment führen zu einer Verfälschung der Ermittlung der induzierten Quellenspannung. Insgesamt kommt es zu einer unkorrekten Ermittlung der tat¬ sächlichen Drehzahl des Gleichstrommotors.

Aus Elektronik 1 vom 13. Januar 1994, Seite 40 bis 41, ist es bekannt, eine Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors durchzuführen. Hierbei wird die ak¬ tuelle Drehzahl des Gleichstrommotors mittels einer der Drehzahl proportionalen Generatorspannung, also ohne einen Drehzahlsensor, gemessen.

3364 PCΪ7DE96/00778

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß eine kor¬ rekte Ermittlung der aktuellen Drehzahl möglich ist. Dadurch, daß Abhängigkeiten von die Drehzahl beein¬ flussenden Motordaten von einem Betriebszustand des Gleichstrommotors während des Betriebes des Gleich¬ strommotors für die Ermittlung der Drehzahl kompen¬ siert werden, wird es sehr vorteilhaft möglich, vor¬ zugsweise eine Temperaturabhängigkeit bestimmter Mo¬ tordaten zu berücksichtigen, indem die aufgrund der Temperaturabhängigkeit auftretende Änderung der Mo¬ tordaten für die Ermittlung der aktuellen Drehzahl des Gleichstrommotors berücksichtigt wird.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 7 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß in einfacher Weise mittels in der Regel vorhande¬ ner Steuerungen, vorzugsweise elektronischen Steuer¬ geräten in Kraftfahrzeugen, eine korrekte Ermittlung der aktuellen Drehzahl des Gleichstrommotors möglich ist. Dadurch, daß eine Korrekturschaltung vorgesehen ist, die die von Meßgliedern ermittelten, den Motor¬ daten proportionalen Meßsignale um eine aufgrund des aktuellen Betriebszustandes eingetretenen Verfäl¬ schung der Meßsignale korrigiert, liegt an der Schal¬ tungsanordnung ein Ausgangssignal an, das der tat¬ sächlichen aktuellen Drehzahl des Gleichstrommotors entspricht. Aufgrund des nunmehr vorliegenden, der aktuellen Drehzahl entsprechenden Signals sind über den Gleichstrommotor aufweisende Stellantriebe sehr

genaue Stellvorgänge durchführbar. Aufgrund einer un¬ korrekten Ermittlung der Drehzahl eintretende Stell¬ abweichungen werden somit vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merk¬ malen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs¬ beispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die ein Blockschaltbild zur Ermittlung der Drehzahl eines Gleichstrommotors zeigt, näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist eine Prinzipschaltung einer Dreh¬ zahlerfassung eines Gleichstrommotors gezeigt. Der Gleichstrommotor 10 ist hier mit seinem Ersatz¬ schaltbild dargestellt. Anhand des Ersatzschaltbildes werden wesentliche Motordaten des Gleichstrommotors 10 verdeutlicht. Aufgrund des bekannten Bürstenspan¬ nungseffektes ist ein Spannungsabfall UB _U nicht pro¬ portional zu einem Ankerstrom I _& , so daß sich die Ab¬ hängigkeitsfunktion U _BÜ =fl(IA) ergibt. Weiterhin ist bekannt, daß ein Ankerwiderstand R^ der Ankerwicklung aufgrund des positiven Temperaturkoeffizienten des verwendeten Kupfermaterials temperaturabhängig von der Ankertemperatur T _& ist. Hieraus ergibt sich eine zweite Abhängigkeitsfunktion R _& = f2 (T74 ₎ . Darüber hinaus ist bekannt, daß die induzierte Ankerspannung

(Quellenspannung) UΪQ aufgrund der Tatsache, daß der magnetische Fluß des Motors mit einem negativen Tem¬ peraturkoeffizienten behaftet ist, ebenfalls tempera¬ turabhängig ist. Hieraus ergibt sich eine dritte Ab¬ hängigkeitsfunktion UΪQ = f3(T& ₎ . Während des Be¬ triebes des Gleichstrommotors 10 liegt zwischen des¬ sen Motorklemmen M+ und M- die Klemmenspannung URL an. Gleichzeitig fließt über den Anker der Ankerstrom I _A . Die Größe des Ankerstroms I _A wird durch das Widerstandsmoment des Gleichstrommotors bestimmt. Von der elektrischen Seite her wird der Ankerstrom I _A durch die vorzeichenbehaftete Summe von Klemmenspan¬ nung UKL ^un d induzierter Spannung UJ_Q angetrieben. Ändert sich der Ankerstrom I _A mit der Belastung, so weichen die Drehzahl n und die induzierte Ankerspan¬ nung UJ_Q aus, so daß der Strom im stationären Betrieb stets beiden Bedingungen genügt. Hieraus ergibt sich Beziehung

n = k • U _iQ = k • (U _KL - I _A • R _A ) .

Mit k ist eine Motorkonstante bezeichnet.

Aufgrund schwankender Versorgungsspannung, einer Än¬ derung des Lastmomentes des Gleichstrommotors und einer Änderung der Ankertemperatur kann durch diese Beziehung die Drehzahl n des Gleichstrommotors nicht ausreichend korrekt ermittelt werden.

Um die Abhängigkeit der die Drehzahl n beeinflussen¬ den Motordaten, nämlich des Bürstenspannungsabfalls U _ß ü, des Ankerwiderstandes R _A und der induzierten

Ankerspannung UJ _^ Q bei einer Änderung des Betriebszu¬ standes zu kompensieren, ist die hier insgesamt mit 12 bezeichnete Korrekturschaltung vorgesehen. Die Korrekturschaltung 12 besitzt einen ersten Eingang 14, einen zweiten Eingang 16 und einen dritten Ein¬ gang 18. Der erste Eingang 14 ist mit einem als Operationsverstärker ausgebildeten Meßglied 20 ver¬ bunden, das ein der Klemmenspannung U^L entsprechen¬ des Meßsignal bereitstellt. Der zweite Eingang 16 ist mit einem zweiten, ebenfalls als Operationsverstärker ausgebildeten Meßglied 22 verbunden, das ein dem Ankerstrom I _A entsprechendes Meßsignal bereitstellt. Der dritte Eingang 18 ist mit einem Temperatursensor 24 verbunden, der ein der Ankertemperatur T _A entspre¬ chendes Meßsignal bereitstellt. Der Temperatursensor 24 ist hierbei an geeigneter Stelle des Gleichstrom¬ motors 10 installiert, um zumindest näherungsweise ein der tatsächlichen Ankertemperatur T _A entsprechen¬ des Meßsignal an den Eingang 18 zu liefern.

Die Korrekturschaltung 12 weist ein Subtrahierglied 26, ein erstes Funktionsglied 28, ein zweites Funk¬ tionsglied 30 sowie ein drittes Funktionsglied 32 auf.

Dem ersten Funktionsglied 28 wird das dem Ankerstrom I _A entsprechende Meßsignal zugeführt und dort eine inverse Funktion des Bürstenspannungseffektes U _ß (j nachgebildet. Das der inversen Funktion entsprechende Signal wird von dem Funktionsglied 28 dem Subtra¬ hierglied 26 zugeführt und dort von dem der Klemmen¬ spannung U^L entsprechenden Signal subtrahiert.

Dem zweiten Funktionsglied 30 werden die an den Ein¬ gängen 16 und 18 dem Ankerström I _A und der Anker¬ temperatur T _A entsprechenden Signale zugeführt. Das Funktionsglied 30 kompensiert hierbei die Temperatur¬ abhängigkeit des Ankerwiderstandes R _A und stellt ein Produkt des kompensierten Ankerwiderstandes R _A mit dem Ankerstrom I _A bereit. Dieses Produkt wird eben¬ falls .dem Subtrahierglied 26 zugeführt und von dem Signal der Klemmenspannung URL subtrahiert. Der Dif¬ ferenzwert des Subtrahierglieds 26 und der der Anker¬ temperatur T _A entsprechende Meßwert werden dem drit¬ ten Funktionsglied 32 zugeführt. Dieses kompensiert die Temperaturabhängigkeit der induzierten Spannung UJ_Q und multipliziert das Ergebnis mit der Motor¬ konstante k.

An einem Ausgang 34 der Korrekturschaltung 12 liegt somit ein der Drehzahl n entsprechendes Meßsignal an, bei dem die während des Betriebes des Gleichstrommo¬ tors 10 aufgrund sich ändernder Betriebszustände er¬ gebenden Ungenauigkeiten kompensiert sind. Das der Drehzahl n entsprechende Meßsignal gibt somit die korrekte aktuelle Drehzahl n des Gleichstrommotors 10 wieder.