DE19705925A1 - Steuervorrichtung zum Betreiben eines Wischermotors - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Nach DE OS 28 47 765 ist bereits eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Antriebsmotors vor Überlastung bekannt, bei dem die Meßschaltung einen Speicherkreis mit einem Speicher­ element enthält, welches mit jeder Ermittlung eines Motor­ überlastungsstromes aufladbar und während der Zeitspanne zwischen der aufeinanderfolgenden Ermittlung von jeweils ge­ sondert auftretenden Motorüberlastungsströmen wieder entlad­ bar ist. Mit dem Speicherelement ist weiterhin eine Auswer­ teeinrichtung verbunden, die erst bei einen vorgegebenen Auslöseschwellwert überschreitender Spannung an dem genann­ ten Speicherelement ein den Motor stillsetzendes Ausgangs­ signal abgibt.

Kurzzeitig auftretende Motorüberlastungen führen erst dann zum Stillsetzen des Motors wenn diese Überlastungen über die jeweils betrachtete Zeitspanne einer gefährlichen Überla­ stung des Motors entsprechen. D. h. daß kurzzeitige Überla­ stungen 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 Mo­ torstrom entsprechende Spannung einem Vergleicher zugeführt, der bei Überschreiten der Schwellwertspannung ausgangsseitig eine der Differenz zwischen den beiden eingangsseitig zuge­ führten Spannungen entsprechende Ausgangsspannung abgibt. Mit dieser Ausgangsspannung wird ein Speicherkondensator ge­ laden. Die Ladezeitkonstante des Speicherkondensators wird wesentlich kleiner gewählt als die Entladezeitkonstante. Da­ durch werden auf dem Speicherkondensator entsprechende La­ dungen akkumuliert. Übersteigt die am Kondensator liegende Spannung einen weiteren Schwellwert so wird der Stromkreis des Motors unterbrochen.

Nachteilig ist bei dieser Schaltanordnung, daß die aufeinan­ der folgenden kurzzeitigen Überlastungen akkumuliert werden. Dadurch kommt es zu einem sogenannten Aufschaukeleffekt, der durch die Wahl des Verhältnisses Auf- und Entladezeitkon­ stante 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 Schei­ benwischern kennzeichnenden Stromverlauf verwendet werden, da der Stromverlauf starken Schwankungen unterliegt und die zulässige Überlast in unerwünschter Weise akkumuliert werden würde.

Vorteile der Erfindung

Bei einer Scheibenwischanlage treten in den Umkehrlagen des durch einen Wischermotor angetriebenen Wischers Lastmoment­ minima und damit auch Stromminima auf. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil den typischen Wischermotor­ stromverlauf mit diesen zyklisch wiederkehrenden Minima bei der Erkennung einer Überlast des Wischermotors durch Bloc­ kierung 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 zulässi­ gen Überlast von einem halben Wischzyklus zu dem folgenden halben Wischzyklus verhindert und der Grenzwert zum Abschal­ ten des Wischermotors nicht durch Akkumulation der zulässi­ gen Überlast erreicht wird.

Da der zeitliche Verlauf des Wischermotorstroms innerhalb eines Wischzyklusses starken Schwankungen unterliegt, wird durch diese Integration des Motorstroms ein Quasi-Effektiv­ wert 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 er­ reicht. Somit wird also länger integriert.

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

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigen Fig. 1 eine vereinfacht dargestellte Schaltanordnung der Steuervorrichtung, Fig. 2 die Signal­ verläufe des Wischermotorstroms und der am Speicherelement anliegenden Spannung im Normalbetrieb, Fig. 3 die Signal­ verläufe und das Ansprechen des Überlastschutzes bei Bloc­ kierung der Wischer, Fig. 4 der Signalverlauf des Motor­ stroms bei Schwergängigkeit der Wischer.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt schematisch das Zusammenwirken der unter­ schiedlichen Komponenten der Schaltanordnung in der Steuer­ vorrichtung. Ein Wischermotor 10 wird über einen Transistor 12 als Schalter an eine Versorgungsspannung Uv des Kraft­ fahrzeugbordnetzes geschaltet. Eine Anordnung in dem Motor­ stromkreis enthält einen Shuntwiderstand 14, an dem eine dem Motorstrom Im proportionale Meßspannung Um abgegriffen wird.

Mit der Meßspannung Um wird eine spannungsgesteuerte Strom­ quelle 16, beispielsweise ein Operationsverstärker, ange­ steuert. In Abhängigkeit der Meßspannung Um fließt ein Lade­ strom Ic, der bei einem geöffneten weiteren Schalter 18 ei­ nen Kondensator C als Speicherelement auf eine Kondensator­ spannung Uc auflädt.

Die Meßspannung Um wird weiterhin auf einen Eingang eines ersten Vergleichers 24 gelegt, beispielsweise eines Kompara­ tors, an dessen zweiten Eingang eine konstante Spannung an­ gelegt wird, die eine erste Schwelle S1 vorgibt. Das Aus­ gangssignal 26 des ersten Vergleichers 24 wird einer Schal­ teransteuerung 28 für den weiteren Schalter 18 zugeführt.

Der Transistor 12 wird durch einen zweiten Vergleicher 30 geschaltet, an dessen Eingang die Kondensatorspannung Uc an­ gelegt 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 Ver­ gleichers 30 ist ein den Transistor 12 schaltendes Schaltsi­ gnal 32.

Das Schaltsignal 32 des zweiten Vergleichers 30 wird eben­ falls der Schalteransteuerung 28 zugeführt, die in Abhängig­ keit des Ausgangssignals 26 des ersten Vergleichers 24 und des Schaltsignals 32 des zweiten Vergleichers 30 mittels ei­ nes zweiten Schaltsignals 34 den Schalter 18 schaltet.

Fig. 2 zeigt im oberen Schaubild den Signalverlauf des Wi­ schermotorstroms Im über die Zeit t im Normalbetrieb ohne auftretende Überlastung. Je Wischzyklus Tw treten dabei zwei Strommaxima auf. Der zweite Signalverlauf im unteren Schau­ bild kennzeichnet die Kondensatorspannung Uc, die zeitgleich zu dem Stromverlauf Im aufgetragen ist. Gestrichelt einge­ tragen sind die erste Schwelle S1 und der Grenzwert G.

In Fig. 3 sind der Wischermotorstrom Im und die Kondensa­ torspannung Uc über die Zeit t und das Ansprechen des Über­ lastschutzes bei Blockierung des Wischers aufgetragen. Kenn­ zeichnend für die Blockierung ist die Erhöhung des Motor­ stroms Im.

Fig. 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 Fig. 1 arbeitet folgendermaßen.

Eine beliebige in einem Kraftfahrzeug eingebaute an sich be­ kannte Wischanlage mit mindestens einem Wischer reinigt eine Front- oder Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs durch hin- und herpendeln zwischen zwei Umkehrlagen. Der dazugehörige Mo­ torstromverlauf Im ist aus Fig. 2 ersichtlich. Der Motor­ strom Im weist zyklisch wiederkehrende den Umkehrlagen des Wischers zugeordnete Minima auf. Zwischen den Umkehrlagen im Bereich des Wischfeldes werden jeweils unterschiedliche ma­ ximale Ströme erreicht, da die Maximalwerte von der Wischge­ schwindigkeit der Wischer, der Fahrgeschwindigkeit des Autos und dem Benetzungsgrad der Scheibe abhängen.

In Fig. 2 ist beispielsweise dargestellt, wie bei einer Fahrt unter einer Unterführung hindurch der Benetzungsgrad auf der Scheibe kurzzeitig verringert und daher das Stromma­ ximum 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 Fig. 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 Motor­ strom Im an und überschreitet zum Zeitpunkt t1 die erste Schwelle S1. 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 Kon­ densator C auf und erzeugt daher eine Kondensatorspannung Uc, die dem Integral des Motorstroms entspricht. Die Konden­ satorspannung 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 Schalteransteue­ rung 28, die daraufhin den Schalter 18 schließt und damit den Kondensator c kurzschließt. Die Spannung über dem Kon­ densator 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 statt finden­ den Schaltvorgänge.

Bei Blockierung der Wischer durch Schnee oder Eis erhöht sich ab dem Zeitpunkt t3 gemäß Fig. 3 der Motorstrom Im so stark, daß zum Zeitpunkt t4 die Kondensatorspannung Uc den Grenzwert G erreicht. Der Grenzwert wird beispielsweise der­ art 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 Ausschaltpe­ gels 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 Motor­ strom Im bzw. einer Meßspannung Um von Null der Schalter 18 sofort geschlossen werden würde.

Ab dem Zeitpunkt t4 entlädt sich daher die Kondensatorspan­ nung 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 wie­ der 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 zurückge­ setzt.

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 La­ destrom Ic der Stromquelle 16 geladen wird.

Ist die Ursache für die Blockierung des Wischers entfernt, dann entspricht der weitere Verlauf dem in Fig. 2 darge­ stellten Normalbetrieb. Bei weiterer, nicht zu entfernender Blockierung des Wischers wiederholt sich der oben beschrie­ bene 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 Fig. 4, beispiels­ weise hervorgerufen durch eine trockene Scheibe, verschieben sich im wesentlichen die Stromminima, jedoch auch die Strom­ maxima, zu höheren Strömen, so daß der Quasi-Effektivwert unzulässig hoch wird. Ab einem gewissen Grad der Schwergän­ gigkeit wird daher die erste Schwelle S1 nicht mehr unter­ schritten 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 Be­ schreibung zu Fig. 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 For­ derung begrenzt, daß bei normalem Wischbetrieb der inte­ grierte Wert des Motorstromes Im bzw. die Kondensatorspan­ nung Uc innerhalb eines halben Wischzyklusses Tw/2 zurückge­ setzt werden soll. Die erste Schwelle S1 darf nicht so hoch liegen, daß die unzulässige Schwergängigkeit des Wischsy­ stems nicht mehr erfaßt werden würde, weil die erhöhten Stromminima weiterhin unterhalb der ersten Schwelle S1 lie­ gen 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 S1 und der Leistungsdaten des Wischermotors 10 ge­ wählt werden.

Die zweite Schwelle S2 ist derart auf den Grenzwert G abge­ stimmt, daß bei nicht zu entfernender Blockierung oder Schwergängigkeit und fortlaufendem Betrieb des Wischsystems ein Schaden am Motor 10 und der Steuervorrichtung zuverläs­ sig verhindert wird.

Claims (3)

1. Steuervorrichtung zum Betreiben eines Wischermotors (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit folgenden Merkmalen:
mit einer Anordnung (14), die eine Meßspannung (Um) bereit­ stellt, die ein Maß für den durch den Motor (10) fließenden Strom (Im) ist, und
mit einer Überwachungsanordnung zum Feststellen eines erhöh­ ten Lastzustandes des Motors (10), die die Meßspannung (Um) mit einem ersten Schwellwert (S1) vergleicht, und
mit der bei jedem Überschreiten des ersten Schwellwerts (S1) ein Speicherelement (C) mit einem dem Motorstrom (Im) pro­ portionalen Ladestrom (Ic) zu laden ist,
wobei die durch den Ladestrom (Ic) über dem Speicherelement (C) aufgebaute Spannung (Uc) mit einem vorgebbaren Grenzwert (G) zu vergleichen ist und
bei Erreichen des Grenzwerts (G) der Motor (10) auszuschal­ ten ist und
wobei weiterhin bei jedem Unterschreiten des ersten Schwell­ werts (S1) durch die Meßspannung (Um) das Speicherelement (C) durch die Überwachungsanordnung zurückzusetzen, insbe­ sondere kurzzuschließen ist.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Erreichen des Grenzwertes (G) das Speicherele­ ment (C) über einen Widerstand (22) zu entladen ist und fer­ ner in der Überwachungsanordnung eine zweite Schwelle (S2) vorgesehen ist, mit der die Spannung (Uc) über dem Speicher­ element (C) zu vergleichen ist und bei Unterschreiten der zweiten Schwelle (S2) das Speicherelement (C) zurückzuset­ zen, insbesondere kurzzuschließen, und der Motor (10) wieder einzuschalten ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überwachungsanordnung eine spannungsge­ steuerte Stromquelle (16) zur Erzeugung eines dem Motorstrom (Im) proportionalen Ladestroms (Ic) für einen Speicherkon­ densator (C) als Speicherelement aufweist.