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Dokumentenidentifikation DE102005048451A1 27.04.2006
Titel Lüftersystem für ein Kraftfahrzeug
Anmelder Behr GmbH & Co. KG, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Bielesch, Thomas, 75417 Mühlacker, DE;
Harich, Martin, Dipl.-Ing., 71638 Ludwigsburg, DE
DE-Anmeldedatum 07.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048451
Offenlegungstag 27.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.2006
IPC-Hauptklasse F01P 5/02(2006.01)A, F, I, 20051007, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01P 7/10(2006.01)A, L, I, 20051007, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Lüftersystem, insbesondere zur Kühlung eines Kraftfahrzeug-Motors, das mindestens einen Lüfter mit Lüftermotor, ein Steuergerät und einen Aktuator für eine Lüfterklappe aufweist, wobei das Lüftersystem eine in dasselbe integrierte Lüfter-Steuerung aufweist, die eigenständig den oder die Lüftermotoren und den oder die Aktuatoren für Luftklappen steuert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Lüftersystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Steuerungsverfahren zum Betrieb eines Lüftersystems nach Anspruch 23.

Üblicherweise erfolgt die Ansteuerung von elektrischen Komponenten, wie einem oder mehreren Lüftermotoren und Aktuatoren für Klappen für die Regelung des Luftstroms mit Hilfe eines fahrzeugseitigen Steuergeräts. Bei einem derartigen, komplexen Steuersystem ist die Abstimmung der einzelnen Komponenten oft nur mit erhöhtem Aufwand zu bewältigen. Ferner muss jede elektrische Komponente vom fahrzeugseitigen Steuergerät separat angesteuert und auch einzeln bestromt werden, so daß bei engen Verhältnissen Probleme in Hinblick auf den Bauraum auftreten können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Lüftersystem sowie ein Steuerungsverfahren um Betrieb eines Lüftersystems zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Lüftersystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist ein Kühlmodul mit integriertem Lüftersystem zur Kühlung eines Kühlmittels, das wiederum einen Kraftfahrzeug-Motor kühlt, vorgesehen, das mindestens einen Lüfter mit Lüftermotor, ein Steuergerät und einen Aktuator, wie beispielsweise einen Schrittmotor, für eine Luftklappe aufweist, wobei das Lüftersystem eine in dasselbe integrierte Lüfter-Steuerung aufweist, die eigenständig den oder die Lüftermotoren und den oder die Aktuatoren für Luftklappen steuert, wodurch sich eine im Wesentlichen von der fahrzeugseitigen Steuerung unabhängige Steuerung ermöglicht und insbesondere keine Einzel-Stromversorgung über das fahrzeugseitige Steuergerät erforderlich ist. Dabei ist insbesondere auch eine Integration von Hard- und Software in einem kompakten System (CFS) möglich. Zudem verringert sich der Verkabelungsaufwand zum Fahrzeug-Bordnetz hin, so daß das Lüftersystem einfach in ein Fahrzeug integriert werden kann.

Durch die Integration des Steuergerätes für die Luftklappen und den Lüftermotor, insbesondere für die Jalousie-Klappen, in den Lüftermotor erfolgt die Steuerung der Luftklappen und des Lüftermotors nicht mehr direkt von der fahrzeugseitigen Steuerung aus. Die Luftklappen und der Lüftermotor werden abhängig voneinander gesteuert, nämlich insbesondere in Abhängigkeit vom Kühlbedarf und der Fahrgeschwindigkeit und gegebenenfalls auch der Lufttemperatur, welche gegebenenfalls, d.h. falls keine lüftersysteminternen Sensoren vorgesehen sind, von der fahrzeugseitigen Steuerung bevorzugt über Standardsignale (z.B. PWM-Signal mit oder ohne Klemme 15 oder ein Bus-System, z.B. CAN-Bus, LIN-Bus) dem Lüftermotor-Steuergerät mitgeteilt werden. Durch die von der fahrzeugseitigen Steuerung weitgehend unabhängige Lüfter-Steuerung muss der Fahrzeughersteller nur noch ein Signal mit den beiden Größen für die Steuerung zur Verfügung stellen, wobei im einfachsten Fall nur ein Signal für die Solldrehzahl des Lüfters übertragen wird. Seitens der fahrzeugseitigen Steuerung erfolgt bevorzugt nur ein Ansteuersignal, weitere Funktionen werden vorzugsweise über ein modifiziertes Ansteuersignal, wie beispielsweise verschiedene Frequenzen oder Tastverhältnisse, Strom- oder Spannungssignale, übertragen. Dabei enthält die erweiterte Funktion bevorzugt Signale betreffend den Kühlbedarf (Sollwert der Lüfterdrehzahl) und die Fahrgeschwindigkeit. Die Programmierung des Lüftersystems, also des oder der Lüfter-Steuergeräte, erfolgt über eine Standard-Schnittstelle über die fahrzeugseitige Steuerung oder über einen eigenen Anschluss, so daß das Lüftersystem an verschiedene spezifische Fahrzeugparameter angepasst werden kann und somit ein Lüftersystem für verschiedene Fahrzeugtypen verwendet werden kann. Verschiedene fahrzeugspezifische Parameter können in den Softwarealgorithmus integriert sein, so daß sich die Programmierung bei Einbau vereinfacht. Dabei kann eine bidirektionale Schnittstelle zur fahrzeugseitigen Steuerung vorgesehen sein, die sowohl Fahrzeugdaten an das Lüftersystem liefert als auch eine Kommunikation mit den Steuergeräten ermöglicht. Ein Energiesparbetriebsmodus, Warmlaufbetriebsmodus und/oder Nachlaufbetriebsmodus sowie ein Fehlermanagement ist über die beim Lüftermotor-Steuergerät verwendete Software möglich. Ebenso kann vorgegeben sein, daß bei großen Fahrgeschwindigkeiten der Lüftermotor mit maximaler Leistung läuft.

Die Lüfter-Steuerung ist bevorzugt mit mindestens einem Sensor für die Kühlmitteltemperatur und/oder die Motorleistung und/oder die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Bereich des Lüfters und/oder die Lufttemperatur verbunden, wobei die Messwerte des oder der Sensoren für die Steuerung des oder der Lüftermotoren und des oder der Aktuatoren für die Luftklappen verwendet werden, so daß diese Parameter lüftersystemintern ermittelt und entsprechend verarbeitet werden.

Die Lüfter-Steuerung weist bevorzugt mindestens einen Sensor für die Erkennung der Stellung der Luftklappen oder der Aktuatoren auf, welcher bevorzugt Bestandteil eines in eine Aktuatoransteuerung integrierten Sensorsystems ist. Dies ermöglicht die Verwendung einfacher, kostengünstiger Aktuatoren und/oder Luftklappen, insbesondere auch einfache Aktuatoren ohne Rückstellung, zum Beispiel Schrittmotoren oder Pneumatikzylinder. Ferner können kostengünstige High-Side- oder Low-Side-Endstufen zur Steuerung der einfachen Aktuatoren verwendet werden, wobei eine Integration der Positionserkennung des Aktuators möglich ist.

Vorzugsweise ist die Lüfter-Steuerung an oder in einem Lüftermotor-Gehäuse angeordnet und über einen Steckkontakt mit der fahrzeugseitigen Steuerung verbunden. Dies ermöglicht eine einfache Integration des Lüftersystems in das Fahrzeug.

Bei mehreren Lüftern können die Lüfter-Steuergeräte vorzugsweise über ein internes Lüfter-Bus-System miteinander kommunizieren. Die Kommunikation kann aber auch über ein angeschlossenes fahrzeugseitiges Bus-System, z.B. CAN-, LIN-Bus-System, erfolgen. Bevorzugt ist eine selbsttätige Steuergerät-Erkennung für eine Single-Einheit oder eine Master-Einheit und eine oder mehrere Slave-Einheiten vorgesehen. Dabei kann die Codierung für die Master- bzw. Slave-Einheit über eine Steckverbindung, beispielsweise über den Stecker für den Aktuator einer Luftklappe erfolgen. Ferner ist bevorzugt eine Steuergerät-Erkennung vorgesehen, die das Vorliegen einer Single-Einheit automatisch erkennen kann, so daß hierbei diese Einheit automatisch als Master-Einheit festgelegt wird. Hierbei ist auch ein modularer Aufbau (Single- oder Doppellüftersystem) möglich.

Bei einem Lüftersystem mit zwei Lüftern ist vorzugsweise ein FAIL-SAVE-Modus vorgesehen, der im Falle eines Ausfalls der Master-Einheit ermöglicht, daß die Slave-Einheit selbsttätig weiterarbeitet, so daß zumindest eine Teilkühlung im Falle eines Ausfalls eines Lüfters sichergestellt ist.

Ein Lüftersystem mit zwei Lüftern mit Lüftermotoren und zwei Aktuatoren für Luftklappen weist bevorzugt gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich ausgebildete Lüfter und Aktuatoren auf, so daß durch die Verwendung von Gleichteilen die Herstellungskosten gesenkt und die Lagerhaltung vereinfacht werden kann.

Das Lüftersystem wird bevorzugt für die Motorkühlung durch einen Lüfter verwendet, kann aber entsprechend auch für andere Komponenten einer Klimaanlage verwendet werden, wobei entsprechend hierauf abgestimmte Signale von der fahrzeugseitigen Steuerung übertragen werden.

Bevorzugt ist mittels der Lüftersteuerung ein Energiesparmodus regelbar, wobei der Energiesparmodus insbesondere eine zumindest teilweise geöffnete Luftklappenstellung und eine zumindest reduzierte Drehzahl des Lüftermotors umfaßt. Dieser Modus kann insbesondere in Abhängigkeit von Parametern wie Außentemperatur, Motordrehzahl und Fahrgeschwindigkeit initialisierbar sein, wobei durch die zumindest verringerte, bevorzugt jedoch auf Null reduzierte Drehzahl des Lüftermotors eine Einsparung von Energie ermöglicht ist.

Weiterhin bevorzugt ist mittels der Lüftersteuerung eine maximale Drehzahl des Lüftermotors bei großen Fahrgeschwindigkeiten einstellbar, damit der Lüfter einen möglichst geringen aerodynamischen Widerstand bietet, so daß maximale Kühlleistungen ermöglicht sind.

Ferner ist mittels der Lüftersteuerung vorteilhaft ein Warmlaufmodus regelbar, wobei der Warmlaufmodus insbesondere eine geschlossene Luftklappenstellung und einen ausgeschalteten Lüftermotor umfaßt. Hierdurch ist ein schnelles und somit Verschleiß minimierendes Erreichen der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeugmotors auf einfache Weise ermöglicht.

Weiterhin vorteilhaft ist mittels der Lüftersteuerung ein Nachlaufmodus nach einem Stop des Fahrzeugmotors regelbar, so daß das Kühlmodul zur Vermeidung eines Hitzestaus gekühlt werden kann. Insbesondere kann das Erfordernis eines solchen Nachlaufs vorteilhaft selbstständig von der Lüftersteuerung erkannt werden.

In einer bevorzugten Ausführung eines Lüftersystems ist mittels eines codierten Signals sowohl eine Sollstellung der Luftklappe als auch eine Solldrehzahl des Lüftermotors übertragbar, wodurch die Anzahl notwendiger Signalleitungen klein gehalten werden kann. Vorteilhaft ist das codierte Signal dabei ein pulsweitenmoduliertes Signal, wobei einem ersten Pulsweitenbereich eine erste Luftklappenstellung und einem zweiten Pulsweitenbereich eine zweite Luftklappenstellung zugeordnet ist. Weiterhin vorteilhaft ist dabei einem Pulsweitenbereich eine variable, von der Pulsweite abhängige Solldrehzahl des Lüftermotors zugeordnet. Insgesamt wird hierdurch eine Kommunikation mit wenigen, im Idealfall nur einer Signalleitung zwischen dem Lüftersystem und dem Kraftfahrzeug oder auch zwischen Modulen des Lüftersystems (z.B. Master-Slave-System mit zwei oder mehr Lüftern) ermöglicht. Zudem kann ein solcherart durch eine Übertragungskennlinie definiertes pulsweitenmoduliertes Signal auf einfache Weise mit standardisierten Bussystemen wie etwa CAN-Bus oder LIN-Bus verwendet werden.

Die Aufgabe wird für ein Steuerungsverfahren zum Betrieb eines Lüftersystems mit den Merkmalen des Anspruchs 23 gelöst.

Vorteilhaft wird somit eine einfache simultane Ansteuerung von Luftklappe und Lüftermotor ermöglicht.

Bevorzugt umfaßt der Parameter eine Information über einen Aktivierungszustand des Kraftfahrzeug-Motors, wobei bei Nichtaktivierung über eine Nachlaufsteuerung des Lüftersystems entschieden wird. Somit kann der Gefahr eines Hitzestaus nach Abstellen des Motors begegnet werden.

Weiterhin bevorzugt wird im Zuge des Steuerungsverfahrens eine Entscheidung über einen Warmlaufmodus getroffen, wobei in dem Warmlaufmodus eine geschlossene Luftklappe und ein deaktivierter Lüftermotor vorliegen. Hierdurch kann ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur des Fahrzeugmotors durch das Steuerungsverfahren ermöglicht werden.

Weiterhin bevorzugt wird eine Entscheidung über einen Energiesparmodus getroffen, wobei in dem Energiesparmodus eine geöffnete Luftklappe vorliegt und der Lüftermotor mit zumindest reduzierter Leistung betrieben wird.

Je nach Parameter wird zudem eine Entscheidung über die Sollstellung der Luftklappe und der Sollstellung der Lüfterdrehzahl getroffen, wobei eine der Entscheidungsmöglichkeiten eine Solldrehzahl des Lüftermotors umfaßt, die zwischen Null und einer Maximaldrehzahl liegt. Somit läßt sich der Energieverbrauch des Lüftermotors optimal an die erforderliche Kühlleistung anpassen, und auch eine zeitweise zu starke Kühlung kann vermieden werden.

Bevorzugt sind die vorgenannten Verfahrensschritte insgesamt zu einem aufrufbaren Steuerungsablauf nach Art eines Unterprogramms zusammengefaßt, wobei das Unterprogramm aus einer Schleife, insbesondere eines Hauptprogramms, heraus aufgerufen wird. Durch diese programmtechnische Anordnung kann auf einfache Weise eine ständige Anpassung an geänderte Kühlanforderungen erfolgen.

Weiterhin bevorzugt ist in einem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren vorgesehen, daß das Lüftersystem durch ein Startsignal des Kraftfahrzeugs initialisierbar ist. Dies kann etwa durch Einschalten einer Versorgungsspannung oder durch ein besonderes Bussignal erfolgen. Besonders bevorzugt kann zudem nach einer Initialisierung eine Programmierung des Steuerungssystems durch das Kraftfahrzeug erfolgen. Hierdurch ist eine besonders leichte Anpassung eines Lüftersystems mit integriertem Steuerungsverfahren an verschiedene Kraftfahrzeuge möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines ertindungsgemäßen Steuerungsverfahrens ist es vorgesehen, daß ein erster Lüftermotor mit einer ersten Steuerungselektronik als ein Master-System und zumindest ein zweiter Lüftermotor mit einer zweiten Steuerelektronik als ein Slave-System initialisierbar ist, wobei eines der beiden, Master- oder Slave-System, Betriebsdaten von dem jeweils anderen System erhält und das jeweils andere System Betriebsdaten von dem Kraftfahrzeug erhält. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, daß im Zuge einer periodischen Steuerungsschleife ein erster Lüftermotor mit einer ersten Steuerungselektronik als ein Master-System und zumindest ein zweiter Lüftermotor mit einer zweiten Steuerelektronik als ein Slave-System erkannt wird, wobei eines der beiden, Master- oder Slave-System, Betriebsdaten von dem jeweils anderen System erhält und das jeweils andere System Betriebsdaten von dem Kraftfahrzeug erhält. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Ansteuerung mehrerer paralleler, quasieigenständiger Systeme (Lüfter und Luftklappe) erfolgen, wobei zudem ein Notlaufmodus oder ein Fehlermanagement vorsehbar ist, das bei Defekt des einen Systems eine Kühlung zumindest mit dem anderen System steuert, wobei gegebenenfalls eine Rückmeldung über eine reduzierte Funktionalität und Kühlleistung an das Fahrzeug erfolgt.

In einer alternativen Ausführung ist es vorgesehen, daß ein erster Lüftermotor mit einer ersten Steuerungselektronik als ein Master-System und zumindest ein zweiter Lüftermotor mit einer zweiten Steuerelektronik als ein Slave-System initialisiert wird, wobei jedes der beiden, Master- oder Slave-System, Betriebsdaten mit dem Kraftfahrzeug austauscht. Somit empfangen beide Motoren gleichzeitig die Betriebsdaten vom Fahrzeug, und jeder Motor kommuniziert selbst mit dem Kraftfahrzeug bzw. meldet diverse Daten an das Fahrzeug zurück. Über die Master/Slave-Codierung wird festgelegt, welche Adresse dem jeweiligen Motor zugewiesen wird, der auf dieser Adresse seine Daten an das Kraftfahrzeug überträgt. Dies bringt je nach Auslegung des Bussystems eine verbesserte Redundanz mit sich und ermöglicht die einfache Implementierung von Fehler- oder Notlaufprogrammen im Störungsfall.

Allgemein ist es bevorzugt vorgesehen, daß ein Fehlermanagement des Lüftersystems aktivierbar ist.

Insbesondere bevorzugt ist das durch ein erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren gesteuerte Lüftersystem ein Lüftersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22.

Ein erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren umfaßt im Sinne einer vorrichtungsartigen Realisierung eine Steuerelektronik mit einem programmgesteuerten Prozessor, wobei durch ein Programm ein Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 34 realisiert ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 eine Ansicht einer Lüfterhaube mit Öffnungen für den Fahrtwind, wobei die Öffnungen mit nicht dargestellten Jalousie-Klappen verschließbar sind,

2 ein Schaltplan eines Lüftersystems,

3 ein Flussdiagramm, das die Basisstruktur einer Steuerung verdeutlicht, und

4 eine Übertragungskennlinie zur simultanen Sollwertübertragung einer Lüftermotordrehzahl und einer Luftklappenstellung.

Ein Lüftersystem weist gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel vorliegend zwei Lüfter 1, 2 und zwei dieselben antreibenden Lüftermotoren 1a, 2a, wobei es sich um zwei bürstenlose E-Lüftermotoren handelt, und je einem Aktuator 3, 4 für eine Luftklappe, vorliegend eine Jalousie-Klappe, auf. Die Jalousie-Klappen sind im einzelnen nicht dargestellt, wobei jedoch mit den Aktuatoren 3, 4 verbundene mechanische Antriebselemente 3a, 4a sowie auch Führungen 5 für die Luftklappen erkennbar sind.

Jeder der Lüftermotoren 1a, 2a ist derart ausgebildet, daß er intern über eine Hardware verfügt, welche über eine Steckverbindung 1b, 2b direkt mit dem zugeordneten Aktuator verbunden ist und diesen direkt ansteuern kann (vgl. 2). Dabei ist eine elektronische Schaltung zur Ansteuerung des jeweiligen Aktuators 3, 4 im gleichen Gehäuse untergebracht wie eine Schaltung zur Ansteuerung des jeweiligen Lüftermotors 1a, 2a, insbesondere im Gehäuse des jeweiligen Lüftermotors 1a, 2a. Zum restlichen Fahrzeug hin sind die Lüfter 1, 2 jeweils über Anschlüsse 6, 7 mit einer Elektronik des übrigen Fahrzeugs verbunden.

Vorliegend ist eine selbsttätige Master-/Slave Motorerkennung und – kommunikation vorgesehen, indem einer der beiden Lüftermotoren über eine Steckverbindung codiert und dadurch als Master-Motor festgelegt ist. Der Master-Motor kommuniziert gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (Mainstream-Variante) nur mit der fahrzeugseitigen Elektronik. Der zweite, nicht codierte Slave-Motor kommuniziert nicht mit dem Fahrzeug. Hierbei ist die Hard- und Software der beiden Lüftermotoren so ausgelegt, daß eine selbsttätige Erkennung von Master und Slave integriert ist.

Es ist in Verbindung mit der vorliegenden Hardware ein Softwarealgorithmus derart ausgelegt, daß bei einem Ausfall eines Lüftermotors dieser Ausfall erkannt wird, und der komplementäre und noch funktionsfähige Lüfter autark weiterarbeiten kann. Somit ist Redundanz gegeben. Gleichzeitig ist die Funktion der Motorkühlung in bestimmten, vorgegebenen Fahrzeug-Betriebspunkten noch eingeschränkt, in anderen Fahrzeug-Betriebspunkten jedoch auch uneingeschränkt möglich (FAIL-SAVE-Modus). Zwischen den beiden Lüftermotoren ist über das gemeinsame Bussystem (vorliegend CAN-Bussystem) eine Kommunikation möglich. Insbesondere ist es vorgesehen, daß bei Ausfall des Master-Motors der Slave-Motor als Master-Motor umdefiniert wird bzw. eigenständig mit dem Fahrzeug kommuniziert, um auch für diesen Fall eine zumindest teilweise Motorkühlung zu ermöglichen.

Die Steuerlogik für die Aktuatoren der Jalousien-Klappen und die Lüftermotoren ist in 3 als Flussdiagramm dargestellt, wobei die gleiche Steuerlogik grundsätzlich auch in einer fahrzeugseitigen Steuerung anwendbar ist, d.h. die Lüfter-Steuerung dort integriert ist. Das System wird von der fahrzeugseitigen Steuerung aktiviert, z.B. durch ein Signal eines Hauptsteuersystems, das automatisch beim Starten des Motors abgegeben wird, oder durch das Anlegen einer Spannung, woraufhin das Hauptprogramm startet und das System in die Grundstellung fährt. Zudem kann zuvor eine Programmierung (Flash-Modus) der Steuerlogik erfolgen. Eine solche Programmierung kann je nach Anforderungen nach jedem Start erfolgen und z.B. das gesamte Steuerprogramm der Lüftersystemelektronik umfassen oder auch nur eine außerordentliche Programmierung, etwa im Falle eines Fehlermanagements.

Zudem wird im Zuge der Initialisierung des Systems eine Initialisierung der Motoren als Master oder Slave vorgenommen. Hierin liegt unter anderem der Vorteil, daß die Motoren inklusive ihrer Steuerung und deren Programmierung identisch sein können, so daß eine kostengünstigere Fertigung und Ersatzteillogistik möglich ist.

Nachfolgend wird als Bestandteil einer Schleife ein Unterprogramm für die Steuerung und den Lüfterbetrieb gestartet, das in 3 rechts detailliert dargestellt ist. Dieses überprüft, ob das System noch aktiviert ist. Falls ja, so sind verschiedene Varianten möglich, abhängig ob es sich um einen Normalbetrieb, um einen Warmlauf oder um einen Energiesparbetrieb handelt, wobei der Lüftermotor und der Aktuator für die Jalousien-Klappe entsprechend den Anforderungen mit Strom versorgt werden (siehe 3 unterer Teil). Falls nein, so ist eine Nachlaufsteuerung möglich, sofern vorgegeben.

Bei Negierung der Abfrage eines Nachlaufmodus bzw. Systemstops wird zunächst entschieden, ob ein Warmlaufmodus eingeleitet wird, etwa, wenn das Fahrzeug noch keine Betriebstemperatur hat. Falls der Warmlaufmodus eingeleitet wird, so werden die Luftklappen geschlossen und die Lüftermotoren ausgeschaltet.

Andernfalls wird je nach Betriebsparametern entschieden, ob ein Energiesparmodus gefahren wird oder nicht. Falls ja, so werden die Luftklappen geöffnet und die Lüftermotoren ausgeschaltet, um eine Kühlung allein durch Fahrtwind zu erreichen.

Falls kein Energiesparmodus gefahren wird, so werden Luftklappen und Lüfterdrehzahl je Erfordernissen eingestellt, wobei die Lüfterdrehzahl auch unterhalb einer maximalen Drehzahl liegen kann.

Bei den zuvor genannten Entscheidungen werden Betriebsparameter wie etwa Kühlmitteltemperatur und Fahrtgeschwindigkeit als Argumentwerte verwendet, um aus festgelegten Wertematrizen die resultierenden Sollwerte für Klappenstellung und Lüfterdrehzahl auszulesen.

Vor oder nach Durchlaufen des Unterprogramms (vorliegend davor) wird für die beiden Lüftermotoren ermittelt, ob der Lüftermotor ein Master-Motor oder ein Slave-Motor ist und entsprechend erfolgt die Kommunikation mit dem entsprechenden anderen Steuergerät. Der Master-Motor kommuniziert ferner mit der fahrzeugseitigen Steuerung, wobei den Kühlbedarf und die Fahrgeschwindigkeit betreffende Signale an den Master-Motor übermittelt werden.

Nach Verlassen des Unterprogramms erfolgt eine Verzweigung in Abhängigkeit davon, ob das Steuergerät zum Mastermotor oder zum Slavemotor gehört.

In letzterem Fall wird eine Kommunikation mit dem Mastergerät aufgenommen, um Betriebsdaten auszutauschen. Danach wird die zuvor beschriebene Schleife erneut durchlaufen (Master/Slave-Erkennung und Aufruf Unterprogramm).

Falls es sich um das Steuergerät des Mastermotors handelt, so wird zunächst mit dem Slave-Gerät kommuniziert. Sodann wird die Notwendigkeit eines Fehlermanagements ermittelt und im Falle von Fehlern oder Defekten werden gegebenenfalls nicht dargestellte Sonderprogramme aufgerufen. Im Normalfall der Fehlerfreiheit wird nachfolgend mit dem Fahrzeug kommuniziert, um unter anderem zumindest einen, im allgemeinen jedoch mehrere Betriebsparameter auszulesen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Werte zum Systemzustand (Motor ein/aus) sowie zu Fahrtgeschwindigkeit, Außentemperatur, Kühlmitteltemperatur, Motorleistung und Motorbetriebsmodus (etwa Sport oder Economy).

Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist eine spezielle Regelung zweier Lüftermotoren von als Rohrlüfter ausgebildeten Lüftern und dazugehöriger Jalousie-Klappen vorgesehen. 1 zeigt eine Lüfterhaube, die oben rechteckige Öffnungen für den Luftstrom aufweist, welche mit nicht gezeigten Jalousieklappen verschließbar sind. Die Lüfterhaube ist dabei in Fahrtrichtung hinter dem Kühler angeordnet ("Sauglüfteranordnung"). Das Signal für die Fahrgeschwindigkeit kommt vorliegend von der fahrzeugseitigen Steuerung. Bei dieser Anordnung muss die Lüfter-Steuerung sicherstellen, daß bei ausreichendem Fahrtwind der oder die Lüfter ausgeschaltet bleiben und die Luft durch die Öffnungen hindurchströmen kann, und daß bei langsamer Fahrt oder stehendem Fahrzeug die Lüfter eingeschaltet und die Öffnungen geschlossen werden.

Gemäß einer Variante des Ausführungsbeispiels ist in das Lüftersystem integriert ein Sensor für die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Bereich des Lüfters vorgesehen, so daß Fehler in Folge äußerer Einflüsse, wie starker Wind von vorn obwohl das Fahrzeug langsam fährt, die bei der zuvor beschriebenen Steuerung auftreten können, vermieden werden können, und die Lüfter-Steuerung diesbezüglich unabhängig von der fahrzeugseitigen Steuerung ist.

Entsprechend einer weiteren Variante ist ein Temperatur-Sensor für das Motor-Kühlmittel vorgesehen, welcher seine Messwerte direkt an die Lüfter-Steuerung weitergibt und eine entsprechende bedarfsabhängige Regelung der Lüftermotoren und der Aktuatoren für die Luftklappen erfolgt, und das System auch diesbezüglich unabhängig von der fahrzeugseitigen Steuerung ist.

4 zeigt eine Übertragungskennlinie, wie sie etwa in den erfindungsgemäßen Steuerungen programmiert sein kann, etwa in Form einer festen Wertematrix. Dabei kann mittels der gezeigten Übertragungskennlinie eine Ansteuerung sowohl einer Luftklappe in den Sollzuständen auf/zu als auch eines Lüftermotors mit kontinuierlich vorgebbarer Solldrehzahl erfolgen, wobei zugleich lediglich ein einziges bzw. hinsichtlich der genannten Komponenten gemeinsames pulsweitenmoduliertes Signal Verwendung findet. Die Pulsweite (TVin) kann dabei zwischen 0% und 100% liegen. Vorliegend ist eine Pulsweite von 0% bis 10% einem Stillstand des Lüftermotors sowie einer geschlossenen Luftklappe zugeordnet. Dies entpsricht einem Warmlaufmodus. Im Bereich 10%–11% TVin ist der Lüftermotor aus und die Klappe geöffnet, was einem Energiesparmodus entsprechen kann. Im Bereich 11% bis 90% ist die Luftklappe geschlossen und die Motordrehzahl zwischen einem technisch sinnvollen Minimum von 33% und der Maximaldrehzahl linear von der Pulsweite abhängig. Im Bereich von 90% bis 95% TVin liegt maximale Lüfterdrehzahl vor, wobei die Klappe nur im Bereich 93% bis 94% geöffnet und ansonsten geschlossen ist. Zwischen 95% und 100% TVin liegen wiederum ausgeschalteter Motor und geschlossene Luftklappe vor. Auf diese Weise sind sämtliche für den Betrieb sinnvolle Kombinationen in einer eindimensionalen Übertragungskennlinie bzw. in einem einzigen pulsweitenmodulierten Signal codiert.

Eine solche Übertragungskennlinie kann sowohl für die Kommunikation zwischen Mastermotor und Fahrzeug als auch für eine Kommunikation zwischen einem Mastermotor und einem Slavemotor Verwendung finden.


Anspruch[de]
  1. Lüftersystem, insbesondere zur Kühlung eines Kraftfahrzeug-Motors, das mindestens einen Lüfter (1, 2) mit Lüftermotor (1a, 2a), ein Steuergerät und einen Aktuator (3, 4) für eine Luftklappe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüftersystem eine in dasselbe integrierte Lüfter-Steuerung aufweist, die eigenständig den oder die Lüftermotoren (1a, 2a) und den oder die Aktuatoren (3, 4) für Luftklappen steuert.
  2. Lüftersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter-Steuerung mit der fahrzeugseitigen Steuerung verbunden ist.
  3. Lüftersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter-Steuerung von der fahrzeugseitigen Steuerung im Wesentlichen unabhängig ist, wobei sie von der fahrzeugseitigen Steuerung ein Einschalt- und/oder ein Ausschaltsignal empfängt.
  4. Lüftersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter-Steuerung von der fahrzeugseitigen Steuerung im Wesentlichen unabhängig ist, wobei sie von der fahrzeugseitigen Steuerung ein Signal betreffend den Kühlbedarf des Motors empfängt.
  5. Lüftersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter-Steuerung von der fahrzeugseitigen Steuerung im Wesentlichen unabhängig ist, wobei sie von der fahrzeugseitigen Steuerung ein Signal betreffen die Fahrgeschwindigkeit empfängt.
  6. Lüftersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter-Steuerung von der fahrzeugseitigen Steuerung im Wesentlichen unabhängig ist, wobei sie von der fahrzeugseitigen Steuerung ein Signal betreffen die Lufttemperatur empfängt.
  7. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter-Steuerung mit mindestens einem Sensor für die Kühlmitteltemperatur und/oder die Motorleistung und/oder die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Bereich des Lüfters und/oder die Lufttemperatur verbunden ist, wobei die Messwerte des oder der Sensoren für die Steuerung des oder der Lüftermotoren und des oder der Aktuatoren für die Luftklappen verwendet werden.
  8. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter-Steuerung mindestens einen Sensor für die Erkennung der Stellung der Luftklappen oder der Aktuatoren aufweist.
  9. Lüftersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sensor Teil eines in eine Aktuatorsteuerung integrierten Sensorsystems ist.
  10. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter-Steuerung an oder in einem Lüftermotor-Gehäuse angeordnet und über eine Schnittstelle mit der fahrzeugseitigen Steuerung verbunden ist.
  11. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter-Steuerung über eine Schnittstelle, insbesondere eine Standard-Schnittstelle wie ein CAN-Bus oder ein LIN-Bus, mit einer übrigen fahrzeugseitigen Steuerung verbunden ist, wobei eine Parameterübergabe und/oder eine Programmierung der Lüftersteuerung über die Schnittstelle erfolgen kann.
  12. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein internes Lüfter-Bus-System vorgesehen ist.
  13. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine selbsttätige Steuergerät-Erkennung für eine Single-Einheit oder eine Master-Einheit und eine oder mehrere Slave-Einheiten vorgesehen ist.
  14. Lüftersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Lüftersystem mit zwei Lüftern ein FAIL-SAVE-Modus vorgesehen ist, der im Falle eines Ausfalls der Master-Einheit ermöglicht, daß die Slave-Einheit selbsttätig weiterarbeitet.
  15. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüftersystem zwei Lüfter mit Lüftermotoren und zwei Aktuatoren für Luftklappen aufweist, wobei die Lüfter und Aktuatoren gleich ausgebildet sind.
  16. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Lüftersteuerung ein Energiesparmodus regelbar ist, wobei der Energiesparmodus insbesondere eine zumindest teilweise geöffnete Luftklappenstellung und eine zumindest reduzierte Drehzahl des Lüftermotors umfaßt.
  17. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Lüftersteuerung eine maximale Drehzahl des Lüftermotors bei großen Fahrgeschwindigkeiten einstellbar ist.
  18. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Lüftersteuerung ein Warmlaufmodus regelbar ist, wobei der Warmlaufmodus insbesondere eine geschlossene Luftklappenstellung und einen ausgeschalteten Lüftermotor umfaßt.
  19. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Lüftersteuerung ein Nachlaufmodus nach einem Stop des Fahrzeugmotors regelbar ist.
  20. Lüftersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines codierten Signals sowohl eine Sollstellung der Luftklappe als auch eine Solldrehzahl des Lüftermotors übertragbar ist.
  21. Lüftersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das codierte Signal ein pulsweitenmoduliertes Signal ist, wobei einem ersten Pulsweitenbereich eine erste Luftklappenstellung und einem zweiten Pulsweitenbereich eine zweite Luftklappenstellung zugeordnet ist.
  22. Lüftersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß einem Pulsweitenbereich eine variable, von der Pulsweite abhängige Solldrehzahl des Lüftermotors zugeordnet ist.
  23. Steuerungsverfahren zum Betrieb eines Lüftersystems zur Kühlung eines Kraftfahrzeug-Motors, umfassend die folgenden Schritte:

    a. Ermittlung von mindestens einem Parameter, der von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeug-Motors abhängig ist;

    b. Ableitung einer Sollstellung einer Luftklappe sowie einer Solldrehzahl für einen Lüftermotor in Abhängigkeit von dem Parameter;

    c. Ansteuerung der Luftklappe zur Erreichung der Sollstellung und des Lüftermotors zur Erreichung der Solldrehzahl.
  24. Steuerungsverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter eine Information über einen Aktivierungszustand des Kraftfahrzeug-Motors umfaßt, wobei bei Nichtaktivierung über eine Nachlaufsteuerung des Lüftersystems entschieden wird.
  25. Steuerungsverfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entscheidung über einen Warmlaufmodus getroffen wird, wobei in dem Warmlaufmodus eine geschlossene Luftklappe und ein deaktivierter Lüftermotor vorliegen.
  26. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entscheidung über einen Energiesparmodus getroffen wird, wobei in dem Energiesparmodus eine geöffnete Luftklappe vorliegt und der Lüftermotor mit zumindest reduzierter Leistung betrieben wird.
  27. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entscheidung über die Sollstellung der Luftklappe und der Sollstellung der Lüfterdrehzahl getroffen wird, wobei eine der Entscheidungsmöglichkeiten eine Solldrehzahl des Lüftermotors umfaßt, die zwischen Null und einer Maximaldrehzahl liegt.
  28. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte insgesamt zu einem aufrufbaren Steuerungsablauf nach Art eines Unterprogramms zusammengefaßt sind, wobei das Unterprogramm aus einer Schleife heraus aufgerufen wird.
  29. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüftersystem durch ein Startsignal des Kraftfahrzeugs initialisierbar ist.
  30. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Initialisierung eine Programmierung des Steuerungssystems durch das Kraftfahrzeug erfolgen kann.
  31. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Lüftermotor mit einer ersten Steuerungselektronik als ein Master-System und zumindest ein zweiter Lüftermotor mit einer zweiten Steuerelektronik als ein Slave-System initialisiert wird, wobei eines der beiden, Master- oder Slave-System, Betriebsdaten von dem jeweils anderen System erhält und das jeweils andere System Betriebsdaten von dem Kraftfahrzeug erhält.
  32. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge einer periodischen Steuerungsschleife ein erster Lüftermotor mit einer ersten Steuerungselektronik als ein Master-System und zumindest ein zweiter Lüftermotor mit einer zweiten Steuerelektronik als ein Slave-System erkannt wird, wobei eines der beiden, Master- oder Slave-System, Betriebsdaten von dem jeweils anderen System erhält und das jeweils andere System Betriebsdaten von dem Kraftfahrzeug erhält.
  33. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Lüftermotor mit einer ersten Steuerungselektronik als ein Master-System und zumindest ein zweiter Lüftermotor mit einer zweiten Steuerelektronik als ein Slave-System initialisiert wird, wobei jedes der beiden, Master- oder Slave-System, Betriebsdaten mit dem Kraftfahrzeug austauscht.
  34. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehlermanagement des Lüftersystems aktivierbar ist.
  35. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüftersystem ein Lüftersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22 ist.
  36. Vorrichtung zur Kühlung eines Kühlmittels eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Steuerelektronik mit einem programmgesteuerten Prozessor, wobei durch ein Programm ein Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 35 realisiert ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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