JP5523441B2 - 駆動装置、とりわけ自動車のエンジン冷却ファンを作動するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置を作動するための方法および装置に関する。

駆動装置を作動するための方法および装置は、実際には、自動車の内燃機関のためのエンジン冷却ファンの形態で知られている。エンジン冷却ファンはエンジン冷却器に空気流を衝突させて、内燃機関によって加熱された、内燃機関とエンジン冷却器との間に循環する冷媒を冷却し、燃焼工程の熱を内燃機関から周囲へと放熱するために使用される。

最新の自動車におけるエンジン冷却器の駆動は、通常は直流モータによって行われる。この電気駆動のためのエネルギコストを低減するために、電気駆動部の出力は、目下の時点にて内燃機関から放熱された燃焼熱に適合される。

この適合は、最も簡単なケースでは、走行状況によってエンジン冷却のために形成された空気流が足りなくなった場合にのみエンジン冷却ファンが即座にスイッチオンされ、それから、考え得る全ての走行状況および周囲状況において充分なエンジン冷却を保証する所定の回転数によって作動されることによって実施される。

しかしながら、エンジン冷却ファンの出力が走行動作中に実際必要な冷却のための出力に継続的に適合される制御の方が、エネルギ的に有利である。このために使用されるエンジン冷却ファンの制御装置（Fan Control Module ＦＣＭ）は、エンジン冷却ファンの電気駆動部の回転数を、例えば０〜３０００ｍｉｎ^−１の広い回転数領域に亘って変化させることができる。この場合、実際の走行動作中に必要な目標回転数ｎ_ｓｏｌｌは、車両制御装置（ＥＣＵ）において、内燃機関のエンジンマネージメントによって規定され、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてエンジン冷却ファンへと送信される。回転数要求は、エンジン冷却ファンの制御装置において、エンジン冷却ファンの駆動部のための電圧に変換される。

エンジン冷却ファンは雑音源であり、車両全体での雑音に対する要求を決定する際に雑音源として考慮される。この際エンジン冷却ファンは、危険な回転数においては、場合によってはエンジン冷却ファン自体の共振によって、またはエンジン冷却ファンの周囲における共振によって、雑音レベルを上昇させることがある。エンジン冷却ファンの電気駆動部は、エンジン冷却ファンまたはエンジン冷却ファンの周囲の固有周波数に相当する振動を引き起こす可能性がある。

本発明の課題は、とりわけ雑音またはその他の振動の発生に関して、駆動装置の作動方法を最適化することである。

この課題は、冒頭に述べた形式の駆動装置において、駆動装置の作動時に、駆動装置の危険な回転数領域の上方の限界回転数と下方の限界回転数が決定され、さらに駆動装置の目標回転数が決定され、該目標回転数が前記危険な回転数領域にある場合に駆動装置が、前記２つの限界回転数のうちの１つの限界回転数によって作動されることによって解決される。

この方法によれば例えば、駆動装置の周囲または駆動装置自体が、長い時間にわたって固有振動数で励振されることが阻止される。固有振動数は、雑音および／または振動として望まれないものである。前記２つの限界回転数の１つに到達するために危険な回転数領域を通過しなければならない場合には、危険な回転数領域の通過は、この際に生じる障害が出来るだけ小さくなるように迅速に行われる。

本発明の方法は、駆動装置が電気駆動部（電動機）である場合に有利に実施される。直流モータの場合には、電圧の適合によって簡単に回転数を変化させることができる。

本発明の方法は、とりわけ内燃機関を冷却するためのエンジン冷却ファンの駆動部において特に有利に実施される。冷却システムの慣性は、危険な回転数領域における作動を回避するのに有利に働く。さらには、自動車および内燃機関を有する他の装置の雑音発生に対する要求は通常は非常に高い。

危険な回転数領域の決定は、基本的には駆動装置の作動中にも、例えば回転数領域全体を規則的に通過させてこの際に生じる雑音または振動を検出することによって実施することができる。しかしながら共振特性が時間によって変化しないシステム、または非常に僅かしか変化しないシステムにおいては、上方の限界回転数および／または下方の限界回転数は、有利には例えば相応に構成された車両を用いた研究室実験によって予め算出される。このようにして決定された上方の限界回転数および／または下方の限界回転数は、簡単に電子的に保存することができる。

駆動装置の目標回転数は、有利な実施形態によれば、時間間隔をおいて、とりわけ例えば５〜１５秒の周期的な繰り返しにて決定される。第１の時点における目標回転数と、後続の時点における目標回転数とを比較することによって、駆動装置の出力に対する要求が増加するか低下するかを確認することができる。この判断基準は、危険な回転数を避けるために駆動装置を上方の限界回転数によって作動すべきか、または下方の限界回転数によって作動すべきかを判断するために使用することができる。

駆動装置は、目標回転数が危険な回転数領域にあり、第１の時点における所定の目標回転数が後続の時点における所定の目標回転数よりも大きい場合には、有利には下方の限界回転数によって作動される。つまり出力要求は時間とともに低下するので、しばらくすると回転数要求はいずれにせよ下方の限界回転数を下回るということが予想されるからである。つまり駆動装置はそれまでエネルギ的に有利な下方の限界回転数によって作動される。

同様にして、目標回転数が危険な回転数領域にあり、第１の時点における回転数領域が後続の時点における回転数領域に相当する場合には、エネルギを考慮して駆動装置は下側の限界回転数によって作動される。つまり出力要求は時間とともに増加も低下もしない。

さらに有利には、目標回転数が危険な回転数領域にあり、第１の時点における所定の目標回転数が、後続の時点における所定の目標回転数よりも小さい場合には、駆動装置は上方の限界回転数によって作動される。したがって回転数要求の勾配が正である場合には、要求される出力の上昇に対して、駆動装置を既に上方の回転数で作動しておくことによって対応する。

本発明の方法を実施するために適当な装置は、駆動装置、駆動装置の目標回転数を決定する手段、目標回転数を所定の危険な回転数領域と比較する手段を特徴としている。これらの手段は自動車の場合、車両、内燃機関、および／またはエンジン冷却ファンの通常の制御装置を適合することによって簡単に形成することができる。

例えば危険な回転数領域をこれらの制御装置に存在する電子データメモリに保存することによって、この既存の手段をさらに、予め定められた危険な回転数領域を保存するよう構成することができる。

図面は、車両のエンジン冷却ファンの例において、本発明の方法の実施および本発明の方法において使用される手段を概略的に図示している。

図１は、本発明に基づいて構成された自動車を示す図である。 図２は、内燃機関からエンジン冷却ファンへのデータ伝送を示すフローチャートである。 図３は、要求される雑音レベルおよび測定された雑音レベルを、エンジン冷却ファンの回転数に関して示したグラフである。 図４は、エンジン冷却ファンの駆動を制御するためのフローチャートである。

図１に図示された自動車１は、内燃機関２およびエンジン冷却器３を有する。内燃機関２およびエンジン冷却器３は冷媒管４，４’によって互いに接続されており、冷却回路を構成している。冷却回路の冷媒は、図示されていないインペラポンプによって循環される。エンジン冷却器３の領域に、電気駆動部６を備えたエンジン冷却ファン５が配置されている。エンジン冷却ファン５は、自身の回転数に依存して、エンジン冷却器３を通る空気流を増加させ、ひいてはエンジン冷却器３から周囲への廃熱を改善させる。

内燃機関２には電子制御部７（ＥＣＵ）が設けられており、電子制御部７は、内燃機関２および他の車両システム（例えばエアバッグシステム）を作動するために必要なデータおよびプロセスを管理している。このデータには、冷媒温度や、冷媒温度から生じるエンジン冷却ファン５に対する出力要求も含まれる。中央制御部７（ＥＣＵ）自体は、バスシステムを介してエンジン冷却ファン５の制御部８（ＦＣＭ）と通信している。

図２は、データ伝送およびデータ変換を詳細に示す。

内燃機関２の制御部７（ＥＣＵ）によって決定された目標回転数ｎ_ｓｏｌｌは、符号化された信号として、エンジン冷却ファン５の制御部８（ＦＣＭ）に供給される。制御部８はこの回転数要求に基づいて電圧Ｖを供給する。この電圧Ｖは、エンジン冷却ファン５の駆動部６を所要の目標回転数ｎ_ｓｏｌｌで作動させるために必要な電圧である。

図３から見て取れるように、エンジン冷却ファン５の作動時における雑音放出（単位：ｄＢ（Ａ））は、回転数ｎ（単位：ｍｉｎ^−１）が上昇するにつれて増加する。例え雑音レベルが、全体として、破線で示した自動車製造者によって示される限界値より実質的に下回っている場合であっても、共振によって雑音放出が増加する危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］が存在し得る。危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］は、本実施例においては下方の限界回転数ｎ_１と上方の限界回転数ｎ_２によって画定され、実験によって算出される。

図４に図示したフローチャートは、雑音放出の上昇を充分に回避するための意思決定フローである。相応の問い合わせは、基本的に内燃機関２の制御部７、またはエンジン冷却ファン５の制御部８（以下に説明するように）において実施することができるが、相応の能力を提供する自動車１の別の制御モジュールにおいても実施することができる。

内燃機関２の制御部７によって決定された目標回転数ｎ_ｓｏｌｌは、エンジン冷却ファン５の制御部８によって、下方の限界回転数ｎ_１を上回っており、かつ上方の限界回転数ｎ_２を下回っているか、ひいては危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］内にあるか否かがチェックされる。このことが当てはまらない場合（結果：いいえ）には、回転数要求は変更させることなく転送される。このようにしてエンジン冷却ファン５の駆動部６に、目標回転数ｎ_ｓｏｌｌで作動するために必要な電圧Ｖが供給される。

これに対して、目標回転数ｎ_ｓｏｌｌが下方の限界回転数ｎ_１と上方の限界回転数ｎ_２の間にあり、ひいては危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］内にある場合（結果：はい）には、次の方法ステップにおいて、回転数要求の勾配が正か否か（Δｎ_ｓｏｌｌ＝（ｎ_ｓｏｌｌ（ｔ_ｋ＋１）−ｎ_ｓｏｌｌ（ｔ_ｋ））＞０）が検出される。回転数要求の勾配が正である場合には、要求される目標回転数ｎ_ｓｏｌｌは、時点ｔ_ｋにおける決定から、時間的に後続する時点ｔ_ｋ＋１における決定に向かって増加する。この目標回転数の増加が生じる場合（結果：はい）には、補正された目標回転数ｎ_{ｓｏｌｌ ｋｏｒｒ}として上方の限界回転数ｎ_２が定められ、冷却のための出力要求の増加により、エンジン冷却ファン５の駆動部６には既に若干高過ぎる電圧が供給される。

これに対して回転数要求の勾配がゼロであるか負である場合（結果：いいえ）には、補正された目標回転数ｎ_{ｓｏｌｌ ｋｏｒｒ}として、冷却のための出力要求が不変であるかまたは低下すると予想して、下方の限界回転数ｎ_１が定められる。調整された冷却のための出力が小さすぎると判断された場合には、後続の決定において、回転数要求の勾配が正に設定され、限界回転数は上方の値ｎ_２に上昇される。適当なアルゴリズムによって、補正された目標回転数ｎ_{ｓｏｌｌ ｋｏｒｒ}が、限界回転数ｎ_１とｎ_２の間で間断なく揺れ動くことが阻止される。

この方法順序の変形形態においては、要求される目標回転数ｎ_ｓｏｌｌが危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］にある場合に、補正された目標回転数ｎ_{ｓｏｌｌ ｋｏｒｒ}として常に下方の回転数ｎ_１を定めて、目標回転数ｎ_ｓｏｌｌが上方の限界回転数ｎ_２を上回って初めて冷却のための出力を上昇させるようにすることも可能である。同様にして、要求される目標回転数ｎ_ｓｏｌｌが危険な回転数領域［_{ｎ１；ｎ２}］にある場合に、冷却のための出力が常に過剰であるように作動させることも考えられ、この場合には、補正された目標回転数ｎ_{ｓｏｌｌ ｋｏｒｒ}として上方の限界回転数ｎ_２を設定する。

Claims (9)

1. 駆動装置を作動するための方法において、
   ・前記駆動装置の危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］の下方の限界回転数と上方の限界回転数（ｎ_１，ｎ_２）を決定するステップ、
   ・周期的に繰り返される時間間隔（ｔ _ｋ， ｔ _ｋ＋１ ）において、前記駆動装置の第１の時点（ｔ_ｋ）および後続の第２の時点（ｔ_ｋ＋１）における目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）を決定するステップ、
   ・前記目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）が前記危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］にある場合に、前記駆動装置を一方の限界回転数（ｎ_１，ｎ_２）にて作動させるステップ、
   ・前記目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）が前記危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］にある場合であって、第１の時点（ｔ_ｋ）において決定された目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）が、後続の第２の時点（ｔ_ｋ＋１）において決定された目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）以上である場合には、前記駆動装置を下方の限界回転数（ｎ_１）で作動させ、
   前記目標回転数（ｎ _ｓｏｌｌ ）が前記危険な回転数領域［ｎ _１ ；ｎ _２ ］にある場合であって、第１の時点（ｔ _ｋ ）において決定された目標回転数（ｎ _ｓｏｌｌ ）が、後続の第２の時点（ｔ _ｋ＋１ ）において決定された目標回転数（ｎ _ｓｏｌｌ ）よりも小さい場合には、
   前記駆動装置を上方の限界回転数（ｎ _２ ）で作動させる、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記下方の限界回転数または上方の限界回転数（ｎ_１，ｎ_２）、または、前記下方の限界回転数および上方の限界回転数（ｎ_１，ｎ_２）の両方を予め定める、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記下方の限界回転数または上方の限界回転数（ｎ_１，ｎ_２）、または、前記下方の限界回転数および上方の限界回転数（ｎ_１，ｎ_２）の両方を電子的に保存する、
   ことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記駆動装置は電気駆動部（６）である、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の方法。
5. 前記駆動装置はエンジン冷却ファン（５）の電気駆動部（６）である、
   ことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記エンジン冷却ファン（５）は、自動車の内燃機関（２）を冷却するために使用される、
   ことを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 駆動装置を作動するための制御装置において、
   ・前記駆動装置の危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］の下方の限界回転数と上方の限界回転数（ｎ_１，ｎ_２）を決定し、
   ・周期的に繰り返される時間間隔（ｔ _ｋ， ｔ _ｋ＋１ ）において、前記駆動装置の第１の時点（ｔ_ｋ）および後続の第２の時点（ｔ_ｋ＋１）における目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）を決定し、
   ・前記目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）が前記危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］にある場合に、前記駆動装置を一方の限界回転数（ｎ_１，ｎ_２）にて作動させ、
   ・前記目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）が前記危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］にある場合であって、第１の時点（ｔ_ｋ）において決定された目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）が、後続の第２の時点（ｔ_ｋ＋１）において決定された目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）以上である場合には、前記駆動装置を下方の限界回転数（ｎ_１）で作動させ、
   前記目標回転数（ｎ _ｓｏｌｌ ）が前記危険な回転数領域［ｎ _１ ；ｎ _２ ］にある場合であって、第１の時点（ｔ _ｋ ）において決定された目標回転数（ｎ _ｓｏｌｌ ）が、後続の第２の時点（ｔ _ｋ＋１ ）において決定された目標回転数（ｎ _ｓｏｌｌ ）よりも小さい場合には、
   前記駆動装置を上方の限界回転数（ｎ _２ ）で作動させる、
   ことを特徴とする制御装置。
8. 予め定められた危険な回転数領域［ｎ_１；ｎ_２］を保存する手段を有する、
   ことを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 危険な回転数領域を保存する前記手段は、電子的なデータメモリを含む、
   ことを特徴とする請求項８記載の装置。

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