CN102026852A - 具有用于控制刮水器装置的驱动装置的能量消耗的控制装置的刮水器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特别是用于汽车的刮水器装置(24)，其中，刮水器装置(24)具有至少一个驱动装置(22)，所述驱动装置可通过控制装置(20)进行控制，其特征在于，控制装置(20)根据至少一个或者多个对刮水器装置(24)的相应的驱动装置(22)的功率需求有影响的参数对刮水器装置(24)的功率需求进行控制，其中，这些参数包括至少行驶速度和/或玻璃状态。

Description

具有用于控制刮水器装置的驱动装置的能量消耗的控制装置的刮水器装置

现有技术

本发明涉及一种具有用于控制刮水器装置的驱动装置的能量消耗的控制装置的刮水器装置，和控制刮水器装置的方法。在此情况中刮水器装置例如是汽车的前窗或者后窗玻璃刮水器装置。

现有技术，如DE 101 44 985 A公开了一种用于控制刮水器装置的方法。其中，用于控制刮水器装置的驱动装置的控制装置根据刮水操作杆的传动比和该杆的转动角确定驱动装置的可输出的转矩。其中，刮水器传动装置的电动机曲轴的旋转角区域被划分为多个角度区域，给这些角度区域分别分配一个自己的最大的转矩。

现在根据本发明提供一种刮水器装置，其中，刮水器装置具有至少一个或者多个驱动装置。所述驱动装置可通过一个控制装置进行控制。其中，这个控制装置是如此设计的，即这个控制装置根据至少一个或者多个对刮水器装置的相应的驱动装置的功率需求有影响的参数控制刮水器装置的功率需求。其中，这些参数包括至少行驶速度和/或玻璃状态。

其中，根据本发明的刮水器装置具有下述优点，即可根据实际的功率需求来控制刮水器装置的驱动装置的功率。换句话说，因为驱动装置的功率需求和行驶速度以及和玻璃状态有关，所以可如此地控制刮水器装置的功率，即总是能按照行驶速度或玻璃状态提供最佳的功率。通过这一措施可达到更加有效的能量管理。

在本发明的一个优选的实施形式中，例如刮水杆角、刮水运动方向，也就是向上或者向下刮水运动，刮水装置的刮水传动杆

的传动比，和/或刮水速度可确定为对刮水器装置的相应的驱动装置的功率需求有影响的参数。通过这一措施可对驱动装置的功率分配更加精细化或者区分。在具有刮水传动杆的刮水器电动机中可附加地考虑传动比，而在具有刮水器电动机直接驱动装置的刮水器电动机中可不予考虑。

在根据本发明的另一实施形式中例如可根据一个预定的行驶速度、刮水器的运动，也就是刮水器向上运动和/或刮水器向下运动来确定和调节相应的驱动装置的功率。因此可例如在电动机控制器的存储装置中存储一个或者多个特性曲线族，并且可通过控制装置调用特性曲线族。在这种情况中控制装置可以是电动机控制装置的一部分，或者是刮水器装置的一部分，并且例如和电动机控制器耦合。所有实施形式都是这种情况。

在根据本发明的另一实施形式中提供一种蓄电池装置，以输入刮水器装置的多余功率。这种做法有下述优点，即这种刮水器装置也可附加地用作发电机。

下面借助附图对本发明的一些实施例进行更加详细的说明。这些附图是：

图1：两个刮水循环的刮水速度的曲线图。

图2：在行驶速度高时刮水器装置的所要求的电动机扭矩的曲线图。

图3：风阻力和行驶速度的关系曲线图。

图4：空气阻力和刮水杆的位置的关系曲线图。

图5：电动机扭矩需求量和玻璃状态及刮水速度的关系的多个关系曲线图。

图6：图5的曲线图，其中，画出了一个阴影线区域，在这个区域中可将刮水器装置用于获取能量。

图7：根据本发明的一个第一实施形式的用于控制刮水器装置的一个驱动装置的框图。

图8：根据本发明的一个第二实施形式的用于控制刮水器装置的驱动装置的框图。

图9：刮水器装置向上刮水运动时驱动装置的功率减少和汽车速度的关系的第一实例的曲线图。

图10：刮水器装置向上运动时驱动装置的功率减少和汽车速度的关系的第二实例的曲线图和向下刮水运动时的功率需求。

图11：刮水器装置向上刮水运动时驱动装置的功率减少和汽车速度的关系的第三实例的曲线图。

图12：刮水器装置向上刮水运动时驱动装置的功率减少和汽车速度的关系的第四实例的曲线图和向下刮水运动时的功率需求。

在所有图中，只要没有其它的说明，相同的，或者功能相同的部件和装置都用相同的附图标记表示。

特别是在行驶速度较高时由于汽车有环流，所以在汽车的刮水器装置向上刮水时比向下刮水时的刮水器电动机的功率需求要小。在向下刮水时必须克服空气流动和由此产生的风的阻力，因此出现刮水器电动机的功率需求的提高。这种特性导致例如在回转电动机中向上刮水比向下刮水要快。在具有可逆式电动机的刮水器装置中通过一种所谓的转速恒定调节可使刮水速度保持恒定。在行驶速度很高时通过作用到刮水臂和刮水片的风力甚至驱动刮水器装置。换句话说，在某种程度上刮水器电动机必须制动刮水器装置，以便在向上刮水时不使刮水速度上升得太强烈。

在现代汽车中越来越多地采用混合动力技术。也就是通常设置一个内燃机和至少一个电动机。电动机由蓄电池提供能源。为了保证更有效的能量管理，既减少功率消耗，又能回收能量是合理的。这已在制动能回收中得以实现。

图1示出回转电动机中的刮水速度的典型过程图(快速向上刮水和慢速下向刮水)。确切地说示出的是曲线图。其中，示出了刮水循环，其中，实线表示驾驶员一侧(Omega_DS)，虚线表示副驾驶一侧(Omega_PS)的刮水循环。从这两个刮水循环，如图1所示，中可以看出，刮水器装置向上速度明显地高于向下速度。此外，从向下运动到向上运动的运动方向变化的时间也比从向上变化到向下运动的时间长。

此外，图2示出了一个曲线图。在这个曲线图中示出了在预定的行驶速度时刮水器装置的所要求的电动机转矩的曲线。在本情况中行驶速度比较高。从图2的曲线图中可以看出，在向上刮水运动中电动机转矩需求量比相应的向下刮水运动时要小得多。此外，在大约90°和大约180°之间的角度位置的区域中有能量提供使用，其例如可用于能量回收。在这个区域中不要求必须通过刮水器装置的驱动装置或者驱动马达提供的电动机扭矩，而是刮水器装置本身提供能量或者电动机转矩，其可用于能量回收。例如可将这种由刮水器装置在这个区域中所产生的能量存储到存储装置中例如汽车的蓄电池装置中。在图2中所示的刮水循环在一个干燥的玻璃中实施过。

此外在图3中示出了一个曲线图。在这个图中示出了风的阻力[N]和行驶速度，从0公里/小时(0米/秒)到180公里/小时(50米/秒)的关系曲线图。在图中示出了两条曲线，一条曲线是驾驶侧的10，另一条曲线是副驾驶侧的12。从这个曲线图中可以看出，随着汽车迎面的来流速度的增加风的阻力明显增加。也就是说，汽车行驶得越快，来流速度越高，则作用到刮水系统，并且例如在向下刮水时刮水系统必须克服的风的阻力越大。

相应地在图4中示出一个曲线图。在这个曲线图中模拟了流动影响(空气阻力和升力)和刮水器装置的刮水杆的位置的关系。其中，该图示出了空气阻力[N]和刮水杆的位置的关系(phi_DS(度))。其中，在刚开始，随着刮水杆角度的增加空气阻力急剧增加，并且大约在45°时达到它的最大值。从45°角起，和更大时，空气阻力稍微减小。

此外，图5示出刮水器状态(摩擦湿/干燥)的驱动装置的电动机转矩需求量和刮水速度(级别I/II)的关系。其中，图5示出了这样一个曲线图。在该曲线图中示出了电动机转矩需求量和玻璃是湿或者干燥，以及和所调节的刮水速度级别的关系的多条曲线。其中分别制定了刮水速度1级时干燥的玻璃的曲线(实线)，以及刮水速度1级时的湿的玻璃的曲线(长虚线)。此外还制定了更高刮水速度级别2时的干燥的玻璃时的曲线(短虚线)，以及刮水速度2级时的湿的玻璃的曲线(虚点线)。现在从图5中可以看出，在一个干燥的玻璃的两个刮水速度1和2中电动机转矩需求量的曲线彼此靠得很近。相应地在一个湿的玻璃也是。此外，在刮水速度级别相同时在干燥的玻璃中的电动机转矩的需求量比湿玻璃时的电动转矩的需求量明显地大，因为刮水器在干燥的玻璃上产生更大的摩擦力。

在图6中示出了图5中的曲线图。其中，在该曲线图中画出了能量回收的区域和潜力。其中用阴影线画出了例如在湿的玻璃的电动机转矩需求量的曲线中，当汽车速度为180公里/时和刮水速度为1级时的一个区域14。这个区域或可用于能量回收。换句话说，在这个区域14中刮水器装置甚至可以提供能量，并且例如可将多余的能量输送到汽车中所配属的蓄电池装置中。而在现有技术中刮水器电动机必须在这个区域中制动刮水器装置，以防止在向上刮水时刮水器装置的速度太快。

此外，在图7中示出了在利用汽车信号时的信息流(例如：具有刮水操作杆的刮水器驱动装置)。其中，将来自汽车电路的行驶速度和/或雨水传感器信号信息16、18在刮水器装置24的驱动装置22的集成的控制电子装置或者控制装置20中进行处理，以计算出所属的功率需求。在图7的曲线图中示出了根据本发明的一个第一实施形式的刮水器装置24的驱动装置22的控制器。其中，首先确定至少一个或者多个对刮水器装置24的驱动装置22的能量或者功率需求有影响的参数16、18。其中，例如通过一个或者多个雨水传感器26确定是否在下雨，并且待刮水的玻璃因此是干燥的还是湿的。此外还确定行驶速度。

例如可通过一个或者多个转速传感器，或者其它合适的传感器检测行驶速度。此外，例如也可借助驱动装置22的电动机转矩需求量来确定或者估算行驶速度。例如当玻璃是湿或者干燥时例如在作向下刮水时刮水器电动机22的电动机转矩需求量越高，则汽车速度和相应的来流速度地越高。前面借助图3对来流速度对风的阻力的作用已有说明。

可有选择地在具有刮水操作杆28的刮水器装置24中，如在图2中所示，附加地考虑刮水杆位置WSH或刮水操作杆的传动比和转矩需求量。在具有刮水操作杆的刮水器驱动装置中由于传动比的变化转矩需求量的变化强烈。根据至少一个或者多个参数，如玻璃的状况(是湿或者干燥)、行车速度、转矩需求量和/或刮水操作杆的传动比控制刮水器装置24的驱动装置22。其中，例如可提供一个具有特性曲线的一个或多个图，如例如借助图9至图12加以说明。借助曲线图的这些特性曲线，根据这些参数可确定例如用于驱动装置22的一个合适的功率需求，例如用于向上刮水运动，和/或向下刮水运动或用于一定的刮水杆位置。

根据本发明由于环流可如下地利用刮水器装置24的特性，即第一，当功率需求低时限制功率消耗。第二，例如当处于通过刮水杆驱动驱动装置22或者刮水器电动机的状态时将能量反馈到汽车的一个相应的蓄电池中。在汽车特定应用中根据例如行车速度和玻璃状况对功率的自适应分配进行参数化。所述汽车特定应用可用模拟模型(特性曲线族)进行，并且在必要时可通过行驶试验，和/或风洞试验予以确保。功率分配例如可通过例如在刮水器电动机电子装置20内部的所述的输入信号通过预先计算功率需求完成。当信息信号，例如行驶速度信号或者雨水传感器信号有故障时可通过一种安全策略保证正常的刮水器功能。在这种情况中切断自适应功率降低，以避免当刮水器系统的转矩需求量高时由于行车风而降低刮水器的速度。

对例如来自汽车电路的行驶速度和/或雨水信号信息16、18的处理可在刮水器装置24的驱动装置22的一个集成的控制电子装置20中进行，以计算所属的功率需求。也可有选择地附加考虑载荷模型功能性，或者刮水杆的位置、或者刮水传动杆28的传动比。

此外，图8以一个具有刮水器直接驱动装置WDA的刮水器装置24的实例示出了在使用汽车输入信号时的信息流程。确切地说，在图8中示出了用于控制根据本发明的第二个实施形式的一个刮水器装置24的一个驱动装置22的简图。与第一实施形式不同的是-在第一实施形式中刮水器装置24具有一个刮水器操作杆-，第二实施形式的刮水器装置24替代地具有一个如前所述的刮水器直接驱动装置WDA 30。

如同在第一实施形式中一样，首先确定一个或者多个对刮水器装置24的驱动装置22的能量或者功率需求有影响的参数。在这种情况中，例如通过一个或者多个雨水传感器26确定，玻璃是否是干燥的，或者是湿的，或者是否是在下雨。此外，还要确定汽车的速度。在这种情况中，如前所述可通过一个或者多个转速传感器，或者其它合适的传感器检测行驶速度。代替地或者附加地例如借助驱动装置22的电动机转矩需求量未确定或者估算行驶速度。因为刮水器装置24具有一个刮水器直接驱动装置WDA，所以在根据本发明的第二实施形式中取消刮水器操作杆的传动比的考虑。

借助检测的参数和刮水杆的位置和它的运动方向，也就是向上运动或者向下运动，确定刮水器装置24的驱动装置22的功率需求。在这种情况中例如可提供一个或者多个具有特性曲线的图。借助这些特性曲线并且根据前述参数确定驱动装置22的合适的功率需求，例如对于刮水器的向上运动、刮水器的向下运动，或者一定的刮水杆位置。

图9示出在向上刮水时与行驶速度有关的功率的减少的例子(pwm：脉宽调制)。在图9中具有特性曲线的曲线图示出了确切地说是在刮水装置向上刮水运动时驱动装置的功率减少和行驶速度的关系的第一实例。

如例如前面借助图1和图2所说明的，在向上运动时刮水器装置所需的功率或者能量比向下运动时少。现在在图9的曲线图中示出，例如当速度高于180公里/小时，且刮水杆处在向上运动时只需要驱动装置的10％的功率。也就是说，在这种情况中驱动装置或者刮水器电动机的功率可以减少90％。而当行驶速度为50公里/小时驱动装置需要90％的功率，这样，在此功率还只能减少10％。这与下述情况有关，即当刮水杆向上运动时，当行驶速度高时通过与此有关联的高的来流速度产生一种附加的相应的力，在这种情况中这个力将刮水杆附加地向上推。因此，在向上运动时刮水杆所需的能量比向下运动时的少。在向下运动时刮水杆必须克服这种力。在图9中还附加地画出了一条空气阻力曲线32，可与图3中所示曲线进行比较。

此外，在图10中示出了在向上和向下刮水时与行驶速度有关系的功率减少的一个实例。精确地说，在图10中的具有特性曲线的图示出了对当刮水器装置向上刮水运动和向下刮水运动时驱动装置的功率的减少和汽车速度的关系第二实施例。如在图9中，在直到紧邻地在反转位置前的向上刮水运动的区域中当汽车速度例如高于180公里/小时时驱动装置的功率可减少90％。如果现在刮水器装置达到反转位置，确切地说过渡到向下刮水运动，那么当汽车速度例如高于180公里/小时时驱动装置需要100％的功率。也就是说在驱动装置中不可能有功率减少。而当汽车速度例如为70公里/小时时驱动装置只需要大约75％的功率。因此，在这种情况中即使是在向下刮水运动时也可减少驱动装置的功率，确切地说相应大约减少25％。在这种情况中在该图中也附加地画出了一条空气阻力曲线32，它可和图3中示出的曲线作比较。

图11示出了向上刮水时功率减少的情况，它与行驶速度有关，并且附加地根据刮水杆的位置工作。在图11中示出了具有一些特性曲线的另一图。这个图确切地说是在刮水器装置在向上刮水运动时对驱动装置的功率减少和行驶速度的关系示出了第三实例。在这种情况中首先刮水杆位置的预定区域内部的功率逐渐减少，直到从一个预定的刮水杆位置起达到预定的终值，并且一直保持到刮水杆达到反转位置。当汽车速度例如为1 50公里/小时时，在离开刮水杆的停止位置后刮水器装置的驱动装置的功率首先缓慢减少，直到从一个预定的刮水杆位置起达到66％的功率的终值。

此外，在图12中还示出了刮水器直接驱动装置WDA的向上和向下刮水时的功率的减少情况(与行驶速度和刮水杆位置有关，没有被刮水器操作杆传动比的影响)。其中，根据在刮水器装置的向上刮水和向下刮水运动时的驱动装置的功率减少与汽车速度的关系的第四实例，图12示出了具有特性曲线的曲线图。在这种情况中具有驱动装置的刮水器装置是一种具有刮水器直接驱动装置WDA的刮水器装置。

如在图11中一样，驱动装置的功率在刮水杆的位置的一个预定的区域内部逐渐减少。当刮水杆在向上刮水时达到一个预定的刮水杆位置，从而功率最终一直减少到该最大值。例如当速度大于180公里/时时在向上刮水时驱动装置的功率逐渐减少大约91.6％，在向上刮水时刮水杆的预定位置上到达大约8.4％的功率。当刮水杆到达反转位置，并且过渡到向下刮水运动时，首先将驱动装置的功率需求调节到一个恒定的预定数值，直到刮水杆达到一个预定的位置。当在向下刮水运动时超过这个刮水杆位置后驱动装置的功率逐渐下降。当汽车的速度例如大于180公里/小时时，则在达到反转位置时首先将驱动装置的功率调节到整100％，因为由于高的行驶速度及因此高的来流速度所以在向下刮水时刮水器装置最需要能量或者功率。当在向下刮水时达到预先规定的刮水杆位置时原先的100％的功率(当行驶速度大于180公里/小时时)逐渐下降，例如下降16％，到达仅为84％的功率直到刮水器装置重新达到停止位置时。

在这种情况中在图11和图12中还附加地画上了空气阻力的曲线34，它可与图4所示曲线相比较。在此产生这样的情况，即当刮水杆角为0°到45°时空气阻力逐渐增加，并且在向上刮水运动时这个空气阻力附加地支持刮水杆。相应地在向上刮水时的功率，如图11和图12所示，例如在0°到大约45°的区域中也是缓慢地以100％减少到一个预定的最大值。而在例如从30°起的区域中，根据图11和图12功率下降到一个预定的终值。

根据前面所述的本发明降低了刮水器装置，例如汽车的前后刮水器装置的能量消耗。可附加地达到为降低汽车的油耗作出贡献。此外，也由于混合动力技术应用的增加和更为有效的能量管理扩大了在具有电子设备的刮水器装置中的功率范围。本发明具有下述优点，即可将驱动装置，或者刮水器电动机用作发电机，此外，可根据实际的功率需求调节刮水器电动机的功率消耗/电流消耗。此外，刮水器电动机的剩余功率可输送到一个汽车蓄电池中，或者输出到另一耗电器中。在这种情况中，可根据一个或者多个参数，例如刮水器运动方向，行驶速度、刮水杆位置、玻璃的状态的参数来降低功率。此外，功率的降低也可根据刮水器操作杆的传动比进行。可汽车专用地，或者刮水器电动机专用地将功率降低参数化。可有选择地附加地为单独地导引功率在电动机插头上设置一条或者多条导线。本发明例如可在具有刮水器操作杆和电子可逆式电动机的刮水器装置中使用，也可在具有刮水器直接驱动装置但没有刮水器操作杆的刮水器装置中使用。

Claims (10)

1.特别是用于汽车的刮水器装置(24)，其中，刮水器装置(24)具有至少一个驱动装置(22)，其可通过控制装置(20)进行控制，其特征在于，控制装置(20)根据至少一个或者多个对刮水器装置(20)的相应的驱动装置(22)的功率需求有影响的参数对刮水器装置(24)的功率需求进行控制，其中，这些参数至少包括行驶速度和/或玻璃状态。

2.按照权利要求1所述的刮水器装置，其特征在于，例如可通过至少一个雨水传感器(26)确定玻璃状态，其中，玻璃状态例如可确定为湿的玻璃或者是干燥的玻璃。

3.按照权利要求1或2的至少任一项所述的刮水器装置，其特征在于，例如刮水杆角度、刮水运动方向、刮水器装置(24)的刮水传动杆(28)的传动比，和/或刮水器速度可确定为对刮水器装置(24)的相应的驱动装置(22)的功率需求有影响的参数。

4.按照权利要求1至3的至少任一项所述的刮水器装置，其特征在于，在预定的行驶速度或者预定的行驶速度范围中，在向上刮水运动和/或向下刮水运动时驱动装置的功率可根据它们的功率需求进行适配，其中，例如可调用至少一个或者多个特性曲线族，在所述特性曲线族中例如当行驶速度和刮水器运动方向已预定时规定驱动装置(22)的合适的功率或者功率需求。

5.按照权利要求4所述的刮水器装置，其特征在于，附加地可考虑至少玻璃状态、刮水杆角度和/或刮水器操作杆(28)的传动比。

6.按照权利要求1至5的至少任一项所述的刮水器装置，其特征在于，分别将恒定的数值规定的功率或者功率需求，和/或这些数值至少在一个区域中，例如根据刮水杆的位置是可变化的。

7.按照权利要求1至6的至少任一项所述的刮水器装置，其特征在于，可将刮水器装置(24)的功率余量输送到汽车的蓄电池装置中去。

8.按照权利要求1至7的至少任一项所述的刮水器装置，其中，刮水器装置(24)例如是后窗玻璃和/或前窗玻璃刮水器装置，并且例如具有刮水器直接驱动装置(30)或者具有刮水器操作杆(28)的刮水器驱动装置。

9.用于控制特别是汽车用的刮水器装置的方法，具有下述步骤：

·提供具有至少一个驱动装置(22)的刮水器装置(24)，所述驱动装置可通过控制装置(20)进行控制；

·确定一个或者多个对刮水器装置(24)的相应的驱动装置(22)的功率需求有影响的参数(16，18)，其中，这些参数至少包括行驶速度和/或玻璃的状态；

·根据相应的参数对刮水器装置(24)的功率需求进行控制。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，例如可将刮水杆角度、刮水运动方向、刮水器装置(24)的刮水传动杆(28)的传动比和/或刮水器速度确定为影响刮水器装置(24)的相应的驱动装置(22)的功率需求的参数。

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