专利名称：用于减小刮水器驱动装置的马达扭矩的方法
用于减小刮水器驱动装置的马达扭矩的方法本发明涉及一种用于运行具有马达的刮水器驱动装置的方法，一种具有程序编码的计算机程序产品，该程序编码储存在机器可读的载体上，和一种用于刮水器驱动装置的控制装置。本发明在此尤其涉及在刮水期间马达扭矩的负荷依赖关系。
现有技术大量的用于控制刮水器驱动装置(WSA)的方法已经为人所知。例如DE10144985描述一种驱动装置，它经由刮水器轴和通过与传动机构的位置相关的扭矩驱动刮水器。在此处如此地使用一种控制，即在考虑传动比情况下确定在任何时刻由马达输出的扭矩。在刮水器驱动装置(WSA)中，部件在运行中由于作用力而承受负荷。在此，在刮水器驱动装置中，如其例如在机动车中用于风挡玻璃刮水器那样，这些作用力尤其是在雪负荷、风负荷的情况下，或在刮水器被闭塞的情况下增大。尤其是在最后的、闭塞的情况下，尤其在刚性的设备中，可能出现损坏或破坏刮水器设备的非常大的负载。这由于部件的失灵而可能导致刮水设备停止运转。通常在具有刮水器直接驱动装置的刮水设备中使用具有可逆转的电动马达的驱动装置，其中，用于产生刮水器的往返运动的马达交替地改变旋转方向。刮水片在此情况下在下或上折回位置处交替地改变运动方向。使用这种可逆转的马达此外实现一个扩展的停驻位置(EPS)，也就是说，一个位于下折回位置之下的停驻位置，从而刮水器可以在断开的状态下停驻在非常深的(低的)位置上，该位置在刮水设备的正常运行期间不被达到。作为防止损坏或破坏的保护功能，包含在刮水器驱动装置中的电动马达通过脉宽调制(PWM)被输入一个减小的电压并且因此输入一个减小的马达扭矩，以减小负荷。在此情况下，通常可以在运行期间减小在临界范围中的刮水器马达的扭矩。但是驱动单元的可减小的电压值具有极限，其中，该电压不能够任意地减小。此外，在简单的设备中，驱动装置的速度和由此刮水器的速度在折返位置的区域中可以被减小。用于刮水的脉宽调制的特性曲线在正常运行中被如此地设计，即刮水设备也可以在高的风速下完全通过并且保持正常运行。在此情况下，尤其也考虑由立法人规定的至少要求的刮水设备的转速，按照该转速在刮水设备的最低级下不允许下降到低于规定的转速。但是，在刮水设备被闭塞的情况下，应该具有保护该设备的足够大的敏感性。但是法律规章与在设备被闭塞的情况下的保护功能是相背离的，因为马达扭矩的相应的减小可能不再能够提供要求的转速。本发明的公开
本发明的目的在于，至少部分地解决上述问题和/或容易地建造刮水器直接驱动装置的部件和提供改善的扭矩控制。按照一种实施方式，提供一种用于运行具有马达的、尤其是用于风挡玻璃刮水器的刮水器驱动装置。该方法包含从存储器中读出至少一个特性曲线和以与角度相关的和与方向相关的扭矩运行刮水器直接驱动装置，该扭矩最大对应于特性曲线的与角度相关的和与方向相关的值，其中，特性曲线至少包含以下的值在下折回位置和上折回位置之间的第一刮水角下向上刮水的第一最大值；在第一刮水角和上折回位置之间的第二刮水角下向上刮水的第二值，其中，在第二刮水角下向上刮水的第二值小于在第一刮水角下向上刮水的第一最大值；在上折回位置和下折回位置之间的刮水角下向下刮水的第一最大值，其中，向下刮水的第一最大值大于向上刮水的第一最大值；和向下刮水的第二值，它对应于一个与第二刮水角相对应的刮水器位置，其中，向下刮水的第二值大于向上刮水的第二值。按照另一种实施方式，提供一种用于计算至少一个特性曲线的方法，该特性曲线被使用在一种用于运行刮水设备的方法中。所述方法包含，作为与角度相关的和与方向相关的第一函数，探测刮水片和刮水臂的空气阻力；作为与角度相关的和与方向相关的第二函数，探测马达，刮水片和/或刮水臂的惯性；作为与角度相关的和与方向相关的第三函数，探测刮水片在挡风玻璃上的摩擦力和轴承的摩擦力；和依赖于第一,第二和第三函数，计算至少一个特性曲线。按照另一种实施方式，提供一种具有程序编码的计算机程序产品，该程序编码储存在机器可读的载体上。该计算机程序产品用于当所述程序在计算机上或在机动车的控制装置上执行时实施在此处描述的本发明的方法的实施方式之一。按照再一个实施方式，提供一种用于刮水器驱动装置的控制装置，所述控制装置被编程以应用在按照此处描述的实施方式的方法中。本发明的优选的实施方式和特别方面由从属权利要求、附图中和所附的说明中给出。本发明的优点
在此处描述的按照本发明的实施方式可以为刮水器直接驱动装置提供与负荷相关的力矩控制。刮水器直接驱动装置的负荷力矩通常可以在不同的运行条件下，即在机动车的挡风玻璃上，被确定并且与角度相关的或与角度相关并且与方向相关的控制和/或调节可以针对扭矩地被限定。为此本发明的实施方式提供在不同的负荷情况之间的情况区别。一般地，依赖于不同的刮水角和/或刮水方向，考虑一个或多个特性曲线。由于在刮水器直接驱动装置中非强制地使用在0°和180°之间和/或0°和360°之间的马达曲柄转角，因此一方面可以使用0°至180°或0°和至360°的转变的刮水角，该刮水角已经在角度的范围中考虑刮水方向。但是也可能的是考虑针对不同的刮水角和刮水方向的刮水，因此一个角度与一个刮水位置在一个运动方向上相互关联并且同一个刮水位置在对应的另外的运动方向上又被占据。通常与此相关地也可以在向上刮水方向上在停驻位置和下折回位置之间的范围中，在向上刮水方向上在下折回位置和上折回位置之间的范围中，在靠近上折回位置的范围中(离开上折回位置直到大约5°至20°的范围中)，在向下刮水方向上在上折回位置的范围中(离开上折回位置直到大约5°至20°的范围中)，在向下刮水方向上在上折回位置和下折回位置之间的范围中，和在向下刮水方向上在下折回位置和停驻位置之间的范围中进行情况区别。按照本发明的一种实施方式，在此，特性曲线至少具有以下的值在下折回位置和上折回位置之间的第一刮水角下向上刮水的第一最大值；在第一刮水角和上折回位置之间的第二刮水角下的向上刮水的第二值，其中，在第二刮水角下的向上刮水的第二值小于在第一刮水角下的向上刮水的第一最大值；在上折回位置和下折回位置之间的刮水角下向下刮水的第一最大值，其中，向下刮水的第一最大值大于向上刮水的第一最大值；和向下刮水的第二值，其对应于与第二刮水角相对应的刮水器位置，其中，向下刮水的第二值大于向上刮水的第二值。按照另一个典型的实施方式，特性曲线的值中的至少90%在向上刮水期间在第一刮水角和上折回位置之间的另外的刮水角下小于在对应于所述另外的刮水角的刮水器位置下向下刮水的相应的值。由此可以考虑在向下刮水期间提高的风负荷。按照另一个典型的实施方式，特性曲线的值中的至少90%在一个扩展的停驻位置和下折回位置之间的另外的停驻刮水角下在向上刮水期间大于在对应于所述另外的停驻刮水角的刮水器位置下向下刮水的相应的值。由此可以考虑在向下刮水期间由于雪楔或类似物造成的增大的破坏或损伤的危险。按照另外的典型的实施方式，特性曲线涉及到一种依赖于刮水角的扭矩特性曲线和/或一种依赖于刮水角的脉宽调制特性曲线。按照另外的典型的优选实施方式，至少一个特性曲线是来自一簇特性曲线中的特性曲线。由此可以针对不同的运行状态、不同的运行条件和/或不同的机动车类型提供对扭矩的与负荷相关的控制。例如该一簇特性曲线可以是用于数个天气条件的数个特性曲线，用于数个机动车类型的数个特性曲线和/或用于数个速度范围的数个特性曲线。按照另一种实施方式，一种用于计算至少一个特性曲线的方法可以包括以下步骤作为与角度相关的和与方向相关的第一函数，探测刮水片和刮水臂的空气阻力；作为与角度相关的和与方向相关的第二函数，探测马达，刮水片和/或刮水臂的惯性；作为与角度相关的和与方向相关的第三函数，探测刮水片在挡风玻璃上的摩擦力和轴承的摩擦力；和依赖于第一，第二和第三函数计算至少一个特性曲线。按照另外的实施方式，提供一种具有程序编码的计算机程序产品，该程序编码储存在机器可读的载体上，用于实施在此处描述的、按照本发明的实施方式的方法其中，当程序在计算机或机动车的控制装置上执行时实施这些方法。此外，按照本发明的实施方式，这些实施方式涉及到一种挡风玻璃刮水装置，其包括控制装置或计算机程序产品和具有马达、刮水臂的刮水器直接驱动装置和刮水片，其中，至少特性曲线和刮水臂的设定断裂处被彼此协调一致。由此可以使刮水系统与轻型结构或与设定断裂处和特性曲线相互协调。通过减小负载，可以使用更薄的壁厚和材料，如例如具有更小强度的塑料。由此可以节省结构空间和成本。此外可以减小刮水装置和/或驱动装置的材料使用量、重量和部件和构件的强度要求。与角度相关的和与方向相关的扭矩控制由此可以有利于采用轻型结构。附图简述
本发明的实施例在附图中示出并且在以下详细说明。附图中
图1显示了刮水器驱动装置，风挡玻璃刮水器，控制和检测元件以及对于运行而言典型的刮水器位置的示意 图2显示了按照本发明的实施方式的刮水器驱动装置的特性曲线的示意图；和 图3显示了用于运行按照本发明的实施方式的刮水器驱动装置的方法的流程图。本发明的实施方式
图1显示了刮水器驱动装置的结构的示意图。马达10在轴承28处使刮水杆32进行转动运动。图1显示了刮水杆32在玻璃30上的一个任意的位置上。通过虚线示出了上折回位置102，下折回位置104，和扩展的停驻位置106。通过马达10的可逆转的旋转，在正常运行下，刮水杆32在上折回位置102和下折回位置104之间被往返地运动。如果在机动车运行期间不需要或不使用刮水器，也就是说如果使用者断开了刮水器驱动装置，刮水杆32从下折回位置104移动到扩展的停驻位置106上。扩展的停驻位置106通常位于挡风玻璃上的一个非常低的位置处，例如完全地或部分地位于机动车的散热器罩的一个相应的凸起部分的背风面中。按照典型的实施方式，在此可以实现将刮水杆32相对于挡风玻璃30非常深地进行停驻。例如，扩展的停驻位置可以对应于在下折回位置下面2°至3°的转动。如图1中所示，马达通常通过控制装置30来控制并且马达通过传感器，如例如磁性传感器，来识别它的位置，例如围绕轴28的转动。在本发明的实施方式中，在刮水期间尤其为刮水器直接驱动装置提供与负荷相关的扭矩控制。图2示出了依赖于刮水角的特性曲线。在此处，与图1类似地画出了马达轴位置。在此，按照典型的、优选实施方式，也涉及到马达曲柄位置。马达曲柄转角102对应于上折回位置。马达曲柄转角104对应于下折回位置。马达曲柄转角106对应于扩展的停驻位置。特性曲线200在此处示范性地针对脉冲宽度调制或电压203示出。该电压在马达上形成扭矩，该扭矩在没有变速器的直接驱动装置的范围中通过拉杆被传递到刮水器的驱动轴上。这意味着，对于每个刮水角位置，由马达提供大约相同的扭矩施加到刮水杆上。但是，备选地，对于每个刮水角也可以引入扭矩的固定的变化。图2此外显示了范围240和250。范围240对应于刮水角范围，在该范围中在相应的天气情况下可以出现雪楔的形成。雪楔可能导致对刮水装置的闭塞(楔死)并且因此导致高的作用力。范围250表征向下刮水的范围，它通过由刮水臂和刮水片的空气阻力造成的提高的作用力表征。在本发明的实施方式中提供与负荷相关的力矩控制。力矩依据刮水角或依据刮水角和刮水方向来控制。在此，可以针对刮水器的每个刮水角和/或每个位置和刮水的每个方向依据运行条件来提供单独的控制。在不同的运行条件下确定负荷力矩。这例如可以在机动车的挡风玻璃上，尤其是在特种机动车的挡风玻璃上发生。由此预先限定针对力矩的与角度相关的或与角度相关并且与方向相关的控制或调节。负荷力矩在此尤其取决于刮水片和刮水臂的空气阻力，尤其是在高的机动车速度(CW-值)下；取决于被加速的质量、尤其是在马达中的旋转的和可逆动的质量的惯性和刮水杆的被加速的质量；和/或取决于尤其是在挡风玻璃上的刮水片和在驱动装置中的轴承部件的摩擦系数。按照另一种改型，这些影响此外可以依据机动车类型，依据运行条件如机动车速度和天气情况和/或依据刮水杆的定位来探测。例如在此可以考虑在提闻的速度下提闻的空气阻力。作为另外的不例，用于前挡风玻璃的左和右刮水器的特性曲线可能导致不同的负荷力矩，这可以在使用不同的特性曲线的范围中来确定。由此，按照典型的实施方式，可以实施一个特性曲线或一簇特性曲线的计算。在此情况下，刮水片和刮水臂的空气阻力可以作为与角度相关的和与方向相关的第一函数，刮水片和/或刮水臂的马达的惯性作为与角度相关的和与方向相关的第二函数和/或挡风玻璃上的刮水片和轴承的摩擦力作为与角度相关的和与方向相关的第三函数来探测。这些函数然后用于计算至少一个依赖于第一，第二和第三函数的特性曲线。
图2显示了具有不同的范围的特性曲线200，其中，扭矩按照范围或针对每个角度(和方向)被单独地限定。范围230和232在此处例如区别开向上刮水230和向下刮水232。向下刮水由于提高的空气阻力而需要提高的力矩。在对应于雪楔形成240的范围中，扭矩被减小，以预防刮水装置受到损坏或破坏。但是，如由图2可以看见的，与负荷相关的特性曲线在上折回位置102的范围中在向下刮水情况下也以提高的扭矩来限定。仅仅在下折回位置和停驻位置之间的范围中，与在向上刮水期间对应的刮水器位置相比较，扭矩在向下刮水期间被减小。与具有拉杆的刮水装置相比较，刮水器直接驱动装置是刚性更高的系统。但是在此处也显示了整个系统的一种弹性的特性，该整个系统具有涉及闭塞强度和运行强度的薄弱处。此外，例如被优化成轻型结构或者设有用于要求的行人防碰撞的设计断裂处的铸造薄板和在其上固定着刮水器马达的马达固定板可以依据负荷的情况显示出不同的状态。例如在闭塞情况下部件上的负荷依据刮水方向和依据刮水角可以变得极其不同。按照本发明的实施方式，借助于与负荷相关的扭矩控制，部件可以更轻地建造，也就是说，例如用更薄的壁厚或更轻的材料建造。这可以导致进一步减少材料使用量和减少驱动装置的重量。通过与角度相关的和与方向相关的控制，该控制分别在两个刮水方向上预先设定例如针对每5°的刮水角的至少一个电压值或PWM值或针对每1°的刮水角的至少一个电压值或PWM值，和建立扭矩控制和刮水器驱动装置、刮水杆和/或刮水片的薄弱处或设定断裂处的相互关系，可以更轻地、更节省材料地和/或以少的结构空间在对整个系统良好的保护的情况下提供刮水设备。因此通过与角度和与方向相关的特性曲线，其对应于一个最大的扭矩，可以如此地控制扭矩，即在任何时刻仅仅输出要求的扭矩，和在闭塞情况下对于每个位置，也就是说，连续地或准连续地在小的范围中(小于10°，优选小于5°或小于1° )考虑针对该负荷的刮水角和刮水方向。按照典型的实施方式，这种控制可以被集成到软件中和/或控制装置中。按照本发明的实施方式的一种相应的方法在图3中通过流程图示出。在步骤301中探测至少一个负荷。负荷如空气阻力、摩擦力和惯性通常可以被相互分开地、或者备选地作为总负荷来探测。在此情况下，用语“探测”不仅理解为负荷情况的测量也理解为负荷的计算，例如通过模型计算。在步骤302中，由一个或多个探测的负荷函数计算出一个特性曲线或一簇特性曲线。特性曲线可以被储存在机动车的存储器中。在步骤311中，该步骤可以被看做是独立的方法的步骤301和302的开始，这通过虚线的箭头表示，至少一个特性曲线可以从存储器中读出。至少一个特性曲线在步骤312中被用于运行刮水器驱动装置。在此情况下，为了有利的运行条件，一般使用例如在图2中作为特性曲线200示出的曲线以下的扭矩。对于更多的负荷情况，如例如闭塞，相应的刮水角和/或相应的刮水器位置和相应的刮水方向的值增大直至最大为通过特性曲线给出的值。
权利要求
1.用于运行尤其用于风挡玻璃刮水器的、具有马达(10)的刮水器直接驱动装置的方法，包括: 从存储器中读出至少一个特性曲线和以与角度相关的和与方向相关的扭矩运行所述刮水器直接驱动装置，所述扭矩最大对应于特性曲线的一个与角度相关的和与方向相关的值， 其中，所述特性曲线至少包括以下的值: 在下折回位置和上折回位置之间的第一刮水角下向上刮水的第一最大值； 在第一刮水角和上折回位置之间的第二刮水角下向上刮水的第二值，其中，在第二刮水角下的向上刮水的第二值小于在第一刮水角下向上刮水的第一最大值； 在上折回位置和下折回位置之间的一个刮水角下向下刮水的第一最大值，其中，向下刮水的第一最大值大于向上刮水的第一最大值；和 向下刮水的第二值，所述第二值对应于一个与第二刮水角相对应的刮水器位置，其中，向下刮水的第二值大于向上刮水的第二值。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，在向上刮水期间在第一刮水角和上折回位置之间的另外的刮水角下，特性曲线的值中的至少90%小于在对应于所述另外的刮水角的刮水器位置下向下刮水的相应的值。
3.按照权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，在一个扩展的停驻位置和下折回位置之间的另外的停驻刮水角下在向上刮水期间，特性曲线的值中的至少90%大于在对应于所述另外的停驻刮水角的刮水器位置下向下刮水的相应的值。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述特性曲线与一种依赖于刮水角的脉宽调制相互关联。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述至少一个特性曲线是来自一簇特性曲线的特性曲线。
6.按照权利要求5所述的方法，其中，所述一簇特性曲线是用于数个天气条件的数个特性曲线，用于数个机动车类型的数个特性曲线和/或用于数个速度范围的数个特性曲线。
7.用于计算至少一个特性曲线的方法，所述至少一个特性曲线用于在按照权利要求1至6所述的方法中使用，包括: 探测刮水片和刮水臂的空气阻力，作为与角度相关的和与方向相关的第一函数； 探测马达，刮水片和/或刮水臂的惯性，作为与角度相关的和与方向相关的第二函数； 探测刮水片在挡风玻璃上的摩擦力和轴承的摩擦力，作为与角度相关的和与方向相关的第三函数； 依赖于第一，第二和第三函数计算至少一个特性曲线。
8.具有程序编码的计算机程序产品，该程序编码储存在机器可读的载体上，用于当所述程序在计算机上或在机动车的控制装置上执行时实施按照权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.用于刮水器直接驱动装置的控制装置(20)，所述控制装置被编程以应用在按照权利要求I至8中任一项所述的方法中。
10.挡风玻璃刮水装置，包括:按照权利要求9所述的控制装置或按照权利要求8所述的计算机程序产品；和具有马达、刮水臂的刮水器直接驱动装置，和刮水片，其中，所述至少一个特性曲线和刮水臂的设定断裂处是相 互协调一致的。
全文摘要
本发明描述了一种用于运行具有马达的、尤其用于风挡玻璃刮水器的刮水器直接驱动装置的方法。该方法包含从存储器中读出至少一个特性曲线并且以与角度相关的和与方向相关的扭矩运行刮水器直接驱动装置，该扭矩最大对应于特性曲线的一个与角度相关的和与方向相关的值，其中，特性曲线至少具有以下的值在下折回位置和上折回位置之间的第一刮水角下向上刮水的第一最大值；在第一刮水角和上折回位置之间的第二刮水角下向上刮水的第二值，其中，在第二刮水角下向上刮水的第二值小于在第一刮水角下向上刮水的第一最大值；在上折回位置和下折回位置之间的刮水角下向下刮水的第一最大值，其中，向下刮水的第一最大值大于向上刮水的第一最大值；和向下刮水的第二值，它对应于一个与第二刮水角相对应的刮水器位置，其中，向下刮水的第二值大于向上刮水的第二值。
文档编号B60S1/08GK103079908SQ201180042389
公开日2013年5月1日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年9月2日
发明者J.齐默, J.拉普, S.克恩 申请人:罗伯特·博世有限公司