专利名称：用于具有应急功能的机动车辆的襟翼执行器的制作方法
技术领域：
本发明描述一种具有应急功能的电动执行器，，特别地用于操作在机动车辆的散热器护栅中用于控制吸入发动机舱中的空气的襟翼，具有电动机，具有操作电压输入，具有能量存储单元和控制电路，其中，在正常操作期间，能量存储单元由操作电压充电，并且在对于操作电压中断的情况下，电动机由能量存储单元供电，以便运动到应急位置。
背景技术：
现代汽车发动机一般非常高效，并因而当在部分或低负载操作中时，具有低冷却要求。襟翼因此布置在控制到发动机舱中的供气的散热器护栅中。襟翼使用电动机而调整，该电动机经车辆电气系统被供给操作电压。当冷却要求很低时，可关闭襟翼，因而防止任何空气吸入发动机舱。全部空气然后在机盖上方或在车辆下方流动，因而减小车辆的空气阻力。这会立即减少车辆的燃料消耗。为了实现燃料消耗的整体减少，因而有利的是，保持襟 翼大都关闭。为了防止内燃机过热，如果有到襟翼执行器的电压供给的中断，则必须可能的是，在遇到应急情况时使襟翼自动地打开。这一般使用弹簧或某种其它种类的机械应急打开装置而实现。这里，将弹簧布置成使得，在正常操作期间，当关闭襟翼时，弹簧由襟翼执行器的电动机张紧。只要将操作电压施加到电动机上，就能够将反力提供给弹簧。如果操作电压失效或者落到特定值以下，则弹簧力较大，并且使襟翼打开。这当停止汽车发动机时也特别适用。这意味着，当切断车辆时，襟翼使用应急功能自动地打开，并且使发动机舱通风。这允许汽车发动机冷却。如果汽车发动机在长时间停顿之后再次启动，则它必须首先达到其操作温度(冷启动)。直到已达到这个温度，发动机和特别是催化转换器不会最佳地操作，使得在这个时段期间，有增加的燃料消耗，并因而有增加的有害废气排放。为了降低冷启动的消极影响，一种想法是，或多或少地紧密地密封发动机舱，并且只允许经散热器护栅襟翼的受控供气。这里的一个优点是，发动机当在静止时不会冷却得很多，并因而当再次启动时较快地到达其操作温度。特别是在寒冷气候中，这可导致效率的显著提高，因为消除了极冷启动。然而，同时，重要的是，当切断汽车发动机时，作为应急功能的一部分，不打开冷却襟翼，直到现在情况一直是这样。然而，应急打开功能对于其它应急情形应该保持。然而，在温暖地区或依据最终用户要求，可能有用的是，使冷却襟翼至少部分地打开。在全部情况下，也可能期望的是，根据静止时间或根据诸如环境温度、发动机温度或风力之类的参数而调整冷却襟翼，并且在必要的场合在静止时间期间重新调整它们。这种依据外部情况的应急功能在技术上复杂，并且在已知机械应急打开装置中实施昂
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贝o因而有意义的是，也使用电动机实现应急打开功能。然而，为此目的，需要分离电源，如果常规操作电压失效，则可从该分离电源向电动机供电，以便将襟翼运动到预定应急位置。由WO 2007/134471A1，已知一种在本国工程领域中用于襟翼或阀的安全执行器。这种执行器为230VAC、110VAC、24VAC/DC或72VDC的供给电压而设计。安全执行器具有电容性能量存储单元，该电容性能量存储单元在正常操作期间被充电，并且在失效的情况下，从该电容性能量存储单元取得用于电动机的能量，以便运动到应急位置。电容性能量存储单元基本上在低操作电压下操作，使得将能量存储单元充电的高输入电压必须降低。相反，在失效的情况下，能量存储单元的低电压必须增大到电动机的操作电压。这在这里使用电压转换器而实现，该电压转换器具有两种操作模式，其中，可能在升压和降压调节器之间切换，调节器实施成切换调节器。然而，对此，要求的电路比较复杂，并因而昂贵。
发明内容
本发明的目的因而是提供一种用在机动车辆中的襟翼执行器，该襟翼执行器比在现有技术中已知的解决方案简单和便宜。
这个目的已经根据本发明由一种执行器实现，该执行器具有在权利要求I中概述的特性。由于低操作电压，可能的是，使用简单恒流源给能量存储单元充电。然后只需要升压转换器，以便在失效的情况下，将能量存储单元的低充电电压转换成较高操作电压。恒流源比在现有技术中的可逆降压转换器简单和便宜得多。然而，恒流源的确使额外能量被消耗。本发明的优选实施例具有监视能量存储单元的充电状态的装置、和将恒流源接通或断开的开关，其中，恒流源仅接通它使能量存储单元充分地充电一样长的时间。由于能量存储单元的充电时间一般非常短，所以在充电期间由恒流源造成的能量损失是可忽略的。能量存储单元优选地具有至少一个电容器，该至少一个电容器特别地具有高电容。因而如果将电容器设计为双层电容器，则是有益的。
下面参照包括的附图更详细地描述本发明。附图表示图I是根据本发明的襟翼执行器的第一实施例的方块图，图2是根据本发明的襟翼执行器的另外实施例的电路图，及图3是本发明的另外实施例的方块图，该实施例具有分离电机控制器和存储控制器。
具体实施例方式图I表不电动执行器I的方块图。执行器I用来操作在机动车辆的散热器护栅中的通风襟翼(未示出)，这些通风襟翼使用电动机2被运动。当然清楚的是，执行器也可以用于其它用途，如用来控制阀或其它执行器或调节器。所示的襟翼执行器I具有操作电压输入3，该操作电压输入3连接到车辆的电气系统上。输入电压VB因而位于6VDC与16VDC之间。在电压输入3处，布置保护二极管4，该保护二极管4起反向极性保护的作用，并且防止电流流回到车辆电气系统中。作为替代，P沟道MOSFET也可以用来实现这种反向极性保护。执行器I具有电动机2，该电动机2由控制电路5控制。控制电路5可以具有例如微控制器和功率开关，以切换电动机的操作电压。这些种类的控制电路5是熟知的，并且依据使用的电动机2出现在各种设计中。因而不提供其准确功能的更详细描述。在正常操作期间，操作电压VB出现在输入3处，该输入3用来操作电机控制5和电动机2。执行器I的应急功能确保，电动机2在操作电压VB失效的情况下运动到预定应急位置。为了这个目的，需要应急电源，该应急电源至少允许要求的运动发生。为了这个目的，根据本发明的襟翼执行器I具有电容性能量存储单元6。能量存储 单元6优选地设计成电容器，该电容器具有高电容，特别地为双层电容器。这些双层电容器在大约2. 5V的低充电电压VL下操作。在正常操作期间，即当操作电压VB是可得到的时，电容器由于在操作电压VB与电容器6的充电电压VL之间的电压差被充电,不可能将能量存储单元6直接连接到操作电压VB上。执行器I因而具有恒流源8，该恒流源8可经开关7接通，并且该恒流源8从操作电压VB供电。能量存储单元6现在连接到这个恒流源8上，并且由它充电。此外，执行器I具有监视能量存储单元6的充电状态的装置20。由于恒流源8具有较低效率，所以能量存储单元6 —充满，恒流源8就经开关7切断。为了识别应急情况，执行器I具有监视输入电压VB的装置22。输入电压VB —中断或落到最小电压以下，就激活应急程序，如果要求这样的话。电动机2然后从能量存储单元6供电，以便运动到预定应急位置。然而，如果执行器接收到适当信号，优选地经LIN总线27 (也见图3)接收到，则执行器就不能执行应急程序。例如，当切断在机动车辆中的发动机时，这种情形可能发生，使得尽管切断电压源VB，但不激活应急程序。然后可接近执行器的停留位置。在输入电压VB已经切断之后很长，可接近或改变这个停留位置。例如，可测量在汽车发动机和/或周围处的温度或温度分布，并且相应地可重新调整散热器护栅的襟翼的位置。由于电容器6的充电电压VL太低而不能直接驱动电动机2，所以执行器具有升压转换器9。这将低电容器电压VL转换到操作电压VB。升压转换器9在应急程序中由控制命令23激活。作为升压转换器，电感器10 —侧连接到能量存储单元6，并且另一侧连接到开关11和二极管18，该开关11接地，该二极管18接操作电压VB，其中，使用转换器模块12可激活开关U，并且开关11由另外的二极管21桥接。转换器模块12具有其自己的监视操作电压的装置24，作为反馈。使用这种反馈，转换器模块12激活开关11，使得精确地调节升压转换器9的输出电压。电子应急功能的优点在于如下事实不需要对于磨损敏感的复杂机械。而且，也可使应急位置取决于环境参数。使用简单程序，例如可能的是确保，在非常低的温度下，不打开散热器护栅的空气襟翼，并且相反在温暖环境下，将它们打开。与用于例子中描述的空气襟翼的用途一道，这样的可变应急位置对于大量用途是可能的，这些用途使用根据本发明的执行器比较容易地实现。
监视操作电压的装置22、监视充电状态的装置20、用于恒定电流源8的控制19以及升压转换器9的致动装置23在例子中集成在电机控制5中，因为这些功能使用其中可得到的微控制器容易实现。当然清楚的是，提到的功能中的一个或多个也可以分离地实现。执行器I的更准确实施例表示在图2中。在操作电压输入3处，电容器13另外布置成EMC滤波器，该EMC滤波器防止高频干扰进给到车辆电气系统中。在例子中，恒流源8使用双极型晶体管14实现，该双极型晶体管14的基极经分压器借助于控制线19控制，该分压器包括电阻器15和齐纳二极管16。另外的开关因而不再是必要的，因为晶体管14可经控制线19由电机控制5切换。然而，恒流源8的其它实施例也是可能的。作为在这个实施例中的升压转换器，电感器10 —侧连接到能量存储单元6，并且另一侧连接到MOSFET开关17和二极管18，该MOSFET开关17接地，该二极管18接操作电压VB，其中，MOSFET开关17可由脉冲宽度发生器25控制。脉冲宽度发生器25也具有电压反馈24，作为MOSFET开关17的控制变量。 在正常操作中，使用恒流源8给能量存储单元6充电。另外，能量存储单元6的充电状态的监视经线20实现。能量存储单元6 —充满，恒流源8就经控制线19切断。由于能量存储单元6的充电时间非常短，并且例如仅持续几秒，所以通过恒流源8失去的整体能
量非常小。此外，在正常操作中，监视操作电压VB。为此目的，电机控制具有监视操作电压的装置22。如果操作电压VB失效，则EMC电容器13在短时间内为电机控制输送足够能量，以经控制线23激活升压转换器9，并因而开始从能量存储单元6供电。这个应急电压一施加到电机控制5上，电机2就使用这个电压运动到预定应急位置。如果操作电压VB在某一时间以后再次是可得到的，则电机控制5在正常操作期间再次开始将能量存储单元6充电。图3表示本发明的替代实施例，其中，提供两个分离控制电机控制5'和存储控制26。在这个实施例中，电机控制5'只用来控制电机2。使用存储控制26，实现用来监视操作电压22、能量存储单元6的充电电压20及电压转换器28的控制23的所有其它功能。在方块图中表示的电压转换器28包含例如根据图I或2的恒流源和电压转换器。这种分离具有如下优点可使用具有例如集成电机控制5'的电动机2。但是这不必包含存储控制的任何功能。尽管如此，需要在电机控制5'与存储控制26之间的通信连接。电机控制5'可由存储控制26发出例如关于操作电压VB的失效的警报，使得可接近例如电动机2的应急或停留位置。如在对于图I的描述中已经提到的那样，当不激活应急程序时，通信连接也可以用来启动到停留位置的运动和停留位置的变化。优选地使用LIN总线27实现通信连接，该LIN总线27在机动车辆中已经是可得到的。特别是对于其它用途，使用直接连接或另一总线连接也可以实现通信连接。这种直接连接例如可以传输数字信号，如I/O信号或PWM信号。独立于特定实施例的本发明的另外优点是可补偿在车辆电气系统中的曲柄脉冲。这些曲柄脉冲是在电气系统中的简短电压降,其中电压落到大约5V。这些种类的曲柄脉冲，在停止和起动内燃机的同时，发生在例如车辆中，这些车辆具有用于内燃机的起动-停止功能，并且这些曲柄脉冲一般持续小于一秒。根据本发明的电动执行器自动地补偿这样的曲柄脉冲，因为当电压VB降低时，电动机2仍然短暂地从能量存储单元6供电。曲柄脉冲只持续很短时间，使得在能量存储单元6中存储的能量一定足以桥接这样一种曲柄脉冲。由于电机2和因而以及关联的电机控制，连续地被供给电压，所以没有丢失操作参数，特别是校准数据，使得始终保持功能能力。因而没有必要的是，在每次电压降之后，比如在内燃机的起动或停止过程之后，重新校准执行器。附图标记清单I 电动执行器2 电动机3 操作电压输入 4 保护二极管5,5/电机控制6 能量存储单元7 开关8 恒流源9 升压转换器10 电感器11 开关12 转换器模块13 EMC 电容器14 双极型晶体管15 电阻器16 齐纳二极管17 MOSFET 开关18 二极管19 控制线恒流源20 充电状态监视装置21 二极管22 操作电压监视装置23 升压转换器的控制24 升压转换器电压监视装置25 脉冲宽度发生器26 存储控制27 LIN 总线28 电压转换器VB 操作电压VL 充电电压
权利要求
1.一种具有应急功能的电动执行器，具有电动机(2)，具有操作电压输入(3)，具有能量存储单元(6 )和控制电路(5 )，其中，能量存储单元(6 )在正常操作期间由操作电压(VB)充电，并且在操作电压(VB)失效的情况下，电动机(2)由能量存储单元(6)供电以运动到应急位置，其特征在于能量存储单元(6)的充电电压(VL)比操作电压(VB)低，执行器(I)具有恒流源(8 )和升压转换器(9 )，该恒流源(8 )用于使用操作电压(VB )对能量存储单元(6 )充电，该升压转换器(9)用于将能量存储单元(6)的充电电压(VL)转换成操作电压(VB)。
2.根据权利要求I所述的电动执行器，其特征在于所述电动执行器用于操作在机动车辆的散热器护栅中用于控制到发动机舱的空气供给的襟翼。
3.根据权利要求I或2所述的电动执行器，其特征在于能量存储单元(6)具有至少一个电容器。
4.根据权利要求I至3之一所述的电动执行器，其特征在于执行器具有监视能量存储单元(6)的充电状态的装置(20)、和接通和断开恒流源(8)的开关(7)，其中，恒流源(8)仅接通它使能量存储单元(6)充满电一样长的时间。
5.根据权利要求I至4之一所述的电动执行器，其特征在于作为升压转换器(9)，电感器(10)—侧连接到能量存储单元(6)，并且另一侧连接到开关(11)和二极管(18)，该开关(11)接地，该二极管(18)接操作电压(VB)，其中，使用转换器模块(12)可控制开关(11)，并且开关(11)由另一二极管(21)桥接。
6.根据权利要求I至4之一所述的电动执行器，其特征在于作为升压转换器(9)，电感器(10) —侧连接到能量存储单元(6)，并且另一侧连接到MOSFET开关(17)和二极管(18)，该MOSFET开关(17)接地，该二极管(18)接操作电压(VB)，其中，MOSFET开关(17)可由脉冲宽度发生器(25)控制。
7.根据权利要求I至6之一所述的电动执行器，其特征在于控制电路(5)具有监视能量存储单元的操作电压(VB)和充电电压(VL)的装置(20、22)、和控制恒流源(8)和升压转换器(9)的装置(19、23)。
8.根据权利要求I至6之一所述的电动执行器，其特征在于执行器(I)具有电机控制(5')并且具有存储控制(26)，该电机控制(5')控制电机，并且电机控制(5')和存储控制(26 )具有通信连接，经该通信连接，可交换控制信号。
9.根据权利要求8所述的电动执行器，其特征在于执行器(I)具有监视操作电压(VB)的装置(22)。
10.根据权利要求8或9所述的电动执行器，其特征在于执行器(I)具有监视能量存储单元(6)的充电电压(VL)的装置(20)。
11.根据权利要求8至10之一所述的电动执行器，其特征在于执行器(I)具有控制电压转换器(28 )的装置(23 )，该电压转换器(28 )用于向能量存储单元(6 )供电。
12.根据权利要求8至11之一所述的电动执行器，其特征在于使用LIN总线(27)实现通信连接。
全文摘要
本发明涉及用于具有应急功能的机动车辆的襟翼执行器。电路描述了一种电动执行器(1)，该电动执行器(1)用于操作在机动车辆的散热器护栅中用于控制吸入发动机舱中的空气的襟翼。执行器具有用于操作襟翼的电动机(2)。应急功能确保，在操作电压(VB)中断时，使电动机(2)运动到应急位置。为此，执行器(1)具有能量存储单元(6)。在正常操作期间，使用恒流源(8)对能量存储单元(6)充电。在失效的情况下，电动机(2)和其控制电路(5)从能量存储单元(6)经升压转换器(9)供电。
文档编号B60R16/033GK102826058SQ20121020196
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者G·施密德, M·温克尔 申请人:美蓓亚株式会社