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WO2005071812A1 - Verfahren zur auswertung von drehzahl- und drehlageinformationen eines dc-motors - Google Patents

Verfahren zur auswertung von drehzahl- und drehlageinformationen eines dc-motors Download PDF

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WO2005071812A1
WO2005071812A1 PCT/EP2005/050227 EP2005050227W WO2005071812A1 WO 2005071812 A1 WO2005071812 A1 WO 2005071812A1 EP 2005050227 W EP2005050227 W EP 2005050227W WO 2005071812 A1 WO2005071812 A1 WO 2005071812A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electric drive
stage
actuating force
closing
force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2005/050227
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Lux
Holger Pruessel
Thomas Fischer
Stephan Binhack
Ralf-Peter Bergmann
Axel Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2005071812A1 publication Critical patent/WO2005071812A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/085—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load
    • H02H7/0851—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load for motors actuating a movable member between two end positions, e.g. detecting an end position or obstruction by overload signal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J7/00—Non-fixed roofs; Roofs with movable panels, e.g. rotary sunroofs
    • B60J7/02—Non-fixed roofs; Roofs with movable panels, e.g. rotary sunroofs of sliding type, e.g. comprising guide shoes
    • B60J7/04—Non-fixed roofs; Roofs with movable panels, e.g. rotary sunroofs of sliding type, e.g. comprising guide shoes with rigid plate-like element or elements, e.g. open roofs with harmonica-type folding rigid panels
    • B60J7/057—Driving or actuating arrangements e.g. manually operated levers or knobs
    • B60J7/0573—Driving or actuating arrangements e.g. manually operated levers or knobs power driven arrangements, e.g. electrical
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H7/085—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load
    • H02H7/0854—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load responsive to rate of change of current, couple or speed, e.g. anti-kickback protection

Definitions

  • Electric drives are increasingly being used in automotive engineering today, for example to move vehicle seats, window panes or sunroofs, whether closed sunroofs or glass sunroofs.
  • DC motors are used to drive such movable vehicle components, the speed and load condition of which must be recorded in order to be able to control the electric drive in a suitable manner.
  • load states are in fault-free operation, for example, reaching end positions of the drive and, in the case of faulty operation, increased friction due to wear or environmental influences or an obstacle introduced into the drive, such as a user's limbs.
  • Such load conditions must be recognized reliably to protect both the user and the electric drive.
  • a monitoring method of an adjustment system which also guarantees a restraint protection function in the start-up phase of the electric drive.
  • the speed or speed is detected by means of a sensor in the form of a Hall sensor, a period value is stored and compared with a predetermined limit value. Since the engine period changes greatly in the start-up phase, it only becomes steady after about three engine periods, ie, the engine runs smoothly, so that a satisfactory level of security against excessive power delivery is only then guaranteed. Therefore, the initial period limit during the motor start-up phase is changed from the due to the stored reference values previous actuation of the engine.
  • the initial period limit value (PGW) * is preferably based on the last period value (PWvn) of the previous adjustment according to the formula:
  • DE 199 08 658 AI relates to a locking device for moving a locking body, such as a window pane or a roof panel in a motor vehicle.
  • a sensor detects a closing force acting on the closing body, which is monitored by a control circuit and this closing device is reversed when a limit value of the force is exceeded.
  • An evaluation unit integrated in the control circuit varies the limit value depending on a force measured at an earlier point in time.
  • This locking device implements reliable, sensitive pinch protection for a stationary operating state of the drive motor, but it does not enable pinching protection in the start-up phase of the motor, since in this area the measured shear force cannot yet be reliably compared with previous measured values.
  • compliance with the clamping force limit when the electric drive starts is increasingly required.
  • a method for opening and closing an opening has become known from DE 102 24 050 AI.
  • An adjusting motor, a control unit and an operating device are provided, an obstacle which is located in the adjusting path of the moving part being detected when the moving part is closed.
  • a signal is passed on to the control unit in order to stop or reverse the movement of the movable part, wherein when the operating device is actuated to close the opening, the movable part is first moved against the closing direction and then the moving part in the closing direction.
  • the detection of an operating status or a change in an operating status in a system in which at least one analog signal indicating the operating status is present can be carried out as shown below:
  • the analog signal or a signal dependent thereon is sampled and a sampling signal is generated from it.
  • a transformation signal representing a spectral distribution is generated, which is subsequently compared with a least a reference signal representing a spectral distribution.
  • the reference signal was generated from an analog reference signal representing an operating state to be detected.
  • the reference signal can be a transfoimation signal generated on the basis of previous samples.
  • the transformation signal representing a spectral distribution and the reference signal can be discrete Fourier transformed (FFT) signals.
  • a device for detecting the operating state or for detecting the changes in the operating state of a system in which at least one analog signal indicating the operating state is present comprises a sampling device for sampling the analog signal and for providing the sampling signal. Furthermore, a transformation unit is provided to which the scanning signal is fed and which generates a transformation signal from a number N of scanning values of the scanning signal. The device further comprises a comparator arrangement to which the transformation signal is fed and which compares the transformed signal with at least one reference transformation signal representing a spectral distribution and the comparator arrangement provides a status signal]
  • Hall sensors HIC
  • a magnet or a magnetic ring One or more Hall sensors positioned close to the magnet or magnetic ring react to the generated field and thus provide information about the position, direction of rotation and speed of rotation of the electric drive.
  • rotary encoders are used which are arranged on the motor axis or an output component and which return the relative or absolute position of the electric drive.
  • a current ripple is generated by the electrical commutation, which can be detected via a measuring resistor. The evaluation of the current ripple allows conclusions to be drawn about the relative angle of rotation.
  • a method for speed detection in DC motors which enables an evaluation of the current consumption of the electric drive.
  • the fact that current changes are generated by a groove passing a brush of the electric drive is used for this purpose.
  • the current ripple generated is evaluated in the time domain.
  • a discrete signal which indicates the occurrence of a groove, is generated in a circuit or by an algorithm by means of discrete or arithmetic filters.
  • the current fluctuations are relatively weak, so that they can be transformed into the frequency range using a transformation, such as a Fast Fourier Transformation (FFT).
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the periodically recurring current fluctuations due to the passage of the grooves along the brushes can be shown in the form of a spectral line.
  • the position of this spectral line on the frequency axis is directly related to the speed of the electric drive.
  • the supply and induced motor voltage can be superimposed. This overlay is read back and evaluated using a Fast Fourier Transformation (FFT).
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the speed and direction of rotation of the DC motor can be deduced from the characteristic frequencies.
  • the electric drive is usually controlled by mechanical switches, such as relays or semiconductor switches (field effect transistors). It is controlled by a control logic, which uses the information obtained from the FFT for different requirements. stanchions used. In this way, the absolute position of an actuator on the engine output can be determined. Furthermore, fluctuations in speed can be compensated for and a pinch protection can be implemented.
  • Figure 1 is a block diagram of an evaluation circuit for rotational position and speed detection of an electric drive
  • Figure 2 is a representation of the relays' or FFT's with which the electric drive can be controlled.
  • FIG. 1 shows a block circuit diagram which shows the components of an evaluation circuit for evaluating the speed or the rotational position of an electric drive, such as a direct current motor (DC motor).
  • DC motor direct current motor
  • FIG. 1 shows an electric drive 1 from which two brushes 2, 3 positioned opposite one another in this case can be seen.
  • the electric drive 1 is controlled via a power unit 4.
  • the power section 4 in turn is controlled via a control logic 7.
  • the voltage U_, U 2 which prevail in the lines 5, 6 running from the power section 4 to the motor brushes 2, 3, are tapped and fed to an FFT stage 8 on the input side.
  • the detected voltages Ui, U 2 in the lines 5, 6 to the motor brushes 2, 3 are converted in the FFT stage 8 into a first frequency spectrum and a second frequency spectrum.
  • the first and second frequency spectra obtained are fed to an evaluation logic 11.
  • the input side of the FFT stage 8 is designated by reference number 9.
  • the evaluation logic 11 is followed by a closing force limiting stage 13 and a component 154 for detecting a position of the electric drive 1.
  • the closing force limiting stage 13 becomes a dn / dt signal, ie. a speed change signal 12 supplied, while the component 15 (position detection stage) a direction of rotation signal 14 is supplied
  • the closing force calculated in the shear force limitation stage 13 or the position of the electric drive 1 calculated in the position detection stage 15 is input to the control logic 7 for the power unit 4, i.e.
  • the power section 4 controlling the electric drive 1 is controlled, by means of which the voltages prevailing in the first line 5 and in the second line 6 can be influenced
  • the closing force limiting signal 17 (SKB signal) obtained in the shear force limiting stage 13 is applied to the input side 16 of the control logic 7.
  • the control logic 7 transmits this signal to the power unit 4, so that the maximum permissible closing force is known there as the operating parameter of the electric drive 1.
  • the dynamic information of the electric drive 1 is evaluated by an algorithm implemented in the leveling force limitation stage 13.
  • a tripping force limitation parameter dn / ds is formed.
  • additional feeding functions can be taken into account, taking into account a rough road distance, taking into account hard blows on pane surfaces and signs of aging in order to influence the triggering parameter dn / ds for the limitation of the force of the force.
  • the closing force limitation can then be adapted adaptively so that signs of aging can be taken into account and a closing force that takes into account better environmental conditions and aging parameters that are required to trigger a shutdown of the electric drive 1 via the power unit 4 are available there in every operating position.
  • the triggering parameter for the limitation of the tensile force is determined within the evaluation logic 11.
  • Position-dependent disturbance variables are filtered with the aid of an adaptive measured value adaptation, further filtering can be carried out using an additional filter to take into account a poor road distance; this allows the respective driving situation of the vehicle to be taken into account.
  • the limit value formation within the evaluation logic is determined as a function of the battery voltage Ubat and the kinetic energy of the electric drive 1. Thus, its dynamic behavior is also taken into account.
  • both the path and the time can be specified in such a way that the electric drive 1 has reached its stationary operating state in the direction of compression. Regardless of the measurement parameter used (amount and ripple of the motor current, speed n, frequency or torque), this ensures that the anti-trap function is guaranteed from the start position of the closing process, regardless of the evaluation method used. If the electric grinder 1 is controlled by means of pulse width modulation, it can first be driven with low power in the direction of compression and later, in a subsequent operating phase, with maximum power in the direction of compression.
  • Pinching situations can also occur which do not occur when opening or closing an opening, but also when adjusting a part relative to another part or person, e.g. b. with seat control in the vehicle.
  • Both the front passengers when adjusting the seats or seat parts against the steering wheel or the roof of the vehicle, as well as the rear passengers between the rear seat and the front seat part moved backwards can be pinched.
  • the electric drive 1 is controlled by means of a control logic 7. If an encroachment is detected when an absolute or relative limit value is exceeded or undershot, the control logic 7 sends a signal to the electric drive 1. Since the measured values change very strongly in the motor start-up phase, there is no reliable clamping force limitation in this operating phase According to the proposed method, however, the moving part has already reached the stationary operating state at the starting point of the closing process, so that a comparison of the measured values with an absolute or relative limit value of the anti-interference function is already possible.
  • the opening to be sealed can be divided into different opening areas, so that an anti-trap area can be defined. If the moving part is outside this area when a closing process is started, the electric drive is actuated immediately in the closing direction.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Power-Operated Mechanisms For Wings (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Öffnen und Schliessen einer Öffnung mit­tels eines motorisch angetriebenen - insbesondere an einem Fahrzeug angeordneten - be­-weglichen Teiles, mit einem elektrischen Antrieb (1), einer Steuereinheit (4, 7) und einer Bedienvorrichtung, wobei beim Öffnen und/oder Schließen des beweglichen Teils ein Hin­dernis erkannt wird, welches sich im Verstellweg des beweglichen Teiles befindet und ein Signal an die Steuereinheit (4, 7) weitergeleitet wird, um die Bewegung des beweglichen Teils zu stoppen oder zu reversieren, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Messung einer die Stellkraft des elektrischen Antriebes (1) repräsentierenden Grösse dieser innerhalb einer FFT-Stufe (8) einer Fast Fourier Transformation mit einer von einer Spannungsquelle (22) gelieferten Versorgungsspannung U0 unterzogen wird, deren Resultat in einer Auswer­telogik (11) ausgewertet und aus dem in einer Schliesskraftbegrenzungsstufe (13) die Schliesskraft des elektrischen Antriebes (1) ermittelt wird.

Description

Vcrfahren zur Auswertung von Drehzahl- und Drehlagcinformationcn eines DC- Motors
Technisches Gebiet
Im Automobilbau werden heute in zunehmender Zahl elektrische Antriebe eingesetzt, um zum Beispiel die Fahrzeugsitze, Fensterscheiben oder Schiebedächer, seien es geschlossene Schiebedächer, seien es gläserne Schiebedächer, zu bewegen. Zum Antrieb derartig bewegbarer Fahrzeugkomponenten werden Gleichstrommotoren eingesetzt, deren Drehzahl und Lastzustand es zu erfassen gilt, um den elektrischen Antrieb in geeigneter Weise ansteuern zu können. So ist es erforderlich, unterschiedliche Lastzustände der als Gleichstrommotoren ausbildbaren elektrischen Stellmotoren zu erfassen, um die Antriebe und die Benutzer gegebenenfalls durch Abschalten des Motors zu schützen. Derartige Lastzustände sind im störungsfreien Betrieb beispielsweise das Erreichen von Endpositionen des Antriebs und bei störungsbehaftetem Betrieb eine erhöhte Reibung durch Verschleiß oder, Umweltenflüsse oder ein in den Antrieb eingebrachtes Hindernis, wie zum Beispiel Gliedmaßen eines Benut- zers. Derartige Lastzustände müssen zum Schutz sowohl des Benutzers und des elektrischen Antriebes sicher erkannt weiden.
Stand der Technik
Aus DE 195 14257 Cl ist ein Überwachungsverfahren eines Verstellsystems bekannt, welches auch in der Anlaufphase des elektrischen Antriebes einer EinMemmschutzfiinktion gewährleistet. Dabei wird mittels eines Sensors in Gestalt eines Hall-Sensors die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit erfasst, ein Periodenwert abgespeichert und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Da sich in der Anlauφhase die Motorperiode stark verändert, Hegt erst nach etwa drei Motorperioden ein eingeschwungener Zustand, d. h. ein gleichmäßiger Motorlauf vor, so dass auch erst dann eine zufriedenstellende Sicherheit gegenüber einer übermäßigen Kraftentfaltung gewährleistet ist. Deshalb wird der anfangliche Periodengrenzwert während der Motoranlaufbhase aufgrund der gespeicherten Bezugswerte von der vorhergehenden Betätigung des Motors vorausberechnet. Der anfangliche Periodengrenzwert (PGW)* wird dabei vorzugsweise auf der Basis des letzten Periodenwertes (PWvn) der vorangegangenen Verstellung gemäß der Formel:
PGW* = 2 • PWvn • ( 0,5 + E" )
bestimmt. Dieses Verfahren ist recht komplex und aufwändig und ist vom vorangegangenen Verstellvorgang abhängig. Voraussetzung für ein solches Verfahren ist, dass die Messwerte (Periodenwerte) kontinuierlich abgespeichert und für den nächsten Motorstart zur Verfügung gestellt werden können. Außerdem ist dieses Verfahren beschränkt auf die Verwendung der Drehzahl bzw. der Geschwindigkeit als Sensorsignal für die Eiti emmschutzf hk- tion.
DE 199 08 658 AI bezieht sich auf eine Schließvorrichtung zum Verschieben eines Schließkörpers, wie etwa einer Fensterscheibe oder einer Dachplatte im Kraftfahrzeug. Ein Sensor erfasst eine auf den Schließkörper wirkende Schließkraft, die von einer Steuerschaltung überwacht und beim Übersteigen eines Grenzwertes der Kraft diese Schließvorrichtung reversiert wird. Eine in die Steuerschaltung integrierte Auswerteeinheit variiert den Grenzwert in Abhängigkeit von einer zu einem früheren Zeitpunkt gemessenen Kraft. Diese Schließ- vorrichtung realisiert einen zuverlässigen, empfindlichen Emklemmschutz für einen stationären Betriebszustand des Antriebsmotors, jedoch ermöglicht sie keinen Einklemmschutz in der Anlaufphase des Motors, da in diesem Bereich die gemessene Schheßkraft noch nicht zuverlässig mit vorhergehenden Messwerten verglichen werden kann. Es wird jedoch in zunehmendem Maße auch eine Einhaltung der Schließkraftbegrenzung bei Anlauf des elektrischen Antriebs gefordert.
Aus DE 102 24 050 AI ist ein Verfahren zum Öffnen und Schließen einer Öffnung bekannt geworden. Es sind ein VerStellmotor, eine Steuereinheit und eine Bedienvorrichtung vorge- sehen, wobei beim Schließen des beweglichen Teiles ein Hindernis erkannt wird, welches sich im Verstellweg des beweglichen Teiles befindet. Es wird ein Signal an die Steuereinheit weitergeleitet, um die Bewegung des beweglichen Teils zu stoppen oder zu reversieren, wobei beim Betätigen der Bedienvorrichtung zum Schließen der Öffnung das bewegliche Teil zuerst entgegen der Schließrichtung und anschließend das bewegliche Teil in Schließ- richtung bewegt wird.
Die Erfassung eines Betriebszusta des oder einer Änderung eines Betriebszustandes in einem System, in dem mindestens ein auf den Betriebszustand hinweisendes analoges Signal vorhanden ist, kann wie nachfolgend dargestellt erfolgen: Das analoge Signal oder ein von diesem abhängiges Signal wird abgetastet und daraus ein Abtastsignal generiert. Aus einer Anzahl von Signalwerten des abgetasteten Signals wird ein eine spektrale Verteilung repräsentierendes Transfoπnationssignal erzeugt, welches nachfolgend mit einem wenigsten eine spektrale Verteilung repräsentierenden Referenzsignal verglichen wird. Das Referenzsignal wurde aus einem einen zu erfassenden Betriebszustand repräsentierenden analogen Referenzsignal erzeugt. Das Referenzsignal kann ein anhand vorheriger Abtastwerte erzeugtes Transfoimationssignal sein. Bei dem eine spektrale Verteilung repräsentierenden Transformationssignal und dem Referenzsignal kann es sich um diskrete Fouriertransformierte (FFT) Signale handeln.
Eine Vorrichtung zur Erfassung des Betriebszustandes oder zur Erfassung der Änderungen des Betriebszustandes eines Systems, in dem mindestens ein auf den Betriebszustand hinweisendes analoges Signal vorhanden ist, umfasst eine Abtasteinrichtung zum Abtasten des analogen Signales und zum Bereitstellen des Abtastsignals. Ferner ist eine Transformationseinheit vorgesehen, der das Abtastsignal zugef hrt wird und die ein Transformationssignal aus einer Anzahl N von Abtastwerten des Abtastsignals generiert. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Vergleicher-Anordnung, der das Transformationssignal zugeführt wird und welche das transformierte Signal mit mindestens einem eine spektrale Verteilung reprä- sentierenden Referenz-Transformationssignal vergleicht und die Vergleicher-Anordnung ein Zustandssignal bereitstellt]
Derzeit werden, an Versteilantrieben, die im Automobilbereich eingesetzt werdenjjolgende Verfahren zur Erfassung von Position und Dynamik des Stellantriebes eingesetzt: Es kom- men Hall-Sensoren (HIC) zum Einsatz, die an den Antrieben, so zum Beispiel im Bereich der Motorachse oder am Abtrieb, einem Magneten oder einem Magnetring zugeordnet werden. Ein oder mehrere nahe am Magneten oder Magnetring positionierte Hall-Sensoren reagieren auf das erzeugte Feld und geben so Aufschluss über Position, Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des elektrischen Antriebes. Ferner werden Drehgeber eingesetzt, die auf der Motorachse oder einer Abtriebskomponente angeordnet sind und die die relative oder absolute Lage des elektrischen Antriebes zurückgeben. Bei elektrischen Antrieben mit Bürsten wird durch die elektrische Kommutierung ein Stromripple erzeugt, welches über einen Messwiderstand erfasst werden kann. Die Auswertung des Stromripples erlaubt Rückschlüsse auf den relativen Drehwinkel.
Daneben besteht die Möglichkeit, die Nuten eines elektrischen Antriebes über die jeweilige Stromaufhahme zu identifizieren. Passiert eine Nut eine Bürste des elektrischen Antriebes, wird durch einen internen Kurzschluss ein erhöhter Strom erfasst, welcher durch geeignete Maßnahmen ausgewertet werden kann.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Drehzahlerfassung bei Gleichstrommotoren (DC- Motoren) vorgeschlagen, welches eine Auswertung der Stromaufhahme des elektrischen Antriebs ermöglicht. Dazu wird die Tatsache ausgenutzt, dass Stromänderungen dadurch erzeugt werden, dass eine Nut eine Bürste des elektrischen Antriebs passiert. Die Auswer- tung des erzeugten Stromripples erfolgt im Zeitbereich. Durch diskrete oder rechnerische Filter wird in einer Schaltung oder durch einen Algorithmus ein diskretes Signal erzeugt, welches das Auftreten einer Nut anzeigt. Die Stromschwankungen sind jedoch relativ schwach ausgeprägt, so dass diese mittels einer Transformation, wie zum Beispiel einer Fast Fourier Transformation (FFT) in den Frequenzbereich transformiert werden können. Die periodisch wiederkehrenden Stromschwankungen aufgrund der Passage der Nuten entlang der Bürsten, können in Form einer Spektrallinie dargestellt werden. Die Position dieser Spektrallinie auf der Frequenzachse steht in direktem Zusammenhang zur Drehzahl des e- lektrischen Antriebes. Durch dieses Auswertungsverfahren lässt sich die durchschnittliche Drehzahl aus den letzten Periodendauern des Signales gewinnen.
Die Auswertung eines über eine FFT-Transformation enthaltenen Frequenzspektrums der Motorspannung bietet gegenüber dem Einsatz bekannter Methoden, wie zum Beispiel Erlassung durch Hall-Sensoren oder Drehgeber oder Auswertung eines Ripplecounts, mehrere Vereinfachungen und daraus resultierende Kostenvorteile. Es ist keine Sensorik erforder- lieh, die relativ zum elektrischen Motor oder einer diesem zugeordneten Abtriebskomponente zugeordnet werden muss. Dadurch ergeben sich deutliche Vereinfachungen hinsichtlich der Konstruktion. Da sich weiterhin die Auswerteelektronik nicht notwendigerweise in unmittelbarer Nähe des Antriebs befinden muss, sind sowohl zentrale als auch dezentrale Aus- legungsmöglichkeiten gegeben. Auch die nachträgliche Erweiterung von Standardmotoren ist möglich.
Es kann eine Überlagerung von Versorgungs- und induzierter Motorspannung vorgenommen werden. Diese Überlagerung wird zurückgelesen und mittels einer Fast Fourier Transformation (FFT) ausgewertet. Anhand der charakteristischen Frequenzen kann auf die Ge- schwindigkeit und Drehrichtung des DC-Motors geschlossen werden. Der elektrische Antrieb wird in der Regel von mechanischen Schaltern, wie zum Beispiel Relais oder Halblei- terschaltern (Feldeffekttransistoren) angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt durch eine Steue- rungslogik, welche die aus der FFT gewonnenen Informationen für verschiedene Anforde- rungen verwendet. So lässt sich die absolute Position eines Stellers am Motorabtrieb bestimmen. Ferner kann ein Ausgleich von Drehzahlschwankungen vorgenommen werden und daraus ein Einklemmschutz realisiert werden.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender erläutert:
Es zeigt:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer Auswerteschaltung zur Drehlage- und Drehzahlerfässung eines elektrischen Antriebes und
Figur 2 eine Darstellung der Relais' oder FFT's, mit welchen der elektrische Antrieb angesteuert werden kann.
Ausführungsvarianten
Figur 1 ist ein Blockschaltbild entnehmbar, welches die Komponenten einer Auswerteschal- tung zur Auswertung der Drehzahl beziehungsweise der Drehlage eines elektrischen Antriebes, wie eines Gleichstrommotors (DC-Motor) darstellt.
Dem in Figur 1 dargestellten Blockschaltbild ist ein elektrischer Antrieb 1 entnehmbar, dem zwei in diesem Falle einander gegenüberliegend positionierte Bürsten 2, 3 entnehmbar sind. Der elektrische Antrieb 1 wird über ein Leistungsteil 4 gesteuert. Das Leistungsteil 4 seinerseits wird über eine Steuerlogik 7 angesteuert. Die Spannung U_, U2, welche in den vom Leistungsteil 4 zu den Motorbürsten 2, 3 verlaufenden Leitungen 5, 6 herrschen, werden abgegriffen und eingangsseitig einer FFT-Stufe 8 zugeführt. Die erfassten Spannungen Ui, U2 in den Leitungen 5, 6 zu den Motorbürsten 2, 3 werden in der FFT-Stufe 8 in ein erstes Frequenzspektrum sowie ein zweites Frequenzspektrum umgewandelt. Am Ausgang 10 der FFT-Stufe 8 werden die erhaltenen ersten und zweiten Frequenzspektren einer Auswer- tungslogik 11 zugeführt. Die Eingangsseite der FFT-Stufe 8 ist mit Bezugszeichen 9 bezeichnet.
Der Auswertelogik 11 sind eine Schließkraftbegrenzungsstufe 13 sowie eine Komponente 154 zur Erfassung einer Position des elektrischen Antriebes 1 nachgeschaltet. Der Schließkraftbegrenzungsstufe 13 wird ein dn/dt-Signal, dh. ein Drehzahländerungssignal 12 zugeführt, während der Komponente 15 (Positionserfassungsstufe) ein Drehrichtungssignal 14 zugeführt wird
Die in der SchHeßkraftbegrenzungs-Stufe 13 berechnete Schließkraft beziehungsweise die in der Positionserfassungsstufe 15 berechnete Position des elektrischen Antriebes 1 wird der Steuerlogik 7 für das Leistungsteil 4 eingangsseitig aufgegeben, d.h. an der Eingangsseite 16 der Steuerlogik 7 liegt ein ScMießkraftbegrenzungs-Stufensignal 17 an sowie ein Positionssignal 18, welches die aktuelle Drehlage des elektrischen Antriebes 1 repräsentiert. Aufgrund dieser der Steuerlogik 7 bekannten Betriebsparameter des elektrischen Antriebes 1 wird das den elektrischen Antrieb 1 steuernde Leistungsteil 4 angesteuert, über welches die in der ersten Leitung 5 beziehungsweise in der zweiten Leitung 6 herrschenden Spannungen beeinflussbar sind
Das in der SchHeßkraftbegrenzungs-Stufe 13 gewonnene Schließkraftbegrenzungs- Signal 17 (SKB-Signal) wird der Eingangsseite 16 der Steuerlogik 7 aufgeschaltet. Die Steuerlogik 7 übermittelt dieses Signal an das Leistungsteil 4, so dass die maximal zulässige Schließkraft dort als Betriebsparameter des elektrischen Antriebs 1 bekannt ist. Durch einen in der ScUießkraftbegrenzungs-Stufe 13 implementierten Algorithmus werden die dynamischen Informationen des elektrischen Antriebes 1 ausgewertet.
Aus dem Eingangsparameter dn/dt und der Position wird ein SchHeßkraftbegrenzungs- Auslöseparameter dn/ds gebildet. In dem implementierten Algorithmus können zusätzHche Füterfunktionen hinsicMich der Berücksichtigung einer Schlechtwegstrecke, zur Berücksichtigung harter Schläge auf Scheibenflächen sowie Alterungserscheinungen berücksichtigt werden, um den Auslöseparameter dn/ds f r die SchHeßkrafibegrenzung zu beeinflussen.
Danach lässt sich die Schließkraftbegrenzung adaptiv anpassen, so dass Alterungserscheinungen berücksichtigt werden können und eine jeweils bessere Umgebungsbedingungen sowie Alterungsparameter berücksichtigende Schließkraft, die zur Auslösung einer Abschal- tung des elektrischen Antriebs 1 über das Leistungsteil 4 erforderlich sind, dort in jeder Betriebsposition zur Verfügung stehen.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass in den Leitungen 5, 6 die Spannung, welche an den Motorbürsten 2, 3 des elektrischen Antriebes 1 anliegt, abgegriffen wird Die Spannungen Ui, U2 werden einer Spannungsmessung Höchststufe 19 zugeführt. Die induzierte Versorgungsspannung sowie die induzierte Motorspannung werden zurückgelesen und in einer FFT-Stufe 8 ausgewertet. Das Auswerteergebnis wird der Auswertelogik 11 zugeführt, welche Schalter 20 bzw. 21, die entweder als Relais oder als Feldeffekttransisto- ren ausgebildet sein können aufgegeben wird. Die Schalter 20 bzw. 21 Hegen einerseits an der Versorgungsspannungsquelle 22 und andererseits an Masse 23 an.
Innerhalb der Auswertelogik 11 erfolgt zunächst die Ermittlung des Auslöseparameters für die SchHeßkraftegrenzung. Positionsabhängige Störgrößen werden mit Hilfe einer adaptiven Messwertanpassung gefiltert, eine weitere Filterung Kann mittels eines Zusatzfilters zur Berücksichtigung einer Schlechtwegstrecke vorgenommen werden; dadurch kann der jeweiligen Fahrsituation des Fahrzeugs Rechnung getragen werden. Die Grenzwertbildung innerhalb der Auswertelogik wird in Abhängigkeit von der Batteriespannung Ubat und der kinetischen Energie des elektrischen Antriebs 1 ermittelt. Somit ist dessen dynamisches Verhalten ebenfaüs berücksichtigt.
Beim vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sowohl der Weg als auch die Zeit derart vorgeben, dass der elektrische Antrieb 1 in SchHeßrichtung seinen stationären Betriebszustand erreicht hat. Dadurch wird unabhängig vom verwendeten Messparameter (Betrag und Welligkeit des Motorstroms, Drehzahl n, Frequenz oder Drehmoment) erreicht, dass die Einklemmschutzfonktion unabhängig von der verwendeten Auswertemethode, ab der Startposition des Schließvorgangs gewährleistet ist. Wird der elektrische Anreib 1 mittels Pulsweitenmodulation angesteuert, kann dieser zunächst mit geringer Leistung in SchHeßrichtung und später, in einer nachfolgenden Betriebsphase mit maximaler Leistung in SchHeßrichtung angetrieben werden.
Es können auch Einklemmsituationen auftreten, die sich nicht beim Öffnen oder Schließen einer Öffnung ereignen, sondern auch beim Verstellen eines Teils relativ zu einem anderen Teil oder einer Person, z. b. bei einer SitzversteUung im Fahrzeug.
Dabei können sowohl die vorderen Passagiere bei der Verstellung der Sitze oder von Sitzteilen gegen das Lenkrad oder das Fahrzugdach, als auch die hinteren Passiere zwischen der Rückbank und dem rückwärts bewegten vorderen Sitzteil eingeklemmt werden.
Der elektrische Antrieb 1 wird mittels einer Steuerlogik 7 angesteuert. Wird durch das Ü- ber- oder Unterschreiten eines absoluten oder relativen Grenzwertes ein EinWemmfall erkannt, gibt die Steuerlogik 7 ein Signal an den elektrischen Antrieb 1. Da in der Motoranlaufphase sich die messwerte sehr stark ändern, ist in dieser Betriebsphase keine zuverlässi- ge Schließkraftbegrenzung gemäß des vorgeschlagenen Verfahrens jedoch, hat das bewegte Teil am Startpunkt der Schließvorgangs schon den stationären Betriebszustand ereicht, so dass hier schon ein Vergleich der messwerte mit einem absoluten oder relativen Grenzwert der EinWemmschutzfiinktion mögHch ist. Die zu verschHeßende Öffnung lässt sich in verschiedene Öffhungsbereiche unterteilen, so dass sich ein Einklemmschutzbereich definieren lässt. Befindet sich das bewegte Teil beim Start eines Schließvorgangs außerhalb dieses Bereiches, so wird der elektrische Antreibl sofort in Schließrichtung betätigt.
Es ist auch denkbar, den elektrischen Antrieb 1 zunächst so anzusteuern, dass dieser sich für eine vorgebbare Zeitspanne in Öffiiungsrichtung bewegt, bevor ein Reversieren der Bewegung des die Öffnung verschließenden Teiles erfolgt. Erst nach Ablauf dieser Zeitspanne wird das bewegte Teil zum Schließen der Öffnung in SchHeßrichtung angetrieben, auf diese Weise kann auch beim Motoranlauf ein bereits eingeklemmtes Objekt freigegeben werden und die gesetzHchen Anforderungen lassen sich problemlos erfüllen.
BezugszeichenHste
elektrischer Antrieb erste Motorbürste zweite Motorbürste
Leistungsteil erste Zuleitung zweite Zuleitung
Steuerlogik für Leistungsteil
FFT-Stufe
Eingangsseite
Ausgangsseϊte (Frequenzspektren)
Auswertelogik dn/dt-Signal
SchHeßkraftbegrenzungs-Stufe
Drehrichtungssignal
Positionserfassungsstufe
Eingangsseite Steuerlogik
Schließkraftbegrenzungs-Signal (SKB-Signal)
Positionssignal
Spannungsmessungsstufe erster Schalter zweiter Schalter
Versorgungsspannungsquelle
Masse

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Öffnen und Schließen einer Öflhung mittels eines motorisch angetriebenen - insbesondere an einem Fahrzeug angeordneten - bewegHchen Teiles, mit einem elektrischen Antrieb (1), einer Steuereinheit (4, 7) und einer Bedienvorrichtung, wobei beim Öffnen und/oder Schließen des bewegHchen Teils ein Hindernis erkannt wird, welches sich im VersteUweg des bewegHchen Teiles befindet und ein Signal an die Steuereinheit (4, 7) weitergeleitet wird, um die Bewegung des bewegHchen Teils zu stoppen oder zu reversieren, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Messung einer die Stellkraft des elektrischen Antriebes (1) repräsentierenden Größe diese innerhalb einer FFT-Stufe (8) einer Fast Fourier Transformation mit einer von einer Spannungs- queHe (22) gelieferten Versorgungsspannung U0 unterzogen wird, deren Resultat in einer Auswertelogik (11) ausgewertet und aus dem in einer SchHeßkraftbegrenzungsstufe (13) die SchHeßkraft des elektrischen Antriebes (1) ermittelt wird
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des Resultates der FFT-Stufe (8) in einer Auswertelogik (11) hinsichtlich der Drehrichtung, der Position und dynamischer Information des elektrischen Antriebes (1) vorgenommen wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehlage des elektrischen Antriebes (1) durch Inkrementieren oder Dekrementieren der Motorumdrehungen aus einer definierten Nulllage des elektrischen Antriebes (1) erhalten winL
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der SchHeßkraftbegrenzungsstufe (13) die ermittelte, die Stellkraft des elektrischen Antriebes repräsentierende Größe mit einem Grenzwert verglichen wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten der die Stellkraft des elektrischen Antriebes (1) repräsentierenden Größe des Grenzwertes der elektrische Antrieb (1) reversiert wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten der die Stellkraft repräsentierenden Größe des elektrischen Antriebes (1) des Grenzwertes der elektrische Antrieb (1) gestoppt wird.
7. Verfehren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Stellkraft des e- lektrischen Antriebes (1) repräsentierende Größe innerhalb der Schließkraftbegrenzungsstufe (13) auf immiert und mit einem Grenzwert vergHchen wird.
8. Verfehren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Stellkraft repräsentierende Größe die Drehzahländerung dn / dt des elektrischen Antriebes (1) ist.
9. Verfehren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der SchHeßkraftbegren- zungsstufe (13) aus der die Stellkraft repräsentierenden Größe dn / dt ein Auslösepa- rameter dn/ds gebildet wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseparameter dn / ds in der Schließkraftbegrenzungsstufe (13) unter Berücksichtigung äußerer Einflüsse wie einer Schlechtwegstrecke oder der mechanischen Belastung des bewegHchen Teiles ermittelt wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseparameter dn / ds in der Schließkraftbegrenzungsstufe (13) unter Berücksichtigung von Alterungserscheinungen ermittelt wird.
12. Verfehren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Spannungen Ui, U2 in Zuleitungen (5, 6) zum elektrischen Antriebes (1) mittels einer Spannungsmessstufe (19) gemessen werden, in der die Spannung einer SpannungsversorgungsqueUe (22) und die induzierte Motorspannung überlagert werden.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die überlagerte Versorgungsspannung Uo und die induzierten Motorspannungen Ui, U2 zurückgelesen werden und mittels einer Fast Fourier Transformation in der FFT-Stufe (8) ausgewertet werden.
14. Verfehren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb (1) von als Relais ausgebildeten mechanischen Schaltern (20) oder Halbleiterschaltern (21) angesteuert wird.
15. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Stellkraft repräsentierende Größe eine zur Verstellkraft des bewegHchen Teiles inverse Größe ist.
16. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Stellkraft repräsentierende Größe des elektrischen Antriebes (1) dessen Drehzahl n ist.
17. Verfehren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Stellkraft des e- lektrischen Antriebes (1) repräsentierende Größe eine zur Stellkraft des bewegHchen Teiles proportionaler Größe, insbesondere der Motorstrom des elektrischen Antriebes (1) ist.
18. Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Öffnung mittels eines motorisch angetrie- benen - insbesondere an einem Fahrzeug angeordneten - bewegHchen Teils, mit einem elektrischen Antrieb (1), einer Steuereinheit (4, 7) und einer Bedienvorrichtung, wobei beim Öffnen und/oder SchHeßen des bewegHchen Teiles ein Hindernis erkannt wird, welches sich im Verstellweg des bewegHchen Teiles befindet und ein Signal an die Steuereinheit (4, 7) weitergeleitet wird, um die Bewegung des beweglichen Teils zu stoppen oder zu reversieren, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine FFT-Stufe (8), die gemessene Stellkraft des elektrischen Antriebes (1) repräsentierende Größen einer FFT-Transformation mit einer von einer SpannungsqueUe (22) geHeferten Versorgungsspannung U0 unterzieht und eine Auswertelogik (11) und eine Schließkraftbegrenzungsstufe (13) die SchHeßkraft des elektrischen Antriebes (1) ermitteln.
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