CN102204051A - 用于在电闭合系统中通过防夹功能激活监控的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在电闭合系统中激活防夹功能的方法，其中防夹功能被构造，用于如果识别出闭合部分（2）的运动通过被夹住的对象妨碍，则在运动方向上中断闭合部分的运动；具有以下步骤：提供电动机（6）的电动机参量（I_mot）的相继检测的值，所述电动机引起闭合部分的运动，其中电动机参量（I_mot）说明由电动机（6）所提供的传动力矩的说明；从电动机参量（I_mot）的相继检测的值中确定梯度特性曲线，其中借助于推导方法确定梯度特性曲线，所述推导方法根据值的检测顺序预先规定电动机参量（I_mot）的各个相继检测的值的加权；根据所确定的梯度特性曲线确定用于激活防夹功能的时刻。

Description

用于在电闭合系统中通过防夹功能激活监控的方法和装置

技术领域

本发明涉及电闭合系统并且尤其是电车窗玻璃升降器或车辆顶板用的防夹功能。

背景技术

在电闭合系统、例如机动车中的电车窗玻璃升降器或顶板系统的情况下，闭合部分、例如在车辆中窗玻璃或可移动的车辆顶板可以以电的方式被打开或闭合，其中使用电动机用于移动闭合部分。闭合部分的闭合过程自动地借助于所谓防夹功能被监控。在此，在由电动机经由窗施加于对象的夹力位于确定的数值之上之前，在所移动的闭合部分和固定元件（例如窗框）之间的对象的夹住必须被识别。防夹功能在美国通过法律上的规定FMVSS 118（S5）和在欧洲通过74/60/EWG（5.8.3）来规定，其中定义具有最大100 N的夹力。

电车窗玻璃升降器和顶板系统一般通过操作元件来操作。通过操作操作元件驱动电动机，其中根据电动机的旋转方向打开或闭合窗或顶板。为了实现防夹功能，通常在相应的控制单元中分析直流电机的电流和/或转速，这允许成本低地实现该功能。

从印刷品EP 0 865 137 A1中已知一种用于在至少一个电动机移动的部分中控制闭合装置的闭合过程的方法，其中防夹功能在起动阶段根据至少一个电动机特征参量的与闭合路径有关的特性曲线在达到闭合路径有关的激活值时被激活。

从印刷品EP 1 168 559 A1中已知，在自动车窗玻璃升降器中根据转速的特性曲线识别妨碍对象并且根据防夹功能触发，使得对对象的力被限制。

在电动机起动时遵守法律上的要求是要求高的，因为电动机特征参量（例如电动机转速和电动机电流）根据传动间隙（Antriebsspiel）、在闭合系统的寿命上的摩擦变化或根据闭合部分的位置可能显著地变化。但是，在电动机起动时反应速度起决定性作用。此外需要，在驱动闭合机械装置的电动机起动时传动间隙对防夹功能的激活时刻无影响。

原则上，在电车窗玻璃升降器的情况下要求，在操作操作元件之后尽可能快地激活防夹功能，使得尽可能在无危险延迟的情况下可以识别夹住。由于电动机特征参量的尤其在电动机起动中出现的显著变化，与操作用于激活车窗玻璃升降器的操作元件同时地激活防夹功能是不可能的，因为错误识别不能被排除。

因此本发明的任务是，提供一种用于在驱动闭合系统的电动机起动时通过防夹功能激活监控的方法和装置，其中在启动闭合系统之后尽可能快地激活防夹功能并且其中能够避免夹住情况的尽可能有错误的识别。

发明内容

该任务通过根据权利要求1的用于激活防夹功能的监控的方法以及通过根据并列权利要求的装置来解决。

在从属权利要求中说明本发明的其他有利扩展方案。

根据第一方面，设置一种用于在电闭合系统中激活防夹功能的方法，其中防夹功能被构造，用于如果识别出闭合部分的运动通过被夹住的对象妨碍，则在运动方向上中断闭合部分的运动。该方法包括以下步骤：

-提供电动机的电动机参量的相继检测的值，所述电动机引起闭合部分的运动，其中电动机参量说明由电动机提供的传动力矩的说明；

-从电动机参量的相继检测的值中确定梯度特性曲线，其中梯度特性曲线借助于推导方法来确定，所述推导方法根据值的检测顺序预先规定电动机参量的各个相继检测的值的加权；

-根据所确定的梯度特性曲线确定用于激活防夹功能的时刻。

上述方法的思想在于，观察电动机参量、例如电动机电流或电动机转速，并且根据推导方法确定梯度特性曲线。根据梯度特性曲线，在启动闭合系统之后激活防夹功能。推导方法规定，对梯度的特性曲线加权，使得电动机电流的进一步在过去的、也即较旧的梯度值比较当前的梯度值更低地被加权。因为防夹功能的激活依赖于电动机参量的梯度特性曲线，所以基于容差、干扰或其他影响或基于传动间隙可以对噪声如此过滤用于确定局部最大值的梯度的类似波动，使得在分析梯度特性曲线时延迟被减小，如这例如在简单的低通滤波时情况如此。

此外可以根据确定的梯度特性曲线的局部最大值的探测确定用于激活防夹功能的时刻。

在梯度特性曲线的梯度值采用负值并且在正方向上实现梯度特性曲线的过零之后，可以确定用于激活防夹功能的时刻。

根据一种实施形式，可以根据电动机的机械功率和电功率之比来实施用于激活防夹功能的时刻。由此为识别在电动机起动时的传动间隙在不考虑最后的定向运动的情况下以机械方式和电方式观察和分析总功率平衡。

此外可以执行用于根据传递函数H(z)=K x [z-1/z-λ]确定梯度特性曲线的推导方法。

根据另一方面，规定一种用于在电闭合系统中激活防夹功能的装置。防夹功能被构造，用于如果识别出闭合部分的运动通过被夹住的对象妨碍，则在运动方向上中断闭合部分的运动。该装置包括：

-检测单元，用于提供电动机的电动机参量的相继检测的值，所述电动机引起闭合部分的运动，其中电动机参量说明由电动机提供的传动力矩的说明；

-控制单元，用于从电动机参量的相继检测的值中确定梯度特性曲线，其中梯度特性曲线借助于推导方法来确定，所述推导方法根据值的检测顺序预先规定电动机参量的各个相继检测的值的加权；和用于根据所确定的梯度特性曲线确定用于激活防夹功能的时刻。

根据另一方面，设置具有上述装置和电动机的电动机系统。

根据另一方面，设置具有上述电动机系统和闭合机械装置的闭合系统、尤其是车窗玻璃升降器系统，其中通过所述闭合机械装置可移动闭合部分。

根据另一方面，设置一种计算机程序，其在数据处理单元上被实施时实施上述方法。

附图说明

下面根据附图进一步阐述本发明的优选实施形式。

图1示出例如用于机动车的自动车窗玻璃升降器系统的示意图；

图2示出用于阐明在控制单元中所实施的用于激活防夹功能的方法的流程图；

图3示出在有传动间隙的情况下在电动机起动时电动机电流、和所述电动机电流的利用参数λ所确定的梯度的特性曲线；

图4示出用于阐明在有传动间隙的情况下在电动机起动时电动机电流、控制状态、电动机电流梯度、电功率和机械功率的特性曲线的时间图；

图5示出用于阐明在无传动间隙的情况下在电动机起动时电动机电流、控制状态、电动机电流梯度、电功率和机械功率的特性曲线的时间图。

具体实施方式

在图1中示范性地示意地示出车窗玻璃升降器系统1，其中窗玻璃2被设置为闭合部分，所述窗玻璃2可以被移动到窗框3，并且窗由此可以被打开和闭合。为此，窗玻璃2可以借助于闭合机械装置5处理（verfahren），使得窗玻璃2的边缘4向窗框3移去或者从该窗框3离开，以便闭合或打开窗。

闭合机械装置5由电动机6驱动，其中如果相应的操作装置8（例如开关、诸如压力开关）由用户操作用以操作车窗玻璃升降器，则供应电压直接被提供或由控制单元7提供给所述电动机6。控制单元7实现用于在确定的旋转方向上驱动电动机6的所有必要功能，使得可以将窗玻璃2在窗框3的方向上移动用以闭合窗。

为了探测电动机的状态，设置电流传感器9作为检测单元，所述电流传感器将关于通过电动机的电流的说明传送给控制单元7。

代替于车窗玻璃升降器系统1可以考虑每个其他闭合系统，其中可如此处理可移动的闭合部分，使得可能出现夹住对象。

在图2中示出用于实现车窗玻璃升降器系统1的功能的流程图。尤其示出，在操作操作元件8之后电动机6起动和当在起动阶段期间防夹功能的无意触发的风险减小之后激活防夹功能。

在步骤S1中询问，操作元件8是否被操作。在不操作操作元件8的情况下，在控制设备7中不发生进一步的功能（替代方案：否）。如果操作元件8被操作（替代方案：是），则如在图3中（上面的特征线）所示，由电流传感器9在电动机6处所测量的电动机电流I_mot陡峭上升，因为需要高转矩用于克服静摩擦和用于提供起动力矩。接着，电动机电流I_mot下降，而且下降依赖于在电动机6与闭合机械装置3之间的耦合是否具有间隙的数值。如果在窗玻璃2和电动机6之间存在耦合，则开动窗玻璃，这通过上升的电动机电流I_mot可看出，其中如果窗玻璃2以恒定升降速度移动，则所述电动机电流起振到确定的值。

作为电动机参量，借助于电流传感器9检测电动机电流I_mot。电流传感器9例如可以具有分支（Shunt）。经由分支下降的电压与流动的电动机电流I_mot成比例并且可以借助于可以设置在控制单元7中的微控制器被转换成数字信号，使得电动机电流I_mot作为电动机参量以数字信号的形式可供控制单元7使用。数字化电动机电流I_mot可以被分析，并且例如电动机转速可以从电流值特性曲线来推导。

控制单元7实现防夹功能，其中如果所述防夹功能被激活，则所述防夹功能监控诸如电动机电流I_mot、电动机电流梯度SG等等的电动机参数，并且如果通过检查所输送的电动机参量识别出夹住物品或身体部分，则触发电动机6的切断或换向。对防夹功能的触发下面将不进行进一步探讨。

本发明主要涉及在电动机6起动时防夹功能的激活的情况，因为在那里由于传动间隙、摩擦变化等可能要求要施加的电动机起动力矩的巨大波动。通过观察直接依赖于要施加的传动力矩的电动机电流I_mot通过防夹功能可靠地识别夹住在该阶段期间不被保证。尽管如此应该在克服可变的起动阶段之后尽可能快地激活防夹功能，使得不能出现对位于窗玻璃2和窗框之间的对象或身体部分的不允许的危害。

根据梯度特性曲线识别用于激活防夹功能的时刻，其中观察电动机电流梯度SG的变化。在此根据电流梯度特性曲线SG的所达到的局部最大值和最小值进行关于防夹功能激活的决定。代替于用于确定电动机电流梯度SG的电动机电流特性曲线的传统推导，借助于以下传递函数构成电动机电流梯度SG：

。

传递函数对应于离散电动机电流值的Z变换。利用参数λ确定电动机电流I_mot的时间推导的反应速度。于是反变换到时间层面的值H(z)对应于SG。

在图3中（下面的特征线），示出在电动机起动时具有λ为0.9的利用传递函数建模的电动机电流梯度特性曲线SG。参数λ用作加权因子，利用所述加权因子，对于针对电动机电流梯度特性曲线在过去了较长时间的、也即较旧的梯度值SG比较当前的梯度值更少地被加权。因此λ确定时间推导的反应速度。

在图3中在电动机电流梯度SG的特性曲线中识别出，在电动机电流梯度特性曲线SG中可以比在电动机电流I_mot的特性曲线中更快地识别电动机电流I_mot的电流变化。

在控制单元7中实施状态机，其中在激活防夹功能之前，所述状态机在操作操作元件8之后在步骤S1中询问多个电动机状态Z。

在步骤S2中询问，是否利用上述传递函数（在确定的第一梯度参数λ₁时所确定的当前电流梯度大于0，以便如此识别电动机6的起动。只要电流梯度大于0，则存在第一状态Z1。如果电动机电流梯度大于0（替代方案：是），则在步骤S3中等待，直至电动机电流梯度特性曲线现在具有过零（Nulldurchgang）并且因此变负。如果情况并不如此（替代方案：否），则一直保持第一电动机状态Z1，直至电动机电流梯度变负（替代方案：是）。

在通过过零触发的到电动机状态Z2的状态过渡之后，使用新的参数λ₂。如果利用确定的第二梯度参数λ₂所确定的当前电流梯度是负的，这对应于第二电动机状态Z2，则在下一步骤S4中询问，机械电动机功率与电动率之比是怎样的并且根据所得出的值跳到步骤S5或者跳到步骤S7，其对应于第四电动机状态Z4。

电动机的功率平衡如下：

其中U对应于供应电压，I对应于电动机6的耗用电流，R对应于电枢绕组的欧姆电阻，K对应于电动机常数，和Ω对应于电动机转速。乘积U·I对应于所耗用的总功率，其可以通过在控制单元7（未示出）中的相应测量来进行。乘积I²·R描述电枢绕组的电损耗功率，其在电动机6的热生成中可被看出。乘积K·I·Ω是机械功率，其由诸如摩擦、空气阻力等机械损耗功率和可得到的机械有用功率组成。

步骤S4的询问确定，机械功率P_mech和电功率P_el之比、也即

是否大于确定的阈值。可能的阈值可以处于2和4之间、优选2.5和3.5之间、尤其3。

如果该比小于确定的阈值（替代方案：否），则不存在传动间隙并且采取第四电动机状态Z4并且跳到步骤S7。如果该比大于确定的阈值（替代方案：是），则传动间隙被识别并且跳到步骤S5。在步骤S5中询问，在正方向上是否存在另一过零。如果另一过零被探测，则过渡到第三电动机状态Z3。在第三电动机状态Z3中，利用第三梯度参数λ₃计算电动机电流梯度。借助于第三梯度参数λ₃因此确定电动机电流梯度的最大值（步骤S7），并且一旦电动机电流梯度的最大值被确定（替代方案：是），就过渡到第四电动机状态S4或者跳到步骤S7，其方式是防夹功能被激活。

梯度参数λ₁、λ₂和λ₃可以不同并且根据经验根据车窗玻璃升降器系统1被确定。优选地，λ的参数处于0.9和1之间、优选地0.95和0.96之间。

在图4和5中示出在有传动间隙的情况下电动机起动时或在无传动间隙的情况下电动机起动时在考虑在λ=0.9时以上所表示的传递函数的情况下电动机电流梯度、作为信号Z的电平的电动机状态、电功率和机械功率的时间特性曲线。例如如果窗玻璃2的最后运动方向指向下，并且现在又应该向上移动窗玻璃2以便使其闭合，则电动机起动具有传动间隙。

在无传动间隙的情况下电动机起动时，电动机的起动例如可以是，其最后运动方向指向下并且其操纵的运动方向同样向上。阶梯状信号表示电动机状态。一旦正电流梯度借助于电流梯度被识别，则状态信号Z切换到状态1。一旦电流梯度采用负值，则电动机状态的状态信号切换到电动机状态Z2。在正方向上利用第三梯度参数λ₃所确定的当前电流梯度的下一过零时采用第三电动机状态Z3，因为在电动机电流梯度从负值到正值的过零之后机械功率与电功率之比大于预先给定的阈值，例如在本情况下大于3。现在研究电动机电流梯度特性曲线的下一局部最大值，其中在明确识别局部最大值之后采取第四电动机状态Z4，其中防夹功能被激活。

在图5中示出，电动机电流梯度在电动机状态Z2下在负值时由于缺少传动间隙而缓慢地接近值零并且在达到值零时在第二电动机状态Z2下检查，机械功率与电功率之比是否超过阈值。如果该阈值未被超过，如这在缺少传动间隙时情况如此，则在控制单元7中所实现的状态机直接从第二电动机状态Z2过渡到第四电动机状态Z4，在所述第四电动机状态下输入保护功能被激活。

Claims (9)

1.用于在电闭合系统中激活防夹功能的方法，其中防夹功能被构造，用于如果识别出闭合部分（2）的运动通过被夹住的对象妨碍，则在运动方向上中断闭合部分的运动；具有以下步骤：

- 提供电动机（6）的电动机参量（I_mot）的相继检测的值，所述电动机引起闭合部分的运动，其中电动机参量（I_mot）说明由电动机（6）提供的传动力矩的说明；

- 从电动机参量（I_mot）的相继检测的值中确定梯度特性曲线，其中梯度特性曲线借助于推导方法来确定，所述推导方法根据值的检测顺序预先规定电动机参量（I_mot）的各个相继检测的值的加权；

- 根据所确定的梯度特性曲线确定用于激活防夹功能的时刻。

2.根据权利要求1所述的方法，其中根据确定的梯度特性曲线的局部最大值的探测确定用于激活防夹功能的时刻。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在梯度特性曲线（SG）的梯度值（SG）采用负值并且在正方向上实现梯度特性曲线（SG）的过零之后，确定用于激活防夹功能的时刻。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中根据电动机（6）的机械功率（P_mech）和电功率（P_el）之比来实施用于激活防夹功能的时刻。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中根据传递函数H(z)=Kx[z-1/z-λ]来执行用于确定梯度特性曲线的推导方法。

6.用于在电闭合系统中激活防夹功能的装置，其中防夹功能被构造，用于如果识别出闭合部分（2）的运动通过被夹住的对象妨碍，则在运动方向上中断闭合部分（2）的运动；包括：

- 检测单元（9），用于提供电动机（6）的电动机参量（I_mot）的相继检测的值，所述电动机引起闭合部分（2）的运动，其中电动机参量（I_mot）说明由电动机（6）提供的传动力矩的说明；

- 控制单元（7），用于从电动机参量（I_mot）的相继检测的值中确定梯度特性曲线，其中梯度特性曲线借助于推导方法来确定，所述推导方法根据值的检测顺序预先规定电动机参量（I_mot）的各个相继检测的值的加权，和用于根据所确定的梯度特性曲线确定用于激活防夹功能的时刻。

7.电动机系统，具有根据权利要求6所述的装置和电动机（6）。

8.闭合系统、尤其车窗玻璃升降器系统，具有根据权利要求7所述的电动机系统和具有闭合机械装置（5），其中通过所述闭合机械装置（5）可移动闭合部分。

9.计算机程序，其在数据处理单元上被实施时实施根据权利要求1至5之一所述的方法。

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