CN104736973B - 用于确定马达驱动的致动部件的位置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于确定马达驱动的致动部件尤其是车窗、滑顶、行李箱盖、滑动门或座椅的位置（x）的方法和装置，其中，确定当前位置（μ_new），并且，为了确定所述当前位置（μ_new），结合最后有效位置（μ_old）考虑为此目的新确定的位置（μ_meas），其中，将所述当前位置（μ_new）选择在这两个位置（μ_meas、μ_old）之间，并且更接近不确定性（σ²）比较低的那个位置。

Description

用于确定马达驱动的致动部件的位置的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定马达驱动的致动部件尤其是车窗、天窗、后盖、活顶系统、滑动门或座椅的位置的方法，其中，通过测量该位置来确定当前位置校正值，本发明还涉及一种用于使用位置跟踪器（计数器）和位置测量单元来执行该方法的装置。

背景技术

尤其是在机动车辆中的诸如车窗升降器、天窗或滑动门之类的关闭部件的情况下，必须确定马达驱动的致动部件的位置，以便使关闭部件停在预定义的位置上，并且以便能够满足防夹保护方面的法规要求。总的来说，可以在多种多样的致动部件（诸如例如甚至在座椅中，还有在百叶窗或遮阳板的情况下）中使用位置确定过程，例如以便能够设置先前确定的位置或存储的位置。

这类位置确定方法可以分成两种类别：

（1）一方面，有一些计数方法在所有给定的外围条件下始终都能精确地检测位置。这种方法通常是通过附接到马达轴的磁轮结合两个霍尔传感器执行的。这两个霍尔传感器准许确定马达的旋转并检测旋转方向。

（2）另一方面，有些位置确定方法或位置跟踪方法虽然能够确定位置，但是在某些外界环境下，无法以系统内在的方式避免位置确定过程中的细微误差。这类方法包含1霍尔位置计数器，并且尤其包含不使用传感器的方法，这些方法例如是根据DC马达的整流器电流的电流纹波（stromwelligkeit）来推断位置。这些位置确定过程经受误差，因而必须对位置进行有规律的校正。校正是通过测量位置用的设备执行的，诸如例如初始化过程。

EP 2 102 725 B1中说明了一种准许通过位置的相对变化来跟踪当前位置的方法。在该文献中，在初始绝对位置确定的基础上（例如在用机械方式限定的初始化过程中），根据所有位置变化的总和来确定当前位置。由于位置的每次变化都经受不确定性，所以根据位置变化计算出来的绝对位置的不确定性会随着位置变化的次数而增加。因此，必须通过绝对位置确定过程进行有规律的重新初始化，以便使位置的不确定性保持在可接受的限度内。

DE 10 2007 050 173 B3说明了一种用于通过位置测量来校正马达驱动的致动部件的位置的方法，位置测量是通过力/行程参考曲线与力/行程实际曲线之间的相关函数而执行的。在这个背景下，检测这两条曲线之间的对应性，作为这些曲线之间的位置校正值的函数，并且假设致动部件的当前位置在使用以这种方式确定的校正值校正后的位置。然而，并未考虑到来自诸如（例如）已经存在的校正值之类的其他来源的位置信息，或者最多将其用作使相关搜索初始化的工具。因此，还会盖写掉可能更精确的位置信息，即，不确定性值低于根据相关函数确定的信息的那些信息，并且因此会丢失这个信息。

发明内容

在这个背景下，本发明的目的是提供一种方法和装置，这种方法和装置在绝对位置确定的范围内准许再利用由早先的绝对和/或相对位置确定获得的信息，结果是（例如）任何位置信息都不会被新确定的位置信息盖写掉，（然而）在某些环境下，新确定的位置信息相对不太精确。

根据开头指出的类型的本发明的方法实现了如下目的：为了确定当前位置，考虑两个输入变量，具体来说是（1）位置跟踪（计数），其经受误差；和（2）位置测量，其经受误差，其中，将新确定的位置选择在这两个位置之间，并且更接近不确定性值相对较低的那个位置。

因此，根据本发明的装置设有求平均值单元，该求平均值单元配置成确定当前位置，并且连接到位置测量单元和位置跟踪器，其中，该求平均值单元配置成考虑确定的位置差值和位置跟踪器确定的最后有效位置。

在本发明的方法中，因此，不是无条件地拒绝最后有效位置信息，而是该最后有效位置信息使得使用总体上与新确定的位置不同的当前位置进行位置确定。依据已存在的位置和新确定的位置的不确定性值，将当前位置选择成更接近这两个位置中不太精确的那个位置，结果是不确定性较低的那个值对于当前位置的检测的影响更大。通过本发明的装置中的求平均值单元，可以实现这些优点。

实施位置测量单元的一种可能的方式例如是检查驱动马达的力曲线图、转速曲线图或电流曲线图以寻找特征点。特征点可以是例如力的剧增，诸如例如在天窗的导风板的情况下发生的力的剧增。最根本的是，特征点总是发生在致动部件的相同位置，在导风板的情况下，该位置例如将是导风板机械接合在天窗的移动序列中的位置。在位置测量单元中对曲线图的评估识别出特征点，并且由此推断预定义的位置。实施位置测量单元的另一种尤其优选的可能的方式是使用根据DE 10 2007 050 173 B3的相关函数。这样的测量单元的优点是不依赖于绝对机械参考点。

在使用相关函数的位置测量单元中，尤其是力/行程曲线或其他特征数/行程曲线适合作为结合所述相关函数使用的特征曲线，其中，特征数有利地与力相关，例如电流/行程曲线或转速/行程曲线。然而，原则上，所有与行程相关并且具有非周期性曲线图的特征曲线都适合于这个用途。相应地，特征曲线检测单元有利地连接到位置跟踪器，并且配置成记录力/行程曲线或其他特征数/行程曲线，例如电流/行程曲线或转速/行程曲线，其中，特征数与力相关。

由于由相关函数新确定的位置的不确定性可能强烈地依赖于所使用的特征曲线的曲线图，所以如果由相关函数确定不确定性值并且将这个不确定性值分配给由相同相关函数确定的位置则是有利的。为此目的，如果根据本发明的装置的相关单元配置成确定一个不确定性值则是有利的，该不确定性值被提供以便与位置差值一起传递到求平均值单元。其他概率（诸如假设是常数的不确定性值或由其他参数估计的不确定性值）实际上可能更容易确定，但是无论如何将必须是保守估计，因为（即）其将过高估计所确定的位置的不确定性值，并且因此对位置确定造成不利影响。

除了位置值的组合之外，如果两个位置的不确定性值也组合，并且由新确定的位置和最后有效位置的不确定性值来确定当前位置的不确定性值，则是有利的。通常，这里得到的不确定性值低于两个原始的不确定性值，这反映了由位置值组合引起的信息增益。出于这个原因，如果求平均值单元配置成处理位置跟踪器提供的位置不确定性值和位置确定的不确定性值，则是有利的。

为了确定校正后的位置，优选地以相对于来自位置跟踪器的位置和来自位置测量单元的位置的不确定性值成反比的形式考虑这两个位置的每一个。这样容易确保对不确定性水平相对高的值的考虑程度低于不确定性水平相对低的值。相应地，用相应不确定性值的倒数值为考虑到的值加权。这里发生的一种特殊的情况是完全已知的值的情形（例如由于在机械地精确地限定的参考位置上重新初始化），这个值因此无法受到由测量单元确定的值的影响，因为所述值的不确定性值是零，并且因此某种程度上有无限的影响或无限的加权。

如果所使用的位置是高斯分布的平均值，并且所确定的不确定性值是这些平均值的方差，则通过使用卡尔曼滤波器，由新确定的位置和最后有效位置及其相应的不确定性值，尤其可以有利地确定当前位置及其不确定性值。在这些情况下，卡尔曼滤波器是最优的线性滤波器。有利地，求平均值单元因此设有卡尔曼滤波器。

除了通过相关函数进行绝对位置确定之外，为了还准许在从固定的已知位置启动时进行绝对位置确定，例如在从已知初始位置或静止位置的启动过程的情况下，可以在第一位置变化之前，将当前位置值及其不确定性值的每一个基本上都初始化成零。将不确定性值初始化成零对应于完全已知的位置，这在启动过程中是适当的，因为初始位置的定义就对应于零位置。

为了能在绝对位置确定之间提供致动部件的持续地更新的位置，如果位置跟踪器连接到位置存储器以便检测位置变化和执行更新，则是有利的。通过一种会（略微地）发生误差的方法来跟踪致动部件的位置，其中，在位置变化的情况下，当前位置的不确定性值会增加。例如，这可能包含纹波计数或对霍尔传感器的信号的评估。通常容易增加独立测量（诸如，实际上，纹波计数或霍尔传感器）的不确定性值，结果是虽然在多次位置变化之后可以估计当前位置，但是相关的不确定性值会随着相对位置测量次数的增加而增加。

附图说明

下面将基于尤其优选的示例性实施例进一步说明本发明，然而，不希望限于这些优选的示例性实施例，并且参照图式说明这些优选的示例性实施例，其中具体来说：

图1示出了包含根据本发明的方法的用于持续地确定致动部件的位置的方法的流程图；

图2示出了在本发明的位置确定过程中不确定性随时间的变动的示意图；以及

图3示出了用于执行根据本发明的方法的装置的示意性电路框图。

具体实施方式

图1中图解说明的方法在开始S之后开始，开始S是对位置计数或位置跟踪的初始化1。这里，参考位置和参考位置的不确定性值都初始化成零。在致动部件即将移动之前，因此已经知道了致动部件的确切位置。一旦使用致动部件，例如如果车窗升降器或天窗被启用，就发生位置变化2。为了能够在位置变化2之后估计当前位置，通过合适的方法3来跟踪位置变化2。跟踪方法3基于所记录的位置变化2来调适当前计数位置，并且同时根据所使用的方法3中将要被提供来检测变化的不确定性值来增加其不确定性值。只要未触发新的初始化，就重复位置变化2和跟踪方法3的步骤。随着位置变化2的次数增加，分配给计数位置的不确定性值相应地增加。通过所使用的跟踪方法3来确定不确定性增加的绝对值，例如该绝对值可以包含一个模糊区间，只有在记录了从已知信号模式的偏差时该模糊区间才会增加。然而，还可以在每个移动跟踪过程结束时实施恒定的增加，例如增加所限定的经验值。

在最新处，当当前参考位置的不确定性值超过可接受的最大值时，在分支4处触发重新标准化，其中，重新标准化可以用图解说明的方法以两种方式发生，随后的分支5图解说明了该方法。一个选择是趋近6特定位置，例如关闭位置。然而，也可以改为监测致动部件，并且在到达该位置时触发重新标准化。在这两种情况下，一旦到达相应的初始化位置，就执行重新初始化1。这里，不利的是，必须假设先前限定的初始化位置。在致动部件在各种不确定的位置之间持续地移动的情况下，因此很少或始终不可能执行重新初始化。另一个不利之处是，初始化过程往往会涉及到车窗升降器或天窗的机械系统中的力的大量积累，这样会对机构的使用寿命造成不利影响。

重新初始化的一个备选方案是，可以使用任何其他方法进行绝对位置测量。本发明的技术在这个背景下使用例如通过相关执行的位置确定。在第一步骤7中，评估在受控制的条件下限定的参考特征曲线K_ref与在最后移动过程中记录的当前实际特征曲线K_act之间的相关函数，并且基于相关函数确定位置的平均值和方差形式的不确定性值。相关函数基本上具有下列结构：

这些特征曲线可以是例如力/行程曲线、电流/行程曲线或转速/行程曲线，其中，也可以使用其差分。使用差分的优点是，系统误差（例如，由于磨损或环境影响）导致的特征数的任何恒定的偏移，对结果的影响较少或者没有影响。

在这里指定的形式中，函数参数j表示行程，并且参数i表示行程变化或行程校正，即，相关函数本身是行程校正或位置校正的函数。因此，测量到的位置是旧位置与由相关函数确定的校正值的总和。为了计算位置偏移，将相关函数解释为位置校正的概率密度分布，结果是针对位置的平均值μ_meas和方差σ² _meas获得与相关函数cov(i)的下列关系：

备选地，还可以通过确定相关函数的最大值来检测位置偏移。于是，测量到的位置值同样也是偏移与旧值的总和。

最后，在卡尔曼滤波过程8中，结合当前位置数据使用用这种方式获得的值。然后，基于下列等式执行对得到的校正后的位置（即，当前平均值μ_new和新的方差σ² _new）的计算：

在随后的（另一）位置变化2的情况下，使用用这种方式确定的位置，因为在跟踪方法3的范围内计算的绝对位置是基于新的平均值μ_new。

图2中的曲线图示意性地表示位置数据的不确定性的时间曲线。横轴上绘制的是时间或操作持续时间，而纵轴上绘制的是致动部件的位置。致动部件的移动用机械方式限制在最小位置x_min与最大位置x_max之间。在这两个位置之间，通过一种经受误差的方法来跟踪移动，线10、11的阶梯型曲线图表示误差，这些线10、11指定不确定性区间9。这里，线10、11对称地布置在当前位置值的下方和上方。图解说明的曲线图示出了持续的完全关闭移动，这个移动在时间t0从打开位置x_min开始，并且在时间t8延伸到关闭位置x_max。之后，致动部件再次完全打开，但是时间t13与t14之间有短暂的中断，并且致动部件先在时间t18再次达到打开位置x_min，然后在时间t19开始重新的关闭过程。

图表的两条线遵照的是阶梯型曲线图，每当出现不精确的位置跟踪引起的不确定性值时（t1、t2、t4、t5、t7、t9、t11、t12、t15、t16）或者可以减少绝对位置确定引起的不确定性值时（t3、t6、t8、t10、t13、t17、t18），阶梯型曲线图就发生跳跃。在后面的情况中的两种情况下（t8、t18），位置确定是重新初始化，结果是不确定性值设置成零。因此，在重新初始化的时间（t8、t18），致动部件处在两个用机械方式永久地确定和已知的初始化位置x_min或x_max之一中。在其他情况下（t3、t6、t10、t13、t17），改为使用本发明的方法，结果是确定了总体上不同于x_min或x_max的绝对位置，并且可以减小不确定性值。从第一启动过程（t0）与第一重新初始化（t8）之间的曲线图可以明显看出，即使未执行重新初始化，不确定性也将保持在限定的范围内，其中，绝对位置确定的执行越频繁，这个范围就保持得越窄，而这个确定就越精确。与不依据位置数据方面的现有知识的测量相比，在根据本发明的方法中，还使用绝对位置确定得到的位置数据，或者通过特征曲线将这个位置数据纳入考虑。因此，在这个背景下，总体上能够实现位置数据的相对低的不确定性值。

最后，图3示出了用于执行本发明的方法的装置的示意性电路框图。在这个高度简化的图解说明中，通过开关式DC源13来驱动电马达12，开关式DC源13的优先顺序可以改变。马达12使例如车窗、座椅或天窗移动，或者是车窗升降器或其他类似的控制设备的一部分。测量数据14从马达12或分配的传感器单元12′传递到位置跟踪单元15（简称为位置跟踪器）。传感器数据或测量数据14包含例如关于驱动电流和/或驱动电压的信息，但是还可以包含通过专门提供的诸如霍尔传感器之类的传感器获得的测量结果。位置跟踪单元15配置成根据传入的测量数据来推导或确定任何位置变化，例如与检测到相应马达电流纹波有关。除了位置存储器17中的当前有效位置之外，还由此推导出新的位置值。在这个背景下，不但确定位置变化的绝对值，而且还确定不确定性值，并且将不确定性值分配给检测到的位置变化，该不确定性值例如是因为原则上不太精确的或不太一致的测量数据导致的。

作为结果检测到的位置变化及其不确定性值形成位置数据记录16，位置数据记录16被传递给位置存储器17。位置存储器17存储绝对位置和分配给绝对位置的绝对不确定性值，该绝对不确定性值通常是绝对位置的方差σ²的形式。当接收到位置数据记录16时，根据检测到的变化及其不确定性值来更新所存储的绝对位置数据。由于这是一个相对变化，所以这里必须根据该变化的不确定性值来增加不确定性值。

在初始化的情况下，位置存储器17接收复位信号18。复位信号18使得绝对位置数据在位置存储器17中被预定的初始化数据记录取代。例如，在工厂或在组装控制单元之后，通过在机械块上操作马达12来执行这样的初始化。这里使用的初始化数据记录在每种情况下都包含位置和不确定性值零，结果是位置存储器17中的两个绝对值设置成零。

测量数据的第二记录19从马达12或传感器单元12′传递到特征曲线检测单元20。特征曲线检测单元20还从位置存储器17接收当前位置数据21，结果是基于测量数据19和位置数据21检测至少一个特征曲线，并且对该特征曲线进行缓冲。如果特征曲线的检测是在受控制的条件下发生的，则在初始化过程中，或者在任何其他确保位置数据的正确性的方法下，可以使得用这种方式获得的特征曲线22被传递到参考特征曲线存储器23。参考特征曲线存储器23在永久存储器中保持所传递的特征曲线，其中，在正常操作过程中，该特征曲线受到保护免受写入存取操作。

相关单元24充当位置测量单元，相关单元24使用特征曲线检测单元20的最后检测到的当前实际特征曲线25和存储在存储器23中的参考特征曲线26两者，并且由这两条特征曲线来确定相关函数。相关单元24然后使用计算出的相关函数来确定这两条特征曲线之间的位置偏差的平均值和方差。然后，将这个偏差数据27馈送给求平均值单元28（尤其设有卡尔曼滤波器），该求平均值单元28还从位置存储器17加载当前位置数据29（位置和不确定性）。

偏差数据中指定的平均值与当前位置数据有关，因为特征曲线检测单元20在记录实际特征曲线25的过程中实际上会使用这个数据。因此，由相关性确定的位置偏差的平均值显然只是相对值。为了由此确定当前绝对位置，使这个值与来自位置存储器17的当前位置值相关，但是无须考虑这个值的不确定性，因为偏差的不确定性中已经隐式地包含了这个不确定性（通过实际特征曲线）。然后在卡尔曼滤波器中使用具有相应分配的方差的这两个绝对位置值。因此从求平均值单元28获得的结果是绝对位置数据30的新记录，用这个新记录取代在位置存储器17中存储的位置数据。在这个过程中，在位置存储器17中存储的位置数据的不确定性值只能减少，因为求平均值单元28最坏的情况无非就是以无变化的形式反馈现有的位置数据。

控制单元31控制马达12的操作，控制单元31存取在位置存储器17中存储的位置数据，并且使用所述数据例如来趋近利用由马达12移动的致动部件所确定的位置，或者检测被夹的情形并且提供防夹保护。

位置测量的另外一个示例可以是如下情况：在力曲线图、转速曲线图或电流曲线图中，识别出一个特征点，该特征点诸如是例如力的剧增，诸如在天窗的导风板的情况下发生的力的剧增。这个点总是发生在相同位置，例如在导风板机械接合在移动序列中的位置。如果软件评估检测到力的增加，则由此推断预定义的位置。

Claims (25)

1.一种用于确定马达驱动的致动部件的位置x的方法，其中，确定当前位置μ_new，其特征在于，为了确定所述当前位置μ_new，考虑由位置测量单元新确定的位置μ_meas以及由位置跟踪器确定的最后有效位置μ_old，其中，将所述当前位置μ_new选择在这两个位置μ_old、μ_meas之间，并且根据所述新确定的位置μ_meas和所述最后有效位置μ_old的不确定性值，将所述当前位置μ_new选择为更接近这两个位置μ_old、μ_meas中不确定性值比较低的那个位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述新确定的位置μ_meas是由参考特征曲线K_ref与实际特征曲线K_act之间的相关函数确定的。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，两个特征曲线K_ref、K_act是力/行程曲线或其他特征数/行程曲线，其中，所述特征数与力相关。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，由所述相关函数确定不确定性值σ² _meas，并且将所述不确定性值σ² _meas分配给由同一相关函数确定的所述位置μ_meas。

5.根据权利要求1到3中的一项所述的方法，其特征在于，由所述新确定的位置和所述最后有效位置μ_meas、μ_old的所述不确定性值σ² _meas、σ² _old确定所述当前位置μ_new的不确定性值σ² _new。

6.根据权利要求1到3中的一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述当前位置μ_new，用相对于所述新确定的位置和所述最后有效位置μ_meas、μ_old的不确定性值σ² _meas、σ² _old成反比的形式考虑所述新确定的位置和所述最后有效位置μ_meas、μ_old的每一个。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使用卡尔曼滤波器由所述新确定的位置并且由所述最后有效位置μ_meas、μ_old及其相应不确定性值σ² _meas、σ² _old来确定所述当前位置μ_new及其不确定性值σ² _new。

8.根据权利要求1到3中的一项所述的方法，其特征在于，在位置的进一步变化之前的初始化过程的情况下，所述当前位置μ_new及其不确定性值σ² _new每个都初始化成零。

9.根据权利要求1到3中的一项所述的方法，其特征在于，通过经受误差的方法来跟踪所述致动部件的所述位置x，其中，当存在位置变化时，所述当前位置μ_new的所述不确定性值σ² _new增加。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述经受误差的方法是由对用于驱动致动部件的马达的整流器电流的纹波的评估构成的。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述经受误差的方法是由对单个霍尔传感器的评估构成的，所述霍尔传感器使用附接到所述马达的磁轮来确定所述马达的旋转。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述马达驱动的致动部件是车窗、天窗、后盖、滑动门或座椅。

13.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述特征数为电流或转速。

14.一种用于确定马达驱动的致动部件的位置的装置，所述装置设有位置跟踪器（15）和位置测量单元（24），所述位置测量单元（24）配置成确定位置差值，其特征在于，配置成确定当前位置的求平均值单元（28）连接到所述位置测量单元（24）并且连接到所述位置跟踪器（15），其中，所述求平均值单元（28）配置成考虑到所确定的位置差值和所述位置跟踪器（15）确定的最后有效位置。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述位置测量单元（24）设有相关单元，为了确定位置差值，所述相关单元连接到参考特征曲线存储器（23）并且连接到特征曲线检测单元（20）。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述特征曲线检测单元（20）配置成记录力/行程曲线或其他特征数/行程曲线，其中，所述特征数与力相关。

17.根据权利要求15或16所述的装置，其特征在于，所述相关单元配置成确定不确定性值σ² _meas，所述不确定性值σ² _meas被提供以与所述位置差值一起传递到所述求平均值单元（28）。

18.根据权利要求14到16中的一项所述的装置，其特征在于，所述求平均值单元（28）配置成处理所述位置跟踪器（15）指明的位置不确定性值σ² _old和新确定的位置的不确定性值σ² _meas。

19.根据权利要求14到16中的一项所述的装置，其特征在于，所述求平均值单元（28）设有卡尔曼滤波器。

20.根据权利要求14到16中的一项所述的装置，其特征在于，所述位置跟踪器（15）初始化成零。

21.根据权利要求14到16中的一项所述的装置，其特征在于，为了检测位置变化，所述位置跟踪器（15）连接到位置存储器（17）。

22.根据权利要求14到16中的一项所述的装置，其特征在于，所述位置跟踪器（15）配置成评估用于驱动致动部件的马达的整流器电流的纹波。

23.根据权利要求14到16中的一项所述的装置，其特征在于，所述位置跟踪器（15）配置成评估单个霍尔传感器，所述霍尔传感器使用附接到所述马达的磁轮来确定所述马达的旋转。

24.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述马达驱动的致动部件是车窗、天窗、后盖、滑动门或座椅。

25.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述特征数为电流或转速。