CN110062874A - 用于确定调节元件的位置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定调节元件（3）在定位系统（1）中的位置的方法，所述方法具有如下步骤：‑连续地检测加速度传感器（7）的传感器信号的信号变化，所述加速度传感器安置在定位系统（1）的电动的调节驱动器（5）处，以便检测由于通过电动的调节驱动器的转子的不平衡和/或齿槽转矩所引起的力激励而产生的加速度；‑分析信号变化，以便检测振荡；‑根据振荡的检测来确定调节元件（3）的位置。

Description

用于确定调节元件的位置的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种调节设备，如其例如用于机动车中的自动的车窗提升器和车顶关闭设备。

背景技术

自动的调节设备通常具有调节元件（车窗玻璃、滑动天窗），所述调节元件通过调节设备的电动马达电驱动。电动马达通常由控制单元操控，所述控制单元与操作元件耦合，以便根据操作元件的操作来操控电动马达并且预设其运动方向。

在机动车上的调节设备、诸如电的车窗提升器、电的滑动天窗等中必须确保：在关闭过程期间，其中调节元件朝止挡棱边（车窗框架、天窗留空部）的方向运动，不存在会被损害或伤害的物体或身体部分。为了避免这种情况，如果存在控制单元，则执行如下算法，所述算法在调节元件的关闭过程期间识别夹住情况。如果识别出夹住情况，则中断关闭过程或执行逆转，其中调节元件至少暂时地履行打开运动。

常见的是：止挡棱边配备有密封件，使得在关闭过程中在调节元件出现于止挡棱边处前不久提高阻力，其中调节元件朝所述止挡棱边移动。因此，尤其在自动的车窗提升器中设有如下功能，其中在达到其中调节元件移入到止挡棱边处的密封件中的完全的关闭位置前不久，将防夹保护功能去激活。去激活防夹保护功能的区域选择得窄，使得不存在物体或身体部分进入的现实危险。通过在该区域中将防夹保护功能去激活而避免：在调节元件移入到密封件中时错误地检测到夹住情况并且例如触发将调节元件的运动方向逆转、即翻转作为相应的反应。

对于该功能需要：已知调节元件的位置。调节元件的位置通常能够根据驱动调节元件的电动马达的转子的位置来确定。

尤其在机动车中的车窗提升系统中，经由调节设备的电动马达的相对的转动运动来检测调节元件的位置。由于电动马达和调节元件之间的已知的耦合机理，在限定的初始状态下，诸如调节元件的完全打开位置和关闭位置，能够经由对借助电动马达的转动运动转换的路程积分确定调节元件的位置。为了检测电动马达的转子的相对位置，通常将位置传感器、诸如霍尔传感器设置在车窗提升驱动器的轴上，或者经由电流纹波的分析来无传感器地求出。两个方法都是耗费的，因为要么必须设置附加的部件，要么必须改变电磁设计。这通常导致效率更差或者还必须在马达控制中设置相应的计算能力。

因此期望的是：提供改进地检测调节元件在定位系统中的位置、尤其车窗玻璃在车窗提升系统中的位置。

发明内容

所述目的通过根据权利要求1的用于确定调节元件在定位系统中的位置、尤其车窗提升系统的车窗玻璃的位置的方法以及根据并列权利要求的设备和定位系统。

在从属权利要求中说明其他的设计方案。

根据第一方面提出一种用于确定调节元件在定位系统中的位置的方法，所述方法具有如下步骤：

-连续地检测加速度传感器的传感器信号的信号变化，所述加速度传感器安置在定位系统的电动的调节驱动器处，以便检测由于通过电动的调节驱动器的转子的不平衡和/或齿槽转矩所引起的力激励而产生的加速度；

-分析信号变化，以便检测振荡；

-根据振荡的检测来确定调节元件的位置。

上述方法的思想在于：调节元件的位置通过确定转子的相对位置变化来确定，所述相对位置变化通过分析调节驱动器的震动或振荡来求出。调节驱动器的震动通过转子在磁回路中转动时转子的齿槽转矩来形成。由于转子支承在调节驱动器的极筒中，这引起调节驱动器的径向于和切向于转子作用的力激励。此外，在调节驱动器的驱动马达真实设计中无法避免的不平衡同样能够引起径向的力激励。因此，转子的运动引起周期的振荡，所述振荡分别显示转子的确定的转动位置进而显示调节驱动器的位置变化。

通过在调节驱动器处使用震动或加速度传感器，能够弃用附加的、用于确定位置的信号发送器，诸如基于霍尔传感器的转子位置发送器等等，进而能够节约结构空间和重量。此外，定位系统也能够：例如在将外力施加到调节元件上时检测被动的转动运动，因为所述被动的转动运动同样引起由于转子的不平衡和/或齿槽转矩的作用而形成传感器信号的振荡。

能够弃用驱动马达的在无传感器的位置检测时通常使效率变差的电磁设计。尤其通过多轴的检测方向，能够根据加速度变化或震动变化也求出转子的转动方向。

通过借助傅里叶分析来分析震动信号能够得到如下振荡频率，所述振荡频率在转速恒定的情况下显示出关于对于调节驱动器特征性的运动模式的说明。现在，通过分析震动信号的各个振荡能够将相对的位置变化与震动信号的每个振荡相关联。

通过根据转动方向对震动信号的振荡的数量积分能够确定调节元件的位置。以该方式可行的是：借助于简单的加速度传感器提供对调节元件的位置识别。

此外，为了确定调节元件的位置，能够适配计数器值，其中计数器值的适配包括根据转动方向将计数器值递增和递减，其中调节驱动器的转动方向通过分析两个传感器信号求出，所述两个传感器信号代表调节驱动器沿两个不同方向的加速度。

可以规定：加速度传感器提供至少两个传感器信号，所述传感器信号说明沿调节驱动器的转子的两个彼此横向作用的径向加速度中的或转子的径向和切向或轴向作用的加速度中的加速度。

根据一个实施方式，在调节驱动器转动时，信号变化能够是周期性的并且具有多个周期性，其中将较低频率的周期性用于计数器值的可信性检查。具有较低频率的周期性例如能够通过转子的不平衡引起，而具有较高频率的周期性通过各个转子齿的齿槽转矩引起。

根据另一方面，提出一种用于确定调节元件在定位系统中的位置的控制单元，其中控制单元被构造用于：

-接收加速度传感器的传感器信号的信号变化，所述加速度传感器安置在定位系统的电动的调节驱动器处，以便检测由于通过电动的调节驱动器的转子的不平衡和/或齿槽转矩所引起的力激励而产生的加速度；

-分析信号变化，以便检测完成的振荡；

-根据完成的振荡的检测来确定调节元件的位置。

根据另一方面，提出一种定位系统，其包括：

-用于驱动调节元件的调节驱动器；

-与调节驱动器耦合的加速度传感器，所述加速度传感器用于提供传感器信号，其中加速度传感器（7）安置在定位系统（1）的电动的调节驱动器（5）处，以便检测由于通过电动的调节驱动器的转子的不平衡和/或齿槽转矩所引起的力激励而产生的加速度；和

-上述的控制单元。

此外，加速度传感器能够布置在构造为电动马达的调节驱动器的极筒处。根据一个实施方式，上述定位系统能够是机动车中的关闭系统、尤其车窗提升设备或滑动天窗系统的一部分。

附图说明

下面，根据附图详细阐述实施方式。其中：

图1示出机动车的车窗提升系统的示意图；

图2示出用于说明用于确定车窗提升系统的关闭元件的当前位置的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出车辆门2中的车窗提升设备形式的定位系统1的示意图。车辆门2包含车窗玻璃作为调节元件3，所述调节元件能够借助于车窗提升设备1来移动。为此，调节元件3经由机构4（机械连接）与调节驱动器5耦合，使得在调节驱动器5运行时调节元件3能够向上或向下移动。

调节驱动器5具有电动马达并且借助于控制单元6操控，对所述控制单元可以从外部提供用于移动调节元件3的操作信号或状态信号。电动马达能够以本身已知的方式设有内转子和布置在极筒中的定子——例如具有永磁体极的定子。电动马达能够构造为机械换向的电动马达。在此，布置在转子齿上的各个线圈经由换向器来通电。

状态信号能够说明：车辆玻璃作为调节元件2是否应被打开。操作信号例如能够由操作元件提供并且说明操作元件的操作。控制单元6也能够部分地或完全地构建在车辆门2之外作为车辆中的中央控制元件（例如用于多个门）。

控制单元6还与调节驱动器5处的加速度传感器7耦合。加速度传感器7能够构造为常规的微机械的加速度传感器7。为了检测切向的力激励，加速度传感器7能够与转子的转动轴线具有足够的间距地来构造或构造为陀螺仪或者包括陀螺仪。

加速度传感器7能够布置在调节驱动器5处并且检测在调节驱动器5的轴转动时出现的径向、切向和轴向作用的力激励，所述力激励表现为震动。径向于和切向于轴的力激励是周期性的并且由于通过转子的不平衡或永磁体引起的齿槽转矩形成。加速度传感器7尤其能够在调节驱动器5的极筒处安置在其轴向端部处或在驱动器的内部中尤其安置在电刷支架或传感器电路板处。

加速度传感器7为此提供一个或多个传感器信号，所述传感器信号代表加速度值。为了识别调节驱动器5的转动方向可行的是：对加速度传感器7设置至少两个传感器轴，所述传感器轴优选横向于转子的轴向方向定向，使得所述加速度传感器提供第一传感器信号和第二传感器信号。通过分析沿转子的轴向方向的加速度的传感器信号例如能够检测转动方向。

因此，传感器信号能够具有与转动速度相关的周期性，所述周期性由于轴的不平衡而对应于转动频率f，即每秒的转数（U/秒），并且对应于根据槽开口的数量N的转动频率的数倍N*f。

控制单元6根据由加速度传感器7检测的传感器信号能够执行用于求出调节元件3的当前位置的分析。为此，控制单元6实施根据图2的流程图说明的方法。相应的算法能够以软件或硬件实现。

该方法基于加速度传感器7的第一和第二传感器信号的信号变化，所述信号变化永久地检测和记录调节驱动器5的两个彼此垂直伸展的加速度。因此，对于执行下面描述的方法存在第一传感器信号和第二传感器信号例如沿两个径向方向、尤其两个彼此垂直的径向方向或沿径向方向和切向方向的信号变化。信号变化由于调节驱动器3的转动是周期性的。

在步骤S1中检查：传感器信号是否自最后的检测起变化。如果未确定变化（选择：否），则基于：调节驱动器5静止并且跳回步骤S1。否则（选择：是）该方法以步骤S2继续。

通过分析信号变化或分析对于转子的轴向方向的非周期的传感器信号，首先能够在步骤S2中针对每个通过周期的信号变化描述的振荡求出转动方向。

转动方向能够通过两个传感器信号的信号变化的振荡的特征性的点之间的相移来求出。例如，π/2的相移能够说明第一转动方向并且3π/2的相移能够说明第二转动方向。特征性的点能够通过局部最大值或局部最小值说明。局部最大值或局部最小值的识别借助已知的方法进行，尤其通过找到信号变化的一次求导的过零来进行。

在步骤S3中根据识别的转动方向将计数器值递增或递减。计数器值能够是在控制单元6的硬件中实现的计数器或软件计数器的计数器值。因此，计数器值能够沿第一转动方向递增并且沿与其相反的第二转动方向递减。以该方式，能够借助检测最后的振荡提供如下计数器值，所述计数器值基于调节元件3的已知的位置来提供。在达到调节元件3的已知的位置（最终止挡）的情况下，能够将计数器值重置为基准值。

在连续的过程中，该方法优选借助识别信号变化中的第一或第二传感器信号的新的振荡、即下一特征性的点执行，其中针对每个新识别的振荡（完成的周期）将计数器值相应地递增或递减。

转动方向例如能够与如下相关：时间上在第一传感器信号的局部最大值之后第二传感器信号的信号变化是否具有最大值或最小值。如果信号变化随后具有最大值，则可以将计数器值递增，否则递减。替选地，可以使用例如针对轴向的力激励的另一传感器信号，以便识别转动方向。这基于：在调节过程开始时通过布置在转子轴上的螺杆传动啮合到螺杆传动轮中，转子轴经受对应于转子的转动方向的轴向加速度。

在步骤S3之后，方法以步骤S1继续，以便实现计数器值的周期更新。

计数器值代表调节元件3的当前位置，即计数器值能够通过调节驱动器5和调节元件3之间的机械耦合的预设的传递函数而换算成调节元件3的当前位置。为了将计数器值换算为调节元件3的当前位置，需要对每转的齿槽转矩的数量或类似的参数的了解，使得每个振荡能够与调节元件3的预先确定的调节路程相关联。齿槽转矩通过转子齿的数量和定子极的数量确定并且能够事先凭经验求出。

此外，通过分析振荡的局部最大值和最小值的大小，由于不平衡出现的特高的局部最大值或特低的局部最小值，能够识别调节驱动器5的转子的完整的转并且由此执行计数器值的可信性检查。

Claims (9)

1.一种用于确定调节元件（3）在定位系统（1）中的位置的方法，所述方法具有如下步骤：

-连续地检测加速度传感器（7）的传感器信号的信号变化，所述加速度传感器安置在所述定位系统（1）的电动的调节驱动器（5）处，以便检测由于通过所述电动的调节驱动器的转子的不平衡和/或齿槽转矩所引起的力激励而产生的加速度；

-分析所述信号变化，以便检测振荡；

-根据振荡的检测来确定所述调节元件（3）的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述振荡的检测适配计数器值，其中所述计数器值的适配包括根据转动方向将所述计数器值递增和递减，其中所述调节驱动器（3）的转动方向通过分析两个传感器信号求出，所述两个传感器信号代表所述调节驱动器沿两个不同方向的加速度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述加速度传感器（7）提供至少两个传感器信号，所述传感器信号说明沿所述调节驱动器（3）的转子的两个彼此横向作用的径向加速度中的或所述转子的径向和切向作用的加速度中的加速度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在所述转子转动时，所述信号变化是周期性的并且具有多个周期性，其中将较低频率的周期性用于所述计数器值的可信性检查。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中针对沿所述转子的轴向方向的力激励检测加速度传感器（7）的传感器信号的信号变化，其中根据针对轴向方向所检测的信号变化确定所述调节元件（3）的转动方向。

6.一种用于确定调节元件（3）在定位系统（1）中的位置的控制单元（6），其中所述控制单元被构造用于：

-接收加速度传感器（7）的传感器信号的信号变化，所述加速度传感器安置在所述定位系统（1）的电动的调节驱动器（5）处，以便检测由于通过所述电动的调节驱动器的转子的不平衡和/或齿槽转矩所引起的力激励而产生的加速度；

-分析所述信号变化，以便检测完成的振荡；

-根据所述完成的振荡的检测来确定所述调节元件（3）的位置。

7.一种定位系统，其包括：

-用于驱动调节元件（3）的调节驱动器（5）；

-与所述调节驱动器（5）耦合的加速度传感器（7），所述加速度传感器用于提供传感器信号，其中所述加速度传感器（7）安置在所述定位系统（1）的电动的调节驱动器（5）处，以便检测由于通过所述电动的调节驱动器的转子的不平衡和/或齿槽转矩所引起的力激励而产生的加速度；

-根据权利要求6的控制单元（6）。

8.根据权利要求7所述的定位系统，其中所述加速度传感器（7）布置在构造为电动马达的调节驱动器（5）的极筒处。

9.根据权利要求7或8所述的定位系统，其中所述定位系统是机动车中的关闭系统、尤其车窗提升设备或滑动天窗系统的一部分。