DE10028039A1 - Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebswelle eines Gleichstrommmotors angetriebenen Elements - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebswelle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements innerhalb einer vorbestimmten Bewegungsstrecke durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel ist dadurch bestimmt, daß DOLLAR A È bei einem Betrieb des Gleichstrommotors zum Bewegen des angetriebenen Elements von einer ersten Position in eine zweite zumindest ein fehlerfreier Referenzstomrippel erfaßt wird, DOLLAR A È die aus diesem Referenzstromrippel ermittelte Periode mit der Periode von jedem bei einem Betrieb des Gleichstrommotors erfaßten Stromrippel verglichen wird und DOLLAR A È für den Fall, daß eine hinreichende Übereinstimmung zwischen der Periode des Referenzstromrippels und derjenigen einer Stromrippel des in Betrieb befindlichen Gleichstrommotors nicht feststellbar ist, eine Korrektur der nicht hinreichend übereinstimmenden Perioden des Stromrippelsignals des in Betrieb befindlichen Gleichstrommotors in Bezug auf diejenige des Referenzstromrippels erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebswelle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements innerhalb einer vorbestimmten Bewegungsstrecke durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel.

Das Ankerstromsignal eines Gleichstrommotors umfaßt einen sogenann­ ten Gleichanteil sowie einen den Gleichanteil überlagernden Wechselan­ teil. Der Wechselanteil entsteht bei einem Betrieb des Gleichstrommotors infolge des Zusammenwirkens von Magnet (Feld), Ankerwicklung und Kommutator des Gleichstrommotors. Dies äußert sich in einer kurzzeitigen Änderung der induzierten Spannung, woraus sich die Welligkeit des An­ kerstromsignals ergibt. Die in dem Ankerstromsignal enthaltenen, in der beschriebenen Weise bedingten Stromspitzen - im folgenden Stromrippel genannt - treten bei einer Umdrehung des Ankers in einer der Anzahl der Kollektorlamellen entsprechenden Häufigkeit auf. Weist beispielsweise der Anker 10 Kollektorlamellen auf, sind im Ankerstromsignal entsprechend 10 Stromrippel zu erkennen. Eine Zählung der Stromrippel kann somit Aufschluß über die aktuelle Drehstellung des Ankers des Gleichstrommo­ tors und somit bezüglich des angetriebenen Elements innerhalb seiner vorbestimmten Bewegungsstrecke geben. Zu diesem Zweck wird das analoge Ankerstromsignal digitalisiert, um eine entsprechende Zählung vornehmen zu können.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 195 11 307 C1 be­ kannt. Damit das Ankerstromsignal überlagernde Störimpulse nicht mit in die Auswertung einer Stromrippelzählung gelangen, wird üblicherweise das analoge Ankerstromsignal vor seiner Digitalisierung entsprechend aufbereitet, beispielsweise einer Frequenzfilterung unterzogen. Diese vor­ bekannte und auch weitere Maßnahmen dienen dazu, ein möglichst Stör­ impuls freies Stromrippelsignal der Digitalisierung und anschließenden Zählauswertung zuführen zu können. Als Störimpulse sind in diesem Zu­ sammenhang nicht Kommutator bedingte Impulse angesprochen, die das Ankerstromsignal überlagern.

Bei einem Betrieb eines Gleichstrommotors, insbesondere unter Last kann es jedoch vorkommen, daß die im Ankerstromsignal enthaltenen Strom­ rippel verzerrt auftreten, wobei sich eine solche Verzerrung durch zwei Stromspitzen bemerkbar macht. Im Zuge der Digitalisierung eines solchen Ankerstromsignales werden anstatt einer Stromspitze durch eine solche Verzerrung an dieser Position zwei Stromrippel als Stromrippelsignal auf­ gezeichnet. Eine Zählung dieser Doppelrippel führt jedoch zu einer fehler­ haften Positionsbestimmung des angetriebenen Elements. Entsprechen­ des gilt für das Ausbleiben bzw. Nichtdetektieren eines Stromrippels. Die­ se Fehler sind Kommutator bedingt und somit nicht ohne weiteres durch eine Aufbereitung des analogen Ankerstromsignales eliminierbar.

Eingesetzt werden derartige Verfahren beispielsweise im Kraftfahrzeugbe­ reich zum Steuern eines Verstellantriebes, wie sie beispielsweise für Fen­ sterheber und/oder Schiebedächer vorgesehen sind. Ein wesentliches Element in der Erfassung der Position beispielsweise der Scheibe ist die­ jenige beim Schließen derselben, bei der der Einklemmschutz abge­ schaltet werden kann. Eine solche Abschaltung ist notwendig, damit die Scheibe vollständig in ihren oberen Block und in die dort vorgesehenen Dichtungen einfahren kann, ohne daß infolge der erhöhten Last eine Mo­ torabschaltung erfolgt. Bei einer fehlerhaften Zählung der Stromrippel zur Bestimmung der Position der Scheibe kann es vorkommen, daß der Ein­ klemmschutz zu früh oder zu spät abgeschaltet wird.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Verfahren dergestalt weiterzubilden, damit eine genaue Stromrippelzäh­ lung auch dann gewährleistet ist, wenn ein in dem Ankerstromsignal ent­ haltener Stromrippel verzerrt ist oder ausbleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - bei einem Betrieb des Gleichstrommotors zum Bewegen des angetrie­ benen Elements von einer ersten Position in eine zweite zumindest ein fehlerfreier Referenzstromrippel erfaßt wird,
• - die aus diesem Referenzstromrippel ermittelte Periode mit der Periode von jedem bei einem Betrieb des Gleichstrommotors erfaßten Strom­ rippel verglichen wird und
• - für den Fall, daß eine hinreichende Übereinstimmung zwischen der Pe­ riode des Referenzstromrippels und derjenigen einer Stromrippel des im Betrieb befindlichen Gleichstrommotors nicht feststellbar ist, eine Korrektur der nicht hinreichend übereinstimmenden Perioden des Stromrippelsignals des in Betrieb befindlichen Gleichstrommotors in Bezug auf diejenige des Referenzstromrippels erfolgt.

Beim Gegenstand des beanspruchten Verfahrens ist vorgesehen, daß ein Vergleich zwischen einem korrekten, unverzerrten Stromrippel als Eich- bzw. Referenzgröße mit weiteren, gegebenenfalls verfälschten Stromrip­ peln erfolgt. Dieser Abgleich zwischen einem als korrekt definierten Stromrippel und den weiteren erfolgt durch einen Vergleich der jeweiligen Perioden miteinander. Zum Bereitstellen eines Referenzstromrippels ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der Gleichstrommotor im Zusammenhang mit einer gewünschten Bewegung des angetriebenen Elements von einer ersten Position in eine zweite zeitweise, kurzzeitig ohne Last arbeitet und das Ankerstromsignal dieses Betriebszustandes des Gleichstrommotors im Hinblick auf die darin enthaltenen Stromrippel ausgewertet wird. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird davon ausgegangen, daß fehlerhafte Stromrippel - verzerrte oder auch fehlende - vermehrt bei einem Betrieb des Gleichstrommotors unter Last und nicht oder nur in einer vernachlässigbar kleinen Häufigkeit bei einem Betrieb des Gleichstrommotors ohne Last auftreten. Daher können die Perioden der Stromrippel bei einem Betriebszustand des Gleichstrommotors ohne Last als Referenzstromrippel herangezogen werden.

Der Gegenstand der Erfindung geht von der Prämisse aus, daß eine sprunghafte Änderung der Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors, etwa eine Verdopplung oder eine Halbierung ausgedrückt in der entspre­ chend halbierten bzw. verdoppelten Periode verglichen mit der Periode des Referenzstromrippels aufgrund des Trägheitsmomentes der bewegli­ chen Teile des Gleichstrommotors nicht möglich ist. Kommutator bedingte, fehlerhafte bzw. verzerrte Stromrippel zeigen anstelle eines erwarteten Maximums im analogen Ankerstromsignal zwei Maxima. Die Detektion etwa einer sprunghaften Halbierung der Periode bei einem Stromrippel bei einem Betrieb des Gleichstrommotors unter Last gegenüber der Periode des Referenzstromrippels oder auch gegenüber der Periode eines voran­ gegangenen Stromrippels erlaubt daher die Schlußfolgerung, daß es sich bei dieser Periodenhalbierung nicht etwa um eine sprunghafte Verdopp­ lung der Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors sondern um einen verzerrten Stromrippel handelt. Entsprechend erfolgt eine Korrektur der Anzahl der als fehlerhaft erkannten Perioden der Stromrippel des Strom­ rippelsignals. Bei Auftreten einer verzerrten Stromrippel, so daß in dem Stromrippelsignal zwei Stromrippel anstelle eines einzigen enthalten sind, ist die ermittelte Periode entsprechend halbiert gegenüber der Periode des Referenzstromrippels; entsprechend erfolgt eine Korrektur dahinge­ hend, daß die Anzahl der ermittelten Stromrippel mit halbierter Periode durch den Faktor 2 geteilt wird.

Entsprechend umgekehrt wird verfahren, wenn durch eine scheinbare Verschmelzung von zwei Stromrippeln die im Stromrippelsignal wiederge­ gebene Periode beispielsweise verdoppelt ist. Zur Korrektur dieses Feh­ lers wird die Anzahl derartiger Perioden verdoppelt.

Daher kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch dann eine ge­ naue Positionsbestimmung des von dem Gleichstrommotor angetriebenen Elements vorgenommen werden, auch wenn infolge bestimmter Lastzu­ stände im Stromrippelsignal verfälschte Stromrippel enthalten sind.

Grundsätzlich kann eine Korrektur wie oben beschrieben zu einem belie­ bigen Zeitpunkt innerhalb derjenigen Zeitspanne erfolgen, in der der Gleichstrommotor zum Bewegen des angetriebenen Elements aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegt wird. Im Rahmen des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispieles braucht lediglich sichergestellt zu werden, daß zur Ermittlung des Referenzstromrippels der Motor zeitweise bei einer solchen Verstellbewegung des angetriebenen Elements ohne bzw. im wesentlichen ohne Last arbeitet. Dies kann beispielsweise beim Motoranlauf oder auch beim Motorauslauf der Fall sein. Einen solchen Betriebszustand, bei dem der das angetriebene Element antreibende Gleichstrommotor ohne Last arbeitet, kann durch entsprechend konzi­ pierte mechanische Kraftübertragungsmittel von dem Gleichstrommotor auf das angetriebene Element, etwa einen Seilzug realisiert sein. Diesbe­ züglich kann ein gewisses Spiel in der Kraftübertragung zwischen dem antreibenden Gleichstrommotor und dem angetriebenen Element ausrei­ chend sein, um eine ausreichende Drehbewegung des Gleichstrommotors ohne Last zu haben, um zumindest einen Referenzstromrippel erfassen zu können.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Einsatz im Rahmen einer Positionserkennung einer Verstelleinrichtung zum Öff­ nen und Schließen einer Fensterscheibe, eines Schiebedaches oder zum Verstellen eines Sitzes in einem Kraftfahrzeug. Eine Positionsbestim­ mung, beispielsweise der Scheibe kann dann mit hinreichender Genauig­ keit allein durch Auswerten des Stromrippelsignals ohne einen Einsatz zusätzlicher Sensoren durchgeführt werden. Bei einem solchen Einsatz ist es jedoch erforderlich, den Referenzstromrippel bereits beim Motoranlauf und somit vor einer Bewegung des Fensters zu ermitteln, damit gleichzei­ tig mit der Bewegung die gewünschte Korrektur durchgeführt werden kann, ohne daß das gesamte Stromrippelsignal zunächst gespeichert und nach Beendigung der durchgeführten Bewegung hinsichtlich einer Positi­ onsbestimmung des angetriebenen Elements korrigiert werden muß. Nur auf diese Weise kann mit hinreichender Zuverlässigkeit diejenige Position der Scheibe erkannt werden, ob der in Abhängigkeit von weiteren Fakto­ ren der Einklemmschutz ausgeschaltet werden kann, um die Scheibe in die Dichtungen des oberen Blockes einfahren zu können.

Schematisiert ist in Fig. 1 ein Diagramm mit einem analogen Anker­ stromsignal und darin enthaltenen Stromrippeln sowie das gemäß einem vorbekannten Verfahren daraus abgeleitete digitalisierte Stromrippelsignal wiedergegeben. In der Darstellung sind im ersten Teilabschnitt solche Stromrippel dargestellt, die unverfälscht sind und als Referenzstromrippel dienen könnten. Im daran anschließenden, rechten Teilabschnitt sind in der analogen Ankerstromkurve solche Stromrippel gezeigt, die verzerrt sind und somit in dem digitalisierten Stromrippelsignal als sogenannte Doppelrippel wiedergegeben sind.

Fig. 2 zeigt schematisiert den Verlauf der digitalisierten Stromrippelkurve vor einer Korrektur und nach Durchführen der erfindungsgemäßen Kor­ rektur. Die untere, als korrigiert bezeichnete Kurve, stellt eine Rekonstruk­ tion des korrigierten Stromrippelsignals dar. Tatsächlich erfolgt bei der Korrektur lediglich eine Impulszählung, so daß die als korrigiert bezeich­ nete Kurve die Resultierende des Korrekturverfahrens ist. Es wird deut­ lich, daß ohne eine Korrektur durch Zählen der Stromrippel auf eine Posi­ tionsänderung des von dem Gleichstrommotor angetriebenen Elements entsprechend dem Drehwinkelbetrag von 10 Kollektorlamellen bewegt worden ist. Tatsächlich ist das angetriebene Element jedoch lediglich ei­ nem Drehwinkelbetrag entsprechend 7 Kollektorlamellen bewegt worden.

Eine Plausibilitätsüberprüfung hinsichtlich der vorzunehmenden Korrektur kann durch einen Vergleich mit der Periode eines oder mehrerer, auf den als fehlerhaft erkannten Stromrippel folgenden Stromrippel erfolgen. Bei dieser Plausibilitätsüberprüfung wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß ver­ zerrte oder fehlende Stromrippel in der Ankerstromkurve in aller Regel einfach und somit bezüglich lediglich einer Kollektorlamelle auftreten und sich nicht über mehrere nachfolgende Kollektorlamellen fortsetzen. Beim Gegenstand des beanspruchten Verfahrens ist jedoch grundsätzlich auch möglich, eine solche Plausibilitätskontrolle über eine bestimmte Perioden­ anzahl hinweg vorzunehmen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebs­ welle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements innerhalb einer vorbestimmten Bewegungsstrecke durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel dadurch gekennzeich­ net, daß

• - bei einem Betrieb des Gleichstrommotors zum Bewegen des an­ getriebenen Elements von einer ersten Position in eine zweite zumindest ein fehlerfreier Referenzstromrippel erfaßt wird,
• - die aus diesem Referenzstromrippel ermittelte Periode mit der Periode von jedem bei einem Betrieb des Gleichstrommotors erfaßten Stromrippel verglichen wird und
• - für den Fall, daß eine hinreichende Übereinstimmung zwischen der Periode des Referenzstromrippels und derjenigen einer Stromrippel des in Betrieb befindlichen Gleichstrommotors nicht feststellbar ist, eine Korrektur der nicht hinreichend übereinstim­ menden Perioden des Stromrippelsignals des in Betrieb befindli­ chen Gleichstrommotors in Bezug auf diejenige des Referenz­ stromrippels erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Referenzstromrippels der Gleichstrommotor bei sei­ nem Betrieb zum Bewegen des angetriebenen Elements von einer ersten Position in eine zweite zeitweise im wesentlichen ohne Last arbeitet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor bei seinen Anlauf bzw. kurz nach seinen Anlauf kurzzeitig ohne Last arbeitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Plausibilitätsüberprüfung der Korrektur der Pe­ riode als fehlerhaft erkannter Stromrippel durch die Periode des oder der auf die als fehlerhaft erkannte Stromrippel folgenden Stromrippel erfolgt.

5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Positionsbestimmung eines angetriebenen Elements in einem Kraftfahrzeug, etwa zur Positionsbestimmung einer Fensterschei­ be, eines Schiebedaches oder eines Sitzes.