DE10028041A1 - Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebswelle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements - Google Patents
Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebswelle eines Gleichstrommotors angetriebenen ElementsInfo
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Abstract
Ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebswelle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements innerhalb einer vorbestimmten Bewegungsstrecke zwischen zwei Blockpositionen durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel, bei dem bei einer Bewegung des angetriebenen Elements in eine Blockposition eine Normierung bezüglich der Blockposition durchgeführt wird, ist bestimmt durch ein Ansteuern des Gleichstrommotors zum Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockposition bei Vorliegen eines Signals zum Herausfahren des angetriebenen Elements aus einer Blockposition und eine systemseitige Normierung bezüglich der aktuellen Blockposition, wenn sich das angetriebene Element innerhalb seiner bestimmungsgemäßen Blockposition befindet, bevor der Gleichstrommotor angesteuert wird, um dem vorliegenden Signal entsprechend das bewegliche Element aus der Blockposition herauszufahren.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines
durch die Antriebswelle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements
innerhalb einer vorbestimmten Bewegungsstrecke zwischen zwei Block
positionen durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Strom
rippei.
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.
Da vorbekannt ist, über wie viele Stromrippel der Gleichstrommotor sich
drehen muß, bis die Strecke zwischen den beiden, die Bewegungsstrecke
begrenzenden Blockpositionen zurückgelegt ist, kann über die Zählung
der Stromrippel eine Positionsbestimmung des angetriebenen Ele
ments erfolgen. Eingesetzt werden derartige Verfahren beispielsweise im
Kraftfahrzeugbereich zum Steuern eines Verstellantriebes, wie sie bei
spielsweise für Fensterheber und/oder Schiebedächer vorgesehen sind.
Ein wesentliches Element in der Erfassung der Position beispielsweise der
Scheibe ist diejenige beim Schließen derselben, bei der der Einklemm
schutz abgeschaltet werden kann. Eine solche Abschaltung ist notwendig,
damit die Scheibe vollständig in ihren oberen Block und in die dort vorge
sehenen Dichtungen einfahren kann, ohne daß infolge der erhöhten Last
eine Motorabschaltung erfolgt. Bei einer fehlerhaften Zählung der Strom
rippel zur Bestimmung der Position der Scheibe kann es vorkommen, daß
der Einklemmschutz zu früh oder zu spät abgeschaltet wird.
Zur Erhöhung der Bestimmung der Positionsgenauigkeit des beweglichen
Elements, beispielsweise einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges er
folgt eine systemseitige Normierung bzw. Renormierung, wenn das Fen
ster in seine obere Blockposition eingefahren worden ist, da nunmehr eine
tatsächliche Übereinstimmung der IST-Position der Scheibe und der me
chanisch definierten Blockposition gegeben ist. Durch diese Renormie
rung wird der Stromrippelzähler wieder auf null zurückgesetzt, damit eine
Fehleraddition über einen längeren Zeitraum verhindert ist. Auch wenn
durch derartige Renormierungsmaßnahmen eine genaue Positionsbe
stimmung des angetriebenen Elements über einen längeren Zeitraum
grundsätzlich durchgeführt werden kann, ist eine solche Renormierung
jedoch unzureichend, wenn innerhalb derjenigen Zeitspanne, in der sich
das angetriebene Element in seiner Blockposition befindet, sich dieses
ohne einen Betrieb des Gleichstrommotors bewegt. Dies ist beispielswei
se bei solchen Anwendungen der Fall, bei denen zum Antreiben des an
getriebenen Elements zwischen dem Gleichstrommotor und dem bewegli
chen Element mechanische Übertragungsmittel eingesetzt sind, wie etwa
bei Verstelleinrichtungen zum Betätigen der Fensterscheiben eines Kraft
fahrzeuges. Verbleibt eine solche Fensterscheibe über einen bestimmten
Zeitraum in seiner geschlossenen, in der oberen Blockposition befindli
chen Stellung, entspannt sich die das Fenster hebende Mechanik um ei
nige Millimeter, insbesondere bei einem Betrieb des Kraftfahrzeuges infol
ge der auftretenden Vibrationen. Bei einer solchen Bewegung der Schei
be, die nicht aufgrund eines Betriebes des Gleichstrommotors herbeige
führt wird, ist für den weiteren Betrieb die Positionserfassung verfälscht,
da sich die IST-Position der Scheibe nicht - wie systemseitig angenom
men - während der Normierung in der oberen Blockposition befindet.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung
daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes gattungsgemäßes
Verfahren dergestalt weiterzubilden, daß eine sichere Positionsbestim
mung des angetriebenen Elements auch dann möglich ist, wenn dieses
systemseitig unerkannt aus seiner Blockposition heraus bewegt worden
ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes gat
tungsgemäßes Verfahren gelöst, bei dem ein Ansteuern des Gleich
strommotors zum Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockpo
sition bei Vorliegen eines Signals zum Herausfahren des angetriebenen
Elements aus einer Blockposition und eine systemseitige Normierung be
züglich der aktuellen Blockposition vorgesehen ist, wenn sich das ange
triebene Element innerhalb seiner bestimmungsgemäßen Blockposition
befindet, bevor der Gleichstrommotor angesteuert wird, um dem vorlie
genden Signal entsprechend das bewegliche Element aus der Blockposi
tion herauszufahren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Vermeidung einer ver
fälschten Positionsbestimmung der Scheibe bei einem benutzerseitig ge
wünschten Herausfahren des angetriebenen Elements aus seiner Block
position der Gleichstrommotor zunächst angesteuert, um das angetriebe
ne Element zunächst in seine Blockposition einzufahren. Wenn es sicher
gestellt ist, daß das angetriebene Element sich (wieder) in seiner Block
position befindet, so daß die IST-Position des angetriebenen Elements
der tatsächlichen Blockposition entspricht, wird eine systemseitige
(Re)Normierung durchgeführt. Erst wenn diese Normierung abgeschlos
sen ist, wird der Gleichstrommotor zum Herausfahren des angetriebenen
Elements aus seiner Blockposition angesteuert. Die Positionserfassung ist
somit mit dem Beginn des Herausfahrens des angetriebenen Elements
aus seiner Blockposition erneut in Bezug auf die mögliche Bewegungs
strecke des angetriebenen Elements geeicht. Die nachfolgende Positi
onserfassung des beweglichen Elements ist daher nicht nur frei von Feh
lern vorangegangener Bewegungen, sondern auch frei von Normierungs
fehlern infolge von zwischen der registrierten Einfahrbewegung des ange
triebenen Elements in seine Blockposition und dem gewünschten Her
ausfahren eingetretene, jedoch nicht detektierter Bewegungen des ange
triebenen Elements.
Eine Detektion, daß sich das angetriebene Element vollständig in seiner
Blockposition befindet, kann über eine Auswertung der der Bewegung des
Gleichstrommotors entgegenwirkenden Last erfolgen. Ferner kann vorge
sehen sein, daß der Gleichstrommotor über eine vorbestimmte Zeitspanne
zum (erneuten) Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockpositi
on angesteuert ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Gleichstrommotor
solange zum Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockposition
angesteuert, bis in dem Ankerstromsignal des Gleichstrommotors keine
Stromrippel mehr detektierbar sind. Werden keine Stromrippel mehr de
tektiert, bewegt sich der Gleichstrommotor trotz Ansteuerung nicht mehr,
welcher Zustand eintritt, wenn das angetriebene Element in die Blockpo
sition und somit gegen seinen Endanschlag wirkend eingefahren ist. Zur
Erhöhung der Sicherheit kann vorgesehen sein, daß trotzdem über eine
vorbestimmte Zeitspanne hinweg der Gleichstrommotor zum Einfahren
des angetriebenen Elementes in die Blockposition angesteuert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für Verstellantriebe im
Kraftfahrzeug, etwa zum Betätigen von Fensterscheiben, Schiebedächern
und/oder Sitzen. Insbesondere bei einem Einsatz zum Betreiben einer als
Fensterheber ausgelegten Verstelleinrichtung eignet sich das erfindungs
gemäße Verfahren, da durch dieses die Sicherheit hinsichtlich einer ex
akten Bestimmung desjenigen Punktes, in dem der Einklemmschutz beim
Schließen der Scheibe ausgeschaltet werden kann, deutlich erhöht ist.
In Fig. 1 ist exemplarisch das analoge Rippelsignal des Gleichstrom
motors einer solchen als Fensterheber ausgelegten Verstelleinrichtung.
Das Fenster ist zuvor in seine obere Blockposition eingefahren worden
und in dieser Position über eine bestimmte Zeit verblieben. Daher beginnt
das analoge Ankerstromsignal auf Nullniveau. Im Zeitpunkt t1 wird sy
stemseitig der Wunsch eines Bedieners erkannt, die Fensterscheibe er
neut zu öffnen. Der Gleichstrommotor der Verstelleinrichtung wird im Zeit
punkt t1 derart bestromt, daß durch diesen das Fenster in seine Blockpo
sition eingefahren wird. Eine Drehung des Ankers des Gleichstrommotors
wird durch eine Detektion mehrerer Stromrippel erkannt. Im Zeitpunkt t2 ist
festgestellt worden, daß sich der Gleichstrommotor bzw. sein Anker infol
ge fehlender Stromrippel nicht mehr dreht. Gleichwohl ist bei dem darge
stellten Ausführungsbeispiel zur Sicherheit vorgesehen, daß der Gleich
strom noch über eine vorbestimmte Zeitspanne - hier 50 ms - in dieser
Richtung bestromt ist. Es erfolgt anschließend eine (Re)Normierung des
Systems, so daß beim anschließenden Ansteuern des Gleichstrommotors,
um nunmehr tatsächlich die Scheibe aus dieser Blockposition herauszu
fahren, eine Stromrippelzählung ausgehend von einer mit der Blockpositi
on übereinstimmenden IST-Position der Fensterscheiben erfolgen kann.
Der Zeitpunkt des Umschaltens des Gleichstrommotors erfolgt zu dem in
dem Diagramm mit t3 bezeichneten Zeitpunkt. Die gesamte Dauer der
Nachnormierung bis zum Beginn der Herausfahrens der Fensterscheibe
aus der Blockposition ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit
160 ms angegeben - einer Zeitspanne, die von einem Benutzer nicht als
Verzögerung registrierbar ist.
Claims (5)
1. Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebs
welle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements innerhalb
einer vorbestimmten Bewegungsstrecke zwischen zwei Blockposi
tionen durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen
Stromrippel, bei dem bei einer Bewegung des angetriebenen Ele
ments in eine Blockpositionen eine Normierung bezüglich der
Blockposition durchgeführt wird, gekennzeichnet durch ein An
steuern des Gleichstrommotors zum Einfahren des angetriebenen
Elements in die Blockposition bei Vorliegen eines Signals zum Her
ausfahren des angetriebenen Elements aus einer Blockposition
und eine systemseitige Normierung bezüglich der aktuellen Block
position, wenn sich das angetriebene Element innerhalb seiner be
stimmungsgemäßen Blockposition befindet, bevor der Gleich
strommotor angesteuert wird, um dem vorliegenden Signal ent
sprechend das bewegliche Element aus der Blockposition heraus
zufahren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Gleichstrommotor über eine vorbestimmte Zeitspanne hinweg zum
Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockposition ange
steuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Gleichstrommotor solange zum Einfahren des angetriebenen Ele
ments in die Blockposition angesteuert wird, bis im Stromrippelsi
gnal keine Stromrippel mehr detektierbar sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor
einer Ansteuerung des Gleichstrommotors zum Herausfahren des
angetriebenen Elements aus der Blockposition der Gleichstrom
motor eine vorbestimmte Zeitspanne über eine vorbestimmte Zeit
spanne hinweg weiterhin zum Einfahren des angetriebenen Ele
ments in die Blockposition angesteuert wird.
5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 im
Rahmen einer Positionserfassung eines über eine Verstelleinrich
tung in einem Kraftfahrzeug angetriebenen Elementes, etwa einer
Fensterscheibe, einem Schiebedach oder einem Sitz.
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