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 Elements

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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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