DE10082534B4

DE10082534B4 - Verfahren zur Regelung einer elektromotorisch angetriebenen Verstelleinrichtung für Fahrzeuge, zum Beispiel für Fensterheber sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10082534B4
Application number: DE10082534T
Authority: DE
Inventors: Carmelo Gutierrez
Original assignee: Kuester Automotive Door Systems GmbH
Current assignee: Kuester Automotive Door Systems GmbH
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: US6541930B1; DE10082534D2; WO2001018935A1

Abstract

Verfahren zur Regelung einer elektromotorisch angetriebenen Verstelleinrichtung für Fahrzeuge, mit einer Sicherheitsschaltung (5) zum Reversieren beziehungsweise Anhalten eines Antriebsmotors (6), wobei ein zur Istfrequenz proportionales Signal als Istwert über einen geschlossenen Regelkreis auf ein zur Sollfrequenz proportionales Signal als Sollwert geregelt wird, der Istwert sowie der Sollwert ein zur Drehzahl beziehungsweise Belastung des Antriebsmotors (6) proportionales Signal darstellen und die mit einem Vergleichsglied (2, 8) des Regelkreises erfasste Regelabweichung zur Aktivierung der Sicherheitsschaltung (5) herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Istfrequenz als Istwert mit der Sollfrequenz als Sollwert verglichen wird und die aus der Phasendifferenz entstehenden Differenzsignale über eine vorgegebene Zeitdauer integriert und daraus eine Stellgröße beziehungsweise Regelabweichung abgeleitet werden, durch welche beim Überschreiten eine bestimmten Schwellwertes die Sicherheitsschaltung (5) aktiviert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung einer elektromotorisch angetriebenen Verstelleinrichtung für Fahrzeuge, zum Beispiel für Fensterheber, Schiebedach oder dergleichen, mit einer Sicherheitsschaltung zur Reversierung eines Antriebsmotors zum Beispiel des Fensterhebers oder Schiebedachs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Aus der DE 195 07 541 C1 ist ein Verfahren zur Regelung einer elektromotorisch angetriebenen Verstelleinrichtung für Fahrzeuge der eingangs genannten Art bekannt, wobei die Verstelleinrichtung eine Sicherheitsschaltung zum Abschalten oder zur Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors bei Einklemmgefahr aufweist. Es wird ein zur Istfrequenz des Antriebsmotors proportionales Signal als Istwert über einen geschlossenen Regelkreis auf ein zur Sollfrequenz des Antriebsmotors proportionales Signal als Sollwert geregelt, wobei der Istwert und der Sollwert ein zur Drehzahl beziehungsweise Belastung des Antriebsmotors proportionales Signal darstellen. Mit einem Vergleichsglied des Regelkreises wird eine Regelabweichung erfasst und zur Aktivierung der Sicherheitsschaltung herangezogen. Das Verfahren berücksichtigt jedoch keine Einwirkungen infolge schlechten Fahrbahnbelages oder von Witterungseinflüssen dahingehend, dass sie nicht als Einklemmfall erkannt werden.

Des weiteren ist eine elektromotorische Verstelleinrichtung für Automobile aus der DE 33 03 590 C2 bekannt. Hierbei ist eine Sicherheitsschaltung vorgesehen, welche die Bewegungsrichtung der Fensterscheibe umkehrt, wenn diese bei ihrer Aufwärtsbewegung auf einen Widerstand trifft, beispielsweise die Hand oder den Kopf einer Person.

Häufig erfolgt die Erkennung eines Einklemmfalles über die Erfassung der Motordrehzahl, welche bei Belastung absinkt. Die Zeit zur Erfassung einer Drehzahländerung ist jedoch vergleichsweise hoch, so daß es im Einklemmfall zu Verletzungen oder zumindest zu schmerzhaften Zwischenfällen kommen kann, bis die Fensterscheibe endlich reversiert wird.

Um die Detektionszeit zu verkürzen, ist es denkbar, leistungsfähigere Prozessoren in der Steuerung einzusetzen, welche jedoch teuer sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung einer elektromotorischen Verstelleinrichtung für Fahrzeuge, mit Sicherheitsschaltung zur Reversierung eines Antriebsmotors der Verstelleinrichtung, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, wodurch ein sicheres und schnelles Detektieren eines Einklemmfalles ermöglicht wird und gleichzeitig etwaige Einwirkungen, wie zum Beispiel aufgrund eines schlechten Fahrbahnbelags oder Witterungseinflüssen (insbesondere im Winter), nicht als Einklemmfall erkannt werden.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Istfrequenz als Istwert mit der Sollfrequenz als Sollwert verglichen wird und die aus der Phasendifferenz entstehenden Differenzsignale über eine vorgegebene Zeitdauer integriert und daraus eine Stellgröße beziehungsweise Regelabweichung abgeleitet werden, durch welche beim Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes die Sicherheitsschaltung aktiviert wird.

Die Erfindung macht sich zunutze, daß jede Frequenzänderung in einer Phasenänderung resultiert, welche jedoch eine wesentlich schnellere Detektion als eine Frequenzänderung ermöglicht. Ersichtlich müssen lediglich die einander entsprechenden Flanken der Frequenzsignale von Soll- und Istfrequenz miteinander in Beziehung gesetzt werden, um eine Regelabweichung zu erhalten, aus welcher dann eine Stellgröße ableitbar ist.

Wenn beispielsweise ein Hindernis im Verschiebeweg der Scheibe auftritt, macht sich dies in einer Abnahme der Motordrehzahl bemerkbar. Daraus resultiert eine Phasenabweichung zwischen der Ist- und Sollfrequenz. Aus diesen Differenzsignalen wird erfindungsgemäß eine Stellgröße beziehungsweise Regelabweichung bestimmt. Treten nun innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer mehrere solcher Differenzsignale auf, so passiert die Stellgröße beziehungsweise Regelabweichung einen bestimmten Schwellwert und das System erkennt ein Hindernis und reversiert den Antriebsmotor des Fensterhebers. Die Sicherheitsschaltung kann auch mittels eines μC und eines entsprechend angepaßten Algorithmus aktiviert werden.

Wirken aufgrund von Fahrbahnunebenheiten periodische Belastungen auf die Scheibe, so hat das eine minimale Änderung der Motordrehzahl zur Folge, was wiederum in einer Phasendifferenz der Soll- und Istfrequenz detektierbar ist. Bei diesen Phasenänderungen handelt es sich um alternierende Impulse. Die Integration dieser Differenzsignale über eine vorgegebene Zeitdauer ist jedoch im wesentlichen Null, so daß der Schwellwert nicht passiert wird. Hierdurch ist erreicht, daß Einwirkungen in Folge von Fahrbahnunebenheiten gerade nicht als Einklemmfall detektiert werden und eine Aktivierung der Sicherheitsschaltung nicht erfolgt.

Das Verfahren macht sich die Eigenschaften eines Regelgliedes zunutze. Die Antwort eines realen Regelgliedes ist schnellstens zeitgleich mit der Änderung am Eingang. Auch ist die Änderungsgeschwindigkeit und Charakteristik am Ausgang definierbar. Eingebunden in einen Regelkreis ist der Regler bestrebt, eine erzeugte Regeldifferenz beziehungsweise Regelabweichung auf null zu regeln. Diese-Regelabweichung dient einem Algorithmus als Grundlage zur Bewertung eventuell auftretender Einklemmfälle. Weitere ähnlich wirkende aber ungefährliche Einflüsse, wie Beschleunigungen aufgrund des Befahrens von sogenannten Schlechtwegstrecken, Schwergängigkeiten des Fensterheber- oder Schiebedachsystems und durch Klimaeinfluß veränderte Eigenschaften werden durch den Regler ausgeregelt, da sich diese in der Charakteristik und Geschwindigkeit des Auftretens von den gefährlichen Einklemmfällen unterscheiden. Diese Maßnahme dient der Erhöhung der Schließsicherheit, beispielsweise beim genannten Schlechtwegeeinfluß. Das Verfahren dient vor allem der Erkennung von Gefahrensituationen beim Schließen eines Fensters oder Schiebedachs mittels eines elektromotorisch betriebenen Antriebs, um Verletzungen durch die dabei wirkenden Einklemmkräfte zu vermeiden. Trotz der Sensibilität des Verfahrens gegenüber gefährlichen Einklemmsituationen beziehungsweise der kurzen Zeitspanne der möglichen Detektion wird eine hohe Schließsicherheit erreicht. Beschleunigungseinwirkungen von außen, wie sie beim Befahren von sogenannten Schlechtwegstrecken verursacht werden, führen nicht zu der Detektion eines Einklemmfalls und damit einhergehenden Fehlreversierung. Auch der Einfluß gegebener und witterungsbedingter Schwergängigkeiten des Systems wird nicht als Einklemmfall bewertet, so daß das Fenster beziehungsweise Schiebedach oder dergleichen ungestört geschlossen werden kann. Das Verfahren ist geeignet, diese Einflüsse von den gefährlichen Einklemmfällen zu unterscheiden.

Nach einem weiteren ausgestaltenden Gedanken der Erfindung wird eine Sollfrequenz von einem externen Sollfrequenzgeber vorgegeben und mit einer durch die Drehzahl des Antriebsmotors bestimmte Istfrequenz verglichen. Die Wirkungsweise des Regelkreises beruht hierbei auf einem Nachregeln der die Istfrequenz bestimmenden Motordrehzahl auf den vorgegebenen Wert der externen Sollfrequenz.

Alternativ wird eine durch die Drehzahl des Antriebsmotors bestimmte Sollfrequenz vorgegeben. Ein von der Stellgröße beziehungsweise Regelabweichung nachgeregelter spannungsabhängiger Oszillator bilde eine phasenstarre Istfrequenz. Diese wird dann zum Phasendetektor zurückgeführt und wiederum mit der Sollfrequenz verglichen. Hat sich die Sollfrequenz durch ein Hindernis im Verschiebeweg verändert, so wird eine Phasenabweichung detektiert. Im nächsten Zyklus erzeugt der nachgeregelte spannungsabhängige Oszillator eine dieser vorgegebenen Sollfrequenz phasenstarre Istfrequenz.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass als Sollwertgeber ein Sollfrequenzgeber und als Istwertgeber ein Istfrequenzgeber vorgesehen sind, als Vergleichsglied ein Phasendetektor zum Einsatz kommt, der als Komparator eine Phasendifferenz aus Soll- und Istfrequenz bildet, und ein Integrationsglied vorhanden ist, das die Phasendifferenz integriert und daraus eine Stellgröße beziehungsweise Regelabweichung abgeleitet werden, durch welche beim Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes die Sicherheitsschaltung aktiviert wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Regler vorgesehen, welcher aus der Phasendifferenz eine Stellgröße für den Regelkreis bestimmt, durch die die Istfrequenz nachgeregelt wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Antriebsmotor des Fensterhebers mit einem Drehzahlgeber gekoppelt, der als Istfrequenzgeber ausgebildet ist und als Istfrequenz ein Frequenzsignal generiert, das der Drehzahl des Antriebsmotors proportional ist, so daß eine Drehzahländerung des Antriebsmotors von dem Regelkreis sofort als eine Istfrequenzänderung erfaßt wird.

Beispielsweise ist der Phasendetektor als digitaler PLL-Phasendetektor ausgebildet. Dieser stellt an seinem Ausgang das Ergebnis des Vergleichs der Sollfrequenz und der Istfrequenz in Form einer digitalen Spannung dar, welche als Regelabweichung dient. Die Phasenlage der Ist- und der Sollfrequenz zueinander wird also durch die Impulsdauer des am Ausgang des PLL-Phasendetektors ausgegebenen Spannungssignals widergespiegelt.

Vorteilhafterweise ist der PLL-Phasendetektor flankengetriggert. Dadurch wird erreicht, daß nicht die ganzen Frequenzsignale verglichen werden müssen sondern nur eine Flanke, was zu einer Ermittlung der Phasenlage der beiden Frequenzen völlig ausreichend ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sollfrequenzgeber als ein externer Frequenzgenerator ausgebildet, der die Sollfrequenz als Referenzgröße generiert. Dadurch ist erreicht, daß am Phasendetektor eine konstante Referenzfrequenz zur Verfügung steht, mit deren Hilfe jede Abweichung der Istfrequenz des Antriebsmotors durch den Phasendetektor nachgewiesen werden kann.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Regler als analoger Integrations-Regler ausgebildet ist. Somit ist es möglich die am Ausgang des PLL-Phasendetektors in Folge der Phasenverschiebung der Soll- und Istfrequenz auftretenden Spannungsimpulse aufzuintegrieren. Vorzugsweise erfolgt eine Integration der am Phasendetektor auftretenden Differenzsignale über ein bestimmtes Zeitintervall. Im Falle, daß bei der Integration der Spannungssignale ein vorgegebenes, gegebenenfalls zeitvariables oder parametervariables Gleichspannungsniveau passiert wird, reagiert das System auf ein Hindernis im Verschiebeweg der Scheibe und reversiert den Antriebsmotor. Die Phasendifferenzen der Soll- und Istfrequenz, die als Folge von Fahrbahnunebenheiten auftreten, haben alternierende Spannungssignale, so daß die Integration über ein bestimmtes Zeitintervall im wesentlichen Null ist und somit das Gleichspannungsniveau nicht unterschritten wird. Deshalb erkennt der Regelkreis Fahrbahnunebenheiten nicht als Einklemmfall.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der Regelkreis einen Drehzahlregler für den Antriebsmotor, der in Abhängigkeit von den Impulsen am Ausgang des PLL-Phasendetektors eine analoge Stellgröße generiert. Diese wird dann einem Pulsweitenmodulator mit einem Schalttransistor zugeführt, der sie in eine digitale Spannung umsetzt, durch welche die Istfrequenz des Antriebsmotors auf die Sollfrequenz des externen Sollfrequenzgebers nachgeregelt wird, wenn sich, zum Beispiel durch Witterungseinflüsse, der Reibungswiderstand der Fensterscheibe erhöht und somit die Drehzahl des Antriebsmotors absinkt.

Eine zweite Lösung der Vorrichtungsaufgabe, die auf dem gleichen Prinzip beruht, wird dadurch erreicht, daß der mit dem Antriebsmotor des Fensterhebers gekoppelte Drehzahlgeber als Sollfrequenzgeber ausgebildet ist und als Sollfrequenz ein Frequenzsignal generiert, das der Drehzahl des Antriebsmotors proportional ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß als Istfrequenzgeber ein nachgeregelter spannungsabhängiger Oszillator (VCO) ausgebildet ist, der die Istfrequenz als Vergleichsgröße zur Sollfrequenz generiert. Durch den Einsatz eines solchen nachgeregelten spannungsabhängigen Oszillators, in Verbindung mit dem als Sollfrequenzgeber ausgebildeten Antriebsmotor, wird der Gebrauch einer Elektronik zum Nachregeln der Antriebsmotordrehzahl überflüssig.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Regler als analoger Proportional-Integrations-Regler ausgebildet. Die Spannungspulse die vom PLL-Phasendetektor kommen werden durch diesen Proportional-Integrations-Regler nun zweifach bewertet. Zum einen wird über das Integrations-Glied des Proportional-Integrations-Reglers beim Passieren eines gewissen Spannungsniveaus wiederum die Sicherheitsschaltung aktiviert. Der Proportional-Integrations-Regler erkennt, analog zum Integrationsregler der ersten Lösung, daß es sich bei Fahrbahnunebenheiten nicht um einen Einklemmfall handelt. Zum anderen wird über das Proportional-Glied des Proportional-Integrations-Reglers der Arbeitspunkt des spannungsgesteuerten Oszillators nachgeführt. Dieser generiert dann aus diesem Signal eine Istfrequenz, die phasenstarr mit der ursprünglichen Sollfrequenz wird. Die Istfrequenz wird dann zum PLL-Phasendetektor zurückgeführt, wo sie wiederum mit der Sollfrequenz verglichen wird. Der PLL-Phasendetektor erzeugt aus der Phasendifferenz ein digitales Spannungssignal, das dem Proportional-Integrations-Regler zugeführt wird.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch, daß zur Erkennung der Phasenverschiebung kein Prozessor erforderlich ist, so daß die Einklemmerkennung vollständig aus dem fahrzeugseitig vorhandenen Prozessor herausgenommen werden kann. Selbstverständlich ist aber auch die Einklemmerkennung mittels eines μC möglich.

Es versteht sich, daß die Detektionsstufe zur Aktivierung der Sicherheitsschaltung entweder analog oder mittels eines Mikro-Controllers beziehungsweise Mikro-Computers ausgebildet sein kann. Im Falle, daß ein Mikro-Computer vorgesehen ist, wird ein spezieller Algorithmus zur Erkennung des Einklemmfalls zur Verfügung gestellt. Insbesondere zur Erkennung einer Schlechtwegstrecke wird die Regelabweichung beziehungsweise Stellgröße entsprechend analysiert, um sogenannte Fehlreversierungen zu vermeiden. Unter Fehlreversierungen des Antriebes werden solche Situationen verstanden, bei denen ein Einklemmfall nicht vorliegt, der Verlauf der Drehzahländerung der Motordrehzahl der Verstelleinrichtung jedoch aufgrund anderer Umstände zumindest kurzzeitig einen ähnlichen Verlauf wie im Einklemmfall aufweist. Durch Analyse der Regelabweichung beziehungsweise Stellgröße, entweder auf analoge Art oder mittels eines Mikro-Computers und entsprechenden Algorithmus werden derartige Fehlreversierungen des Antriebs unterdrückt. Weiterhin können sich auch Bordnetzschwankungen, beispielsweise des Kraftfahrzeuges, unter Umständen auf die Regelung beziehungsweise Reversierung des Antriebsmotors auswirken. Dies gilt insbesondere für kurzzeitig auftretende, große Schwankungen der Bordnetzspannung, da zeitlich langsamer veränderliche Bordnetzschwankungen innerhalb der Regelgeschwindigkeit vom Regelkreis nachgeregelt werden und im allgemeinen nicht zu Fehlreversierungen führen. Plötzlich auftretende große Schwankungen der Bordnetzspannung können vom eigentlichen Regelkreis nicht als solche erfaßt werden, da es dadurch auch zu einer starken Veränderung der Motordrehzahl kommen kann. Dennoch soll die Sicherheitsschaltung bei Erkennen eines solchen Falls nicht reversieren. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß bei Erkennen einer großen Spannungsschwankung im Bordnetz die Regelung kurzzeitig deaktiviert beziehungsweise der Schwellwert den geänderten Signalen angepaßt wird. Solche plötzlich auftretenden großen Schwankungen werden zum Beispiel über einen Spannungsteiler oder eine Kondensatorschaltung erfaßt.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.

Es zeigen:
1 das Blockschaltbild des prinzipiellen Aufbaues der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung mit Einklemmschutz,
2 das Blockschaltbild des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung mit Einklemmschutz,
3, das Blockschaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung mit Einklemmschutz,
4 und 5 unterschiedliche Signalverläufe am PLL-Phasendetektor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und
6 und 7 unterschiedliche Signalverläufe am PLL-Phasendetektor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
In 1 ist das Blockschaltbild des prinzipiellen Aufbaues der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung mit Einklemmschutz dargestellt. Es enthält die Elemente, die der Regelkreis zumindest enthalten muß. Das sind ein Sollfrequenzgeber 1, ein Phasendetektor 2, ein Regler 3 und ein Istfrequenzgeber 4. Zudem ist eine Sicherheitsschaltung 5 angegeben, die durch den Regelkreis angesteuert wird. Am Phasendetektor 2 werden die Sollfrequenz des Sollfrequenzgebers 1 und die Istfrequenz des Istfrequenzgeber 4 verglichen und deren Phasenabweichung bestimmt. Diese Phasenabweichung wird dem Regler 3 zugeführt, der aus der Regelabweichung eine Stellgröße generiert und ab einem vorgegebenen Wert der Stellgröße beziehungsweise Regelabweichung die Sicherheitsschaltung 5 aktiviert. Es versteht sich, daß der vorgegebene Wert in Abhängigkeit vom Parameter oder auch der Zeit variabel sein kann. Die Sicherheitsschaltung 5 wird in jedem Fall durch das Auftreten von einklemmspezifischen Signalen aktiviert.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen phasenstarren Regelkreises für die Regelung von elektromotorischen Antrieben besteht aus einem mit dem Antriebsmotor 6 gekoppelten Drehzahlgeber 7, der als Istwert ein Frequenzsignal generiert, das der Drehzahl des Antriebsmotors 6 proportional ist, einem Sollfrequenzgeber 1, einem digitalen PLL-Phasendetektor 8 (ggf. positiv flankengetriggert), einem Integrations-Regler 9, ggf. einem analogen Drehzahlregler 10 und einem Pulsweiten-Modulator 11, ggf. mit Schalttransistor beziehungsweise Leistungsstufe, zur Drehzahlregelung des Motors 6 und ist in 2 dargestellt.
Im Teilbild 4a ist die Sollfrequenz dargestellt mit im zeitlichen Abstand der Schwingungsdauer T auftretenden Phasenflanken F_s. Teilbild 4b zeigt den am Motor 6 abgegriffenen und dem digitalen PLL-Phasendetektor zugeführten Signalverlauf der Istfrequenz. Beim Ausführungsbeispiel gemäß dem Teilbild 4b ist die Istfrequenz größer als die Sollfrequenz, so daß die Phase des Istwertes gegenüber derjenigen des Sollwertes voreilt. Entsprechend dem zeitlichen Abstand der Phasenflanke F_s des Sollwertes gegenüber der Phasenflanke F_i des Istwertes schaltet der Phasendetektor seinen Ausgang auf +U_b, was ein Maß für die Phasenabweichung darstellt. Der Signalverlauf am Ausgang des Phasendetektors (mit gegenüber dem Sollwert größerer Istfrequenz) ist in Teilbild 4c dargestellt.
Eine gegenüber der Sollfrequenz höhere Motordrehzahl kann sich bspw. einstellen, wenn im Sommer der Reibwiderstand gegenüber den Wintermonaten erheblich reduziert ist.
Der Fall, daß die Istfrequenz kleiner als die Sollwertfrequenz ist und demgemäß die Phasen bzw. Phasenflanken F_i des Istwertes gegenüber demjenigen des Sollwerts F_s nacheilen, ist in Teilbild 4d dargestellt. Dies entspricht einer Einklemmsituation mit einem Hindernis im Verschiebeweg der Scheibe. Aufgrund der auf den Motor 6 wirkenden Belastung nimmt die Istfrequenz gegenüber der Sollfrequenz ab. Der entsprechende Signalverlauf am Ausgang des digitalen PLL-Phasendetektors 8 ist in Teilbild 4e dargestellt, wobei der Phasendetektor 8 seinen Ausgang für diejenige Zeitdauer auf 0 Volt schaltet, die der Phasenabweichung zwischen Soll- und Istwert entspricht.
In Teilbild 4f ist der vom Antriebsmotor 6 erhaltene Signalverlauf dargestellt, wie er dem regulären Betrieb entspricht, wobei Soll- und Istfrequenz im wesentlichen gleich sind. Demgemäß ergibt sich am Ausgang des Phasendetektors 8 ein Signalverlauf mit periodisch um U_b/2 alternierenden Spannungssignalen (siehe Teilbild 4g). Dies entspricht der Fahrt eines Kraftfahrzeuges auf unebener Fahrbahn.
In 5 ist der Einklemmfall dargestellt, wobei in Teilbild 5a die Sollfrequenz, in Teilbild 5b der Signalverlauf der Istfrequenz, und zwar für den Einklemmfall, d.h. mit gegenüber dem Sollwert kleinerer Frequenz und in Teilbild 5c der Spannungsverlauf U_c an einem Kondensator als Integral der negativen Impulse des Phasendetektors 8 gezeigt ist.
Wenn die Kondensatorspannung U_c einen Gleichspannungspegel unterschreitet, erkennt das System ein Einklemmfall, wodurch die Reversierung der Scheibe eingeleitet wird. Dabei erfolgt die Integration der Impulse des Phasendetektors über ein bestimmtes Zeitfenster, welches kleiner ist als die Ansprechzeit zum Nachregeln der Istfrequenz auf die Sollfrequenz.
Wie oben bereits ausgeführt, ergeben sich im Falle, daß Belastungen auf das Fensterhebersystem aufgrund von Fahrbahnunebenheiten auftreten, periodische Phasenänderungen mit Rechteckimpulsen, welche um U_b/2 alternieren (vgl. Teilbild 4g). Die Kondensatorspannung U_c als Integral dieser Rechteckimpulse am Ausgang des Phasendetektors sollte dann jedoch nicht zu einem Unterschreiten des Gleichspannungspegels führen, so daß die Regelung dabei nicht auf einen Einklemmfall schließt.
Der Drehzahlregler 10 zum Nachregeln der Drehzahl des Motors 6 auf die vorgegebenen Sollfrequenz dient dazu, Änderungen des Fensterhebersystems aufgrund des normalen Verschleißes oder Änderung zwischen Winter- und Sommerjahreszeit auszugleichen, ebenso um eine ungleichmäßige Last oder unterschiedliche Reibkräfte während eines Schließhubes zu kompensieren.
Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen phasenstarren Regelkreises für die Regelung von elektromotorischen Antrieben besteht aus einem mit dem Antriebsmotor 6 gekoppelten Drehzahlgeber, der als Sollwert ein Frequenzsignal generiert, welches der Drehzahl des Antriebsmotors 6 proportional ist. Weiterhin ist ein digitaler PLL-Phasendetektor 8 vorgesehen, ein Proportional-Integrations-Regler 12 und ein nachgeregelter spannungsabhängiger Oszillator (VCO) 13, welcher die Istfrequenz erzeugt. Ein Blockschaltbild dieser Ausführungsform ist in 3 dargestellt.
Die Istfrequenz, die vom Ausgang des spannungsabhängigen Oszillators 13 zum Phasendetektor 8 geleitet wird, wird aus der Sollfrequenz des Motorantriebs 6 ermittelt. Über beispielsweise einen Proportional-Integrations-Regler 12, wird ein Spannungssignal, das vom Phasendetektor 8 kommt, so modifiziert, daß der nachgeschaltete spannungsabhängige Oszillator 13 ein Rechtecksignal generieren kann, das dem ursprünglichen der Sollfrequenz des Motorantriebs 6 entspricht und diesem phasenstarr ist. Es handelt sich dabei regelungstechnisch um eine Nachlaufsynchronisation. Aufgrund der zeitlichen Verzögerung durch den Proportional-Integrations-Regler 12 tritt bei einer Änderung der Sollfrequenz des Motorantriebes 6 eine Phasenverschiebung der Istfrequenz des spannungsabhängigen Oszillators 13 auf, die dann am Phasendetektor 8 nachgewiesen wird und mittels des Proportional-Integrations-Reglers 12 speicherbar ist.
Im Teilbild 6a ist die vom Motor 6 abgegriffene Sollfrequenz dargestellt mit im zeitlichen Abstand der Schwingungsdauer T auftretenden Phasenflanken F_s. Teilbild 6b zeigt den am VCO 13 abgegriffenen und dem Phasendetektor 8 zugeführten Signalverlauf der Istfrequenz. Beim Ausführungsbeispiel gemäß dem Teilbild 6b ist die Sollfrequenz größer als die Istfrequenz, so daß die Phase des Istwertes gegenüber derjenigen des Sollwertes nacheilt. Entsprechend dem zeitlichen Abstand der Phasenflanke F_s des Sollwertes gegenüber der Phasenflanke F_i des Istwertes schaltet der Phasendetektor seinen Ausgang auf +U_b, was ein Maß für die Phasenabweichung darstellt. Der Signalverlauf am Ausgang des Phasendetektors (mit gegenüber dem Istwert größerer Sollfrequenz) ist in Teilbild 6c dargestellt.
Der Fall, daß die Istfrequenz größer als die Sollfrequenz ist und demgemäß die Phasen bzw. Phasenflanken F_i des Istwertes gegenüber demjenigen des Sollwerts F_s voreilen, ist in Teilbild 6d dargestellt. Dies entspricht einer Einklemmsituation mit einem Hindernis im Verschiebeweg der Scheibe. Aufgrund der auf den Motor 6 wirkenden Belastung nimmt die vom Motor 6 abgeleitete Sollfrequenz gegenüber der Istfrequenz des VCO 13 ab. Der entsprechende Signalverlauf am Ausgang des Phasendetektors 8 ist in Teilbild 6e dargestellt, wobei der Phasendetektor seinen Ausgang für diejenige Zeitdauer auf 0 Volt schaltet, die der Phasenabweichung zwischen Soll- und Istwert entspricht.
In Teilbild 6f ist der vom Antriebsmotor M erhaltene Signalverlauf dargestellt, wie er dem regulären Betrieb entspricht, wobei Soll- und Istfrequenz im wesentlichen gleich sind. Demgemäß ergibt sich am Ausgang des Phasendetektors ein Signalverlauf mit um U_b/2 alternierenden Spannungssignalen. Dies entspricht der Fahrt eines Kraftfahrzeuges auf unebener Fahrbahn.
In 7 ist der Einklemmfall dargestellt, wobei in Teilbild 7a die Istfrequenz, in Teilbild 7b der Signalverlauf der Sollfrequenz, und zwar für den Einklemmfall, das heißt mit gegenüber dem Istwert kleinerer Frequenz und in Teilbild 7c der Spannungsverlauf U_c an einem Kondensator als Integral der nach „0 Volt" gerichteten Spannungspulse des Phasendetektors 8 gezeigt ist.
Wenn die Koridensatorspannung U_c ein spannungsniveau passiert, erkennt das System einen Einklemmfall, wodurch die Reversierung der Scheibe eingeleitet wird. Dabei erfolgt die Integration der Spannungspulse des Phasendetektors 8 über ein bestimmtes Zeitfenster, welches kleiner ist als die Regelzeit des Reglers zum Nachregeln der Istfrequenz auf die Sollfrequenz.
Wie oben bereits ausgeführt, ergeben sich im Falle, daß Belastungen auf das Fensterhebersystem aufgrund von Fahrbahnunebenheiten auftreten, Phasenänderungen mit Rechteckimpulsen, welche um U_b/2 alternieren (vgl. Teilbild 6g). Die Kondensatorspannung U_c als Integral dieser Rechteckimpulse am Ausgang des Phasendetektors 8 führt dann jedoch nicht zu einem Passieren des Gleichspannungsniveau, so daß die Regelung dabei nicht auf einen Einklemmfall schließt.
Das Funktionsprinzip der Schließkraftbegrenzung läßt sich allgemein wie folgt erklären: Dem Antriebsmotor nachgeschaltet ist ein Istwertgeber, mit dem die Drehzahl des Antriebsmotors beziehungsweise die Belastung erfaßt wird. Dieses Ausgangssignal des Istwertgebers wird einem Vergleichsglied zugeführt, welches als Differenzbildungsstufe ausgebildet ist. Am Ausgang dieser Differenzbildungsstufe erscheint beispielsweise das Gleichspannungssignal des Istwertgebers um den Spannungswert vom Ausgang des Regelgliedes vermindert. Weiterhin kann ein Sollwertgeber vorgesehen sein, dessen Sollwerte beispielsweise dem Regelglied zugeführt werden. Insgesamt ist der Regelkreis so ausgebildet, daß die Regelabweichung am Ausgang der Differenzbildungsstufe auf Null geregelt wird. Beim Auftreten von Störgrößen für den Istwert nimmt die Regelabweichung je nach Charakteristik des Regelgliedes für mehr oder weniger lange Zeiträume einen von Null abweichenden Wert an, bis durch den Regelkreis die Störgröße ausgeregelt ist und die Regelabweichung wieder bei Null liegt. Kommt es demnach nach der Differenzbildung in der Differenzbildungsstufe beziehungsweise dem Vergleichsglied zu einem von Null abweichenden Ergebnis, so reagiert das Regelglied seiner Charakteristik folgend, mit anderen Spannungswerten am Ausgang, um die resultierende Differenz wieder auf null einzustellen. Der Verlauf und Betrag dieser Regeldifferenz beziehungsweise Regelabweichung gibt die aktuellen Lastwechsel des Fensterheber- oder Schiebedachantriebs wieder und kann auf Charakteristika hin untersucht werden, welche in gefährlichen Einklemmsituationen meßbar werden beziehungsweise charakteristisch für ein Einklemmfall sind. Diese Auswertung der Regelabweichung erfolgt über eine Detektionsstufe, die ihrerseits ausgangsseitig die Sicherheitschaltung ansteuert. Ein einfaches Ausführungsbeispiel ist die Überwachung der Stärke von Lastwechseln des Antriebsmotors über die Zeit. Diese zeitliche Änderung der Lastwechselvorgänge wird durch den Betrag der Regelabweichung beziehungsweise Regeldifferenz wiedergegeben. Wird ein vorgegebener Schwellwert der Regelabweichung erreicht oder überschritten, so kann die Detektionsstufe auf einen unerwünschten beziehungsweise gefährlichen Einklemmfall schließen und über die Sicherheitsschaltung eine Reversion des Antriebsmotors einleiten beziehungsweise diesen anhalten. Um die Detektionen unempfindlich gegenüber sonstigen, nicht auf den Einklemmfall zurückzuführende Ereignisse, wie Spannungsschwankungen des Bordnetzes, oder beim Befahren von Schlechtwegstrecken auf das Fensterhebersystem einwirkende Beschleunigungseinwirkungen, zu machen, kann anhand eines Algorithmus der zeitliche Verlauf der Regeldifferenz beziehungsweise Regelabweichung beurteilt werden, um Fehlreversionen beziehungsweise Falschdetektionen eines Einklemmfalls zu vermeiden. Auch kann der Regelkreis in einem Programm von einem Prozessor abgearbeitet werden, doch bietet sich mit dem zuvor beschriebenen Beispiel auch die Möglichkeit, eine Verarbeitung auf analogem Weg durchzuführen. Die Realisierung beziehungsweise Kombination mit einem Prozessor bietet erweiterte Möglichkeiten in der Unterscheidung eines Einklemmfalls von sonstigen Einflüssen und der erleichterten Realisierung von sogenannten Komfortfunktionen.

1: Sollfrequenzgeber
2: Phasendetektor
3: Regler
4: Istfrequenzgeber
5: Sicherheitsschaltung
6: Antriebsmotor
7: Drehzahlgeber
8: Digitaler PLL-Phasendetektor
9: Integrations-Regler
10: Drehzahlregler
11: Pulsweitenmodulator
12: Proportional-Integrations-Regler
13: spannungsabhängiger Oszillator (VCO)

Claims

Verfahren zur Regelung einer elektromotorisch angetriebenen Verstelleinrichtung für Fahrzeuge, mit einer Sicherheitsschaltung (5) zum Reversieren beziehungsweise Anhalten eines Antriebsmotors (6), wobei ein zur Istfrequenz proportionales Signal als Istwert über einen geschlossenen Regelkreis auf ein zur Sollfrequenz proportionales Signal als Sollwert geregelt wird, der Istwert sowie der Sollwert ein zur Drehzahl beziehungsweise Belastung des Antriebsmotors (6) proportionales Signal darstellen und die mit einem Vergleichsglied (2, 8) des Regelkreises erfasste Regelabweichung zur Aktivierung der Sicherheitsschaltung (5) herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Istfrequenz als Istwert mit der Sollfrequenz als Sollwert verglichen wird und die aus der Phasendifferenz entstehenden Differenzsignale über eine vorgegebene Zeitdauer integriert und daraus eine Stellgröße beziehungsweise Regelabweichung abgeleitet werden, durch welche beim Überschreiten eine bestimmten Schwellwertes die Sicherheitsschaltung (5) aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollfrequenz von einem externen Sollfrequenzgeber (1) vorgegeben und die Istfrequenz durch die Drehzahl des Antriebsmotors (6) gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollfrequenz durch die Drehzahl des Antriebsmotors (6) vorgegeben und die Istfrequenz aus der Sollfrequenz mittels eines spannungsabhängigen Oszillators (VCO 13) gebildet ist.
Vorrichtung zur Regelung einer elektromotorisch angetriebenen Verstelleinrichtung für Fahrzeuge, mit einer Sicherheitsschaltung (5) zur Reversierung beziehungsweise zum Anhalten eines Antriebsmotors (6), mit einem Regelkreis, welcher einen Sollwertgeber und einen Istwertgeber aufweist, wobei als Sollwert sowie als Istwert ein zur Drehzahl des Antriebsmotors (6) proportionales Signal verarbeitet wird, und mit einem Vergleichsglied (2, 8) zur Bildung einer Regelabweichung, wobei die Regelabweichung einer Detektionsstufe zugeführt wird, die die Sicherheitsschaltung (5) aktiviert, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollwertgeber ein Sollfrequenzgeber (1) und als Istwertgeber ein Istfrequenzgeber (4, 7) vorgesehen sind, als Vergleichsglied ein Phasendetektor (2, 8) zum Einsatz kommt, der als Komparator eine Phasendifferenz aus Soll- und Istfrequenz bildet, und ein Integrationsglied vorhanden ist, das die Phasendifferenz integriert und daraus eine Stellgröße beziehungsweise Regelabweichung abgeleitet werden, durch welche beim Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes die Sicherheitsschaltung (5) aktiviert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler (3) vorhanden ist, welcher aus der Phasendifferenz eine Stellgröße für den Regelkreis bestimmt, durch die die Istfrequenz nachgeregelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Istfrequenzgeber (4) ein mit dem Antriebsmotor (6) gekoppelter Drehzahlgeber (7) vorgesehen ist, dessen Istfrequenz zu der Drehzahl des Antriebsmotors (6) proportional ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasendetektor (2) als digitaler PLL-Phasendetektor (8) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der PLL-Phasendetektor (8) flankengetriggert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein externer Frequenzgenerator als Sollfrequenzgeber (1) vorgesehen ist, welcher die Sollfrequenz als Führungsgröße generiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (3) als analoger PID-Regler (9) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlregler (10) für den Antriebsmotor (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulsweitenmodulator (11) mit einer Leistungsstufe vorgesehen ist, der aus der Stellgröße des Drehzahlreglers (10) eine digitale Spannung erzeugt, durch welche die Istfrequenz des Antriebsmotors (6) auf die Sollfrequenz des externen Sollfrequenzgebers (1) nachgeregelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollfrequenzgeber ein mit dem Antriebsmotor (6) gekoppelter Drehzahlgeber (7) vorgesehen ist, dessen Sollfrequenz der Drehzahl des Antriebsmotors (6) proportional ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Istfrequenzgeber (4) als ein nachgeregelter spannungsabhängiger Oszillator (13) ausgebildet ist, der aus der Sollgröße über den Regler die Istfrequenz bestimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9 oder 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (3) als analoger Proportional-Integrations-Regler (12) ausgebildet ist.