DE10130183A1

DE10130183A1 - Auswertevorrichtung und Verfahren zur Positionserfassung eines elektromotorisch angetriebenen Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10130183A1
Application number: DE2001130183
Authority: DE
Inventors: Stefan Richter; Markus Ofen
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2021-06-23
Also published as: DE10130183B4

Abstract

Es wird zur Positionserfassung eines elektromotorisch angetriebenen Verstellsystems eines Kraftfahrzeugs die Position des Verstellsystems in Abhängigkeit von einem Positionssignal fortlaufend ermittelt. Das Positionssignal wird insbesondere durch eine Geber-Sensor-Anordnung oder durch ein Motorsignal, beispielsweise durch das Rippel-Count Verfahren, generiert. Während eines signifikanten Einbruchs der Versorgungsspannung kann das Positionssignal durch eine Auswertevorrichtung nicht ausgewertet werden, so daß eine trägheitsbedingte Bewegung des Verstellsystems während des Einbruchs der Versorgungsspannung nicht erfaßt werden kann. Das Nachlaufverhalten des Verstellsystems während eines Einbruchs der Versorgungsspannung wird daher erfindungsgemäß ermittelt, indem eine Geschwindigkeitskenngröße aus einer Zeitabhängigkeit des Positionssignals ermittelt wird, und nach dem Einbruch der Versorgungsspannung die durch das Nachlaufverhalten beeinflußte Position durch die Auswertung der vor dem Einbruch aktuellen Geschwindigkeitskenngröße ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswertevorrichtung und ein Verfahren zur Positionserfassung eines elektromotorisch angetriebenen Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs.

Aus der EP 0 603 506 A2 ist ein Verfahren zur Lagebestimmung eines elektromotorisch in zwei Richtungen angetriebenen Teils von Kraftfahrzeugen bekannt. Mit Hilfe eines Zählers werden beim Bewegen des Teils in seine beiden Richtungen Zählimpulse eines Stellungsgebers in den Zähler zum Verringern bzw. Erhöhen des Zählstandes entsprechend der vorgegebenen Bewegung eingegeben. Nach Abschalten des Antriebsmotors werden die vom Stellungsgeber gelieferten Impulse in ihrem zeitlichen Abstand vom Abschaltzeitpunkt analysiert und einer Weiterbewegung des Zählers zugeordnet, wenn der zeitliche Abstand der Impulse ein vorgegebenes Maß nicht übersteigt. Beim Umpolen des Antriebsmotors wird die Zählrichtung erst dann der neuen Bewegungsrichtung zugeordnet, wenn der Abstand der Impulse nach dem Umpolen sich wiederum verkleinert.

Eine Anordnung zur Nachlauferfassung von elektrischen Stellmotoren mit inkrementaler Positionserfassung ist aus der DE 197 02 931 C1 bekannt. Es ist in der DE 197 02 931 C1 eine Auswerteelektronik vorgesehen, welche die Positionssignale von Positionsgebern feststellt, und die festgestellten Zustände der Positionssignale bzw. die Zustände der Positionsgeber nach Abschalten des Motors in einem nichtflüchtigen Speicher abspeichert. Die Auswerteelektronik kann zeitweise von der Versorgungsspannung abgeschalten werden. Sie ist mit einer Pufferung versehen, die genügend groß ist zur Positionserfassung und Abspeicherung nach Abschaltung der Auswerteelektronik von der Versorgungsspannung. Der nichtflüchtige Speicher kann ein EEPROM im Mikrocontroller der Auswerteelektronik sein.

Besonders nachteilig an der Lösung der DE 197 02 931 C1 ist die aufwendige Pufferungskapazität der Versorgungsspannung der Auswerteelektronik, insbesondere durch einen zusätzlichen Kondensator. Erst mit der in dem Kondensator gepufferten Energie ist es jedoch möglich Positionssignale nach der Abschaltung der Versorgungsspannung auszuwerten und die aktuelle Position anschließend in dem EEPROM zu speichern. Für eine exakte Positionserfassung muß zum Abspeichern bis zum letzten Flankenwechsel gewartet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine vereinfachte Auswertevorrichtung zur Nachlauferfassung anzugeben, ohne eine aufwendige Pufferkapazität für ein Erfassen des Positionssignals und Abspeichern der Position nach einer Reduktion der Versorgungsspannung zu benötigen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Positionserfassung eines elektromotorisch angetriebenen Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch die Auswertevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Demgemäß wird zur Positionserfassung eines elektromotorisch angetriebenen Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs die Position des Verstellsystems in Abhängigkeit von einem Positionssignal fortlaufend ermittelt. Das Positionssignal wird insbesondere durch eine Geber-Sensor-Anordnung oder durch ein Motorsignal, beispielsweise durch das Rippel- Count Verfahren, generiert. Während eines signifikanten Einbruchs der Versorgungsspannung kann das Positionssignal durch eine Auswertevorrichtung nicht ausgewertet werden, so daß eine trägheitsbedingte Bewegung des Verstellsystems während des Einbruchs der Versorgungsspannung nicht erfaßt werden kann.

Das Nachlaufverhalten des Verstellsystems während eines Einbruchs der Versorgungsspannung wird daher erfindungsgemäß ermittelt, indem vor dem Einbruch der Versorgungsspannung eine Geschwindigkeitskenngröße aus einer Zeitabhängigkeit des Positionssignals ermittelt wird, und nach dem Einbruch der Versorgungsspannung die durch das Nachlaufverhalten beeinflußte Position durch die Auswertung der vor dem Einbruch aktuellen Geschwindigkeitskenngröße ermittelt wird.

Um das Nachlaufverhalten ohne eine Pufferkapazität zu ermitteln, ist es notwendig Informationen über das Verhalten des Fensterhebersystems kurz vor dem Einbruch der Versorgungsspannung nach einer wieder ausreichend hohen Versorgungsspannung auszuwerten. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Nachlauferfassung unabhängig von der Dauer des Einbruchs der Versorgungsspannung möglich ist. Ist eine Nachlauferfassung nicht möglich, muß die Position neu normiert werden. Ein Automatiklauf der Verstellung, ohne eine korrekte Nachlaufermittlung birgt die Gefahr, daß ein Einklemmschutz aufgrund der inkorrekt erkannten Position nicht fehlerfrei aktiviert werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Geschwindigkeitskenngröße fortlaufend ermittelt. Die fortlaufende Ermittlung wird beispielsweise zusätzlich zur Regelung der Verstellgeschwindigkeit ausgewertet. Der Momentanwert der Geschwindigkeitskenngröße kurz vor dem Einbruch der Versorgungsspannung dient als wichtige Eingangsgröße zur Ermittlung des Nachlaufverhaltens. Alternativ werden die Werte der Geschwindigkeitskenngröße fortlaufend gemittelt, um kleine Schwankungen der Geschwindigkeit für das Nachlaufverhalten richtig zu bewerten. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn die Positionserfassung inkremental durch Impulse als Positionssignale erfolgt.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine Beschleunigungskenngröße aus der zeitlichen Änderung der Geschwindigkeitskenngröße (positive oder negative Beschleunigung) ermittelt. Mittels der Beschleunigungskenngröße wird das dynamische Verhalten des Verstellsystems zum Zeitpunkt des Einbruchs der Versorgungsspannung besonders einfach detektierbar. Insbesondere wird eine folgende Leichtgängigkeit des Verstellsystems durch eine positive Beschleunigung und eine folgende Schwergängigkeit des Verstellsystems durch eine negative Beschleunigung oder Bremsung des Verstellsystems ermittelt. Um das Nachlaufverhalten genauer zu erfassen, wird zur Positionsermittlung zusätzlich die Beschleunigungskenngröße ausgewertet, indem beispielsweise die Geschwindigkeitskenngröße mittels der Beschleunigungskenngröße gewichtet wird.

In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird eine Dauer des Einbruch der Versorgungspannung ermittelt. Ist die Dauer beispielsweise kürzer als die Dauer eines Positionssignals, ist eine Korrektur der Position nicht notwendig. Zur Positionsermittlung zusätzlich wird daher die Dauer ausgewertet, indem der Beginn des Einbruchs von dem Zeitpunkt wieder ausreichender Versorgungsspannung subtrahiert wird, und in Abhängigkeit von der Dauer des Einbruchs auf die während der Dauer des Einbruchs erfolgte Trägheitsbewegung des Verstellsystems zurückgeschlossen wird.

Um auch elektromotorische Effekte während des Einbruchs auszuwerten, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach dem Einbruch die Einbruchsspannung ermittelt. Zur Positionsermittlung wird zusätzlich die Einbruchsspannung und die davon abhängige elektromotorische Bremswirkung im Verhältnis zu Geschwindigkeitskenngröße ausgewertet. Zur vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung wird die Einbruchsspannung durch das Anstiegsverhalten der Versorgungsspannung nach dem Einbruch ermittelt.

Vorteilhafterweise wird die Position und die Geschwindigkeitskenngröße fortlaufend in einen Speicher zumindest temporär gespeichert. In dem Speicher wird hierzu zumindest der letzte Wert der Geschwindigkeitskenngröße oder das letzte Mittel der Werte der Geschwindigkeitskenngröße abgelegt und nach dem Einbruch wieder ausgelesen. Alternativ zu nichtflüchtigen Speichern wie EEPROM oder FRAM kann auch ein einfaches RAM mit einer kleinen Kapazität zur Erhaltung der Speicherladung verwendet werden. Auch ist es möglich, daß der Spannungseinbruch zwar zumindest zu Fehlfunktionen oder zu einem "Reset" der Berechnung führt, jedoch einen bestimmten Pegel nicht unterschreitet, so daß die Informationen im RAM über den Spannungseinbruch hinaus erhalten bleiben.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich mindestens eine weitere Kenngröße, die die Geschwindigkeitskenngröße beeinflußt, zur Nachlauferfassung ausgewertet. Hierdurch wird das Nachlaufverhalten wesentlich präzisiert. Die weitere Kenngröße ist insbesondere eine Regelgröße einer Geschwindigkeitsregelung des Elektromotors, der Motorstrom zur Bestromung des Elektromotors, die Motorspannung vor dem Einbruch der Versorgungsspannung, und/oder ein Signal eines Positionsdetektors zur Bestimmung einer vorbestimmten Position, insbesondere eines Anschlags, des Stellsystems.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Geschwindigkeitskenngröße die Kenngröße ein abtriebsseitiges Drehmoment des Elektromotors. Das Drehmoment zum Beginn des Einbruchs der Versorgungsspannung ist dabei direkt abhängig von der Schwergängigkeit des Systems und beeinflußt das Nachlaufverhalten daher wesentlich. Um das Drehmoment zu berechnen eignet sich beispielsweise folgender Algorithmus auch für geregelte Antriebe:

Dabei ist U_Motor das Drehmoment des Motors, U_Klemm die Motorspannung an den Klemmen, n die Umdrehungszahl und K₃, T_el und K₁₁, K₁₂ empirisch ermittelte Konstanten des Motors.

Analog zu den Ausführungen in der DE 197 02 931 C1 wird besonders vorteilhaft zusätzlich zur Geschwindigkeitskenngröße das aktuelle Positionssignal zum Zeitpunkt des Endes des Einbruchs der Versorgungsspannung zur Ermittlung des Nachlaufverhaltens ausgewertet. Beispielsweise dient die Stellung der Magneten zu den Hallsensoren als Korrektiv zum ermittelten Nachlaufweg. Stimmen der ermittelte Nachlauf und die Stellung der Magneten überein, ist keine weitere Korrektur nötig. Im Falle der Nichtübereinstimmung wird die Ermittlung des Nachlaufverhaltens rekursiv nachkorrigiert, indem beispielsweise der Algorithmus zur Nachlaufermittlung schrittweise angepaßt wird, bis das ermittelte Nachlaufverhalten mit der Stellung der Magneten übereinstimmt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf zeichnerische Darstellungen näher erläutert.
Dabei zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Hallimpulse und der Versorgungsspannung über der Zeit, und
Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung der Hallimpulse und der Versorgungsspannung über der Zeit.
In Fig. 1 ist ein Zeitdiagramm von Hallimpulsen eine Hallspannung U_H eines Hallsensors, sowie ein zeitlicher Verlauf der Versorgungsspannung U_M dargestellt. Ein x-poliger Magnet ist auf der rotierenden Antriebsachse eines Elektromotors zu dem Hallsensor positioniert angeordnet. Die Impulse der Hallspannung U_H des Hallsensors sind im oberen Bereich der Darstellung gezeigt. Die Abstände zwischen den Flanken der Impulse entsprechen jeweils einem zurückgelegten Weg der Verstellung. Beispielsweise entspricht der Abstand zweier positiver Flanken einer Umdrehung eines Magneten mit einem magnetischen Nord- und einem magnetischen Südpol.
Bis zum Zeitpunkt t_x rotiert der Magnet mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit, so daß die Zeitdifferenzen t₂-t₀, t₃-t₁, t₄-t₂, t₅-t₃ und t₅-t₄ der steigenden beziehungsweise fallenden Flanken der Hallimpulse im wesentlichen konstant ist. Die Geschwindigkeit des Verstellsystems wird dabei mittels der Zeitdifferenzen t₂-t₀, t₃-t₁, t₄-t₂, t₅-t₃ und t₆-t₄, sowie des zwischen zwei zugehörigen Flanken zurückgelegten Weges ermittelt, und ist bis zum Zeitpunkt t_x im wesentlichen konstant. Die Position des Verstellsystems wird durch Addition beziehungsweise Subtraktion der Hallimpulse von einem gespeicherten Zählwert entsprechend der Verstellrichtung ermittelt.
Zum Zeitpunkt t_x wird die Versorgungsspannung U_M über einen Zeitraum von bis zu einer Sekunde oder länger (t_y-t_x) signifikant reduziert. Diese Reduktion ist beispielsweise eine Unterspannung als genormter Startimpuls. In diesem Zeitraum ist eine Auswertung der Hallimpulse, in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, von der Auswertevorrichtung aufgrund der zu geringen Versorgungsspannung U_M nicht möglich. Die Reduktion der Versorgungsspannung U_H wird beispielsweise durch eine Betätigung des Anlassers des Kraftfahrzeugmotors verursacht, indem der sehr niedrige Widerstand des Anlassers die Batteriespannung des Kraftfahrzeuges und damit die Versorgungsspannung U_M deutlich reduziert. Die Trägheit des Verstellsystems führt während des Zeitraumes t_x bis t_y zu einer, durch die Reibungskraft des Verstellsystems gebremsten Rotationsbewegung des Magneten.
Um den Nachlauf des Verstellsystems zu ermitteln wird aus den Zeitdifferenzen t₂-t₀, t₃-t₁, t₄-t₂, t₅-t₃ und t_6-t₄ jeweils eine Geschwindigkeitskenngröße ermittelt. Die letzte Zeitdifferenz t₆-t₄ ist die Momentangeschwindigkeit des Verstellsystems zum Zeitpunkt t_x der Reduktion der Versorgungsspannung U_M. Aus der Momentangeschwindigkeit des Verstellsystems zum Zeitpunkt t_x dieser Geschwindigkeitskenngröße wird der Nachlauf des Verstellsystems ermittelt, indem der Nachlaufweg über einen Algorithmus oder über einen Vergleich mit empirisch ermittelten Schwellwerten bestimmt wird.
Weiterhin ist es wichtig die vorhergehende Verstellrichtung in die Bestimmung des Nachlaufes einzubeziehen. Hierzu werden beispielsweise unterschiedliche Schwellwerte für die Verstellrichtung entgegen, beziehungsweise in Richtung der Erdanziehungskraft verwendet. Weitere Einflußfaktoren, die vorzugsweise mit ausgewertet werden, sind die Schwergängigkeit des Verstellsystems beeinflussende Temperatur oder die den Elektromotor vor dem Zeitpunkt t_x speisende Spannung der Kraftfahrzeugbatterie. Weiterhin wird aus mindestens einem vorangegangenen Fensterheberlauf die örtliche Schwergängigkeit des Fensterhebersystems ermittelt und diese als Einflußfaktoren für spätere Läufe mit möglichen Spannungseinbrüchen gespeichert.
In der Fig. 2 ist ein zu der Fig. 1 ähnliches Zeitdiagramm schematisch dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 1 ist die Geschwindigkeit des Verstellsystems, insbesondere durch eine lokal erhöhte Schwergängigkeit, stark gebremst. Aufgrund der Bremsung werden die aufeinander folgenden Zeitdifferenzen t₂-t₀, t₃-t₁, t₄-t₂ und t₅-t₃ kürzer. Die auch nach dem Zeitpunkt t_x fortwährende Bremsung führt zu einem, gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel kürzerem Nachlauf. Um diesen Nachlauf exakt zu bestimmen wird zusätzlich zu einer Momentangeschwindigkeit aus der Zeitdifferenz t₅-t₃ als Geschwindigkeitskenngröße auch die Änderung der Geschwindigkeitskenngröße bestimmt, indem beispielsweise die Differenz aus (t₅-t₃) und (t₄-t₂) gebildet wird, oder das Verhältnis (t₅-t₃) zu (t₄-t₂) ausgewertet wird. Aus der Geschwindigkeitskenngröße und der Differenz wird nun mittels eines Algorithmus der Nachlauf errechnet und der Positionswert korrigiert.
Zusätzlich wird zum Zeitpunkt t_y das dann aktuelle Hallsignalpegel mit dem berechneten Hallsignalpegel verglichen und ggf. eine Korrektur der Berechnung durchgeführt oder das Ergebnis der Berechnung verworfen. Mehrere Hallsensoren werden vorteilhafterweise verwendet um die Auflösung, durch die Anzahl der Winkelschritte, dieser Nachkorrektur zu verbessern. Bezugszeichenliste U_H Hallspannung
U_M Versorgungsspannung, Motorspannung
t₀, t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, t₆, t₇ Zeitpunkte der Flankenwechsel der Hallspannung
t_x Beginn der Reduktion der Versorgungsspannung
t_y, Ende der Reduktion der Versorgungsspannung
t Zeit

Claims

1. Verfahren zur Positionserfassung eines elektromotorisch angetriebenen Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs, wobei
die Position des Verstellsystems in Abhängigkeit von einem Positionssignal fortlaufend ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
das Nachlaufverhalten des Verstellsystems während eines Einbruchs der Versorgungsspannung ermittelt wird, indem
eine Geschwindigkeitskenngröße aus einer Zeitabhängigkeit des Positionssignals ermittelt wird, und
nach dem Einbruch der Versorgungsspannung die durch das Nachlaufverhalten beeinflußte Position durch die Auswertung der vor dem Einbruch aktuellen Geschwindigkeitskenngröße ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitskenngröße fortlaufend ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschleunigungskenngröße aus der zeitlichen Änderung der Geschwindigkeitskenngröße (positive oder negative Beschleunigung) ermittelt wird, und zur Positionsermittlung zusätzlich die Beschleunigungskenngröße ausgewertet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dauer des Einbruchs der Versorgungsspannung ermittelt wird, und zur Positionsermittlung zusätzlich die Dauer ausgewertet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbruch die Einbruchsspannung ermittelt wird, und zur Positionsermittlung zusätzlich die Einbruchsspannung und die davon abhängige elektromotorische Bremswirkung ausgewertet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbruchsspannung durch das Anstiegsverhalten der Versorgungsspannung nach dem Einbruch ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionserfassung inkremental durch Impulse als Positionssignale erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position und die Geschwindigkeitskenngröße fortlaufend in einen Speicher zumindest temporär gespeichert werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens eine weitere Kenngröße, die die Geschwindigkeitskenngröße beeinflußt, zur Nachlauferfassung ausgewertet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kenngröße ein abtriebsseitiges Drehmoment des Elektromotors ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kenngröße eine Regelgröße einer Geschwindigkeitsregelung des Elektromotors ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kenngröße der Motorstrom zur Bestromung des Elektromotors ist.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kenngröße die Motorspannung vor dem Einbruch ist.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kenngröße ein Signal eines Positionsdetektors zur Bestimmung einer vorbestimmten Position (Anschlag) des Stellsystems ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich das aktuelle Positionssignal zum Zeitpunkt des Endes des Einbruchs der Versorgungsspannung zur Ermittlung des Nachlaufverhaltens ausgewertet wird.

16. Auswertevorrichtung mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens zu Positionsermittlung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.