-
Die
Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung, ein Verfahren zur
Steuerung eines Verstellsystems, insbesondere eines Fensterhebers,
und ein Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs.
-
Kraftfahrzeuge
sind häufig
mit elektrisch angetriebenen Fensterhebern ausgestattet. Ein Fensterheber
ist dabei mit einer beweglichen Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs
verbunden, um diese in eine Position zwischen einer Öffnungsposition
und einer Schließposition,
die den Verstellweg der Fensterscheibe begrenzen. Zur Begrenzung
sind an der Öffnungsposition
und der Schließposition
mechanischen Anschläge
vorgesehen.
-
Ist
die Fensterscheibe in einer geöffneten Position
und wird diese in Richtung der Schließposition verstellt, können Körperteile
in dem sich schließenden
Spalt zwischen der Scheibenoberkante der Fensterscheibe und dem
Türrahmen
eingeklemmt werden. Um die Gefahr von Verletzungen zu reduzieren,
bewirk ein Detektionsalgorithmus einer Steuerungsvorrichtung des
Fensterhebers, dass im Falle eines detektierten Einklemmens des
Körperteils
der Antrieb gestoppt wird und gegebenenfalls reversiert, also in
die entgegengesetzte Richtung bestromt wird, um das eingeklemmte
Körperteil
wieder frei zu geben.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher die Steuerungseigenschaften
eines Verstellsystems eines Kraftfahrzeugs möglichst zu verbessern.
-
Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1, durch die Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 36
und durch das Verstellsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 38
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Demzufolge
ist zum Betrieb eines Verstellsystems eines Kraftfahrzeugs vorgesehen,
dass eine Steifigkeit des Verstellsystems durch eine Auswertung
einer zum Antriebsmoment des Antriebs korrelierenden Kenngröße ermittelt
wird. Die Steifigkeit ist bekanntermaßen ein verallgemeinerter Federkennwert.
Die Steifigkeit des Verstellsystems kann dabei eine Einzelsteifigkeit
eines mechanischen oder elektrischen Elementes des Verstellsystems
oder eine Gesamtsteifigkeit sein, die sich üblicherweise aus mehreren Einzelsteifigkeiten
verschiedener mechanischer oder elektromechanischer Elemente des
Verstellsystems zusammensetzt, über
die die Antriebskraft wirken kann.
-
Der
Antrieb ist bei einem Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs beispielsweise
ein mechanisch oder elektrisch kommutierter Elektromotor, der über das
oder die mechanischen Elemente mit dem zu verstellenden Element,
wirkverbunden ist. Im Falle einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges
ist diese über
die Verstellmechanik des Fensterhebers mit dem Elektromotor des
Fensterhebers mechanisch gekoppelt. Das Antriebsmoment des Elektromotor variiert über den
Verstellweg des Verstellsystems in Abhängigkeit von der Schwergängigkeit,
insbesondere der mechanischen Reibung und erreicht im Falle der
Blockierung an den Anschlägen
des Verstellsystems beispielsweise das maximale Antriebsmoment des
Elektromotors. Der Verlauf und die Höhe des Antriebsmomentes kann
in Abhängigkeit
von dem verwendeten Motortyp für
unterschiedliche Geschwindigkeiten oder der Blockierung variieren.
-
Ein
Zweck dem die Ermittlung der Steifigkeit dient, ist der eine Steuerung
des Antriebs in Abhängigkeit
von der ermittelten Steifigkeit zu ermöglichen. Die Verwendung ist
jedoch nicht auf diesen Zweck beschränkt. Neben der direkten Verwertung
der Ergebnisse der ermittelten Steifigkeit zu Zwecken der Steuerung
desselben Antriebs kann diese kombiniert oder alternativ auch für weitere
Zwecke, beispielsweise zur Steuerung einer anderen Verstellebene
eines Kraftfahrzeugsitzes verwendet werden.
-
Eine
besonders einfache Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die
Steifigkeit aus der Differenz mindestens zweier Werte der Kenngröße ermittelt
wird. Die zwei Werte der Kenngröße unterscheiden
sich dabei derart, dass auf einen Momentunterschied und somit auf
die Steifigkeit mathematisch geschlossen werden kann. Hierzu dienen
die zwei Werte in einer Recheneinheit als Eingangsgrößen eines Steifigkeitsalgorithmus,
der gegebenenfalls weitere variable und/oder konstante Größen einbezieht.
Der Steifigkeitsalgorithmus bildet dabei die Differenz der mindestens
zwei Kenngrößen.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mindestens
zwei Werte jeweils einer oder mehreren Messpositionen von Antriebspositionen
des Antriebs des Verstellsystems zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt
vorteilhafterweise indem der zur Zeit der Bestimmung einer Messposition
ermittelte Wert der Kenngröße dem Messpositionswert
zugeordnet wird. Werden mehrere Messpositionswerte ermittelt wird
vorteilhafterweise durch Differenzbildung ebenfalls die zwischen
zwei oder mehreren Messpositionen bestimmte Antriebsstrecke ausgewertet.
-
Neben
oder zusätzlich
zu den absolutwerten der Kenngröße werden
in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Werte, also
die Kenngrößenwerte
und/oder die Messpositionswerte, einem oder mehreren Werten einer
ersten und/oder zweiten zeitlichen und/oder örtlichen Ableitung der Kenngröße zugeordnet. Die Ableitung kann beispielsweise entlang
der gemessenen Stützpunkte
durch Differenzbildung zu einem oder mehreren nächsten Werten vorheriger oder
nachfolgender zugeordneter Stützpunkte,
insbesondere die Messpositionen erfolgen. Durch die Ableitung kann
für jede
Antriebsposition zwischen dem Start der Motorbewegung bis zum Stoppen
der Motorbewegung insbesondere an einem der Anschläge Kenngrößenänderungen
fortlaufend ermittelt werden. Signifikante Charakteristika dieser Änderungen
der Kenngröße können nachfolgend
zu der Bestimmung der Steifigkeit des Verstellsystems ausgewertet
werden.
-
Neben
oder zusätzlich
zu der zu dem Antriebsmoment korrelierenden Kenngröße wird
in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine vom Antriebsmoment
unabhängige
Zusatzkenngröße zugeordnet.
Hierzu werden vorteilhafterweise die Kenngrößenwerte und/oder die Messpositionswerte einem
oder mehreren Zusatzwerten der zusätzlichen, vom Antriebsmoment
unabhängigen
Zusatzkenngröße zugeordnet.
Diese Zusatzkenngröße ist beispielsweise
eine Verstellelementposition des zu verstellenden Elementes des
Verstellsystems, die durch ein direktmessendes Wegmesssystem ermittelt
wird. In diesem Fall wird vorteilhafterweise die Differenz zwischen
der Antriebsposition und der Verstellelementposition ermittelt und
zur Bestimmung der Steifigkeit ausgewertet. Weitere Möglichkeiten der
Zusatzkenngröße sind
die Temperatur des Verstellsystem oder die Batteriespannung des
Kraftfahrzeugs oder weitere die Werte der Steifigkeit beeinflussende
Faktoren.
-
Eine
einfache Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Messpositionen
der Antriebsbewegung festgelegt werden. Zur Festlegung werden die zur
Messung relevanten Position in einem Speicher als Parameter abgelegt.
Die festgelegten Position können
beispielsweise zuvor empirisch ermittelt werden oder mittels eines
Normierungslaufes aktualisiert werden.
-
Sind
die Messpositionen innerhalb des Verstellsystems beispielsweise
durch Positionsmessfehler oder durch eine Veränderung des Verstellweges über die
Lebensdauer des Verstellsystems nicht ortsfest, werden in einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Messpositionen der
Antriebsbewegung durch die Auswertung von einem oder mehreren Charakteristika
des zeitlichen und/oder örtlichen
Verlaufs der Kenngröße ermittelt.
Derartige Charakteristika sind beispielsweise signifikante Änderungen
der Werte der Kenngröße an einem
der Anschläge,
bei Einfahren in die Scheibendichtung oder beim Anfahren der Bewegung,
insbesondere aus der Gegenrichtung, wenn beispielsweise aus der
zuvorigen Richtung „öffnen" in die Richtung „schließen" angesteuert wird.
Neben den Absolutwerten der Kenngröße können alternativ oder kombiniert
auch ein oder mehrere Ableitungswerte einer ersten und/oder zweiten
zeitlichen und/oder örtlichen
Ableitung der Kenngröße ermittelt
werden, so dass die Messposition durch Zuordnung zu einem ermittelten
Ableitungswert oder zu einem Wendepunkt bestimmt wird. Hierzu kann
der Ableitungswert oder ein Bereich von Ableitungswerten beziehungsweise
ein Wendepunkt zuvor als Trigger zur Bestimmung der Messposition
in einem Speicher oder Register abgelegt worden sein.
-
Zur
Bestimmung der Steifigkeit sind eine oder mehrere Messpositionen
besonders vorteilhaft auszuwerten, die einer mechanischen Rückwirkung des
Verstellsystems auf den Antrieb zugeordnet sind. Demzufolge wird
in einer ersten Messposition einer vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung als Messposition eine Antriebsposition einer Antriebsbewegung
des Antriebs des Verstellsystems, insbesondere die Antriebsposition
bei Stillstand der Antriebsbewegung (Blockabschaltung) in einer
einem Anschlag zugeordneten Endposition der Antriebsbewegung, bestimmt.
In dieser Messposition führt
der Antrieb keine Antriebsbewegung mehr aus, beispielsweise rotiert
der Elektromotor in dieser Messposition nicht mehr. Der Elektromotor übt dabei
das für
eine Blockierung der Antriebsbewegung typische Antriebsmoment auf
das Verstellsystem, insbesondere auf dessen Mechanik aus. Das Verstellsystem
wird mit der durch das Moment wirkenden Kraft verspannt.
-
Die
zweite Messposition die zur Auswertung mit der ersten Messposition
vorteilhafterweise kombiniert wird, wird in einer weiteren Weiterbildung
der Erfindung eine Verstellposition eines zu verstellenden Elementes
des Verstellsystems, insbesondere die Verstellposition des zu verstellenden
Elementes an einem mechanischen Anschlag, bestimmt. Die Verspannung
des Verstellsystems in dieser Verstellposition ist in derselben
Größenordnung
wird die in diesem Punkt gegen die Verstellkraft wirkende Reibkraft des
Verstellsystems und damit von der Verspannung in der ersten Messposition
verschieden. Dieser Unterschied kann zur Ermittlung der Steifigkeit
ausgenutzt werden.
-
Eine
weitere oder kombinierbare Möglichkeit besteht
gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung darin, dass die Messposition
durch eine Blockierungserkennung eines Einklemmschutzalgorithmus
bestimmt wird.
-
Wie
bereits beschrieben kann das Verstellsystem mehrere Einzelsteifigkeiten
aufweisen, die einzeln oder kombiniert zur Bestimmung der Steifigkeit
genutzt werden können.
Besonders bedeutende Einzelsteifigkeiten, Parallel- und/oder Summensteifigkeiten,
die je nach Art der Mechanik des Verstellsystems variieren, sind
in den folgenden Varianten der Erfindung beschrieben.
-
Eine
erste Variante der Erfindung sieht vor, dass eine Blockiersteifigkeit
an einem mechanischen Anschlag des Verstellsystems aus der Differenz
eines ersten Wertes der Kenngröße bestimmt
wird. Der erste Wert der Kenngröße ist einer
Messposition bei Stillstand des zu verstellenden Elementes an diesem mechanischen
Anschlag zugeordnet. Der zweite Wertes der Kenngröße ist einer
Messposition bei Stillstand des Antriebes an diesem mechanischen Anschlag
zugeordnet. Die Blockiersteifigkeit lässt sich aus dem Verhältnis der
Differenz der Werte der Kenngrößen und
der Differenz der Messpositionswerte bestimmen.
-
Eine
zweite Variante der Erfindung sieht vor, dass eine Verspannungssteifigkeit
von einem verspannten in einen entspannten Zustand des Verstellsystems
aus der Differenz eines ersten Wertes der Kenngröße, der einer Messposition
im verspannten Zustand der Mechanik des Verstellsystems zugeordnet
ist, und eines zweiten Wertes der Kenngröße, der einer Messposition
in einem nachfolgenden entspannten Zustand der Mechanik des Verstellsystems zugeordnet
ist, ermittelt wird.
-
Eine
dritte Variante der Erfindung sieht vor, dass eine Anlaufsteifigkeit
von einem leer-laufenden in
einen das zu verstellenden Element antreibenden Zustand des Verstellsystems
ermittelt wird. Hierzu wird die Differenz aus einem ersten Wert
der Kenngröße, der
einer Messposition der leer-laufenden Antriebsbewegung des Verstellsystems
zugeordnet ist, und einem zweiten Wert der Kenngröße, der
einer Messposition der verstellenden Antriebsbewegung des Verstellsystems
zugeordnet ist, gebildet.
-
Eine
kombinierte Auswertung der durch die drei Varianten der Erfindung
ermittelten Einzelsteifigkeiten ermöglicht die Berechnung einer
resultierenden Steifigkeit aus einer mathematischen Beziehung der
Blockierungssteifigkeit, der Verspannungssteifigkeit der Anlaufsteifigkeit
und/oder weiteren ermittelten Einzelsteifigkeiten, die einzelne
mechanische Elemente oder mehrere zusammenwirkende mechanische Elemente
des Verstellsystems betreffen können.
-
Um
die Steifigkeit beispielsweise einer später folgenden Steuerung des
Verstellsystems zur Verfügung
zustellen kann die Steifigkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten
oder während
unterschiedlicher Betriebsmodi ermittelt werden. Besonders vorteilhafte
aber nicht abschließende
Möglichkeiten
sind nachfolgend als Ausgestaltungsvarianten der Erfindung angegeben.
-
In
einer ersten Variante wird die Steifigkeit während eines Initalisierungslaufes
des Verstellsystems ermittelt. Vorteilhafterweise werden während des
Initalisierungslaufes beide mechanischen Anschläge erreicht, sowie an einer
oder mehreren Positionen innerhalb des Verstellweges die Verstellrichtung
umgekehrt um eine Vielzahl von Steifigkeitswerte zu erhalten, die
zu Auswertung untereinander mathematisch korreliert, insbesondere
subtrahiert, bzw. addiert werden. Ein derartiger Initalisierungslauf
erfolgt in der Regel nicht während
des Normalbetriebsmodus, sondern, wenn das Verstellsystem auf seine Funktionsfähigkeit
zum Beispiel in der Werkstatt getestet wird.
-
In
einer zweiten Variante wird die Steifigkeit während einer Normierung des
Verstellsystems ermittelt. Die Normierung dient der Bestimmung von
signifikanten Positionen des Verstellweges, beispielsweise die mechanischen
Anschläge.
Die Normierung ist notwendig, wenn es zu einer Verschiebung zwischen
der reellen und der bestimmten Position beispielsweise durch ein
Verzählen
der Steuerungsvorrichtung kommen kann.
-
Eine
dritte Variante sieht vor, dass die Steifigkeit während eines
Betriebes des Verstellsystems ermittelt wird. Eine Steifigkeiten
lässt sich
beispielsweise aus der Dynamik der Motorbewegung während einer
Umkehrung der Verstellrichtung bestimmen. Hierzu wird beispielsweise
die Differenz der Drehzahl zwischen der maximalen Drehzahl und der
Drehzahl mit beginnender Bewegung des zu verstellenden Elementes
des Verstellsystems, sowie der zwischen diesen beiden Drehzahlbestimmungen
zurückgelegte
Antriebsweg bestimmt
-
Vorteilhafterweise
wird die Ermittlung der Steifigkeit über die Lebensdauer des Verstellsystems mehrfach,
beispielsweise zyklisch durchgeführt,
insbesondere wenn äußere Einflüssen, wie
die Temperatur des Verstellsystems zu einer Veränderung der Steifigkeit führen können. Weiterhin
das Setzen des mechanischen Systems als auch eine geringe plastische
Verformung der Mechanik des Verstellsystems zu einer Änderung
der Steifigkeit über
die Lebensdauer.
-
Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Korrelation
zwischen Kenngröße und Antriebsmoment
mittels eines, insbesondere adaptiven Algorithmus festgelegt ist.
Die Kenngröße kann
dabei beispielsweise ein gemessene Kraft oder ein gemessenes Moment
sein, dass zum Antriebsmoment physikalisch gekoppelt ist. Eine andere
Erfindungsvariante sieht als Kenngröße den Antriebsstrom oder die
Antriebsgeschwindigkeit vor. Die Kenngröße kann sich jedoch auch aus
mehreren Größen zusammensetzen
lassen. Vorteilhafterweise ist die Korrelation zwischen Kenngröße und Antriebsmoment
mittels einer mathematischen Beziehung festgelegt. Eine besonders
einfache Ausgestaltung dieser mathematischen Beziehung ist, dass
die Korrelation zwischen Kenngröße und Antriebsmoment im
wesentlichen proportional ist.
-
Die
Steifigkeit ermöglicht
einer Steuerungsvorrichtung regulativ in das Verstellsystem einzugreifen.
Im folgenden werden besonders vorteilhafte Eingriffsmöglichkeiten
als Weiterbildungen der Erfindung genannt, die bevorzugt, jedoch
nicht abschließend
sind.
-
In
einer ersten Variante werden in Abhängigkeit von der ermittelten
Steifigkeit die Antriebsbewegung direkt gesteuert und/oder Parameter
eines Steuerungsalgorithmus zur Steuerung des Antriebes geändert. Beispielsweise
kann im Falle einer ermittelten hohen Steifigkeit die Verstellkraft
insbesondere richtungsabhängig
durch die Steuerungsvorrichtung erhöht werden. Weiterhin kann ein
Parameter eines Steuerungsalgorithmus, vorzugsweise eines Einklemmalgorithmus
anhand der ermittelten Steifigkeit aktualisiert werden. Beispielsweise
kann bei ermittelter erhöhter
Steifigkeit eine Empfindlichkeit einer Einklemmdetektion erhöht werden.
-
Eine
zweite Variante sieht vor, dass mittels der ermittelten Steifigkeit
Positionsfehler korrigiert werden, die durch Abweichungen von der
aktuellen Messposition zu der aktuellen Verstellposition auftreten.
Mittels der ermittelten Steifigkeit können so Differenzen zwischen
der Antriebsbewegung und der Verstellbewegung ermittelt und für eine Korrektur
der bestimmten Position des zu verstellenden Elementes verwendet
werden.
-
Eine
weitere Möglichkeit
ist in Abhängigkeit von
der ermittelten Steifigkeit die Antriebsgeschwindigkeit des Antriebs
zu steuern. Bevorzugt wird im Falle einer erhöhten Steifigkeit die Verstellgeschwindigkeit
insbesondere abschnittsweise oder temporär verringert.
-
Weiterhin
ist es möglich
in Abhängigkeit
von der ermittelten Steifigkeit eine durch den Antrieb erzeugte
Verspannungskraft an zumindest einem der mechanischen Anschläge durch
die Steuerungsvorrichtung zu steuern. Die Verspannungskraft wird
beispielsweise im Falle einer verringerten Steifigkeit erhöht um die
Größe eines
durch Erschütterungen
verursachten unerwünschten
Bewegungsweges des verstellten Elementes des Verstellsystems zu
verringern.
-
Die
Erfindung umfasst neben dem Verfahren auch eine Steuerungsvorrichtung
des Verstellsystems des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugfensterhebers.
Diese weist eine einen Antrieb des Verstellsystems steuernde Recheneinheit auf,
die eingerichtet ist zur Ermittlung einer Steifigkeit des Verstellsystems
durch eine Auswertung einer zum Antriebsmoment des Antriebs korrelierenden Kenngröße. Die Recheneinheit
ist vorzugsweise ein entsprechen konfigurierter Mikrocontroller,
der digitale und/oder analoge Eingänge zur Erfassung der Kenngröße und/oder
weiterer für
das Verstellsystem relevanter Größen aufweist.
Vorzugsweise weist die Steuerungsvorrichtung eine fest-verdrahtete
(ROM) oder programmierbare (RAM, EEPROM) Programmroutine auf, die
zur Durchführung
des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend
auf zeichnerische Darstellungen näher erläutert.
-
Dabei
zeigen
-
1 einen
Verlauf der Kenngröße entlang des
Verstellweges eines Fensterhebers in Richtung „Öffnen",
-
2 einen
Verlauf der Kenngröße entlang des
Verstellweges eines Fensterhebers in Richtung „Schließen", und
-
3 eine
schematische Darstellung eines Fensterhebersystems.
-
In 3 ist
ein spezielles Ausführungsbeispiel
eines Gesamtsystems eines Fensterhebers eines Kraftfahrzeugs schematisch
dargestellt. Die Fensterscheibe 9 ist innerhalb einer Kraftfahrzeugtür, in 3 nicht
dargestellt, translatorisch verstellbar. Zur Erzeugung einer Verstellbewegung
ist die Fensterscheibe 9 über die Mechanik eines Kreuzarmfensterhebers
mit einem Antriebsmotor 4 mechanisch gekoppelt. Die eine
Drehrichtung des Antriebsmotors 4 führt zu einem „Schließen" der Fensterscheibe 9, während die
entgegen gesetzte Drehrichtung des Antriebs 4 zu einem „Öffnen" der Fensterscheibe 9 führt.
-
Zur
Steuerung des Antriebsmotors 4 ist dieser mittels eines
Leistungstreibers 3 für
die beiden Drehrichtungen richtungsabhängig bestrombar. Der Leistungstreiber 4 ist
hierzu mit dem Elektromotor 4 mittels elektrischen Leitungen
verbunden. Der Eingang des Leistungstreibers 4 ist mit
dem Steuerausgang St einer Steuereinheit 1 verbunden. Diese
Verbindung zwischen dem Steuerausgang St der Steuereinheit 1 und
dem Leistungstreiber 4 besteht aus mehreren elektrischen
oder optischen Leitungsverbindungen, beispielsweise Kabeln, um die
Steuersignale der Steuereinheit 1, beispielsweise ein PWM (pulsweitenmoduliertes) – Signal
der Steuereinheit 1 an den Leistungstreiber 3 zu übertragen
und ein entsprechende Bestromung des Antriebs 4 zu bewirken. Diese
Steuersignale ermöglichen
zudem die Umkehrung der Drehrichtung des Antriebs 4 und
demzufolge eine Änderung
der Verstellbewegung der Fensterscheibe 9 zwischen der
Verstellrichtung „Schließen" und der Verstellrichtung „Öffnen".
-
Neben
dem Steuerausgang St weist die Steuereinheit 1 mehrere
analoge und digitale Eingänge
F, I, n, T, UBat auf um physikalische Größen des Verstellsystems
zu messen. Hierzu umfasst die Steuereinheit 1 vorzugsweise
einen Mikrocontroller. Die Eingänge
F, I, n und T sind mit Sensoren 43, 42, 41 beziehungsweise
5 verbunden.
-
Der
Eingang F ist mit einem Kraftsensor 43 verbunden, der die
auf die Scheibe 9 oder auf ein mit der Scheibe 9 mechanisch
gekoppeltes Element des Kreuzarmfensterhebers 8 wirkende
Kraft F in ein elektrisches oder optisches Signal wandelt, dass dem
Eingang F des Mikrocontrollers der Steuereinheit 1 zugeführt wird.
Der Eingang I ist mit einem Stromsensor 42, beispielsweise
einem shunt-Widerstand verbunden, der den durch den Elektromotor 4 fließenden Strom
in ein elektrisches oder optisches Signal, beispielsweise in eine
shunt-Spannung wandelt, das dem Eingang I zugeführt wird. Weiterhin ist ein
Drehzahlsensor 41, insbesondere ein Hallsensor 41 mit
dem Eingang n verbunden. Mittels des Drehzahlsensors wird Drehzahl
des Elektromotors 4 an die Steuereinheit 1 ausgegeben.
Die Steuereinheit umfasst hierzu einen Taktgeber.
-
Zumindest
eines der Signale der Sensoren 41, 42 und 43 oder
eine Kombination der Signale korreliert zum Antriebsmoment des Antriebs 4.
Zusätzlich
kann aus einem der Signale der Sensoren 41, 42 oder 43 oder
aus einer Kombination der Signale eine Positionsinformation ermittelt
werden, die eine Bestimmung der aktuellen Position der Fensterscheibe ermöglicht.
Neben diesen Größen steht
der Steuereinheit 1 zusätzlich
eine Temperatur T durch den Temperatursensor 5 sowie die
Höhe der
Batteriespannung UBat des Kraftfahrzeugs
zur Auswertung des Zustandes des Verstellsystems zu Verfügung. Als
Temperatur T kann beispielsweise die Motortemperatur und/oder die
Temperatur der Mechanik des Verstellsystems gemessen werden.
-
Neben üblichen
Registern und Speichern der Steuereinheit 1 ist eine Speichermatrix 2 vorgesehen,
die mit der Steuereinheit 1 über eine Schnittstelle 21 verbunden
ist. Der Speicher 2 kann dabei mit der Steuereinheit auf
einem Halbleiterchip integriert sein oder als nicht-flüchtiger
Speicher (EEPROM) über
eine parallele-, serielle- oder Bus-Schnittstelle mit einem Mikrocontroller
der Steuereinheit 1 verbunden sein.
-
In
der Speichermatrix 2 werden Steifigkeiten R des Verstellsystems
gespeichert. Die Steifigkeitswerte sind dabei Abhängig von
dem Verstellweg sv. Demzufolge sind einem
oder mehreren Positionswerten eine oder mehrere Steifigkeiten R
des Verstellsystems, die dieser beziehungsweise diesen Positionen
zugeordnet sind gespeichert. Wie in der 3 beispielhaft
dargestellt, ist der Verlauf der Steifigkeit R über den Verstellweg sv abhängig
von der Art des Fensterhebers. Der in 3 verwendete
Kreuzarmfensterheber 8 weist einen Verlauf der Steifigkeit
R auf, der etwa auf der Hälfte
des Verstellweges sv ein Minimum aufweist.
Die örtlich
abhängige
Steifigkeit R des Verstellsystems ist zudem abhängig von der Temperatur T der
Mechanik des Kreuzarmfensterhebers 8, wobei für niedrige
Temperaturen T die Steifigkeit R des Verstellsystems zumindest in
Bereichen des Verstellweges sv erhöht ist.
Neben der Batteriespannung UBat, können weitere
Mess- oder Steuerwerte die Steifigkeit R ebenfalls ortsunabhängig beeinflussen.
-
Die
positionsabhängigen
Werte der Steifigkeit R werden von der Steuereinheit 1 aus
Mess- und Steuerwerten in einer Recheneinheit des Mikrocontrollers
berechnet und nachfolgend in der Speichermatrix 2 abgespeichert.
Die Berechnung der Steifigkeit R ist in den 1 und 2 für den Kreuzarmfensterheber 8 exemplarisch
dargestellt und kann sich je nach Ausführung des Antriebs 4 und
der Fensterhebermechanik 8 von den dort dargestellten Ausführungsbeispielen
deutlich unterscheiden. Auch sind die dargestellten Ermittlungen
von Steifigkeiten R nicht abschließend, so können zum Beispiel durch Differenzauswertung
verschiedener Sensorsysteme oder signifikantem mechanischem Verhalten
des Verstellsystem weitere Steifigkeiten R ermittelt werden und
kombiniert mit den folgenden Steifigkeitsermittlungen ausgewertet
werden.
-
In 1 ist
der Verlauf des Kehrwertes 1/n der Drehzahl n als Kenngröße über den
Antriebsweg s in Richtung „Öffnen" schematisch dargestellt.
Der Kehrwert 1/n der Drehzahl n ist dabei zu dem Antriebsmoment
des Antriebs 4 über
die ausgemessene Kennlinie des Elektromotors 4 korreliert.
Zu Beginn der Bestromung des Elektromotors 4 zeigt der Kehrwert
1/n ein Maximum k0 auf. Nach dem Anlaufen
des Elektromotors 4 erreicht der Kehrwert 1/n den zur Verstellbewegung
korrespondierenden Wert k1, der je nach
Schwergängigkeit
des Systems auch ortabhängig
Schwanken kann. Wurde der Kreuzarmfensterheber 8 zuvor
in der entgegensetzen Richtung „Schließen" betrieben, ist der Verlauf annähernd dem im
linken Teil der 1 dargestellten.
-
In
diesem Fall dreht der Elektromotor
4 so lange mit erhöhter Geschwindigkeit,
bis dieser die durch die Drehrichtungsumkehr bedingte Systemlose des
mechanischen Systems aufgehoben hat. Dabei erreicht der Kehrwert
1/n der Drehzahl n ein Minimum k
01 an der gemessenen
Antriebsposition 001. Je nach der gegebenen Systemlose kann der
Elektromotor
4 im Maximum seine Leerlaufdrehzahl erreichen. Durch
den nachfolgenden mechanischen Eingriff der mechanischen Elemente
des Verstellsystems werden systemimmanente Elastizitäten aufgespannt
bis diese Federkraft der Gesamtreibungskraft des Verstellsystems
entspricht und die Fensterscheibe
9 im Messpunkt 011 bewegt
wird. Hierbei erreicht der Kehrwert 1/n wiederum den zur Verstelldrehzahl
n zugehörigen
Wert k
1. Aus dem Anstieg
lässt sich die Steifigkeit R
im Bereich von 001 bis 011 der Antriebspositionen beziehungsweise
der hierzu korrelierenden Verstellpositionen bestimmen.
-
Dieser
Wert der Steifigkeit R wird vom Mikrocontroller zumindest temporär in einem
Speicher oder Register oder in der Speichermatrix 2 abgelegt und
gegebenenfalls durch einen aktualisierten Wert überschrieben oder ergänzt. Auch
können
diese Werte über
mehrere Messungen gemittelt werden.
-
Erreicht
die Scheibe
9 die unterste Verstellposition, so dass die
Verstellbewegung durch den unteren Anschlag des Kreuzarmfensterhebers
8 begrenzt
wird, wird gerade die Antriebsposition 100 erreicht. In dieser Position
ist das Fenster des Kraftfahrzeugs vollständig geöffnet. Nachfolgen wird das Verstellsystem
weiter verspannt, bis der Elektromotor
4 in der Antriebsposition
200 zum Stehen kommt und die Mechanik in Richtung „Öffnen" maximal verspannt
ist. Der Kehrwert 1/n erreicht dabei den Wert k
2.
Aus der Steigung
lässt sich wiederum eine Steifigkeit
R, die dem unteren Anschlag und damit der Gesamtverspannung in Richtung „Öffnen" zugeordnet ist,
ermitteln.
-
Die
2 zeigt
einen analogen Verlauf des Kehrwertes 1/n in Richtung „Schließen". Dabei berechnet
sich die Steifigkeit R wiederum bei der Umkehrung der Verstellrichtung
aus
für den Bereich 001' bis 011'. Im oberen Schließbereich
des Fensters wird die Fensterscheibe
9 in die in
3 nicht
dargestellte Fensterdichtung verfahren. Die kann zu dem im rechten
Teil der
2 dargestellten Verlauf des
Kehrwertes 1/n der Drehzahl n führen.
Dabei trifft die Fensterscheibe
9 zunächst auf die elastische Dichtung,
wobei sich die Steifigkeit R aus dem Verhältnis
berechnen lässt. Der
Bereich 100' bis
120' entspricht dabei
dem Antriebsweg ΔS
1. Nach dem Überschreiben eines Wendepunktes
w, der beispielsweise durch den Wert k
w des
Kehrwertes 1/n der Drehzahl n bestimmt werden kann, ist die Scheibe
9 vollständig in
die Dichtung eingefahren. Nachfolgend wird die Mechanik des Kreuzarmfensterhebers
8 weiter
verspannt bis der Motor
4 an der Antriebsposition 200' zum Stillstand kommt.
Aus dem Verhältnis
ist die Steifigkeit für den Bereich
210' bis 200' (entsprechend dem
Antriebsweg ΔS
2) zu berechnen. Aus die Einzelsteifigkeiten
R kann die Gesamtsteifigkeit am oberen Anschlag des Verstellweges
bestimmt und nachfolgend in der Speichermatrix
2 abgespeichert
werden.
-
- 1
- Steuereinheit,
Mikrocontroller
- 2
- Speichermatrix,
EEPROM
- 21
- Schnittstelle,
Busverbindung
- 3
- Leistungstreiber,
Halbleiterbrücke
- 4
- Antriebsmotor,
Elektromotor (mech./elektr. kommutiert)
- 41
- Drehzahlsensor,
Hallsensor
- 42
- Stromsensor
- 43
- Kraftsensor
- 5
- Temperatursensor
- 8
- Kreuzarmfensterheber
- 9
- Fensterscheibe
- R
- Steifigkeit
- sv
- Weg,
Hub, Verstellweg
- s, Δs, Δs1, Δs2, Δs12
- Antriebsweg
- T
- Temperatur
- UBat
- Batteriespannung
- F
- Kraft
- I
- Strom
- n, Δn
- Drehzahl
- St
- Steuerausgang
- k0',
k01',
k1',
k12',
k21',
- Wert
der Kenngröße, Drehzahlkehrwert
- k2',
k0, k01, k1, k2, Δk, kw
-
- 0,
001, 011, 100, 200, 0',
- Messpositionen
von möglichen
Antriebspositionen eines
- 001', 011', 100', 120', 210',
- Antriebsweges
- 200', w
-
