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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung gemäß den einleitenden
Teilen der unabhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfassung des Vorliegens eines mechanischen Spiels, das heißt die Kenntnis
des Umstandes, ob ein mechanisches System beim Anfahren ein mechanisches
Spiel aufweist oder nicht, ist beispielsweise bei elektrischen Betätigungseinrichtungen
in Kraftfahrzeugen, insbesondere für Schiebedächer und Fensterheber, von
Bedeutung; Fensterheber und Schiebedächer in Kraftfahrzeugen sind
aufgrund von gesetzlichen Forderungen mit einem Einklemmschutz ausgerüstet, der
die Schließkraft,
das heißt Antriebskraft,
die auf gegebenenfalls eingeklemmte Objekte bzw. Körperteile
ausgeübt
wird, im Einklemmfall begrenzt. Wenn nun ein Fensterheber oder Schiebedach
von einem Elektromotor, beispielsweise über ein Seilsystem, angetrieben
wird, so ergibt sich beim Anfahren ein mechanisches Spiel, welches zunächst überwunden
werden muss, bevor der Fensterheber oder das Schiebedach – oder allgemein
das jeweilige Bauteil – durch
den Elektromotor bewegt wird. Dieses mechanische Spiel tritt insbesondere nach
einem Wechsel der Bewegungsrichtung des Antriebsmotors auf, da bei
einem Start in die gleiche Richtung wie bei der vorhergehenden Bewegung
das mechanische System bereits vorgespannt ist, so dass in diesem
Fall ein mechanisches Spiel zumindest weitgehend nicht vorhanden
ist.
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Die
Größe des mechanischen
Spiels eines Antriebssystems ist jedoch nicht konstant, sondern hängt von
verschiedenen Parametern ab, wie etwa von der Umgebungstemperatur,
von der Alterung der Mechanik und auch von diversen Fertigungstoleranzen.
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Für einen
Einklemmschutz ist der Zeitpunkt, ab dem das mechanische Spiel überwunden
und eine spielfreie Bewegung erreicht ist, von Interesse, da ein
Einklemmen bzw. ein Vergleich der gegebenen Antriebskraft mit einem
vorgegebenen Referenzwert erst ab diesem Zeitpunkt möglich ist.
Bei bekannten Einklemmschutz-Systemen
wurde demgemäß ein mechanisches
Spiel nach einem Wechsel der Bewegungsrichtung bzw. Drehrichtung
des Elektromotors berücksichtigt,
jedoch als konstant angenommen und einmal im Vorhinein für das jeweilige System
anhand einer Referenzmechanik ermittelt. Dies hat sich jedoch in
der Praxis als nicht zufrieden stellend erwiesen, vor allem da sich
das mechanische Spiel aufgrund der vorerwähnten Parameter im Laufe der
Zeit ändern
kann, so dass bei der Annahme eines konstanten Spiels unrichtige
Zeitpunkte für die Überwindung
des Spiels und damit unrichtige Startpunkte für das Aktivieren des Einklemmschutzes
die Folge sein können.
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Es
ist nun Aufgabe der Erfindung, das Vorliegen eines mechanischen
Spiels bzw. dessen Dauer mit einfachen Mitteln zu bestimmen und
so auch Einflüsse
von Fertigungstoleranzen, der Alterung von mechanischen Komponenten
und der Umgebungstemperatur zu berücksichtigen. Die Erfindung
basiert dabei auf der Erkenntnis, dass sich die Last am Motor erheblich
erhöht,
wenn das mechanische Spiel beim Anfahren eines Systems, wie etwa
beim Bewegen eines Fensterhebers oder Schiebedachs eines Kraftfahrzeuges, überwunden
ist und sich das Fenster oder Schiebedach tatsächlich zu bewegen beginnt.
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Die
Erfindung sieht demgemäß zur Lösung dieser
Aufgabe ein Verfahren bzw. eine Einrichtung mit den Merkmalen wie
in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert vor. Vorteilhaft Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Technik
wird die Last am Motor bzw. eine darauf bezogene physikalische
Größe erfasst,
um hieraus den Zeitpunkt festzustellen, wann bei einer Anfahrbewegung
das mechanische Spiel überwunden
ist und sich beispielsweise ein Schiebedach oder ein Fenster eines
Kraftfahrzeuges tatsächlich
zu bewegen beginnt. Die auf die Last am Motor bezogene Größe kann
beispielsweise der Motorstrom sein oder aber bevorzugt die Änderung
der Motorgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl, um im Fall des Vorliegens
eines mechanischen Spiels das Ende der Bewegung mit Spiel und somit den
Beginn der spielfreien Bewegung festzustellen. Vor allem ist ein
mechanisches Spiel zu erwarten, wenn im Vergleich zur unmittelbar
vorhergehenden Bewegung eine Änderung
der Bewegungsrichtung erfolgt ist, wobei dann z. B. ein erstes Maximum
in der Motorgeschwindigkeit als Indikator für die Größe des mechanischen Spiels
bzw. für
das Ende der Bewegung mit Spiel und den Beginn der spielfreien Bewegung
verwendet werden kann. Wenn dagegen die letzte Bewegung in derselben
Richtung wie die nunmehrige Bewegung erfolgt ist, so wird bevorzugt beim
Bewegungsstart keine Erfassung der Motorgeschwindigkeit durchgeführt, da
anzunehmen ist, dass das mechanische System in dieser Bewegungsrichtung
noch vorgespannt ist, so dass beim Anlaufen des mechanischen Systems
praktisch kein Spiel zu überwinden
ist. Bevorzugt wird daher gemäß der Erfindung
die auf die Last des Motors bezogene Größe, also bevorzugt die Motor-Drehzahl
bzw. deren Änderung,
nur dann erfasst, wenn eine geänderte
Drehrichtung des Motors in Vergleich zur letzten Motorbewegung gegeben
ist. Hierzu kann zur Realisierung eines Richtungsänderungs-Diskriminators ein
Speicher mit einem Drehrichtungsmodul verbunden sein, in dem eine
auf die jeweils zuletzt gegebene Drehrichtung bezogene Größe, beispielsweise
einfach ein 0-Bit oder ein 1-Bit, abgelegt wird, das bei einem neuen
Bewegungsbeginn ausgelesen und mit der die nunmehrige Drehrichtung
angebenden Größe in einem
Vergleichsmodul verglichen wird.
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Als
Schwellenwert kann beispielsweise der Wert 0 festgelegt werden,
so dass das erste Maximum in der Motordrehzahl bestimmt, dass auf
das Ende des mechanischen Spiels zu entscheiden ist. Je nach Auslegung
des Systems kann jedoch auch ein von 0 abweichender Schwellenwert
als besser geeignet bestimmt werden, um so das Ende des Durchlaufens
des Spiels festzustellen.
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Ist
dann das Ende des mechanischen Spiels erkannt, so wird bevorzugt,
wenn die vorliegende Technik im Rahmen einer Schließkraftbegrenzung
in einem Kraftfahrzeug benützt
wird, ein Schließkraftbegrenzungs-Modul
aktiviert, um so eine laufende Einklemm-Überwachung zu ermöglichen.
Ein derartiges Antriebskraft- bzw. Schließkraft-Begrenzungsmodul kann
an sich mit konkreten Schaltungskompenenten realisiert werden, wird
jedoch wie an sich bekannt bevorzugt mit Hilfe eines in einem Mikrocomputer
oder Mikroprozessor realisierten Softwaremoduls verwirklicht, nämlich mit
einem so genannten CFL (Closing Force Limitation)- das SKB (Schließkraftbegrenzungs-)Softwaremodul.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Technik
wird dann erreicht, dass der Startzeitpunkt der CFL-Software dem
tatsächlichen Bewegungs-Start beispielsweise
einer Fensterscheibe oder eines Schiebedachs eines Kraftfahrzeugs entspricht,
und dies unabhängig
von einem sich ändernden
Spiel des mechanischen Systems. Dieser Startzeitpunk ist für die CFL-Software
relevant, da während
des Losfahrens des mechanischen Antriebssystems, wie sich in der
Praxis gezeigt hat, eine kurzzeitige Erhöhung der Einklemmkraft-Schwelle erforderlich
ist, um insbesondere Losbrechkräfte
im mechanischen System zu ermöglichen
und zu kompensieren. Außerdem
wird in dieser Startphase von der CFL-Software ein absoluter Referenzwert
(Einhängepunkt)
für die
relativen Relevanzkraftdaten zur Einklemmerkennung ermittelt, wobei
dieser Referenzwert im stationären
Zustand nur noch geringfügig
verändert
wird. Würde
nun die CFL-Software zu früh,
bereits während
des mechanischen Spiels starten, so könnte es zu einer Fehlerkennung
beim Losfahren des Fensters oder Schiebedachs kommen. Würde die
CFL-Software zu
spät gestartet,
so könnte dies
zu – fälschlicherweise
zugelassenen – Klemmkräften beim
Einklemmen eines Körperteiles
oder allgemeinen Objekts führen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnung unter
Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen,
auf die sie jedoch nicht beschränkt
sein soll, noch weiter erläutert.
Es zeigen:
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1 in
einem Diagramm die Motordrehzahl ω über dem Verfahrweg eines von
einem Elektromotor angetriebenen Bauteils bei Vorliegen eines mechanischen
Spiels in der Anlaufphase;
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2 zu
Vergleichszwecken ein vergleichbares Diagramm der Motordrehzahl ω über dem
Verfahrweg, wobei nun jedoch kein mechanisches Spiel in der Anlaufphase
vorliegt;
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3 ein
Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Vorgangsweise
für das
Starten eines Einklemmschutzsystems; und
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4 in
einem schematischen Blockschaltbild eine Einrichtung zum Erfassen
des Vorliegens bzw. Beendens eines mechanischen Spiels, eingebunden
in ein Einklemmschutzsystem zur Begrenzung von Schließkräften bei
motorisch angetriebenen Kraftfahrzeugbauteilen.
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In 1 ist
ein Beispiel für
das Anfahren und Bewegen eines motorisch angetriebenen Bauteils
bei Vorliegen eines mechanischen Spiels ein Antriebsystem veranschaulicht,
wobei im Einzelnen die Motorgeschwindigkeit oder Motordrehzahl ω über dem
Verfahrweg s aufgetragen ist. Im linken Anfangsteil 2 der gezeigten
Kurve 1 ist entsprechend der Anfahrsituation gezeigt, wie
die Motordrehzahl ω rasch
ansteigt, bis es in einem Bereich 3 entsprechend einer Überhöhung im
Kurvenverlauf zu einer Überwindung
des Spiels im mechanischen System kommt, wonach die Motordrehzahl ω unter Bewegen
des angetriebenen Bauteils, beispielsweise eines Fensters oder Schiebedachs
eines Kraftfahrzeugs, etwas ab sinkt und sodann – im Bereich 4 – im Wesentlichen
konstant bleibt, während
die Bewegung des Bauteils fortgesetzt wird. Der Zeitpunkt 3,
bei dem das mechanische Spiel konsumiert ist, kann – wie nachfolgend
noch näher
erläutert
werden wird – als
Indikator für
die Beendigung des mechanischen Spiels herangezogen werden, wobei
zum Erkennen dieses Bereiches 3 bzw. dieses Maximums in
der Kurve 1 für
die Drehzahl ω die Änderung
der Motorgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl laufend ermittelt wird.
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In 2 ist
zu Vergleichszwecken die Situation dargestellt, bei der im gegebenen
mechanischen System kein Spiel vorhanden ist, nämlich deshalb, weil bei der
zuvor erfolgten letzten Bewegung der Motor in dieselbe Richtung
wie bei der nunmehr betroffenen Bewegung gelaufen ist. In diesem
Fall erhöht
sich die Motordrehzahl ω im
Bereich 2 nach dem Start des Motors rasch und geht dann
unmittelbar in einen ungefähr
konstanten Wert (Bereich 4) über, und in diesem Fall kann,
wenn eine Einklemmerkennung bei einem Fenster oder Schiebedach eines Kraftfahrzeugs
betroffen ist, die CFL-Software von Anbeginn aktiviert sein. Im
Fall der 1 wird eine CFL-Software jedoch
erst nach Erkennen der Beendigung des mechanischen Spiels, nach
Erfassen des (ersten) Maximums im Bereich 3, aktiviert,
da erst dann der Start der Bewegung der Fensterscheibe oder des
Schiebedachs, nach Überwindung
des Spiels der Mechanik, gegeben ist.
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In 3 ist
in einem Ablaufdiagramm die erfindungsgemäß vorgesehene Vorgangsweise
mehr im Detail veranschaulicht. Dabei wird nach einem Starten des
Motors gemäß Feld 10 in
einem Abfragefeld 11 überprüft, ob bei
der nunmehrigen Motorbewegung die gleiche Drehrichtung gegeben ist
wie bei der letzten Bewegung. Wenn dies zutrifft, wird gemäß einem
Feld 12 sofort der CFL-Algorithmus, auch SKB-Algorithmus
(SKB-Schließkraftbegrenzung)
genannt, gestartet. Wenn jedoch im Abfragefeld 11 festgestellt
wird, dass die Drehrichtung entgegengesetzt zu jener der letzten
Bewegung ist, wird gemäß einem Feld 13 die Änderung
der Motordrehzahl berechnet, das heißt es wird die Motordrehzahl ω nach der
Zeit differenziert (dω/dt).
Im Anschluss daran wird gemäß einem
Abfragefeld 14 überprüft, ob der
jeweilige Wert dω/dt
kleiner oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert k ist, und
wenn dies nicht zutrifft, bedeutet dies, dass nach wie vor die Anlaufphase
mit mechanischen Spiel gegeben ist; es wird dann zum Schritt gemäß Feld 13 zurückgekehrt.
Wenn jedoch die Änderung
der Motordrehzahl (dω/dt)
den Schwellenwert k erreicht oder unterschreitet, wird gemäß Feld 12 der
SKB-Algorithmus gestartet, da nun die Anlaufphase bzw. die Phase
mit dem mechanischen Spiel beendet ist und das jeweilige Bauteil,
wie insbesondere eine Fensterscheibe oder ein Schiebedach eines
Kraftfahrzeugs, nunmehr tatsächlich
in der gewünschten
Weise bewegt wird.
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Der
Schwellenwert k kann beispielsweise gleich 0 festgelegt werden,
er kann jedoch auch davon abweichend beispielsweise als kleine negative (oder
positive) Kenngröße festgelegt
werden, z. B. wenn das mechanische System mit dem Elektromotor und
der Transmission, etwa einem Seilzug, so ausgelegt ist, dass sich
erst nach Überschreiten
des Maximums im Bereich 3 von 1 das angetriebene Bauteil
zu bewegen beginnt. Demgemäß entspricht der
Zeitpunkt des Startens des SKB- (CFL-)Softwaremoduls in optimaler
Weise immer jenem Zeitpunkt, wenn sich das angetriebene Bauteil
zu bewegen beginnt. Auf diese Weise wird eine optimale Betriebsweise
für ein
Einklemmschutzsystem ermöglicht.
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In 4 ist
ein solches Einklemmschutzsystem 20 mit einem SKB-Modul 21 gezeigt,
das in herkömmlicher
Weise durch ein Softwaremodul, einen Algorithmus, gebildet ist,
um die durch einen Elektromotor 22 bewirkten Antriebskräfte beispielsweise
an einer Fensterscheibe oder einem Schiebedach eines Kraftfahrzeuges
(nicht dargestellt) im Hinblick auf ein ungewolltes Einklemmen eines
Objekts oder Körperteils
zu überwachen.
Das SKB-Modul 21 steuert dabei eine ebenfalls herkömmliche
Motor-Ansteuerungseinheit 23 an,
und nur ganz schematisch ist in 4 ein Kraftdetektor 24 in
Zuordnung zum Motor 22 veranschaulicht, um so bei einer
detektierten erhöhten
Schließkraft
auf das Vorliegen eines Einklemmens schließen zu können.
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Das
System 20 enthält
weiters eine Einrichtung 25 zum Erfassen des Vorliegens
eines mechanischen Spiels oder aber einer spielfreien Bewegung. Dabei
sind Gebermittel 26 zur Erfassung einer auf die Last am
Motor 22 bezogenen Größe enthalten,
wobei diese Gebermittel 26 beispielsweise einen Drehzahlgeber 27 und
ein damit verbundenes Differenziermodul 28 gebildet sind,
an dessen Ausgang, somit am Ausgang der Gebermittel 26,
ein Signal betreffend die Änderung
der Drehzahl des Motors (dω/dt)
erhalten wird.
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Weiters
ist dem Motor 22 (oder der Ansteuerungseinheit 23)
ein Drehrichtungsmodul 29 zugeordnet, das bei jedem Motorstart
eine Information über
die Drehrichtung des Motors 22 zugeführt erhält und einen entsprechenden
Wert in einem Speichermodul 30 ablegt. Üblicherweise ist die Drehrichtung bekannt,
da eine Ansteuerung z. B. vom Relais von der Ansteuerungseinheit 23 (in
der Regel im μC)
vorgenommen wird, so dass ein entsprechendes die Drehrichtung angebendes
Signal von der Ansteuerungseinheit 23 bzw. vom Motor 22 dem
Drehrichtungsmodul 29 zugeführt werden kann. Erforderlichenfalls
kann aber auch ein eigener Drehzahlgeber, wie an sich bekannt, als
Drehrichtungsmodul 29 vorgesehen sein. In einem Vergleichsmodul 31 wird
sodann eine auf die momentane Drehrichtung bezogene Größe mit dem
im Speichermodul 30 abgelegten Drehrichtungs-Wert verglichen,
um festzustellen, ob der Motor 22 in derselben Richtung
wie zuletzt umläuft
oder aber in entgegengesetzter Drehrichtung. In letzterem Fall wird
das Differenziermodul 28 über einen Aktivierungseingang 28' aktiviert,
wogegen im ersteren Fall das SKB-Modul 21 über einen
Aktivierungseingang 21' aktiviert
wird, da in diesem Fall davon auszugehen ist, dass kein mechanisches
Spiel im System vorliegt und daher sofort mit der Einklemmschutz-Überwachung
begonnen werden kann.
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Im
Fall einer unterschiedlichen Drehrichtung wird das Signal betreffend
die Änderung
der Motordrehzahl ω an
Komparatormittel 32 angelegt, wo es mit einem vorgegeben
Schwellenwert k verglichen wird, der von einem Eingabemodul 33,
mit dem dieser Schwellenwert k vorgegeben werden kann, zugeführt wird.
Wenn die Komparatormittel 32 feststellen, dass die Änderung
der Motordrehzahl (also dω/dt) kleiner
oder gleich dem Schwellenwert k ist, wird das SKB-Modul 21 über einen
weiteren Aktivierungseingang 21'' aktiviert,
um nunmehr, nachdem das mechanische Spiel im System konsumiert ist,
die Einklemmschutz-Überwachung
zu beginnen.
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Die
Erfassung der Motordrehzahl ω sowie der
Drehrichtung des Motors
22 kann beispielsweise mit Hilfe
von Hall-Sensoren durchgeführt
werden, wie dies an sich bekannt ist, vergl. beispielsweise
DE 9006935 U . Die
Krafterfassung mit dem Kraftdetektor
24 kann beispielsweise über eine
Motorstrommessung bewerkstelligt werden.
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Es
sei erwähnt,
dass die vorliegende Erfindung, auch wenn sie bevorzugt im Rahmen
eines Einklemmschutzes für
Fenster oder Schiebedächer von
Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, auch in anderen Systemen, nämlich allgemein
in Fällen,
wo ein Beginn einer Bewegung einer motorisch angetriebenen Komponente
nach Überwinden
eines mechanischen Spiels zu erfassen ist, eingesetzt werden kann.
Weiters sollte klar sein, dass die vorliegende Einrichtung 25 außer mit
Hardwarekomponenten auch mit einem entsprechend programmierten Mikroprozessor
oder Mikrocomputer realisiert sein kann, insbesondere zusammen mit
den Komponenten 21 und 23.