DE102007056229A1

DE102007056229A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102007056229A1
Application number: DE102007056229A
Authority: DE
Inventors: Roman Dr. Morawek
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-06-10
Also published as: WO2009065699A2; WO2009065699A3; US8461786B2; US20100259249A1; CN101953063A; CN101953063B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines von einem Gleichstrommotor beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs. Dabei wird ein Motorstromsignal vom Gleichstrommotor abgeleitet und mittels eines Analog-Digital-Wandlers in ein digitales Signal umgesetzt. Dieses wird gefiltert und an einen Positionszähler weitergeleitet, der zu einer Zählung der Stromrippel vorgesehen ist. Die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des Gleichstrommotors verändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs.
Bewegliche Schließteile von Fahrzeugen, beispielsweise Schiebedächer und Fensterheber, sind mit einer Positionsbestimmung ausgerüstet. Diese Positionsbestimmung ist notwenig, damit die Fenster bzw. Schiebedächer an vorgesehenen Positionen stoppen. Sie ist auch zur Gewährleistung der gesetzlichen Forderungen in Bezug auf Einklemmschutz notwendig.
In kostengünstigen Systemen erfolgt die Positionsbestimmung durch Zählen der Kommutator-Stromwelligkeit. Das Zählen der Kommutator-Stromwelligkeit geschieht dadurch, dass die Stromwellen, im Folgenden Stromrippel genannt, durch Bandpassfilterung extrahiert werden. Dafür wird der Strom im Allgemeinen von einem Analog/Digital-Wandler schnell abgetastet, beispielsweise alle 200 μsec, und dann einer digitalen Filterung unterworfen. Da die Rippel-Frequenz durch die Motordrehzahl bestimmt ist und letztere stark variieren kann, muss die Mittenfrequenz des verwendeten Bandpasses entsprechend justiert werden.
In diesem Zusammenhang gibt es im Stand der Technik zwei grundsätzliche Ansätze. Entweder erfolgt ein Einsatz eines adaptiven Bandpassfilters, dessen Koeffizienten verändert werden. Oder es werden mehrere fixe Filter mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen in Verbindung mit einem Multiplexer zur Auswahl des zur aktuellen Motordrehzahl am besten passenden Filters verwendet.
Beide vorgenannten Lösungen haben den Nachteil, dass sie eine hohe Rechenleistung benötigen. Dies wiederum erfordert den Einsatz eines Mikrocomputers mit hoher Rechenleistung und verursacht hohe Systemkosten.
Aus der Zeitschrift „Elektronik", Heft 25 vom 14.12.1984, Seite 71–72, ist es bekannt, die Drehzahl eines Gleichstrommotors inkremental aus der Kommutierungswelligkeit des Ankerstromes zu bestimmen und zu einer Drehzahlregelung zu verwenden. Dabei bestimmt eine Analogschaltung aus dem Motorstrom ein ungefähres Maß für die Drehzahl. Damit wird ein Spannungs/Frequenz-Wandler so angesteuert, dass seine Ausgangsfrequenz die Eckfrequenz eines Switched-Capacitor-Filters so legt, dass an dessen Ausgang die Grundschwingung aus der Kommutierungswelligkeit zur Verfügung steht.
Aus der EP 0 689 054 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Drehzahlmessung eines mechanisch kommutierten Gleichstrommotors bekannt. Dabei wird die Welligkeit des Stroms, die bei der Kommutierung entsteht, mit Hilfe einer elektronischen Schaltung erfasst und die Frequenz der Welligkeit als ein Maß für die Drehzahl ausgewertet. Zur Erfassung und Signalaufbereitung erfolgt eine Ankopplung des Messobjekts Motor an die, und die Generierung der Stromwelligkeit für die, Erfassungs- und Messeinrichtung über einen Gleichstrompfad. Das dabei generierte Signal der Stromwelligkeit wird in der Phase verschoben. Das phasenverschobene und das nicht phasenverschobene Signal der Stromwelligkeit werden analog zueinander addiert oder voneinander subtrahiert. Das so entstandene Stromwelligkeitssignal wird hinsichtlich seiner Frequenz ausgewertet, wobei diese Auswertung bezüglich seiner Nulldurchgänge erfolgt.
Aus der EP 0 730 156 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors bekannt. Dabei wird das Signal am negativen Terminal des Motors ausgewertet. Dieses Signal wird hochpassgefiltert, um die Wechselstromkomponenten des Signals zu separieren. Die Frequenz dieses Signals ist in den meisten Fällen proportional zur Geschwindigkeit des Motors. Dieses Signal wird einem Komparator zugeführt, der es in ein Rechteckwellensignal umwandelt. Dieses wird einem Mikroprozessor zugeführt, der dessen Frequenz ermittelt. Liegt diese unterhalb eines ersten vorgegebenen Schwellenwertes oder oberhalb eines zweiten vorgegebenen Schwellenwertes, dann schaltet der Mikroprozessor den Motor ab und gibt ein Fehlersignal aus.
Aus der EP 0 890 841 B1 ist ein Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl bei mechanisch kommutierten Gleichstrommotoren aus dem Zeitverlauf der bei der Kommutierung auftretenden Welligkeit des Motorstroms bekannt. Bei diesem Verfahren werden der Zeitverlauf der Welligkeit des Motorstroms erfasst, die Zeitpunkte der Kommutierung bestimmt und daraus in einer Auswerteeinheit die Drehzahl und/oder der Drehwinkel abgeleitet. Parallel zur Erfassung der Welligkeit des Motorstroms von einem Motorzustandsmodell, dem die elektromechanischen Motorengleichungen zugrunde liegen, wird aus dem Motorstrom und der Motorspannung ein zulässiger Soll-Zeitbereich bestimmt. Die Zeitpunkte der Kommutierung werden nur dann von der Auswerteeinheit berücksichtigt, wenn diese im zulässigen Soll-Zeitbereich liegen. Kann innerhalb des zulässigen Soll-Zeitbereichs keine Welligkeit einer Kommutierung zugeordnet werden, dann extrapoliert die Auswerteeinheit einen wahrscheinlichen Kommutierungszeitpunkt für diesen Soll-Zeitbereich aus dem Motorzustandsmodell.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines von einem Gleichstrommotor beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs anzugeben, bei welchem die Auswertung der Kommutator-Stromwelligkeit vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass unabhängig von der momentanen Drehzahl des Gleichstrommotors stets in etwa die gleiche Anzahl von Motorstrom-Abtastwerten zur Verfügung gestellt wird. Diese Motorstrom-Abtastwerte werden einem darauf abgestimmten festen Filter zugeführt und über diesen Filter an die nachfolgenden Bauteile weitergegeben. Der Einsatz eines adaptiven Bandfilters ist nicht notwendig. Auch eine Verwendung mehrerer Filter mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen in Verbindung mit einer Umschaltung zwischen diesen Filtern ist nicht notwendig. Folglich entfällt auch die Notwendigkeit der Verwendung eines aufwändigen Rechenalgorithmus zur Filterauswahl.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren steht am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers stets ein Signal mit einer in etwa konstanten Anzahl von Abtastwerten pro Motorstromwelle zur Verfügung, beispielsweise mit einer Anzahl von 7 bis 12 Abtastwerten. Dies hat zur Folge, dass auch die nachgeschaltete Zählung der Anzahl der Stromrippel vereinfacht ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Abtastrate nicht permanent für die höchstmögliche Motordrehzahl ausgelegt werden muss, sondern immer nur so hoch wie nötig gewählt werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand eines in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Die 1 zeigt eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass es sich bei diesem beweglichen Schließteil um eine Fensterscheibe des Fahrzeugs handelt.
Diese Fensterscheibe wird von einem Gleichstrommotor 1 bewegt, der von einer Motorsteuerung 9 ein- und ausgeschaltet wird. Je nach Drehrichtung des Motors wird die Fensterscheibe geöffnet oder geschlossen.
Zum Öffnen der Fensterscheibe führt die Motorsteuerung 9 dem Schalter S4 ein Steuersignal s4 und dem Schalter S1 ein Steuersignal s1 zu. Das Steuersignal s4 bringt den Schalter S4 in den leitenden Zustand. Das Steuersignal s1 bringt den Schalter S1 in den leitenden Zustand. Dadurch fließt ein Motorstrom von einer nicht gezeichneten Spannungsquelle durch den Schalter S4, den Motor 1, einen Messwiderstand 2 und den Schalter S1 nach Masse.
Zum Schließen der Fensterscheibe führt die Motorsteuerung 9 dem Schalter S2 ein Steuersignal s2 und dem Schalter S3 ein Steuersignal s3 zu. Das Steuersignal s2 bringt den Schalter S2 in den leitenden Zustand. Das Steuersignal s3 bringt den Schalter S3 in den leitenden Zustand. Dadurch fließt ein Motorstrom von einer nicht gezeichneten Spannungsquelle durch den Schalter S2, den Messwiderstand 2, den Motor 1 und den Schalter S3 nach Masse.
Der in der 1 obere Anschluss des Messwiderstandes 2 ist mit dem positiven Eingang eines Differenzverstärkers 3 verbunden. Der in der 1 untere Anschluss des Messwiderstandes 2 ist mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers 3 verbunden.
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 3 wird in einem Tiefpass 4 tiefpassgefiltert und dann in einem Analog-Digital-Wandler 5 in ein digitales Signal umgesetzt. Die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers 5 wird von einem Steuersignal s5 vorgegeben bzw. über dieses Steuersignal eingestellt.
Das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 5 wird einem Filter 6 zugeführt. Dessen Ausgangssignal wird einem Positionszähler 7 und einem Motorgeschwindigkeits- bzw. Motordrehzahlschätzer 8 zugeführt. Der Positionszähler 7 ist zur Zäh lung der Stromrippel des Motorstroms vorgesehen. Der Drehzahlschätzer 8, welcher ein Motormodell aufweist, ist zur Abschätzung der momentanen Motorgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl und zur Ausgabe des Steuersignals s5 vorgesehen. Das Steuersignal s5 ist von der momentanen Motorgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl abhängig und stellt die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers 5 in Abhängigkeit von der geschätzten Motorgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl ein.
Mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines von einem Gleichstrommotor beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs durchführbar, bei welchem eine Zählung der Stromrippel des Motorstromes erfolgt. Dieses Verfahren arbeitet wie folgt:
Zunächst wird der Gleichstrommotor 1 durch ein Schließen der Schalter S1 und S4 oder S2 und S3 aktiviert bzw. in Drehung versetzt.
Im nächsten Schritt erfolgt eine Bereitstellung eines Motorstromsignals. Dies erfolgt beim gezeigten Ausführungsbeispiel mittels eines Stromsensors 11, der das Motorstromsignal von dem mit dem Gleichstrommotor verbundenen Messwiderstand 2 abgreift.
Das vom Messwiderstand 2 abgeleitete Motorstromsignal wird im Differenzverstärker 3 verstärkt. Das verstärkte Signal wird im Tiefpassfilter 4 einer Tiefpassfilterung unterworfen und dann dem Analog-Digital-Wandler 5 zugeführt. Das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 5 wird an das Filter 6, bei dem es sich um ein Bandpassfilter mit fest vorgegebenem Durchlassbereich handelt, und an den Motordrehzahlschätzer 8 weitergeleitet.
Der Motordrehzahlschätzer 8 nimmt eine Abschätzung der momentanen Drehzahl des Gleichstrommotors 1 vor und erzeugt ein Steuersignal s5, mittels dessen die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers 5 auf eine vom Drehzahlschätzwert abhän gige Abtastfrequenz eingestellt wird. Diese ist so gewählt, dass unabhängig von der Drehzahl stets etwa die gleiche Anzahl von Abtastwerten pro Motorstromwelle an das Filter 6 weitergegeben wird.
Das Ausgangssignal des Filters 6 wird dem Positionszähler 7 zugeführt, mittels dessen eine genaue Zählung der Anzahl der Stromrippel erfolgt. Dieser Zählwert stellt eine exakte Beschreibung der momentanen Position des beweglichen Schließteils dar und kann von einer nachgeschalteten Auswerteeinheit beispielsweise zu einem Stoppen des Schließteils an einer vorgegebenen Position oder in Zusammenhang mit der Gewährleistung der gesetzlichen Forderungen in Bezug auf Einklemmschutz verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0689054 A1 [0007]
- EP 0730156 A1 [0008]
- EP 0890841 B1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Elektronik", Heft 25 vom 14.12.1984, Seite 71–72 [0006]

Claims

Verfahren zur Positionsbestimmung eines von einem Gleichstrommotor beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs mit folgenden Schritten: – Bereitstellung eines Motorstromsignals, – Umwandlung des Motorstromsignals in ein digitales Signal mittels eines Analog-Digital-Wandlers, – Filterung des Ausgangssignals des Analog-Digital-Wandlers und – Weiterleitung des gefilterten Signals an einen Positionszähler, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers in Abhängigkeit von der Drehzahl des Gleichstrommotors verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers über ein einzelnes Bandpassfilter mit fest vorgegebenem Durchlassbereich an den Positionszähler weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Gleichstrommotors mittels eines Drehzahlschätzers ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Gleichstrommotors unter Verwendung eines Motormodells abgeschätzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorstromsignal von einem Messwiderstand abgenommen und dem Analog-Digital-Wandler über einen Operationsverstär ker und ein in Reihe zu diesem angeordnetes Tiefpassfilter zugeführt wird.
Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines von einem Gleichstrommotor beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs, mit – einem Gleichstrommotor (1), – Mitteln (2, 11) zur Bereitstellung eines Motorstromsignals, – einem Analog-Digital-Wandler (5) zur Abtastung des Motorstromsignals mit einer Abtastfrequenz, – einem mit dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers verbundenen Filter (6) und – einem an den Ausgang des Filters angeschlossenen Positionszähler (7), dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin – einen Motordrehzahlschätzer (8) aufweist, der mit einem Steuereingang des Analog-Digital-Wandlers (5) verbunden ist und dem Analog-Digital-Wandler ein die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers in Abhängigkeit von der geschätzten Motordrehzahl veränderndes Steuersignal (s5) bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (6) eine Bandpass-Charakteristik mit fest vorgegebenem Durchlassbereich aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Motordrehzahlschätzer (8) ein Motormodell enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bereitstellung des Motorsstromsignals einen Messwiderstand (2) und einen Stromsensor (11) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (11) über einen Differenzverstärker (3) und einen Tiefpass (4) mit dem Analog-Digital-Wandler (5) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (6), der Positionszähler (7), der Motordrehzahlschätzer (8) und eine Motorsteuerung (9) Bestandteile eines Mikrocomputers (10) sind.