DE102009019183B4 - Interpolation method for bridging the free-running phase of a setting process - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung von Parametern (a, b, c, d, e, f, g) einer Interpolationsfunktion (F), die in Abhängigkeit einer Anzahl von Kennvariablen als Interpolationsergebnis (Δy) ein Maß für den innerhalb der Freilaufphase (21) eines Stellvorgangs zurückgelegten Stellweg einer motorischen Stelleinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug ermittelt, wobei die Kennvariablen das Zeitintervall (x1) zwischen dem letzten Stromrippel (r–1) des Motorstroms vor der Freilaufphase (21) und dem ersten Stromrippel (r1) des Motorstroms nach der Freilaufphase (21) sowie mindestens ein Zeitintervall (x2, x3, x4) zwischen zwei der Freilaufphase (21) vorausgehenden und/oder zwei der Freilaufphase (21) nachfolgenden Stromrippeln (r–3, r–2, r–1, r1, r2) des Motorstroms umfassen, wobei verfahrensgemäß – mittels mindestens einer Referenz-Stelleinrichtung (1') eine Vielzahl von Referenz-Stellvorgängen durchgeführt werden, – für jeden Referenz-Stellvorgang und jede Kennvariable jeweils ein Referenz-Betrag ermittelt wird, – für jeden Referenz-Stellvorgang unabhängig von dem Motorstrom ein Messwert (Δy') des innerhalb der jeweiligen Freilaufphase (21) zurückgelegten Stellwegs erfasst wird, und – die Parameter (a, b, c, d, e, f, g) der Interpolationsfunktion (F) unter Berücksichtigung der für eine Auswahl von Referenz-Stellvorgängen erfassten Referenz-Beträge und des jeweils zugehörigen Messwerts (Δy') mittels eines Optimierungsalgorithmus derart bestimmt werden, dass der quadrierte Fehler des Interpolationsergebnisses (Δy) im Vergleich zu dem Messwert (Δy') in Summe über die Auswahl von Referenz-Stellvorgängen minimiert ist.Method for determining parameters (a, b, c, d, e, f, g) of an interpolation function (F), which as a function of a number of characteristic variables as interpolation result (Δy) is a measure of the within the freewheeling phase (21) of a positioning process The characteristic variable determines the time interval (x1) between the last current ripple (r-1) of the motor current before the freewheeling phase (21) and the first current ripple (r1) of the motor current after the freewheeling phase (21) and at least one time interval (x2, x3, x4) between two of the freewheeling phase (21) preceding and / or two of the freewheeling phase (21) subsequent current ripples (r-3, r-2, r-1, r1, r2) of the motor current, wherein according to the method - by means of at least one reference setting device (1 ') a multiplicity of reference setting operations are carried out, - one reference for each reference setting process and each characteristic variable erenz amount is determined, - a measured value (Δy ') of the travel distance traveled within the respective free-wheeling phase (21) is detected for each reference setting process independently of the motor current, and - the parameters (a, b, c, d, e, g) of the interpolation function (F) are determined in such a way that the squared error of the interpolation result (.DELTA.y) is compared by taking into account the reference amounts detected for a selection of reference setting operations and the respectively associated measured value (.DELTA.y ') by means of an optimization algorithm is minimized to the measured value (Δy ') in total via the selection of reference setting operations.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Stellposition einer motorischen Stelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug mittels einer Interpolationsfunktion, die in Abhängigkeit einer Anzahl von Kennvariablen des zeitlichen Verlaufs einer Motorstromgröße ein Maß für den innerhalb der Freilaufphase eines Stellvorgangs zurückgelegten Stellweg ermittelt. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Ermittlung von Parametern einer solchen Interpolationsfunktion sowie auf eine nach dem erstgenannten Verfahren arbeitende Stelleinrichtung.The invention relates to a method for determining the setting position of a motor-driven adjusting device for a motor vehicle by means of an interpolation function, which determines a measure of the traversed within the freewheeling phase of a positioning process in dependence on a number of characteristic variables of the time course of a motor current. The invention further relates to a method for determining parameters of such an interpolation function as well as to a setting device operating according to the first-mentioned method.
Bei einem modernen Kraftfahrzeug sind üblicherweise eine Vielzahl von motorischen Stelleinrichtungen vorhanden. Bei einer solchen Stelleinrichtung handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Fensterheber, eine elektrische Sitzverstellung oder eine Einrichtung zur motorischen Verstellung einer Fahrzeugtür, einer Heckklappe, eines Schiebedachs oder eines Caprioverdecks.In a modern motor vehicle, a plurality of motor control devices are usually present. Such an adjusting device is, for example, an electric window, an electric seat adjustment or a device for the motorized adjustment of a vehicle door, a tailgate, a sunroof or a Caprioverdecks.
Im Rahmen eines Stellvorgangs einer solchen Stelleinrichtung muss häufig eine gewünschte Endposition präzise angefahren werden. Hierzu ist eine genaue Kenntnis der Stellposition der Stelleinrichtung erforderlich. Die Kenntnis der aktuellen Stellposition, oder hieraus ableitbarer Größen wie der Stellgeschwindigkeit oder des zurückgelegten Stellwegs sind darüber hinaus häufig auch für die sichere Erkennung eines Einklemmfalls erforderlich.As part of a setting operation of such a setting often a desired end position must be approached precisely. For this purpose, a precise knowledge of the positioning position of the adjusting device is required. The knowledge of the current parking position, or derived therefrom variables such as the actuating speed or the traversed travel are also often required for the secure detection of a trapping case.
Eine Stelleinrichtung der oben genannten Art wird häufig durch einen mechanischen kommutierten Gleichstrommotor (Kommutatormotor) betrieben. Bei einer solchen Stelleinrichtung kann die Stellposition durch Auszählung der sogenannten Motorstromrippel ermittelt werden. Als (Motor-)Stromrippel wird hierbei eine charakteristische Welligkeit (d. h. periodische, pulsartige Schwankung) des Motorstroms bezeichnet, die durch die Kommutierung des Gleichstrommotors hervorgerufen wird.An adjusting device of the above type is often operated by a mechanical commutated direct current motor (commutator). In such a control device, the setting position can be determined by counting the so-called motor current ripple. As a (motor) current ripple here is a characteristic ripple (that is, periodic, pulse-like fluctuation) of the motor current referred to, which is caused by the commutation of the DC motor.
Die Zählung der Stromrippel ist jedoch nicht über die gesamte Länge eines typischen Stellvorgangs fehlerfrei möglich. So gliedert sich ein typischer Stellvorgang in eine initiale Anfahrphase, eine Gleichgewichtsphase (steady state), eine Freilaufphase und eine abschließende Bremsphase.However, the counting of the current ripple is not possible without errors over the entire length of a typical setting process. Thus, a typical setting process is divided into an initial start-up phase, an equilibrium phase (steady state), a freewheeling phase and a final braking phase.
Während der Anfahrphase schwingt sich die Motorgeschwindigkeit auf eine stabile Endgeschwindigkeit ein. In der anschließenden Gleichgewichtsphase sind diese Endgeschwindigkeit und damit auch die Frequenz der Stromrippel annähernd konstant. Die Freilaufphase wird dadurch eingeleitet, dass zur Beendigung des Stellvorgangs beide Anschlüsse des Kommutatormotors auf Masse geschaltet werden. Die Freilaufphase erstreckt sich hierbei über die Dauer dieses Schaltvorgangs inklusive einer schaltbedingten Prellphase und dauert typischerweise etwa 3 bis 4 ms. Aufgrund des Schaltvorgangs fließt in der Freilaufphase – bei im Wesentlichen unveränderter Stellgeschwindigkeit des Motors – kein oder ein nur äußerst irreproduzierbarer Motorstrom. Sobald beide Motorkontakte stabil auf Masse geschaltet sind, geht die Freilaufphase in die abschließende Bremsphase über. In der Bremsphase wird der über Masse kurzgeschlossene Elektromotor generatorisch betrieben und durch den so erzeugten Kreisstrom abgebremst.During the start-up phase, the motor speed oscillates at a stable final speed. In the subsequent equilibrium phase, this terminal velocity and thus also the frequency of the current ripple are approximately constant. The freewheeling phase is initiated by the fact that both connections of the commutator motor are switched to ground to complete the adjustment process. The freewheeling phase extends over the duration of this switching operation including a switching-related bounce phase and typically takes about 3 to 4 ms. Due to the switching operation flows in the freewheeling phase - with substantially unchanged positioning speed of the motor - no or only extremely irreproducible motor current. As soon as both motor contacts are stable connected to ground, the freewheeling phase goes into the final braking phase. In the braking phase of the short-circuited to ground electric motor is operated as a generator and braked by the circulating current thus generated.
Aufgrund des zusammenbrechenden Motorstroms ist die Auszählung der Stromrippel in der Freilaufphase nicht möglich. Um dennoch die Stellposition auch über die Freilaufphase hinweg präzise bestimmen zu können, wird die Entwicklung der Stellposition während der Freilaufphase häufig durch Interpolation bestimmt.Due to the collapsing motor current counting the current ripple in the freewheeling phase is not possible. In order nevertheless to be able to precisely determine the setting position over the freewheeling phase, the development of the setting position during the freewheeling phase is often determined by interpolation.
Die hierfür verwendeten Interpolationsfunktionen bilden in der Regel das physikalische Verhalten der Stelleinrichtung während der Freilaufphase nach. Sie hängen daher üblicherweise von einer Anzahl von Parametern ab, die eine konkrete physikalische Bedeutung haben. Beispielsweise charakterisieren solche Parameter die mechanische Trägheit des Antriebssystems der Stelleinrichtung oder einen Reibungskoeffizienten. Solche Parameter müssen aufgrund fertigungsbedingter Unterschiede individuell für jede einzelne Stelleinrichtung bestimmt werden. Stelleinrichtungen, die solche Interpolationsverfahren verwenden, werden daher in der Regel individuell eingelernt, was einen nicht unerheblichen Mehraufwand bei der Montage und Inbetriebnahme der Stelleinrichtungen in einem Kraftfahrzeug verursacht.As a rule, the interpolation functions used for this purpose simulate the physical behavior of the actuating device during the freewheeling phase. They therefore usually depend on a number of parameters having a concrete physical meaning. For example, such parameters characterize the mechanical inertia of the drive system of the actuator or a coefficient of friction. Such parameters must be determined individually for each individual setting device due to production-related differences. Adjustment devices that use such interpolation methods are therefore usually individually trained, which causes a significant overhead in the assembly and commissioning of the control devices in a motor vehicle.
Zudem hängen solche Parameter teilweise wiederum von weiteren Bedingungen ab, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur oder dem Betriebsalter der Stelleinrichtung. Nachteiligerweise führt die Berücksichtigung dieser Bedingungen zu einer hohen Komplexität herkömmlicher Interpolationsverfahren, und zu entsprechend hohen Anforderungen für die ein solches Verfahren durchführende Hardware. Eine Vereinfachung herkömmlicher Interpolationsverfahren durch Nicht-Berücksichtigung bestimmter Bedingungen führt andererseits in der Regel zu teilweise nicht unerheblichen Fehlern eines solchen Interpolationsverfahrens.In addition, such parameters depend in part in turn on other conditions, such as the ambient temperature or the age of the actuator. Disadvantageously, the consideration of these conditions leads to a high complexity of conventional interpolation methods, and to correspondingly high requirements for the hardware performing such a method. On the other hand, a simplification of conventional interpolation methods by disregarding certain conditions generally leads, in some cases, to not inconsiderable errors of such an interpolation method.
Ein Verfahren zur Ermittlung des Stellwegs, das eine solche Interpolationsfunktion verwendet, ist beispielsweise aus
Aus
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die interpolative Ermittlung des von einer Kraftfahrzeug-Stelleinrichtung während der Freilaufphase eines Stellvorgangs zurückgelegten Stellwegs (Freilaufstellwegs) in Hinblick auf einfache Realisierbarkeit bei gleichzeitig hoher Fehlersicherheit zu verbessern.The object of the invention is to improve the interpolative determination of the travel path (freewheel travel path) traveled by a motor vehicle adjusting device during the freewheeling phase of a setting process, with a view to simple feasibility and at the same time high fault tolerance.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren aus, bei welchem der Freilaufstellweg mittels einer Interpolationsfunktion bestimmt wird, die von einer Anzahl von Kennvariablen (d. h. mindestens einer Kennvariable) des zeitlichen Verlaufs einer Motorstromgröße sowie von einer Anzahl von Parametern (d. h. mindestens einem Parameter) abhängt, und die als Interpolationsergebnis ein Maß für den Freilaufstellweg ausgibt.The invention is based on a method in which the freewheeling travel path is determined by means of an interpolation function which depends on a number of characteristic variables (ie at least one characteristic variable) of the time profile of a motor current quantity and on a number of parameters (ie at least one parameter), and outputs a measure of the freewheeling travel as an interpolation result.
Bezüglich eines Verfahrens zur Ermittlung der Parameter dieser Interpolationsfunktion (Optimierungsverfahren) wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, mittels einer Referenz-Stelleinrichtung zunächst eine Vielzahl von Referenz-Stellvorgängen durchzuführen. Für jeden dieser Referenz-Stellvorgänge wird der zeitliche Verlauf der Motorstromgröße erfasst, und aus diesem für jede Kennvariable der Interpolationsfunktion ein Referenz-Betrag ermittelt. Außerdem wird für jeden Referenz-Stellvorgang ein Messwert für den jeweiligen Freilaufstellweg erfasst. Dieser Messwert wird hierbei unabhängig von der Motorstromgröße gemessen, d. h. derart, dass er weder durch die Motorstromgröße beeinflusst wird, noch diese beeinflusst. Die Parameter der Interpolationsfunktion werden unter Berücksichtigung der für eine Auswahl von Referenz-Stellvorgängen erfassten Referenz-Beträge der Kennvariablen und des jeweils zugehörigen Messwerts mittels eines Optimierungsalgorithmus bestimmt.With regard to a method for determining the parameters of this interpolation function (optimization method), the above object is achieved according to the invention by the features of
Der Begriff „Motorstromgröße” bezeichnet hierbei allgemein eine beliebige Stromstärke- oder Spannungsgröße des Motorstroms, die eine Aussage über den Betriebszustand der Stelleinrichtung, insbesondere eine Auszählung von Motorstromrippeln zulässt. Bei der Motorstromgröße handelt es sich bevorzugt um die sogenannte Gegeninduktionsspannung (auch gegen-elektromotorische Kraft). Ferner können aber auch die Stromstärke des Motorstroms oder der Selbstinduktionsanteil der Motorspannung als Motorstromgröße herangezogen werden.The term "motor current quantity" generally designates any current magnitude or voltage magnitude of the motor current which permits a statement about the operating state of the actuating device, in particular a count of motor current ripples. The motor current magnitude is preferably the so-called mutual induction voltage (also counterelectromotive force). Furthermore, however, the current intensity of the motor current or the self-induction component of the motor voltage can also be used as the motor current quantity.
Der Begriff „Kennvariable” bezeichnet allgemein
- – einen Spannungs- bzw. Stromstärkewert, den eine vorgegebene Motorstromgröße an einer vorgegebenen Position oder zu einem vorgegebenen Zeitpunkt innerhalb eines Stellvorgangs annimmt, z. B. um den Betrag der Motorstromstärke zu Beginn der Freilaufphase,
- – einen Zeitpunkt, zu dem die Motorstromgröße ein charakteristisches Verhalten zeigt, insbesondere um den Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Stromrippel – z. B. der letzte Stromrippel vor der Freilaufphase – innerhalb der Motorstromgröße auftritt, oder
- – um eine Differenz zwischen zwei solchen Stromstärke- bzw. Spannungswerten oder zwei solchen Zeitpunkten.
- A voltage or current value which a predetermined motor current quantity assumes at a predetermined position or at a predetermined time within a setting process, e.g. B. by the amount of motor current at the beginning of the freewheeling phase,
- A time when the motor current magnitude shows a characteristic behavior, in particular at the time at which a certain current ripple - z. B. the last current ripple before the freewheeling phase - occurs within the motor current magnitude, or
- By a difference between two such current or voltage values or two such times.
Die Kennvariablen sind diejenigen Größen der Interpolationsfunktion, die in der Regel von Stellvorgang zur Stellvorgang variieren. Im Unterschied hierzu handelt es sich bei den „Parametern” der Interpolationsfunktion um diejenigen Größen oder Zahlenwerte, die der Interpolationsfunktion für den Betrieb der Stelleinrichtung als Konstanten zugeordnet werden, die also für alle Stellvorgänge der Stelleinrichtung denselben Wert aufweisen.The characteristic variables are those variables of the interpolation function that generally vary from setting process to setting process. In contrast to this, the "parameters" of the interpolation function are those variables or numerical values which are assigned to the interpolation function for the operation of the actuating device as constants, which therefore have the same value for all actuating processes of the actuating device.
Das als Interpolationsergebnis ausgegebene „Maß” ist allgemein eine beliebige Größe, aus der der Freilaufstellweg ableitbar ist. In zweckmäßiger Ausgestaltung gibt dieses Maß die Anzahl von Stromrippeln wieder, die entsprechend der Motordrehung während der Freilaufphase zu erwarten gewesen wären. Diese Ausführung der Interpolationsfunktion erlaubt es, das Interpolationsergebnis ohne weitere Umrechnung als Korrekturgröße für die Stromrippelzählung einzusetzen.The "measure" output as an interpolation result is generally of any size from which the free-wheeling travel is derivable. In an expedient embodiment, this measure gives the number of current ripples again, which would have been expected according to the engine rotation during the freewheeling phase. This execution of the interpolation function makes it possible to use the interpolation result without further conversion as a correction variable for the current ripple counting.
Der Begriff „Stelleinrichtung” (nachfolgend zur Verdeutlichung auch als „Betriebs-Stelleinrichtung” bezeichnet) bezeichnet eine Stelleinrichtung, die tatsächlich zum Einsatz in einem Fahrzeug vorgesehen oder in einem Fahrzeug eingebaut ist. Im Unterschied hierzu handelt es sich bei der oder jeder „Referenz-Stelleinrichtung” um eine gesonderte Versuchsanordnung, die beispielsweise stationär in einem Labor aufgebaut ist, und die quasi einen Prototyp der für den praktischen Einsatz bestimmten Betriebs-Stelleinrichtungen darstellt. Entsprechend dieser Nomenklatur werden Stellvorgänge, die mittels der Referenz-Stelleinrichtung durchgeführt werden, als Referenz-Stellvorgänge bezeichnet. Weiterhin wird der Betrag einer Kennvariablen, der für einen Referenz-Stellvorgang ermittelt wird, als Referenz-Betrag bezeichnet.The term "control device" (hereinafter also referred to as "operating control device" for clarity) designates an actuating device that is actually intended for use in a vehicle or installed in a vehicle. In contrast, the or each "reference actuator" is a separate experimental set-up, for example, being stationary in a laboratory, and which is more or less a prototype of the operational controls intended for practical use. According to this nomenclature, positioning operations performed by means of the reference actuator are referred to as reference operations. Furthermore, the amount of a characteristic variable, which is determined for a reference setting process, referred to as a reference amount.
Die oder jede Referenz-Stelleinrichtung ist zumindest im Wesentlichen baugleich mit der oder jeder Betriebs-Stelleinrichtung, unterscheidet sich von letzteren aber darin, dass der oder jeder Referenz-Stelleinrichtung die zusätzliche Messanordnung zur Erfassung des Messwerts des Freilaufstellwegs zugeordnet ist. Auch bei diesem Messwert handelt es sich allgemein um eine beliebige Information, aus der der Freilaufstellweg ableitbar ist. Zweckmäßigerweise wird der Messwert aber derart erzeugt, dass er mit dem Interpolationsergebnis direkt vergleichbar ist.The or each reference setting device is at least substantially identical in construction to the or each operating setting device, but differs from the latter in that the or each reference setting device is assigned the additional measuring arrangement for detecting the measured value of the free-running travel. Also, this measured value is generally any information from which the freewheeling travel is derivable. However, the measured value is expediently generated in such a way that it is directly comparable to the result of the interpolation.
Als „Optimierungsalgorithmus” wird allgemein ein beliebiger (analytischer oder numerischer) mathematischer Algorithmus bezeichnet, mittels welchem die Interpolationsfunktion derart parametriert wird, dass das Interpolationsergebnis für die berücksichtigte Auswahl von Referenz-Stellvorgängen bestmöglich an die zugehörigen Messwerte der Freilaufstellwegs angepasst ist. Bei dem Optimierungsalgorithmus handelt es sich hierbei vorzugsweise um ein Verfahren, bei dem der quadrierte Fehler des Interpolationsergebnisses im Vergleich zu dem Messwert in Summe über die Auswahl von Referenz-Stellvorgängen minimiert wird, insbesondere um das sogenannte Gauß-Newton-Verfahren oder um den sogenannten Levenberg-Marquardt-Algorithmus. Der Begriff „Auswahl” ist dahingehend zu verstehen, dass bevorzugt alle aufgenommenen Referenz-Stellvorgänge bei der Optimierung berücksichtigt werden, dass einzelne Referenz-Stellvorgänge, insbesondere „Ausreißer”, bei der Optimierung aber auch unberücksichtigt bleiben können.An "optimization algorithm" is generally an arbitrary (analytical or numerical) mathematical algorithm, by means of which the interpolation function is parameterized in such a way that the interpolation result for the considered selection of reference actuating processes is optimally adapted to the associated measured values of the freewheeling travel path. In the case of the optimization algorithm, this is preferably a method in which the squared error of the interpolation result is minimized in comparison with the measured value in total via the selection of reference setting processes, in particular the so-called Gauss-Newton method or the so-called Levenberg -Marquardt algorithm. The term "selection" is to be understood as meaning that preferably all recorded reference setting processes are taken into account in the optimization, but that individual reference setting processes, in particular "outliers", can also be disregarded in the optimization.
Die Erfindung beruht auf der Idee, die Parameter einer die Freilaufphase überbrückenden Interpolationsfunktion nicht wie üblich für jede Betriebs-Stelleinrichtung durch individuelles Einlernen gesondert zu bestimmen, sondern für alle Betriebs-Stelleinrichtungen universell vorzugeben. Erkanntermaßen wird durch den Wegfall dieses individuellen Einlern-Prozesses eine wesentliche Vereinfachung bei der Montage und Inbetriebnahme der Betriebs-Stelleinrichtungen erzielt. Durch das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren zur Parametrierung der Interpolationsfunktion wird hierbei trotz Verzicht auf individuelles Einlernen der Betriebs-Stelleinrichtungen eine präzise Funktionsweise dieser Betriebs-Stelleinrichtungen sichergestellt.The invention is based on the idea of not separately determining the parameters of an interpolation function bridging the freewheel phase as customary for each operating control device by means of individual teach-in, but of specifying them universally for all operating control devices. As is known, the elimination of this individual teach-in process results in a substantial simplification in the assembly and commissioning of the operating control devices. By the optimization method according to the invention for parameterizing the interpolation function, a precise mode of operation of these operating control devices is ensured despite the absence of individual teaching-in of the operating control devices.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens werden als Kennvariablen der Interpolationsfunktion das Zeitintervall zwischen dem letzten Stromrippel vor der Freilaufphase und dem ersten Stromrippel nach der Freilaufphase sowie mindestens ein weiteres Zeitintervall zwischen zwei der Freilaufphase vorausgehenden Stromrippeln und/oder zwei der Freilaufphase nachfolgenden Stromrippeln herangezogen. Erkanntermaßen ermöglicht die Nutzung dieser Zeitintervalle als Kennvariablen eine äußerst präzise Berechnung des Freilaufstellwegs auf einer rein phänomenologischen Basis. Es müssen im Rahmen der Interpolationsfunktion also keinerlei Annahmen über die physikalischen Eigenschaften der Stelleinrichtung oder über den physikalischen Einfluss von Umgebungsbedingungen auf die Stelleinrichtung getätigt werden. Vielmehr werden durch das Optimierungsverfahren sowohl fertigungsbedingte Unterschiede zwischen einzelnen Betriebs-Stelleinrichtungen als auch der Einfluss unterschiedlicher Umgebungsbedingungen implizit insofern berücksichtigt, als solche fertigungsbedingten Unterschiede und Umgebungsbedingungen erkanntermaßen die Zeitintervalle zwischen den Stromrippeln im zeitlichen Umfeld der Freilaufphase charakteristisch beeinflussen. Anschaulich ausgedrückt werden die Zeitintervalle zwischen den Stromrippeln im zeitlichen Umfeld der Freilaufphase quasi als „Fingerabdruck” zur Identifikation der Betriebssituation der Stelleinrichtung und zur Bestimmung des dieser Betriebssituation entsprechenden Freilaufstellwegs herangezogen.In an advantageous embodiment of the method, the time interval between the last current ripple before the freewheeling phase and the first current ripple after the freewheeling phase and at least one further time interval between two freewheeling phase preceding current ripples and / or two of the freewheeling phase following current ripple are used as characteristic variables of the interpolation function. As is known, the use of these time intervals as characteristic variables makes possible an extremely precise calculation of the freewheeling travel path on a purely phenomenological basis. In the context of the interpolation function, therefore, no assumptions have to be made about the physical properties of the setting device or about the physical influence of environmental conditions on the setting device. Rather, by the optimization process, both production-related differences between individual operating control devices and the influence of different environmental conditions are implicitly taken into account insofar as such production-related differences and environmental conditions, as is known, characteristically influence the time intervals between the current ripples in the temporal environment of the free-wheeling phase. Expressed in clear terms, the time intervals between the current ripples in the temporal environment of the freewheeling phase are used as a kind of "fingerprint" for identifying the operating situation of the adjusting device and for determining the freewheeling travel path corresponding to this operating situation.
Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung einer Interpolationsfunktion der Form erwiesen. Hierhin bezeichnen Δy das Interpolationsergebnis, und x1 bis x4 folgende Kennvariablen:
- – x1: Zeitintervall zwischen dem letzten Stromrippel vor der Freilaufphase und dem ersten Stromrippel nach der Freilaufphase
- – x2: Zeitintervall zwischen dem ersten und zweiten Stromrippel nach der Freilaufphase
- – x3: Zeitintervall zwischen dem zweitletzten und letzten Stromrippel vor der Freilaufphase
- – x4: Zeitintervall zwischen dem drittletzten und zweitletzten Stromrippel vor der Freilaufphase
- - x 1 : Time interval between the last current ripple before the freewheeling phase and the first current ripple after the freewheeling phase
- X 2 : time interval between the first and second current ripple after the freewheeling phase
- - x 3 : time interval between the second last and last current ripple before the freewheeling phase
- X 4 : Time interval between the third last and second last current ripple before the freewheeling phase
Die Größe θ = (a, b, c, d, e, f, g) bezeichnet einen Satz von Parametern a, b, c, d, e, f, g. Bei diesen Parametern handelt es sich nicht um Größen mit einer konkreten physikalischen Bedeutung, sondern um phänomenologische Zahlenangaben (Fließkommazahlen), die im Zuge des Optimierungsverfahrens empirisch bestimmt werden.The quantity θ = (a, b, c, d, e, f, g) denotes a set of parameters a, b, c, d, e, f, g. These parameters are not quantities with a concrete physical meaning, but rather phenomenological numbers (floating-point numbers), which are determined empirically in the course of the optimization process.
In bevorzugter Ausführung des Optimierungsverfahrens werden die Referenz-Stellvorgänge gezielt zumindest teilweise unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen durchgeführt. Die bei der Durchführung der Referenz-Stellvorgänge variierten Betriebsbedingungen sind insbesondere gekennzeichnet durch
- – unterschiedliche Umgebungstemperatur,
- – unterschiedliche Luftfeuchtigkeit,
- – unterschiedliche Last, d. h. unterschiedlichen mechanischen Widerstand gegen die Stellbewegung,
- – unterschiedliche Betriebsspannung (z. B. Fahrzeugbatteriespannung), insbesondere innerhalb eines Stellvorgangs schwankende Betriebsspannung
- – unterschiedliche Standzeit, d. h. unterschiedliche Zeitintervalle zwischen zwei Stellvorgängen und/oder
- – unterschiedliches Betriebsalter der Referenz-Stelleinrichtung, insbesondere unterschiedliche Anzahl von vorausgegangen Stellvorgängen.
- Different ambient temperature,
- - different humidity,
- Different load, ie different mechanical resistance to the adjusting movement,
- - Different operating voltage (eg., Vehicle battery voltage), in particular within a control operation fluctuating operating voltage
- - Different life, ie different time intervals between two actuations and / or
- - Different operating age of the reference setting device, in particular different number of previous settlements.
Zweckmäßigerweise werden bezüglich einer oder mehrerer dieser Betriebsbedingungen ein im Normalbetrieb zu erwartender Schwankungsbereich vollständig abgerastert. Beispielsweise werden für einen Fensterheber bevorzugt in Schritten von z. B. 5°C Referenz-Stellvorgänge zu jeder Umgebungstemperatur (im Inneren der Fahrzeugtür) zwischen –30°C und 80°C aufgenommen.Expediently, with regard to one or more of these operating conditions, a range of fluctuations to be expected in normal operation is scanned completely. For example, for a window lift preferably in steps of z. B. 5 ° C reference setting operations at any ambient temperature (inside the vehicle door) between -30 ° C and 80 ° C recorded.
Die als Motorstromgröße bevorzugt herangezogene Gegeninduktionsspannung ist derjenige Spannungsanteil der Motorspannung, der durch magnetische Wechselwirkung zwischen Ständer und Läufer des Stellmotors der Stelleinrichtung bei sich drehendem Läufer erzeugt wird. Erkanntermaßen können aus der Gegeninduktionsspannung Stromrippel besonders fehlersicher erkannt werden. Die Gegeninduktionsspannung wird in zweckmäßiger Ausgestaltung des Verfahrens mittels eines numerischen Motormodells aus der Motorstromstärke und der Betriebsspannung ermittelt.The counterinduction voltage preferably used as the motor current quantity is that voltage component of the motor voltage which is generated by magnetic interaction between the stator and rotor of the servomotor of the actuating device when the rotor rotates. As is known, current ripple can be detected particularly fail-safe from the mutual induction voltage. The mutual induction voltage is determined in an expedient embodiment of the method by means of a numerical motor model from the motor current and the operating voltage.
Der Messwert des Freilaufstellwegs wird vorzugweise mittels eines der Referenz-Stelleinrichtung zugeordneten Hallsensors erfasst. Der Hallsensor wirkt hierbei mit einem Ringmagneten zusammen, der mit einer Antriebswelle der Referenz-Stelleinrichtung gekoppelt ist.The measured value of the freewheeling travel is preferably detected by means of a Hall sensor associated with the reference actuator. The Hall sensor acts together with a ring magnet, which is coupled to a drive shaft of the reference actuator.
Die Polzahl des Ringmagneten wird dabei vorzugsweise derart gewählt, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches n (mit n = 1, 2, 3, ...) der Anzahl der Stromrippel der Motorstromgröße pro Motorvolldrehung ist. Hierdurch weist auch das von dem Hall-Sensor erzeugte Signal pro Motorvolldrehung eine Anzahl von Flankenwechseln auf, die ein ganzzahliges Vielfaches n (mit n = 1, 2, 3, ...) der Stromrippelanzahl ist. Das Signal des Hallsensors und das Interpolationsergebnis sind somit besonders einfach vergleichbar.The number of poles of the ring magnet is preferably selected such that it is an integer multiple n (where n = 1, 2, 3,...) Of the number of current ripples of the motor current magnitude per full motor rotation. In this way, the signal generated by the Hall sensor per motor full rotation on a number of edge changes, which is an integer multiple n (where n = 1, 2, 3, ...) of the current ripple number. The signal of the Hall sensor and the result of the interpolation are therefore particularly easy to compare.
Die obige Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung der Stellposition einer motorischen Stelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug (Interpolationsverfahren), insbesondere zur Ermittlung des Freilaufstellwegs, mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Im Zuge dieses Verfahrens ist vorgesehen, in einer zeitlichen Umgebung der Freilaufphase eines Stellvorgangs den zeitlichen Verlauf der Motorstromgröße zu erfassen, aus diesem Verlauf den jeweiligen Betrag jeder Kennvariable der vorstehend beschriebenen Interpolationsfunktion zu ermitteln und mittels der Interpolationsfunktion in Abhängigkeit der Kennvariablen als Interpolationsergebnis das Maß für den Freilaufstellweg zu ermitteln. Die Parameter der Interpolationsfunktion sind dabei nach dem vorstehend beschriebenen Optimierungsverfahren in einer seiner Varianten ermittelt.The above object is further achieved according to the invention by a method for determining the setting position of a motorized adjusting device for a motor vehicle (interpolation method), in particular for determining the freewheeling travel, with the features of
Die obige Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß gelöst durch eine Stelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem elektrischen Stellmotor sowie mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung des Stellmotors, wobei die Steuereinheit zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Interpolationsverfahrens eingerichtet, d. h. programm- und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist.The above object is also achieved according to the invention by an adjusting device for a motor vehicle, with an electric servomotor and with a control unit for controlling the servomotor, wherein the control unit for implementing the interpolation method described above, d. H. is formed program and / or circuit technology.
Die Steuereinheit ist insbesondere durch einen Mikrocontroller gebildet oder umfasst zumindest einen solchen, wobei das Interpolationsverfahren softwaretechnisch im Rahmen eines Steuerprogramms in diesem Mikrocontroller implementiert ist. The control unit is in particular formed by a microcontroller or comprises at least one such, wherein the interpolation method is implemented by software in the context of a control program in this microcontroller.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.
Die Stelleinrichtung
Die Stellmechanik
Der Steuereinheit
In der Steuereinheit
Im Zuge eines jeden Stellvorgangs berechnet das Steuerprogramm
Ein typischer Verlauf der Gegeninduktionsspannung Ubefm während eines Stellvorgangs der Betriebs-Stelleinrichtung
Das Steuerprogramm
Zur Durchführung dieses Interpolationsverfahrens umfasst das Steuerprogramm
Aus der Gegeninduktionsspannung Ubemf werden in einem nachgeschalteten Filtermodul
Das Rippelsignal R wird einem nachfolgend als Rippeldetektormodul
Der Detektionspuls S wird zum einen einem nachgeschalteten Rippelzählermodul
In dem Rippelabstandserfassungsmodul
- – als Kennvariable x1 das Zeitintervall zwischen dem letzten Stromrippe) r–1 (
2 ) vor der Freilaufphase21 und dem ersten Stromrippel r1 (2 ) nach der Freilaufphase21 , - – als Kennvariable x2 das Zeitintervall zwischen dem ersten Stromrippel r1 (
2 ) und dem zweiten Stromrippel r2 (2 ) nach der Freilaufphase, - – als Kennvariable x3 das Zeitintervall zwischen dem letzten Stromrippel r–1 (
2 ) und in dem zweitletzten Stromrippel r–2 (2 ) vor der Freilaufphase21 , sowie - – als Kennvariable x4 das Zeitintervall zwischen dem zweitletzten Stromrippel r–2 (
2 ) und dem drittletzten Stromrippel r–3 (2 ) vor der Freilaufphase21
- As characteristic variable x 1 the time interval between the last current ridge) r -1 (
2 ) before thefreewheeling phase 21 and the first current ripple r 1 (2 ) after thefreewheeling phase 21 . - As characteristic variable x 2, the time interval between the first current ripple r 1 (
2 ) and the second current ripple r 2 (2 ) after the freewheeling phase, - As characteristic variable x 3, the time interval between the last current ripple r -1 (
2 ) and in the second last current ripple r -2 (2 ) before thefreewheeling phase 21 , such as - As characteristic variable x 4 the time interval between the second last current ripple r -2 (
2 ) and the third last current ripple r -3 (2 ) before thefreewheeling phase 21
Das Interpolationsmodul
Die vom Rippelzählermodul
In obiger Gleichung symbolisiert die Variable D einen Richtungsanzeiger, der den Wert +1 aufweist, wenn die Fahrzeugscheibe
Die Information über die Stellposition z wird im Zuge des Steuerverfahrens
Die Parameter a, b, c, d, e, f und g des Parametersatzes θ sind der Betriebs-Stelleinrichtung
Im Zuge dieses Optimierungsverfahrens werden an einer Referenz-Stelleinrichtung
Bei der Referenz-Stelleinrichtung
Die Referenz-Stelleinrichtung
Im Unterschied zu der Betriebs-Stelleinrichtung
Im Unterschied zu der Betriebs-Stelleinrichtung
Die mit der Referenz-Stelleinrichtung
- – die Umgebungstemperatur in 5°C-Schritten zwischen –30°C und 80°C,
- – die Luftfeuchtigkeit in der Umgebung der Referenz-Stelleinrichtung
1' in 5%-Schritten zwischen 10% und 100%, und - – die Betriebsspannung Ub in
Schritten von 1 Volt zwischen 7 V und 15 variiert.
- The ambient temperature in 5 ° C increments between -30 ° C and 80 ° C,
- - The humidity in the vicinity of the reference actuator
1' in 5% increments between 10% and 100%, and - - The operating voltage U b in steps of 1 volt between 7 V and 15 varies.
Zudem werden im Zuge der Referenz-Stellvorgänge das Gewicht der Fahrzeugscheibe und die Reibung der Stellmechanik gezielt variiert. Optional werden eine Vielzahl (z. B. mindestens 5000) von Referenz-Stellvorgängen mit derselben Referenz-Stelleinrichtung
Insgesamt werden vorzugsweise mindestens 10000 Referenz-Stellvorgänge durchgeführt.Overall, preferably at least 10,000 reference setting operations are performed.
Das in
Im Zuge des von dem Optimierungsprogramm
Mittels eines Flankendetektionsmodul
In bevorzugter Ausbildung der Referenz-Stelleinrichtung
Der Messwert Δy', der somit – genauso wie das Interpolationsergebnis Δy – ein Maß für den Freilaufstellweg darstellt, wird für jeden Referenz-Stellvorgang in der Datenbank
In der Datenbank
Diese Daten werden anschließend einem Optimierungsmodul
Das Optimierungsmodul
Die Größe E bezeichnet hierbei den Gesamtfehler der Optimierung. Die Summe F läuft bevorzugt über alle in der Datenbank
Das Optimierungsmodul
Sobald das Konvergenzkriterium erreicht ist, bricht das Optimierungsmodul
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- (Betriebs-)Stelleinrichtung(Operating) actuator
- 1'1'
- Referenz-StelleinrichtungReference setting device
- 2, 2'2, 2 '
- Fahrzeugscheibevehicle window
- 3, 3'3, 3 '
- Stellmotorservomotor
- 4, 4'4, 4 '
- Stellmechanikactuating mechanism
- 5, 5'5, 5 '
- Stellbereichrange
- 6, 6'6, 6 '
- Öffnungsstellungopen position
- 7, 7'7, 7 '
- Schließstellungclosed position
- 8, 8'8, 8 '
- Antriebswelledrive shaft
- 9, 9'9, 9 '
- Getriebetransmission
- 10, 10'10, 10 '
- Steuereinheitcontrol unit
- 11, 11'11, 11 '
- Relaisrelay
- 12, 12'12, 12 '
- Relaisrelay
- 13a, 13a'13a, 13a '
- Strommesserammeter
- 13b, 13b'13b, 13b '
- Strommesserammeter
- 1414
- Steuerprogrammcontrol program
- 2020
- GleichgewichtsphaseEquilibrium phase
- 2121
- FreilaufphaseFreewheeling phase
- 2222
- Bremsphasebraking phase
- 2323
- Motormodellengine model
- 2424
- Filtermodulfilter module
- 2525
- RippeldetektormodulRipple detector module
- 2626
- RippelzählermodulRipple counter module
- 2727
- RippelabstandserfassungmodulRippel distance detection module
- 2828
- Interpolationsmodulinterpolation
- 2929
- StellpositionsermittlungsmodulSetting position determination module
- 3030
- Messeinrichtungmeasuring device
- 3131
- Ringmagnetring magnet
- 3232
- Hall-SensorHall sensor
- 3333
- Optimierungsprogrammoptimization program
- 3434
- DatenbankDatabase
- 3535
- FlankendetektionsmodulEdge detection module
- 3636
- Optimierungsmoduloptimization module
- θθ
- Parametersatzparameter set
- θ'θ '
- Vorschlagswertdefault value
- ΔyDy
- Interpolationsergebnisinterpolation
- Δy'Ay '
- Messwertreading
- ri i
- Stromrippel (i = –3, –2, –1, 1, 2)Current ripple (i = -3, -2, -1, 1, 2)
- tt
- ZeitTime
- xi x i
- Kennvariable (i = 1, 2, 3, 4)Kennvariable (i = 1, 2, 3, 4)
- yy
- RippelanzahlRippel number
- z, z'z, z '
- Stellpositionsetting position
- FF
- Interpolationsfunktioninterpolation
- I, I1, I2 I, I 1 , I 2
- Messwert (der Motorstromstärke)Measured value (the motor current strength)
- MM
- MasseDimensions
- RR
- Rippelsignalripple signal
- SS
- Detektionspulsdetection pulse
- Ub U b
- Betriebsspannungoperating voltage
- Ubemf U bemf
- GegeninduktionsspannungEmf
- UH U H
- Hall-SignalHall signal
Claims (8)
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- 2009-04-28 DE DE102009019183.6A patent/DE102009019183B4/en not_active Expired - Fee Related
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