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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur zeitgesteuerten
Einklemmerkennung bei einer einen elektrischen Motor aufweisenden
Verstelleinrichtung für
Fensterheber, Schiebedächer
oder dergl., wobei ein auf eine aktuelle Verstellkraft bezogener
Wert auf ein Überschreiten
eines vorgegebenen Referenzwerts überwacht wird.
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Bei
der Fremdkraft-betätigten
Verstellung von Bauteilen in Kraftfahrzeugen, wie insbesondere bei
Verstelleinrichtungen für
elektrisch betriebene Fensterheber oder Schiebedächer, wird zur Begrenzung einer
vom Verstellantrieb, der üblicherweise
einen elektrischen Motor enthält,
erzeugten Überschusskraft
ein Einklemm-Schutzsystem vorgesehen. Dieses Einklemm-Schutzsystem erkennt
im Idealfall unmittelbar ein Einklemmen eines Objekts, z. B. des
Arms einer Person. Gemäß Stand
der Technik werden hier für
während
eines Verstellvorgangs bei Positionsänderungen der Verstelleinrichtung
(bzw. des Motors) oder aber zu vorgegebenen Zeitpunkten aktuell
ermittelte Verstell-Kraftwerte oder damit korrelierte Größen mit
einem vorgegebenen Referenz-Kraftwert (Schwellenwert) verglichen.
Steigt die vom Motor aufgebrachte Verstellkraft über diesen Referenzwert an,
so deutet dies auf ein Hindernis im Verstellweg des Bauteils hin,
und es wird ein „Einklemmen” erkannt.
Die Bewegung des Bauteils wird dann gestoppt, und der Motor wird
reversiert.
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Beispielsweise
ist es aus der
DE
101 08 975 A1 bekannt, den von einem elektrischen Motor
einer Verstelleinrichtung gezogenen Laststrom zu überwachen;
wenn der Motor gegen ein Hindernis anläuft, steigt der Laststrom an,
wobei dieser Stromanstieg somit auf die aktuelle Verstellkraft bezogen
ist; wenn dabei der Laststrom einen vorgegebenen Grenz- oder Schwellwert
erreicht, wird eine Steuereinheit aktiv, um den Motor zu stoppen
und zu reversieren. Bei der aus der genannten
DE 101 08 975 A1 bekannten Technik
geht es im Weiteren darum, Ansprechverzögerungen von Schaltrelais für den Motor
unwirksam zu machen, um ein möglichst
unmittelbares Stoppen des Motors zu erzielen. Zu diesem Zweck wird
bei Erreichen des Schwellwerts durch den Laststrom parallel zur
Ansteuerung der Relais unmittelbar ein elektronischer Schalter im
Laststromkreis ausgeschaltet, so dass der Motor sofort angehalten
wird.
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Im
Einzelnen wird bei solchen Einklemm-Schutzsystemen in der Praxis
ein entsprechend programmierter Mikrocontroller eingesetzt, der einen
Einklemmerkennungs-Algorithmus periodisch ausführt; am Ende steht dann jeweils
eine Entscheidung „Einklemmen
nicht erkannt” bzw. „Einklemmen erkannt”. Für die Periodendauer
dieser Algorithmus-Berechnung gibt es in der Praxis, wie oben bereits
angedeutet, zwei Ansätze:
einerseits wird der Einklemmschutz-Algorithmus positionsgesteuert ausgeführt, wobei
beispielsweise im Fall eines dem Motor bzw. einem Magnetrad auf
der Motorwelle zugeordneten Hall-Sensors mit jedem Hall-Impuls der Algorithmus
gestartet wird. Oft wird ein solches System auch geschwindigkeitsbasierender
Einklemmschutz genannt. Andererseits kann der Einklemmschutz-Algorithmus
auch zeitlich gesteuert ausgeführt
werden, wobei zu fest vorgegebenen Zeitpunkten, z. B. alle zwei
Millisekunden, der Algorithmus, d. h. eine Berechnung, gestartet
und durchgeführt
wird. Ein solches System wird zeitbasierender Einklemmschutz genannt,
wobei hier im Allgemeinen der Motorstrom die Grundgröße für die Einklemmschutzberechnung
darstellt (im Gegensatz zur Motorgeschwindigkeit).
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Bei
beiden Ansätzen
ist von Nachteil, dass ein fest vorgegebener, diskreter Zeitpunkt
zum Starten der Algorithmus-Berechnung gegeben ist; zwischen jeweils
zwei Berechnungen ist jedoch keine Einklemmerkennung möglich. Dies
kann nun zu Situationen führen,
wo gerade zwischen zwei solchen Zeitpunkten der für die Auslösung optimale Kraft-Schwellenwert
von der aktuellen Verstell-Kraft überschritten
wird und dieses überschreiten
erst zu spät,
beim nächsten
Starten des Algorithmus, erkannt wird. Daraus ergeben sich systembedingte Kraftschwankungen,
die nicht ausgeglichen werden können,
und dies ist unerwünscht
und verursacht kleinere Sicherheitsreserven: Der Kraft-Schwellenwert
muss dann nämlich
entsprechend niedriger eingestellt werden, um auch bei starken Anstiegen
im Kraftverlauf zwischen zwei Algorithmus-Startzeitpunkten ein Einklemmen möglichst
sicher zu erkennen, und zwar ohne dass eine an sich optimale Auslöseschwelle,
z. B. bei 70 N, überschritten
wird. Wenn nun jedoch der Schwellenwert vergleichsweise niedrig
eingestellt wird, dann neigt das Einklemm-Schutzsystem zu Fehlauslösungen bei
der Einklemmerkennung. Dieses Problem wurde im Stand der Technik
bisher nicht gelöst,
und die Kraftschwankungen mit den genannten nachteiligen Effekten
wurden in der Praxis in Kauf genommen.
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Eine
andersartige Technik zum Überwachen des
Bewegungswegs eines von einem Antrieb angetriebenen Teils, wie etwa
eines Kfz-Fensters, ist aus der
DE 195 39 577 A1 bekannt. Hier wird unmittelbar nach
dem Start des Antriebs wenigstens eine Zeitspanne gemessen, die
mit einer wählbaren
Umdrehungszahl der Antriebswelle in Beziehung steht; diese Zeitspanne
wird zu Vergleichszwecken zwischengespeichert, wenn die Antriebswelle
eine wählbare Anzahl
von Mindestumdrehungen vollzogen hat. Bei einem folgenden Start
des Antriebs wird die der vorgegebenen (wählbaren) Umdrehungszahl entsprechende
Zeitspanne erneut gemessen und mit der zwischengespeicherten Zeitspanne
verglichen; bei einem Überschreiten
der zwischengespeicherten Zeitspanne um ein vorgegebenes Ausmaß kann der Antrieb
gestoppt und reversiert werden, insbesondere dann, wenn bei einem
unmittelbar vor dem Folgestart erfolgten Stopp des Antriebs bereits
eine Einklemmgefahr erkannt wurde. Diese Technik ist u. a. insofern
nachteilig, als ein Einklemmen erst relativ spät erkannt werden kann.
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Es
ist nun Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Systeme
zu vermeiden und ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur zeitgesteuerten Einklemmerkennung
vorzuschlagen, um auf möglichst
einfache und effiziente Weise eine sichere Einklemmerkennung zu
erzielen. Die Erfindung basiert dabei auf dem Gedanken, anstatt
zu fest vorgegebenen Zeitpunkten bzw. Positionen, z. B. bei jedem
Impuls eines Hall-Sensors, eine Kraft-Berechnung durchzuführen, variable Zeitintervalle
für die
Einklemmerkennung vorzusehen, d. h. den Lösungsansatz umgekehrt zu gestalten,
indem auf der Basis des Auslöse-Schwellenwerts, also
allgemein des Referenzwerts, eine jeweilige maximale Zeitdauer errechnet
wird, innerhalb der beispielsweise der nächste Impuls des Hall-Sensors
auftreten müsste;
geschieht dies nicht, wird Einklemmen erkannt.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung somit ein Verfahren bzw.
eine Vorrichtung, wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert
vor. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Mit
der vorliegenden Technik der Einklemmerkennung kann der vorstehenden
Zielsetzung in vorteilhafter Weise entsprochen werden, wobei einfache
Berechnungen zugrunde gelegt werden können, d. h. einfache, schnell
durchzuführende
Algorithmen eingesetzt werden, um in verlässlicher Weise einen Einklemmfall
erkennen zu können.
Dabei werden laufend variable – statt
wie beim Stand der Technik feststehende – Zeitintervalle auf Basis
der Motor-Drehzahl oder -Winkelgeschwindigkeit ermittelt, etwa mit
Hilfe von der Motorwelle zugeordneten Codescheiben, insbesondere
von einem Magnetrad in Verbindung mit einem Hall-Sensor. Auf diese
Weise werden Zeitimpulse, insbesondere Hall-Impulse, abhängig von
der Motor-Winkelgeschwindigkeit
erhalten, die die auf die Winkelgeschwindigkeit des Motors bezogenen
Zeitintervalle – in
veränderlicher Form – festlegen.
Für jedes
Zeitintervall wird zugleich am Beginn ein zugehöriges maximales Zeitintervall berechnet,
und zwar auf Basis der maximal zulässigen Kraft, also des Referenzwerts,
bzw. in Entsprechung hierzu auf Basis der zulässigen Mindest-Winkelgeschwindigkeit,
die auf diesen Referenzwert bezogen ist. Wenn sodann bei der Durchführung des
Algorithmus bzw. bei der Auswertung der berechneten Zeitintervalle
das maximale Zeitintervall früher
abläuft
als das jeweilige auf die momentane Motor-Winkelgeschwindigkeit
bezogene „Referenz”-Zeitintervall,
dann wird auf eine Einklemmsituation entschieden. Wenn andererseits
vor Ablauf des maximalen Zeitintervalls das Referenz-Zeitintervall,
beispielsweise die Zeit zwischen zwei Hall-Impulsen, abläuft, d.
h. im gegebenen Beispiel der nächste
Hall-Impuls bereits auftritt, dann ist die momentane Verstellkraft kleiner
als die maximal zulässige
Schließkraft,
also der Referenzwert, und die Verstellbewegung wird fortgesetzt.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn die maximalen Zeitintervalle auf
Basis der Messung der Motorspannung berechnet werden, da diese Spannungsmessung
einfach bewerkstelligt werden kann. Die Motorspannung ist dabei,
unter Vorgabe einer maximal zulässigen
Schließkraft,
der zulässigen
minimalen Winkelgeschwindigkeit proportional, wie nachstehend noch
näher dargelegt
werden wird, und pro Motorumdrehung können N Referenz-Zeitintervalle bzw.
N Hall-Impulse (mit N = 1, 2, ...) zugrundegelegt werden, um so über die
Beziehung
auf das maximale Zeitintervall
T
max zu schließen.
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Die
maximalen Zeitintervalle können
insbesondere einfach auf Basis der Beziehung Tmax = 1/(k1·Umot – k2·Fmax) berechnet werden, worin
- Tmax
- das jeweilige maximale
Zeitintervall
- Umot
- die momentane Motorspannung
- Fmax
- ein vorgegebener Kraft-Referenzwert und
- k1,
k2, ...
- Systemkonstanten
sind.
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Mit
dem Beginn eines jeden Referenz-Zeitintervalls, beispielsweise bei
jedem neuen Hall-Impuls des Hall-Sensors, kann nun bevorzugt ein
Mikrocontroller-Timer derart konfiguriert werden, dass bei Ablauf
der maximal zulässigen
Zeitdauer Tmax (bzw. der maximal zulässigen Hall-Impulsdauer)
ein Interrupt ausgelöst
wird. Im Normalfall wird jedoch vor Ablauf dieses maximalen Zeitintervalls
Tmax der folgende Hall-Impuls auftreten, da im Normalfall kein
Einklemmen vorliegt und die aktuelle Verstell- bzw. Schließkraft F
kleiner ist als die Kraftschwelle bzw. der Referenzwert Fmax. In diesem Fall wird erneut mit Ablauf des
Referenz-Zeitintervalls bzw. mit Auftreten des nächsten Hall-Impulses die maximal
zulässige
Zeit- bzw. Impulsdauer Tmax errechnet, mit
der der Timer des Mikrocontrollers neu konfiguriert wird. Dies geschieht
regelmäßig bei
jedem Hall-Impuls oder allgemein mit jedem neuen Referenz-Zeitintervall
(beispielsweise können
auch kapazitive oder optische Geber zum Feststellen der Winkelgeschwindigkeit bzw.
Drehzahl des Motors eingesetzt werden); der Ausnahmefall ergibt
sich dann, wenn ein Einklemmen vorliegt – in diesem Fall wird, wie
erwähnt,
bei Ablauf von Tmax ein Timer-Interrupt
ausgelöst
und dadurch der Motor gestoppt bzw. sein Reversieren eingeleitet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. In der
Zeichnung zeigen im Einzelnen:
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1 in
einem Diagramm den Vorgang einer Einklemmerkennung gemäß Stand
der Technik, wobei im Diagramm die Kraft F in Newton (N) über der Zeit
in Millisekunden (ms) aufgetragen ist;
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2 ein
Blockschaltbild einer Antriebseinrichtung, beispielsweise für einen
Fensterheber oder ein Schiebedach, in Verbindung mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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3 zur
Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Vorgangsweise ein Ablaufdiagramm; und
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4 in
einem Diagramm Schließkraft
F über
der Zeit t die Vorgangsweise bei der erfindungsgemäßen Technik.
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In 1 ist
ein Diagramm gezeigt, das einen Verlauf der Klemmkraft F [N] über der
Zeit t [ms] für den
Fall eines Klemmvorgangs in einer Verstelleinrichtung eines Fensterhebers
oder eines Schiebedachs eines Kraftfahrzeugs im Hinblick auf Einklemmschutz
gemäß Stand
der Technik veranschaulicht. Konkret wird bei diesem Beispiel in
festen Zeitintervallen Δt,
z. B. alle zwei Millisekunden, eine Berechnung entsprechend dem
vorgegebenen Einklemmschutz-Algorithmus durchgeführt, um die jeweilige Schließkraft F
zu berechnen und mit einem vorgegebenen Schwellenwert oder Referenzwert Fmax zu vergleichen. In dem in 1 beispielhaft
konkret eingezeichneten Zeitintervall Δt ergibt sich eine Differenzkraft ΔF, die somit
zwischen zwei aufeinander folgenden Berechnungen der Einklemmschutzerkennung
gegeben ist und im gezeigten Beispiel ungefähr 8 N beträgt. Wäre nun angenommen die optimale
bzw. gewünschte
Auslöseschwelle
bei einer Kraft Fmax = 61 N, so würde im gezeigten
Beispiel die Einklemmerkennung bei der ersten Berechnung (wo ein
Kraftwert F = 60 N ermittelt wird) noch nicht ansprechen, hingegen
wäre die
Schließkraft
F bei der zwei Millisekunden später
erfolgenden nächsten
Berechnung bereits
F = 68 N, also 7 N über dem erwünschten Wert (61 N).
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Eine ähnliche
nachteilige Einklemmbewertung ergibt sich, wenn der Einklemmschutz-Algorithmus
positionsgesteuert ausgeführt
wird, wobei ebenfalls zwischen zwei aufeinander folgenden Berechnungen
der optimale Schwellenwert überschritten werden
kann, so dass die Einklemmerkennung zu spät, bei einem zu hohen momentanen
Kraftwert, erfolgt.
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Um
hier Abhilfe zu schaffen, wurden in der Vergangenheit niedrigere
Schwellenwerte vorgesehen, wobei aber die bekannten Systeme dann
eine höhere
Neigung zu Fehlauslösungen
bei der Einklemmerkennung haben.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Idee zu Grunde, in Entsprechung zur Motor-Winkelgeschwindigkeit ω, beispielsweise
mit jedem Impuls eines dem Motor zugeordneten Winkelgeschwindigkeits-Sensors,
insbesondere Hall-Sensors, auf Basis der Auslöseschwellkraft ein maximales
Zeitintervall zu berechnen, innerhalb dessen im Normalbetrieb der
nächste
Impuls des Winkelgeschwindigkeits-Sensors, z. B. Hall-Sensors, auftreten
muss, damit nicht auf eine Einklemmsituation entschieden wird. Dieses
maximale Zeitintervall Tmax kann in einen Timer
eines Mikrocontrollers geladen werden, wie nachstehend anhand der 2 noch
näher erläutert werden
wird, um so im Fall, dass der nächste
Messimpuls, d. h. das auf die Winkelgeschwindigkeit bezogene Zeitintervall
T, später
als das maximale Zeitintervall Tmax abläuft, ein
Anhalten des Motors und eine Reversierbewegung beispielsweise des
angetriebenen Schiebedachs, Fensterhebers oder dergl. einzuleiten.
Dabei ist eine zeitliche Auflösung
im Mikrosekundenbereich möglich,
im Gegensatz zu den zeitlichen Berechnungen gemäß Stand der Technik in Abständen von
einigen wenigen Millisekunden, d. h die Auflösung ist um einen Faktor 1000
besser als beim Stand der Technik; deshalb können die sonst auftretenden
Kraftschwankungen vermieden werden.
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Falls
die Verwendung eines Timers aus Software-technischen Gründen nachteilig
ist, kann selbst bei positionsgesteuerten Einklemmschutzsystemen in
definierten Zeitintervallen (z. B. 2 ms) überprüft werden, ob das maximale
Zeitintervall Tmax bereits abgelaufen ist.
Im Falle des Ablaufs wird Einklemmen erkannt. Diese Vorgangsweise
entspricht dem beschriebenen Stand der Technik bei zeitgesteuerten Systemen,
ist jedoch eine Verbesserung bei positionsgesteuerten Systemen,
da der Abstand zwischen zwei Positionsereignissen (insbesondere
Impulsen des Hall-Sensors) oft – insbesondere
in der Einklemmsituation – deutlich
größer als
diese Zeitspanne ist. Mit diesem Vorgehen erreicht man daher nicht den
optimalen Auslösepunkt
wie bei Verwendung eines Timers, aber geringere Schwankungen als
bei einem rein positionsgesteuerten System.
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Bevor
nun näher
auf das Blockschaltbild gemäß 2 eingegangen
wird, soll noch anhand der physikalischen Gegebenheiten bei einem
elektrischen Motor der Zusammenhang zwischen der Spannung Umot am Motor, dem Ankerstrom I des Motors
und der Winkelgeschwindigkeit ω des
Motors wie folgt erläutert
werden.
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Die
bekannte statische Motorgleichung
UMot =
kω·ω + R·I führt bei
Auflösung
nach dem Motorstrom I zu
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Darin
bedeuten:
- UMot
- Motorspannung
- I
- Motorstrom (Ankerstrom)
- kω
- Proportionalitätsfaktor
(Motorkonstante) und
- R
- Ankerwiderstand.
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Wenn
eine weitere Motorkonstante k
m als Proportionalitätsfaktor
vorgegeben wird, so ist das Drehmoment M des Motors über diese
Konstante k
m proportional zum Ankerstrom
I:
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Mit
dem Radius r der Seilwicklung des Motors und dem jeweils gegebenen Übersetzungsverhältnis ü ergibt
sich die Kraft F am Seilzug und damit am Schiebedach, Fensterheber
etc. wie folgt:
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Aus
dieser Gleichung für
die Schließkraft
F kann durch Umrechnung, bei Gleichsetzen der Schließkraft F
gleich der maximal zulässigen Schließkraft F
max, die minimal zulässige Drehzahl ω
min wie folgt angeschrieben werden:
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Die
maximal zulässige
Schließkraft
Fmax entspricht dabei der gesetzlichen Forderung
von beispielsweise 100 N oder einem darunter liegenden Zielwert
des Fahrzeugherstellers (z. B. 70 N). Dabei müssen auch noch additive Kräfte wie
die Reibung an den Dichtungen berücksichtigt werden, was beispielsweise
den Grenzwert wieder auf 90 N erhöhen kann. Jedenfalls handelt
es sich hierbei um eine jeweils vorgegebene und somit bekannte Größe.
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Aus
der obigen Gleichung für
die minimale Drehzahl ω
min lässt
sich nun die maximal zulässige Zeitdauer
T
max zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen
des (Hall-)Sensors errechnen. Bezeichnet N (mit N = 1, 2, ...) die
Anzahl von Mess-Impulsen
pro Motorumdrehung, so ergibt sich:
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Die
meisten Terme dieser Gleichung sind bekannte Systemkonstanten. Dadurch
lässt sich
die Gleichung mit den zusammengesetzten System-Konstanten k
1 und k
2 wie folgt
vereinfachen
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Darin
wird Fmax jeweils vorgegeben und Umot kann auf einfache Weise gemessen werden.
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Bei
jedem erfolgten (Hall-)Impuls wird nun ein Mikrocontroller-Timer
derart konfiguriert, dass bei Ablauf der maximal zulässigen Hall-Impulsdauer
Tmax ein Interrupt ausgelöst würde. Im
Normalfall wird jedoch vor diesem Ablauf von Tmax der
folgende Hall-Impuls auftreten, d. h. das auf die Winkelgeschwindigkeit ω bezogene
Zeitintervall T ablaufen, da kein Einklemmen vorliegt und die momentane
Verstellkraft F kleiner als Fmax ist. In
diesem Fall wird beim nächsten
Impuls erneut die maximal zulässige Pulsdauer
Tmax errechnet, um den Timer neu zu konfigurieren.
Dies geschieht regelmäßig bei
jedem Hall-Impuls (allgemein: Messimpuls). Die Ausnahme bildet der
Fall des Einklemmens. Hier wird, wie bereits erwähnt, ein Timer-Interrupt ausgelöst und ein Reversieren
des Motors eingeleitet.
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In 2 ist
schematisch eine Vorrichtung 1 zur zeitgesteuerten Einklemmerkennung
gemäß der vorstehend
beschriebenen Vorgangsweise in Verbindung mit einer Antriebseinrichtung
zur Verstellung eines Fensterhebers, Schiebedachs oder dergl. gezeigt,
wobei jedoch von dieser Antriebseinrichtung nur die hier interessierenden
Teile, nämlich
ein Motor 2 samt zugehöriger
Motor-Ansteuereinheit 3, veranschaulicht sind. Dem Motor 2 ist
beispielhaft ein Code-Rad, z. B. ein Magnetrad 4, zugeordnet,
mit dem ein Hall-Sensor 5 (oder im Fall eines anderen Code-Rads
ein entsprechender anderer Sensor) zusammenarbeitet. Dieser Sensor 5 (nachstehend
wird der Einfachheit halber, ohne dass dies einschränkend zu
sehen ist, immer von einem Hall-Sensor 5 gesprochen) gibt
beispielsweise N Hall-Impulse
pro Motorumdrehung ab, wobei diese Hall-Impulse auf die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 2 bezogene Zeitintervalle
T (siehe 4) definieren.
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Die
Hall-Impulse werden Feststellmitteln 6 zum Feststellen,
ob diese Zeitintervalle T jeweils kürzer sind als ein zugehöriges, jeweils
neu berechnetes maximales Zeitintervall Tmax,
zugeführt,
wobei diese Feststellmittel 6 beispielsweise durch einen
Mikrocontroller gebildet sein können.
Diese Feststell-Mittel (bzw.
der Mikrocontroller 6) enthalten (bzw. enthält) einen
Timer 7 sowie, diesem vorgeschaltet, Mittel bzw. ein Berechnungsmodul 8 zum
Berechnen des jeweiligen maximalen Zeitintervalls Tmax.
Der (Hall-)Sensor 5 bildet andererseits Mittel 9 zum Überwachen
der Motor-Winkelgeschwindigkeit ω und
zum Ermitteln von darauf bezogenen Zeitintervallen T. Die Berechnung
des maximalen Zeitintervalls Tmax erfolgt im
Berechnungsmodul 8 gemäß der vorstehend
angeführten
Beziehung für
Tmax, wobei der Wert der Motorspannung Umot von Spannungsmess-Mitteln 10, die
beispielsweise an die Klemmen des Motors 2 angeschaltet
sind, geliefert wird. (Es kann aber auch z. B. die Versorgungsspannung
des Elektronik-Moduls hierfür
herangezogen werden, welche der Spannung am Motor etwa entspricht.)
Weiters ist eine Eingabeeinheit 11 vorgesehen, um feste
Werte, wie die jeweilige Referenzkraft Fmax oder
aber die Systemkonstanten k1, k2,
dem Berechnungsmodul 8 zuzuführen. Dabei ist es hier auch
denkbar, dass die Systemkonstanten k1, k2 auf Basis der anderen in den vorstehenden
Beziehungen angeführten
Konstanten, wie Ankerwiderstand R, Motorkonstante kω, Übersetzungsverhältnis ü, Radius
r der Seilwicklung etc., berechnet werden; ebenfalls ist es denkbar,
die Systemkonstanten k1 und k2 einfach
empirisch vorab bei Inbetriebnahme des Systems festzustellen und
abzuspeichern, so dass die Einheit 11 dann über diese
Größen ebenso
wie über
den jeweils eingegebenen Referenzwert für die Schließkraft Fmax verfügt.
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In
Betrieb berechnet somit das Berechnungsmodul 8 für jedes
Zeitintervall T bzw. für
jeden Hall-Impuls das maximale Zeitintervall Tmax auf
Basis insbesondere der gemessenen Motorspannung Umot sowie
der Parameter Fmax, k1,
k2, und es wird dann der Timer 7 über eine
Verbindung 12 gesetzt, d. h. das maximale Zeitintervall
Tmax wird in den Timer 7 geladen.
Wenn nun der nächste
Hall-Impuls vom Hall-Sensor 5 rechtzeitig abgegeben wird,
so wird dieser über
einen Reset-Eingang dem Timer 7 zugeführt, es erfolgt eine neue Berechnung
des maximalen Zeitintervalls Tmax im Modul 8,
und der Timer 7 wird neu gesetzt. Wird jedoch der nächste Hall-Impuls
vom Sensor 5 erst nach Ablauf des maximalen Zeitintervalls
Tmax abgegeben, so löst der Timer 7 bereits
davor, nämlich
mit Ablauf des maximalen Zeitintervalls Tmax,
ein entsprechendes Ansteuersignal an die Motor-Ansteuereinheit 3 über eine
Verbindung 13 aus, und die Motor-Ansteuereinheit 3 stoppt
daraufhin in an sich herkömmlicher
Weise den Motor 2 bzw. leitet dessen Reversieren ein.
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Die
Vorgangsweise, wie vorstehend beschrieben, soll nun noch anhand
des Ablaufdiagramms von 3 verdeutlicht werden.
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Gemäß 3 ist
nach einem Startschritt 20 vorgesehen, dass gemäß einem
Block 21 das maximale Zeitintervall Tmax berechnet
wird. Danach folgt gemäß Block 22 die
Konfiguration des Timers 7, und gemäß einem Entscheidungsfeld 23 ergibt
sich dann, ob das auf die Winkelgeschwindigkeit ω bezogene momentane Zeitintervall
T, konkret der nächste Hall-Impuls,
früher
abläuft
(bzw. früher
auftritt) als das maximale Zeitintervall Tmax abläuft. Wenn
dies zutrifft, wird zum Block 21 zurückgekehrt, und die beschriebene
Vorgangsweise wiederholt sich. Dies geschieht im Allgemeinen solange,
bis der Motor am Ende der Bewegung ohne Einklemmen gestoppt wird.
Tritt jedoch ein Einklemmen auf, ergibt sich beim Abfragefeld 23,
dass Tmax zuvor abläuft, d. h. der Timer 7 abläuft, bevor
der nächste
Hall-Impuls auftritt. In diesem Fall wird auf ein Einklemmen erkannt, siehe
Block 24, und gemäß Block 25 wird
das Reversieren des Motors 2 eingeleitet.
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In 4 ist
in einem Diagramm vergleichbar jenem von 1, jedoch
ohne Dimensionsangaben, ein Kraftverlauf 30 bei einer Verstellbewegung
beispielsweise eines Fensterhebers oder eines Schiebedachs veranschaulicht,
wobei auf ein Einklemmen überwacht
wird. Zu einem Zeitpunkt t0 trat angenommen
der letzte Hall-Impuls am Hall-Sensor 5 (2) auf,
wobei dadurch ausgelöst
das zugehörige
maximale Zeitintervall Tmax, wie beschrieben,
berechnet wurde. Wenn der nächste
Hall-Impuls zum
Zeitpunkt t1 auftritt, ergibt sich hier
ein auf die Winkelgeschwindigkeit ω bezogenes Zeitintervall T,
wie in 4 eingezeichnet, und dieses Zeitintervall T läuft im gezeigten
Beispiel früher
ab als das maximale Zeitintervall Tmax.
Wenn jedoch der nächste
Hall-Impuls statt zum Zeitpunkt t1 angenommen
erst zum Zeitpunkt t1' auftritt, würde sich ein auf die Winkelgeschwindigkeit ω bezogenes
Zeitintervall T' ergeben,
das später
abläuft
als das maximale Zeitintervall Tmax; in
diesem Fall würde,
im Gegensatz zum erstgenannten Fall, auf ein Einklemmen (wegen Überschreiten
der Kraft Fmax) geschlossen werden. Das
beschriebene Verfahren führt
daher zu einer um t1' – (t0 + Tmax) früheren Erkennung
des Einklemmens gegenüber
dem positionsgesteuerten Stand der Technik.
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Wenn
aber angenommen der nächste Hall-Impuls
zum Zeitpunkt t1 auftritt, wird, ähnlich wie zuvor
beschrieben, neuerlich ein nunmehr zugehöriges maximales Zeitintervall
Tmax berechnet (in 4 nicht
dargestellt), und der nächste
Hall-Impuls tritt beispielsweise zum Zeitpunkt t2 auf,
wobei sich der vorstehend in Zusammenhang mit den Zeitpunkten t1 und t1' im Vergleich zu
Tmax erläuterte
Vorgang wiederholt.
