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Die Erfindung betrifft einen Antrieb fur ein verfahrbares Bauteil an einem Kraftfahrzeug mit einem kurzen vorgegebenen Fahrweg, insbesondere für eine Rückfahrkamera, wobei der Antrieb einen permanenterregten Gleichstrommotor und eine Steuerschaltung umfasst, wobei die Steuerschaltung aufweist: eine den Gleichstrommotor mit der Versorgungsspannung und Masse koppelnde H-Brücke mit vier jeweils eine Steuerelektrode aufweisenden Leistungsschaltbauelementen, in deren Querzweig die Anschlusse des Gleichstrommotors eingekoppelt sind, und eine PWM-Ansteuerschaltung, die Ansteuerimpulse mit vorgegebener Frequenz und vorgegebenem Tastverhältnis an die Steuerelektroden anlegt, so dass sich der Gleichstrommotor in eine jeweils gewünschte Richtung dreht.
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Ein derartiger Antrieb ist beispielsweise zum Ausfahren einer Rückfahrkamera an einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Ruckfahrkamera beispielsweise bei gleichzeitigem Verschwenken eines Heckemblems, welches die Sicht für die Ruckfahrkamera freigibt, ausgefahren wird. Hierfur wird ein preiswerter permanenterregter Gleichstrommotor verwendet. Bei Verwendung eines relativ preiswerten Getriebes (mit relativ geringer Übersetzung) ist der Weg des Gleichstrommotors, das heißt die Anzahl der zurückgelegten Umdrehungen, fur den gewünschten Fahrweg des auszufahrenden Bauteils relativ gering, so dass nur wenige Ansteuerimpulse fur den gesamten Fahrweg benötigt werden. Bei einer vorgegebenen Frequenz der Ansteuerimpulse und einem vorgegebenen Tastverhältnis der Ansteuerimpulse hangt die Dauer der Ansteuerung des Gleichstrommotors für einen vorgegebenen Fahrweg zum einen von den konstruktiven Gegebenheiten, das heißt insbesondere von der Übersetzung des Getriebes und der Länge des Schwenkweges der Ruckfahrkamera, ab und andererseits von Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise der Temperatur und den unter den Umgebungsbedingungen aufzubringenden Drehmomenten. Nachteilig ist hierbei, dass die Zeitdauer, die der Antrieb zum Verfahren des Bauteils über den kurzen vorgegebenen Fahrweg benötigt, bei vorgegebenem Tastverhältnis und vorgegebener Frequenz der Ansteuerimpulse stark von der Temperatur und den jeweils auftretenden Reibungskräften abhängt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Antrieb für ein verfahrbares Bauteil an einem Kraftfahrzeug für einen kurzen vorgegebenen Fahrweg der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Einhaltung einer vorgegebenen Verfahrzeit auch bei starken Temperaturschwankungen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch einen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst die Steuerschaltung bei einem Antrieb der eingangs genannten Art zusätzlich einen mit den Motoranschlüssen gekoppelten A/D-Wandler sowie eine Logik, die den A/D-Wandler derart steuert, dass die an den Anschlussen des Gleichstrommotors abfallende Spannung jeweils derart während der Impulspausen zwischen den Ansteuerimpulsen gemessen wird, dass der A/D-Wandler ein von einer Gegen-EMK des Gleichstrommotors abhängiges Ausgabesignal an die Logik liefert, wobei die Logik aus dem Ausgabesignal nach jedem Ansteuerimpuls einen der jeweiligen Augenblicksdrehzahl entsprechenden Wert bestimmt und diesen Wert mit einem einer Solldrehzahl entsprechenden Sollwert vergleicht, und wobei die Logik derart mit der PWM-Ansteuerschaltung gekoppelt ist, dass diese in Abhangigkeit von dem Vergleich das Tastverhältnis der Ansteuerimpulse derart ändert, dass sich die Augenblicksdrehzahl der Solldrehzahl annahert.
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Der der Solldrehzahl entsprechende Sollwert kann beispielsweise aus der gewünschten Verfahrdauer, der Anzahl der für den Verfahrweg benotigten Umdrehungen des Gleichstrommotors und aus vom Motorhersteller zur Verfügung gestellten Motorparametern (Motorkennlinie), die die bei einer gewunschten Drehzahl messbare Gegen-EMK wiedergeben, berechnet und der Logik als Parameter eingegeben werden. Der erfindungsgemäße Antrieb gestattet auf preiswerte Weise eine Drehzahlregelung des Gleichstrommotors und somit eine von Umgebungseinflüssen unabhängige Einstellung der gewunschten Verfahrzeit.
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Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Frequenz der Ansteuerimpulse maximal 500 Hz, vorzugsweise maximal 200 Hz, beträgt. Bei der gegebenen Induktivität des Gleichstrommotors gestattet eine derart niedrige Frequenz der Ansteuerimpulse eine ausreichende Messbarkeit der Gegen-EMK in den Impulspausen.
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Vorzugsweise hat der kurze vorgegebene Fahrweg eine Länge, fur die der Gleichstrommotor mit nur maximal 1000 Ansteuerimpulsen, insbesondere nur etwa 50 bis 200 Ansteuerimpulsen, beispielsweise etwa 100 Ansteuerimpulsen, angesteuert wird. Hierbei wird der Motor vorzugsweise mit Ansteuerimpulsen beaufschlagt, die zu einem an der Leistungsgrenze des Motors liegen den Stromfluss fuhren. Eine Ansteuerung mit einer geringen Anzahl von Ansteuerimpulsen und die damit verbundene geringe Anzahl an Motorumdrehungen fuhrt zu einem relativ einfachen Getriebe geringer Übersetzung.
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Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Antriebs umfasst das von dem A/D-Wandler an die Logik gelieferte, von der Gegen-EMK des Gleichstrommotors abhängige Ausgabesignal eine erste Folge von Ausgabewerten, wobei in jeder Ansteuerimpulspause jeweils ein Ausgabewert geliefert wird. Die Logik bestimmt aus dieser ersten Folge von Ausgabewerten eine zweite Folge von den jeweiligen Augenblicksdrehzahlen entsprechenden Werten. Diese werden dann jeweils mit einem Sollwert verglichen. Bei einer bevorzugten einfachen Ausbildung der Logik wird die erste Folge der Ausgabewerte zugleich als zweite Folge der der jeweiligen Augenblicksdrehzahl entsprechenden Werte verwendet. Bei alternativen, komplizierteren Ausfuhrungsformen der Logik konnten auch jeweils mehrere Ausgabewerte der ersten Folge zur Berechnung jeweils eines Wertes der zweiten Folge verwendet werden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebs steuert die Logik den A/D-Wandler derart, dass die an den Anschlüssen des Gleichstrommotors abfallende Spannung jeweils wahrend der Ansteuerimpulspausen zwischen den Ansteuerimpulsen zu einem Zeitpunkt gemessen wird, zu dem eine durch die abfallende Flanke der Ansteuerimpulse bewirkte Rückschlagspannung im Wesentlichen abgebaut ist. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform steuert die Logik den A/D-Wandler derart an, dass die an den Anschlüssen des Gleichstrommotors abfallende Spannung jeweils während der Ansteuerimpulspausen zwischen den Ansteuerimpulsen zu einem Zeitpunkt gemessen wird, der etwa 10% der Periodendauer der Ansteuerimpulse hinter der abfallenden Flanke liegt. Sofern man hier davon ausgeht, dass die maximale Einschaltdauer etwa 80% der Periodendauer und somit die Impulspause etwa 20% der Periodendauer betragt, so liegt der Zeitpunkt der Abtastung durch den A/D-Wandler etwa in der Mitte der Impulspause bei maximalem Tastverhältnis.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Logik aus dem Ausgabesignal oder aus den der Augenblicksdrehzahl entsprechenden Werten einen dem zuruckgelegten Fahrweg des Bauteils entsprechenden Wert berechnet und diesen mit einem dem kurzen vorgegebenen Fahrweg entsprechenden Weg-Sollwert vergleicht und dass die Logik derart mit der PWM-Ansteuerschaltung gekoppelt ist, dass die Ansteuerung der Steuerelektroden beendet wird, sobald der dem Fahrweg des Bauteils entsprechende Wert den Weg-Sollwert erreicht hat.
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Vorteilhafte und/oder bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Antriebs.
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1 zeigt schematisch ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebs fur ein verfahrbares Bauteil. Das Bauteil ist schematisch als Block 1 dargestellt, wobei die Einwirkung des Antriebsmotors 2 auf das Bauteil 1 durch den gestrichelten Pfeil 13 veranschaulicht ist. Der Motor 2 ist ein permanenterregter Gleichstrommotor, der in ublicher Weise in den Querzweig einer zwischen einer Versorgungsspannung 5 und Masse 6 eingekoppelten H-Brücke 4 geschaltet ist. Die H-Brücke 4 weist vier Brückenzweige mit jeweils einem Leistungsschaltbauelement 7 auf, wobei es sich bei dem Leistungsschaltbauelement beispielsweise um einen Leistungs-FET oder einen Bipolartransistor handelt. Jedes der vier Leistungsschaltbauelemente 7 weist eine Steuerelektrode 8 auf, die über eine Steuerleitung mit einer Ansteuerschaltung verbunden ist. Um den Motor anzutreiben, werden jeweils zwei diagonal einander gegenüberliegende Leistungsschaltbauelemente eingeschaltet, während die beiden anderen Leistungsschaltbauelemente ausgeschaltet bleiben. Je nachdem, welche der beiden diagonal einander gegenüberliegenden Leistungsschaltbauelemente eingeschaltet sind, dreht sich der Motor in die eine oder die andere Richtung.
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Zur Steuerung der Motorleistung ist es üblich, die Leistungsschaltbauelemente nicht dauerhaft einzuschalten, sondern mit einer Impulsfolge vorgegebener Frequenz und vorgegebenen Tastverhaltnisses anzusteuern. Bei einer gegebenen Induktivität der Motorwicklung kann dabei die Frequenz der Spannungsimpulse derart hoch gewählt werden, dass sich aufgrund der Induktivitat ein im Wesentlichen kontinuierlicher Stromfluss ergibt. Im vorliegenden Fall jedoch wird die Frequenz der Impulse relativ gering gewahlt, so dass der den Motor durchfließende Strom wahrend der Impulspausen abfallt. Unabhängig davon ergibt sich aufgrund der mechanischen Trägheit des Motors jedoch eine relativ kontinuierliche mechanische Drehbewegung, die zur Bewegung des Bauteils 1 fuhrt.
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Eine Steuerschaltung 3 zur Ansteuerung der H-Brücke 4 enthalt eine PWM-Ansteuerschaltung 9, das heißt eine Pulsweiten-Modulations-Ansteuerschaltung. Diese weist vier Steuerausgange auf, die jeweils mit den Steuerelektroden 8 der vier Leistungsschaltbauelemente 7 gekoppelt sind. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die jeweils einzuschaltenden, einander diagonal in der H-Brücke gegenuberliegenden Leistungsschaltbauelemente 7 mit einer Impulsfolge mit einer Impulsfrequenz von maximal 200 Hz beaufschlagt. Zur Einstellung der Motorleistung bzw. der Motordrehzahl wird ein Tastverhältnis gewählt, dass zwischen 80% Einschaltdauer und 5% Einschaltdauer liegt. Die geringe Impulsfrequenz von maximal 200 Hz wird so eingestellt, dass man in einer Impulspause von mindestens 20% der Periodendauer einen fur die Bestimmung der Gegen-EMK geeigneten Spannungswert messen kann. Andererseits muss die Impulsfrequenz auch mechanische Schwingungen des Motors berucksichtigen und ist somit an die konstruktive Auslegung anzupassen.
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Die Steuerschaltung 3 weist einen A/D-Wandler 10 auf, dessen Eingangsanschlüsse mit den Motoranschlüssen des Gleichstrommotors 2 gekoppelt sind. Ferner weist die Steuerschaltung 3 eine Logik 11 auf, die uber eine Steuerleitung den A/D-Wandler 10 ansteuert. In Abhängigkeit von dem Steuersignal aus der Logik 11 wird der Eingang des A/D-Wandlers 10 mit den Motoranschlüssen gekoppelt, um eine über der Motorwicklung abfallende Spannung zu messen. Die gemessene Spannung wird in einen entsprechenden digitalen Ausgabewert gewandelt, der uber die Leitung 12 der Logik 11 eingegeben wird. Die Logik 11 ist ferner mit der PWM-Ansteuerschaltung 9 gekoppelt, um diese zu steuern.
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Die Logik 11 steuert den A/D-Wandler 10 derart an, dass die an den Anschlüssen des Gleichstrommotors 2 abfallende Spannung jeweils derart während der Impulspausen zwischen den Ansteuerimpulsen gemessen wird, dass der A/D-Wandler ein von einer Gegen-EMK des Gleichstrommotors 2 abhängiges Ausgabesignal 12 an die Logik 11 liefert. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der A/D-Wandler 10 von der Logik 11 derart angesteuert, dass die Messung nach etwa einem Zehntel der Periodendauer der Ansteuerimpulse nach der abfallenden Flanke eines Ansteuerimpulses aktiviert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom derart abgefallen, dass die über die Motorwicklung gemessene Spannung im Wesentlichen von der Gegen-EMK abhängt. Die gemessene, von der Gegen-EMK abhangige Spannung liefert eine Aussage uber die Augenblicksdrehzahl des Gleichstrommotors 2. Die Logik 11 vergleicht dann den Ausgabewert 12, der der Augenblicksdrehzahl entspricht, mit einem Sollwert, der der Soll-Drehzahl entspricht. Sofern der Vergleich ergibt, dass der der Augenblicksdrehzahl entsprechende Wert uber dem Wert der Solldrehzahl liegt, so weist die Logik 11 die PWM-Ansteuerschaltung 9 an, dass Tastverhaltnis zu senken, das heißt die Einschaltdauer der nachfolgenden Impulse abzusenken, so dass die Motordrehzahl absinkt, das heißt sich der Soll-Drehzahl annahert. Sofern umgekehrt festgestellt wird, dass der der Augenblicksdrehzahl des Motors 2 entsprechende Ausgabewert des A/D-Wandlers 10 unter dem Sollwert liegt, so weist die Logik 11 die PWM-Ansteuerschaltung 9 an, dass Tastverhaltnis, das heißt die Einschaltdauer der nachfolgenden Ansteuerimpulse zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Drehzahl des Gleichstrommotors 2 auf einen Sollwert geregelt.
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Der Drehzahl-Sollwert wird wie folgt ermittelt: Zunächst wird eine Soll-Dauer für die Bewegung des verfahrbaren Bauteils über den vorgegebenen Fahrweg vorgegeben. Dann wird ermittelt, wie viele Umdrehungen des Motors für ein Zurücklegen des Fahrwegs erforderlich sind. Aus diesen beiden Werten wird die Solldrehzahl berechnet. Ein der Solldrehzahl entsprechender Wert der Gegen-EMK wird dann anhand der vom Motorhersteller gelieferten Motorparameter, insbesondere der Motorkennlinie, bestimmt. Ein dieser Soll-Gegen-EMK entsprechender Digitalwert wird dann der Logik 11 eingegeben und dient als Vergleichswert für den vom den A/D-Wandler 10 ausgegebenen Wert 12.
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Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Steuerschaltung 3 Teil eines Mikrocontrollers. Ein oder mehrere Analog-Eingabe-Ports des Mikrocontrollers sind dann mit den Motoranschlüssen des Gleichstrommotors 2 gekoppelt und innerhalb des Mikrocontrollers mit den Eingängen des A/D-Wandlers 10. Vier Ausgabe-Ports des Mikrocontrollers sind mit den vier Steuerelektroden 8 der vier Leistungsschaltbauelemente 7 gekoppelt. Bei den Ausgabe-Ports kann es sich um binare Ausgabe-Ports handeln. Die Logik 11 und die PWM-Ansteuerschaltung werden dann von dem programmgesteuerten Prozessor des Mikrocontrollers gebildet, wobei die Programme des Mikrocontrollers und die fur die Abarbeitung erforderlichen Daten in einem Speicher des Mikrocontrollers enthalten sind, wobei der Speicher in üblicher Weise einen ROM zur Speicherung der Programme und einen RAM als Arbeitsspeicher umfasst.
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Die Regelung der Solldrehzahl durch Änderung des Tastverhaltnisses der Ansteuerimpulse ist derart ausgelegt, dass die gewünschte Solldrehzahl innerhalb weniger Impulse eingeregelt werden kann. Dabei wird der Motor an seiner Leistungsgrenze betrieben, das heißt es wird eine Spannung von beispielsweise 12 Volt (Bordspannung des Kraftfahrzeugs) angelegt und der Motor mit maximalem Stromfluss beaufschlagt.