DE102012209073A1

DE102012209073A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer elektromechanischen Verstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102012209073A1
Application number: DE201210209073
Authority: DE
Inventors: Michael Reimann
Original assignee: C Rob Hammerstein GmbH
Current assignee: Adient US LLC
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-12-05
Also published as: WO2013178388A1; EP2856593A1; US20150102755A1; JP2015521021A; KR101686528B1; CN104396108B; JP5992610B2; CN104396108A; KR20150016987A; US9513608B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer elektromechanischen Verstellvorrichtung (2) mit einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4), wobei eine Steuereinheit (3) zur einer Erfassung eines Erreichen eines mechanischen Endanschlags der Verstellvorrichtung (2) und einer Steuerung und/ oder Regelung der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wird nach einem Erreichen eines mechanischen Endanschlags der Verstellvorrichtung (2) automatisch eine Drehrichtungsumkehr an der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) für einen vorgebbaren Zeitabschnitt oder einen vorgebbaren Verfahrweg aktuiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer elektromechanischen Verstellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 5.
Herkömmliche elektromechanische Verstellantriebe müssen mechanisch so ausgelegt werden, dass nach Erreichen des mechanischen Endanschlags und Abschaltung des elektrischen Antriebs ein mechanisches Festsetzen verhindert wird, damit der elektrische Antrieb später problemlos in Gegenrichtung wieder aus der Anschlagsposition herausgefahren werden kann. Dabei wird als mechanisches Festsetzen des elektromechanischen Verstellantriebs eine Schwergängigkeit oder Unbeweglichkeit bezeichnet, welche aus Verspannungen der bewegten Bauteile untereinander und der Haftreibung resultiert. Übersteigen diese Verspannungen und die Haftreibung die Antriebsleistung des elektrischen Antriebs ist dieser nicht mehr aus dem mechanischen Endanschlag verfahrbar.
Die DE 20 2006 002 525 U1 beschreibt einen Einklemmschutz für eine Verstellvorrichtung, insbesondere einer Sitzverstellung eines Kraftfahrzeugs, mit einem motorischen Antrieb und einer Steuereinheit, die derart ausgebildet ist, dass zur Überwachung auf einen Einklemmfall zumindest die Bewegungsklassen a) Schwergängigkeit der Verstellvorrichtung, b) Einklemmen eines Gegenstands, c) Anfahren gegen einen Endanschlag der Verstellvorrichtung sowie d) schlagartige Gegenreaktion unterschieden werden, wobei aus erfassten Kenngrößen des motorischen Antriebs ein Entscheidungskriterium abgeleitet wird, an hand dessen der aktuelle Zustand der Verstellvorrichtung einer der Bewegungsklassen zugeordnet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer elektromechanischen Verstellvorrichtung anzugeben.
Hinsichtlich der Vorrichtung und des Verfahrens zum Betrieb einer elektromechanischen Verstellvorrichtung wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 bzw. 5 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der Vorrichtung zum Betrieb einer elektromechanischen Verstellvorrichtung mit einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung, wobei eine Steuereinheit zur Steuerung und/ oder Regelung der elektromotorischen Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, ist erfindungsgemäß nach einem Erreichen eines mechanischen Endanschlags der Verstellvorrichtung mittels der Steuereinheit automatisch eine Drehrichtungsumkehr an der elektromotorischen Antriebsvorrichtung für einen vorgebbaren Zeitabschnitt oder einen vorgebbaren Verfahrweg aktuierbar. Dadurch wird die Verstellvorrichtung aus dem Bereich des mechanischen Endanschlags herausbewegt und kommt in einem Zustand frei von mechanischen Spannungen zum Stillstand. Somit ist ein mechanisches Festsetzen der elektromechanischen Verstellvorrichtung sicher vermieden und ein späteres Anlaufen der elektromotorischen Antriebsvorrichtung ist vereinfacht.
Zweckmäßigerweise weist die Steuereinheit Mittel zur Erfassung eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung auf. Dadurch ist ein Stillstand der elektromotorischen Antriebsvorrichtung sicher erfassbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist als ein Mittel zur Erfassung eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung ein Stromsensor zur Motorstrommessung vorgesehen. Dabei wird ein Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwerts des Motorstroms als Stillstand der elektromotorischen Antriebsvorrichtung erfasst und der Steuereinheit zugeleitet. Eine solche Motorstrommessung ermöglicht das Erfassen des Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung ohne zusätzliche Sensorik.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird als ein Mittel zur Erfassung eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung eine Sensoranordnung aus statorfestem Hallsensor und rotorfestem Geberrad an der elektromotorischen Antriebsvorrichtung angeordnet. Dabei wird ein Ausbleiben der Sensorsignale der Sensoranordnung als Stillstand der elektromotorischen Antriebsvorrichtung erfasst. Eine solche Sensoranordnung ermöglicht neben dem sicheren Erfassen des Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung eine Erfassung des Verfahrwegs der elektromechanischen Verstellvorrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die elektromotorische Antriebsvorrichtung zur Drehrichtungsumkehr mit einer elektrischen Spannung umgekehrter Polarität bestromt oder es erfolgt eine Umkehrung eines Drehfeldes. Auf diese Weise ist eine einfache und schnelle Drehrichtungsumkehr einer als Bürsten aufweisender Gleichstrommotor ausgebildeten elektromotorischen Antriebsvorrichtung ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der vorgebbare Verfahrweg der elektromotorischen Antriebsvorrichtung mittels eines Wegstreckensensors erfasst.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird während des Betriebs der elektromotorischen Antriebsvorrichtung mittels der Steuereinheit in vorgebbaren Zeitabständen ein Auftreten eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung überprüft oder erfasst. Auf diese Weise kann beim Erfassen eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung eine sofortige Drehrichtungsumkehr aktuiert werden. Dabei sind die einzelnen Komponenten der elektromechanischen Verstellvorrichtung in Relativbewegungen zueinander und die betreffenden Gleitzonen befinden sich in einem Gleitreibungszustand. Somit ist ein Auftreten des mechanischen Festsetzens in dem Bereich des mechanischen Endanschlags sicher vermieden, da ein solches mechanisches Festsetzen erst bei einem Stillstand und der daraus resultierenden Haftreibung eintritt.
Anhand der beigefügten schematischen Figur wird die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zum Betrieb einer elektromechanischen Verstellvorrichtung mit einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung und einer Steuereinheit.
1 zeigt schematisch eine Blockdarstellung einer Vorrichtung 1 zum Betrieb einer elektromechanischen Verstellvorrichtung 2. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Steuereinheit 3.
Die elektromechanische Verstellvorrichtung 2 ist als herkömmliche elektromechanische Verstellvorrichtung ausgebildet und umfasst eine elektromotorische Antriebsvorrichtung 4 und eine mechanische Aktorik 5, welche mechanisch gekoppelt und bevorzugt gemeinsam in einem nicht näher dargestellten Gehäuse angeordnet sind und derart eine leicht montierbare Baueinheit bilden.
Die elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 kann beispielsweise als herkömmlicher Gleichstrommotor ausgebildet sein.
Die mechanische Aktorik 5 kann als Getriebestufe, Kombination mehrerer Getriebestufen, Schwenkhebel oder dergleichen ausgebildet sein.
Die Steuereinheit 3 ist als herkömmliche elektronische Steuereinheit ausgebildet und steuert die elektromotorische Antriebsvorrichtung 4 mittels herkömmlichen Relaiskontakten oder einer herkömmlichen Halbleiterbrückenschaltung.
Eine solche Halbleiterbrückenschaltung ist in die Steuereinheit 3 integriert und kann aus einzelnen Leistungstransistoren, insbesondere Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, oder in Form einer vollintegrierten Motorendstufe ausgebildet sein.
Mittels einer solchen vollintegrierten Motorendstufe ist eine Bauteilanzahl der Steuereinheit 3 signifikant reduziert.
Die Steuereinheit 3 ist dabei bevorzugt an der elektromechanischen Verstellvorrichtung 2 angeordnet oder in deren Gehäuse integriert.
Die Steuereinheit 3 weist Mittel zur Erfassung eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 auf.
In einer ersten Ausführungsform wird als ein Mittel zur Erfassung des Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 eine herkömmliche Motorstrommessung durchgeführt.
Dabei kann eine Motorstrommessung in einer ersten Ausführungsform anhand eines Spannungsabfalls an einem in Reihe geschalteten Messwiderstand, auch als Shunt bezeichnet, erfolgen.
In einer zweiten Ausführungsform kann eine Motorstrommessung anhand eines Spannungsabfalls an den Leistungstransistoren der Halbleiterbrückenschaltung erfolgen.
In einer dritten Ausführungsform kann eine Motorstrommessung mittels einer Messung eines eine Zuleitung der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 umgebenden Magnetfeldes erfolgen, wobei eine magnetische Wirkung des innerhalb der Zuleitung geführten Motorstroms erfasst wird.
Dabei wird in einer ersten Ausführungsvariante ein Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwerts des Motorstroms der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 als Stillstand der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 mittels der Steuereinheit 3 erfasst. Der vorgebbare Schwellwert des Motorstroms ist in der Steuereinheit 3 hinterlegt oder mittels dieser einstellbar. Eine solche Motorstrommessung ermöglicht das Erfassen des Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 ohne zusätzliche Sensorik.
In einer alternativen Ausführungsvariante erfolgt eine Motorstrommessung, wobei der Messwert des Motorstroms auf herkömmliche Weise mittels der Steuereinheit 3 digitalisiert und ausgewertet wird.
Dabei kann beispielsweise ein Stillstand der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 durch ein Ausbleiben einer durch die Kommutierungsvorgänge der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 bewirkten Stromänderung des Motorstroms erfasst werden.
Dabei ist mittels einer Zählung von auf das Motorstromsignal aufgeprägten Kommutierungsvorgängen eine Erfassung des Verfahrwegs der elektromechanischen Verstellvorrichtung 2 ermöglicht.
In einer weiteren alternativen Ausführungsvariante kann der digitalisierte Messwert des Motorstroms mittels einer Frequenz- und/oder Spektralanalyse auf herkömmliche Weise ausgewertet und auf diese Weise ein Stillstand der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 erfasst werden.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform wird als ein Mittel zur Erfassung des Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 eine Sensoranordnung 6 aus statorfestem Hallsensor und rotorfestem Geberrad an der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 angeordnet. Dabei wird ein Ausbleiben der Sensorsignale der Sensoranordnung 6 als Stillstand der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 erfasst. Eine solche Sensoranordnung 6 ermöglicht neben dem sicheren Erfassen des Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 eine Erfassung des Verfahrwegs der elektromechanischen Verstellvorrichtung 2.
In einer möglichen Ausführungsform können mehrere Mittel zur Erfassung des Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 kombiniert werden, so dass redundante Möglichkeiten zur Erfassung des Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 ermöglicht sind und auf diese Weise eine Ausfallwahrscheinlichkeit der Mittel zur Erfassung des Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 verringert ist.
In nicht näher dargestellten alternativen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung 6 aus herkömmlichen Weg- oder Positionssensoren, beispielsweise Induktivsensoren, gebildet sein.
Im Betrieb des Verfahrens wird nach einem Erreichen eines mechanischen Endanschlags der Verstellvorrichtung 2 automatisch eine Drehrichtungsumkehr an der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 für einen vorgebbaren Zeitabschnitt oder einen vorgebbaren Verfahrweg aktuiert. Dadurch wird die Verstellvorrichtung 2 aus dem Bereich des mechanischen Endanschlags herausbewegt und kommt in einem Zustand frei von mechanischen Spannungen zum Stillstand. Somit ist ein mechanisches Festsetzen der elektromechanischen Verstellvorrichtung 2 sicher vermieden und ein späteres Anlaufen der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 ist vereinfacht.
Dabei wird das Erreichen des Endanschlags durch die Erfassung eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 detektiert.
Nach dem Erreichen des mechanischen Endanschlags wird die elektromotorische Antriebsvorrichtung 4 in Abhängigkeit ihrer Ausführungsform zur Drehrichtungsumkehr mit einer elektrischen Spannung umgekehrter Polarität bestromt oder es erfolgt eine Umkehrung des Drehfeldes. Auf diese Weise ist eine einfache und schnelle Drehrichtungsumkehr einer als Bürsten aufweisender Gleichstrommotor ausgebildeten elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 ermöglicht.
Die Bestromung der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 mit einer elektrischen Spannung umgekehrter Polarität oder die Umkehrung des Drehfeldes erfolgt dabei in einer ersten Ausführungsvariante für einen vorgebbaren Zeitabschnitt, welcher in der Steuereinheit 3 hinterlegt oder mittels dieser einstellbar ist.
In einer alternativen Ausführungsvariante erfolgt die Bestromung der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 mit einer elektrischen Spannung umgekehrter Polarität oder die Umkehrung des Drehfeldes für einen vorgebbaren Verfahrweg. Der vorgebbare Verfahrweg ist in der Steuereinheit 3 hinterlegt oder mittels dieser einstellbar und kann in einer ersten Ausführungsform aus den Signalen der Sensoranordnung 6 ermittelt werden.
In einer alternativen Ausführungsform wird der vorgebbare Verfahrweg der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 mittels eines separaten Wegstreckensensors 7 erfasst. Dieser Wegstreckensensor 7 kann dabei an der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 oder an der mechanischen Aktorik 5 angeordnet sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird während des Betriebs der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 mittels der Steuereinheit 3 kontinuierlich in vorgebbaren Zeitabständen ein Auftreten eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 überprüft oder erfasst. Auf diese Weise kann beim Erfassen eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 eine sofortige Drehrichtungsumkehr aktuiert werden. Dabei sind die einzelnen Komponenten der elektromechanischen Verstellvorrichtung 2 auf Grund ihrer Trägheit in Relativbewegungen zueinander und die betreffenden Gleitzonen befinden sich in einem Gleitreibungszustand. Somit ist mittels der sofortigen Drehrichtungsumkehr der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 ein Auftreten des mechanischen Festsetzens in dem Bereich des mechanischen Endanschlags sicher vermieden, da ein solches mechanisches Festsetzen erst bei einem Stillstand der elektromotorischen Antriebsvorrichtung 4 und der mit dieser gekoppelten mechanischen Aktorik 5 und der daraus resultierenden Haftreibung eintritt.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: elektromechanische Verstellvorrichtung
3: Steuereinheit
4: elektromotorische Antriebsvorrichtung
5: mechanische Aktorik
6: Sensoranordnung
7: Wegstreckensensor

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

DE 202006002525 U1 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Betrieb einer elektromechanischen Verstellvorrichtung (2) mit einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4), wobei eine Steuereinheit (3) zu einer Erfassung eines Erreichen eines mechanischen Endanschlags der Verstellvorrichtung (2) und einer Steuerung und/ oder Regelung der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Erreichen eines mechanischen Endanschlags der Verstellvorrichtung (2) mittels der Steuereinheit (3) automatisch eine Drehrichtungsumkehr an der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) für einen vorgebbaren Zeitabschnitt oder einen vorgebbaren Verfahrweg aktuierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) Mittel zur Erfassung eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Mittel zur Erfassung eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) ein Motorstromsensor vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Mittel zur Erfassung eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) eine Sensoranordnung (6) aus statorfestem Hallsensor und rotorfestem Geberrad an der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb einer elektromechanischen Verstellvorrichtung (2) mit einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) und einer Steuereinheit (3), dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Erreichen eines mechanischen Endanschlags der Verstellvorrichtung (2) automatisch eine Drehrichtungsumkehr an der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) für einen vorgebbaren Zeitabschnitt oder einen vorgebbaren Verfahrweg aktuiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwerts des Motorstroms als Stillstand der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausbleiben der Sensorsignale der Sensoranordnung (6) als Stillstand der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebsvorrichtung (4) zur Drehrichtungsumkehr mit einer elektrischen Spannung umgekehrter Polarität bestromt wird oder eine Umkehrung eines Drehfeldes aktuiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Verfahrweg mittels eines Wegstreckensensors (7) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) mittels der Steuereinheit (3) in vorgebbaren Zeitabständen ein Auftreten eines Stillstands der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (4) überprüft oder erfasst wird.