DE102014008547A1

DE102014008547A1 - Verfahren zur Regelung der Motordrehzahl eines elektrischen Aufrollermotors eines Gurtaufrollers

Info

Publication number: DE102014008547A1
Application number: DE102014008547.3A
Authority: DE
Inventors: Volker Stegmann; Norbert Staudt
Original assignee: TRW Automotive Safety Systems GmbH
Current assignee: ZF Automotive Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2015-12-17
Also published as: US10093275B2; CN106464179A; CN106464179B; DE112015002015A5; WO2015192950A8; WO2015192950A1; US20170197581A1

Abstract

Ein Verfahren zur Regelung der Motordrehzahl eines elektrischen Aufrollermotors (18) eines Gurtaufrollers (10) weist die folgenden Schritten auf: a) Messung des am Aufrollermotor (18) anliegenden Motorstroms (IM) sowie der am Aufrollermotor (18) anliegenden Spannung, b) Abschätzung der Motordrehzahl unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs des am Aufrollermotor (18) anliegenden Motorstroms (IM), des Verlaufs der Spannung sowie mehrerer Motorkennwerte (RM, IM, KM), c) Anpassung des Motorstroms (IM) in Abhängigkeit von der geschätzten Motordrehzahl, und d) Wiederholen der Schritte a) bis c), bis die geschätzte Motordrehzahl einen definierten Wert erreicht hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur, insbesondere lastunabhängigen, Regelung der Motordrehzahl eines elektrischen Aufrollermotors eines Gurtaufrollers.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, um eine Gurtlose eines Fahrzeugsicherheitsgurts zu beseitigen. Ziel dieser Verfahren ist es, vor einem Rückhaltefall sicherzustellen, dass das Gurtband des Sicherheitsgurts am Fahrzeuginsassen anliegt, sodass bei einer Verzögerung des Fahrzeugs keine unnötige Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen erfolgt und dieser somit möglichst schnell an der Gesamtverzögerung des Fahrzeugs teilnehmen kann.
Das Einziehen des Gurtbandes und die Beseitigung der Gurtlose sollen im sogenannten Precrash-Fall, also bei Vorliegen einer kritischen Fahrsituation, einerseits sehr schnell erfolgen. Andererseits ist es gewünscht, dass die Beseitigung der Gurtlose im normalen Fahrbetrieb bzw. nach Anlegen des Gurtes für den Fahrzeuginsassen möglichst komfortabel verläuft. Aus der EP 1 651 478 B1 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, das als Führungsgröße zur Regelung dieses Prozesses das Motordrehmoment eines elektrischen Aufrollermotors verwendet, das sich aus dem Motorstrom ergibt. Liegt das Gurtband am Fahrzeuginsassen an, ist ein größeres Drehmoment erforderlich, um das Gurtband aufzurollen, so dass der Motorstrom ansteigt. Das Ansteigen des Motorstrom kann gemessen und bei Erreichen eines definierten Wertes die Motordrehzahl reduziert werden. Problematisch bei diesem Verfahren ist, dass bei einer großen Gurtlose zunächst kein oder nur ein geringer Widerstand beim Einzug des Gurtbands vorhanden ist. Das Gurtband kann in diesem Fall sehr schnell eingezogen werden, was zu Irritationen des Fahrzeuginsassen führen kann.
Um dieses Problem zu beheben, sind Verfahren bekannt, die über zusätzliche Sensoren, beispielsweise Hall-Sensoren, die Drehzahl der Gurtspule bzw. die Einzugsgeschwindigkeit des Gurtbands messen. Mit diesen Systemen ist eine Anpassung der Motordrehzahl und somit der Einzugsgeschwindigkeit des Gurtbands auf für den Fahrzeuginsassen komfortable Werte möglich.
Diese Verfahren benötigen aber zusätzliche Sensoren, durch die der Gurtaufroller aufwendiger und somit teurer wird. Zudem wird für diese Sensoren und eine gegebenenfalls erforderliche Auswerte- und Steuerungseinheit zusätzlicher Bauraum benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Aufrollermotors eines Gurtaufrollers bereitzustellen, das eine einfache Regelung der Motordrehzahl des Elektromotors ermöglicht, sodass eine für den Fahrzeuginsassen möglichst komfortable Beseitigung der Gurtlose erfolgt.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Regelung der Motordrehzahl eines elektrischen Aufrollermotors eines Gurtaufrollers mit folgenden Schritten vorgesehen:

a) Messung des am Aufrollermotor anliegenden Motorstroms sowie der am Aufrollermotor anliegenden Spannung,
b) Abschätzung der Motordrehzahl unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs des am Aufrollermotor anliegenden Motorstroms, des zeitlichen Verlaufs der Spannung sowie mehrerer Motorkennwerte,
c) Anpassung des Motorstroms in Abhängigkeit von der geschätzten Motordrehzahl, und
d) Wiederholen der Schritte a) bis c), bis die geschätzte Motordrehzahl einen definierten Wert erreicht hat.

Die Drehzahl des Motors ist abhängig von der am Motor anliegenden Klemmenspannung. Wird der zeitliche Verlauf des im Aufrollermotor fließenden Stroms und der zeitliche Verlauf der am Aufrollermotor anliegenden Spannung gemessen, kann darüber eine Abschätzung der Motordrehzahl erfolgen, ohne dass zusätzliche Sensoren erforderlich sind.
Vorzugsweise wird aus dem Spannungsverlauf, der am Aufrollermotor gemessen wird, eine pulsweitenmodulierte Betriebsspannung ermittelt. Über diese Pulsweite der Betriebsspannung kann die Drehzahl des Elektromotors abgeschätzt werden.
Um eine bessere Abschätzung der Motordrehzahl zu erhalten, sind verschieden Motorkennwerte erforderlich. Diese Motorkennwerte können beispielsweise der elektrische Motorwiderstand des Aufrollermotors, die Motorinduktivität des Aufrollermotors sowie eine motorabhängige Konstante, die vorab ermittelt wird, sein. Diese Motorkennwerte können vorab durch Messungen ermittelt und in einem Speicher abgelegt werden.
Vorzugsweise wird die Motordrehzahl mit folgender Formel abgeschätzt:
mit

ω: = Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Aufrollermotors
U_M: = Motorklemmenspannung
R_M: = Motorwiderstand des Aufrollermotors
I_M: = am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom
L_M: = Motorinduktivität des Aufrollermotors
dI_M/dt: = zeitlicher Verlauf des am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom
K_M: = Motorkonstante

Da alle Größen, die in der Formel aufgeführt sind, bekannt sind bzw. auf einfache Weise ermittelt werden können, kann daraus die Winkelgeschwindigkeit des Aufrollermotors und somit die Drehzahl einfach abgeschätzt werden. Ist diese Drehzahl abgeschätzt, kann mit den Schritten c) und d) eine Regelung der Motordrehzahl erfolgen, bis ein für den Fahrzeuginsassen angenehmer Wert der Motordrehzahl bzw. ein vorab definierter Wert der Motordrehzahl erreicht ist.
Die Motorklemmenspannung, also die am Aufrollermotor anliegende Spannung, kann beispielsweise ermittelt werden aus dem Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation und der Brückenspeisespannung, wobei gilt: U_M = DC·U_B mit

DC: = Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation
U_B: = Brückenspeisespannung

Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Gurtaufrollers,
2 ein elektrisches Ersatzschaubild eines elektrischen Aufrollermotors des Gurtaufrollers aus 1, und
3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung der Motordrehzahl des elektrischen Aufrollermotors des Gurtaufrollers aus 1.
In 1 ist schematisch ein Gurtaufroller 10 dargestellt, der eine Gurtspule 12 aufweist, auf der Gurtband 14 aufgerollt werden kann. An der Gurtspule 12 greifen ein Gurtstraffer 16 sowie ein Aufrollermotor 18 an. Der Aufrollermotor 18 hat die Aufgabe, das Gurtband 14 vor dem Aktivieren des Gurtstraffers 16 so weit auf der Gurtspule 12 aufzuwickeln, dass dieses am Fahrzeuginsassen anliegt, also eine Gurtlose vor Aktivierung des Gurtstraffers 16 beseitigt wird.
Um diesen Aufrollvorgang für den Fahrzeuginsassen möglich angenehm zu gestalten und diesen nicht zu irritieren, soll das Gurtband 14 möglichst gleichmäßig und mit einer nicht zu hohen Geschwindigkeit aufgerollt werden. Üblicherweise wird die Geschwindigkeit des Aufrollvorgangs durch einen zusätzlichen Drehzahlsensor am Aufrollermotor 18 oder der Gurtspule 12 gemessen und die Motordrehzahl 18 entsprechend korrigiert. Dazu ist aber ein zusätzlicher Drehzahlsensor erforderlich.
Wie in 2 zu sehen ist, ist am Aufrollermotor 18 eine Gleichspannungsstromquelle 20 vorgesehen, die mit einer Steuerung 22 gekoppelt ist. Des Weiteren ist eine Messeinrichtung 24 vorgesehen, die den am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom sowie die am Aufrollermotor anliegende Spannung messen kann. Diese Messeinrichtung 24 ist mit der Steuerung 22 gekoppelt.
Zur Regelung der Motordrehzahl des Aufrollermotors 18 wird in einem ersten Verfahrensschritt der am Aufrollermotor anliegende Motorstrom sowie die am Aufrollermotor 18 anliegende Spannung gemessen.
Anschließend wird der zeitliche Verlauf des Motorstroms sowie der Spannung ermittelt.
Das elektrische Ersatzschaubild des Aufrollermotors 18 sowie der Gleichspannungsquelle 20 ist in 2 dargestellt. Dieses lässt sich als Reihenschaltung aus dem ohmschen Motorwiderstand R_M, der Motorinduktivität L_M sowie der Generatorspannungsquelle EMK darstellen. Des Weiteren ist die Gleichspannungsquelle DC·U_B dargestellt.
Der Zusammenhang dieser Größen mit den mechanischen Größen Drehzahl und Drehmoment des Aufrollermotors 18 lässt sich mit folgender Gleichung darstellen:
Des Weiteren gilt M = K_M·I_M Mit

Diese Gleichung lässt sich nach der Winkelgeschwindigkeit ω des Aufrollermotors auflösen, sodass sich folgende Gleichung ergibt:
Alle Größen dieser Gleichung stehen der Motorsteuerung 22 während des Betriebs des Aufrollermotors 18 zur Verfügung. Entweder können diese vorab ermittelt und in einem Speicher abgelegt werden oder durch Messung am Aufrollermotor 18 ermittelt werden.
Die Motorklemmenspannung U_M, also die am Aufrollermotor anliegende Spannung, kann beispielsweise ermittelt werden aus dem Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation und der Brückenspeisespannung, wobei gilt: U_M = DC·U_B mit

Somit lassen sich aus dieser Gleichung die Winkelgeschwindigkeit und die Drehzahl des Aufrollermotors 18 abschätzen. Das Lastmoment M des Aufrollermotors 18 kommt in der endgültigen Gleichung nicht vor, sodass die Drehzahlabschätzung unabhängig von dem auf das Gurtband 14 wirkenden Widerstand erfolgt. Dadurch erfolgt auch bei einem geringen Widerstand des Gurtbands 14, also wenn eine große Gurtlose vorhanden ist, ein langsames Einziehen des Gurtbands 14, sodass Irritationen für den Fahrzeuginsassen vermieden werden.
Nachdem die Motordrehzahl über diese Formel abgeschätzt wurde, kann diese mit einem vorab definierten Wert verglichen und der Motorstroms in Abhängigkeit von der geschätzten Motordrehzahl angepasst werden. Anschließend werden erneut der Motorstrom sowie die Spannung gemessen, und es wird eine neue Abschätzung der Motordrehzahl vorgenommen.
Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die geschätzte Motordrehzahl einen definierten Wert erreicht hat, der der gewünschten Einzugsgeschwindigkeit des Gurtbands 14 entspricht.
Vorzugsweise wird über die Messung des Verlaufs der am Aufrollermotor anliegenden Spannung eine pulsweitenmodulierte Betriebsspannung ermittelt. Mit dieser ist in der oben genannten Gleichung eine sehr gute Abschätzung der Motordrehzahl möglich, sodass diese sehr genau eingestellt werden kann.
Alternativ kann auch eine amplitudenmodulierte Spannung ermittelt werden und die Motordrehzahl anhand dieser abgeschätzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1651478 B1 [0003]

Claims

Verfahren zur Regelung der Motordrehzahl eines elektrischen Aufrollermotors (18) eines Gurtaufrollers (10) mit folgenden Schritten: a) Messung des am Aufrollermotor (18) anliegenden Motorstroms (I_M) sowie der am Aufrollermotor (18) anliegenden Spannung, b) Abschätzung der Motordrehzahl unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs des am Aufrollermotor (18) anliegenden Motorstroms (I_M), des Verlaufs der Spannung sowie mehrerer Motorkennwerte (R_M, I_M, K_M), c) Anpassung des Motorstroms (I_M) in Abhängigkeit von der geschätzten Motordrehzahl, und d) Wiederholen der Schritte a) bis c), bis die geschätzte Motordrehzahl einen definierten Wert erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Spannungsverlauf eine pulsweitenmodulierte Betriebsspannung (U_B) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkennwerte (K_M) der Motorwiderstand (R_M) und die Motorinduktivität (L_M) des Aufrollermotors sowie eine motorabhängiger Konstante (K_M) sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl mit folgender Formel abgeschätzt wird:
mit ω = Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Aufrollermotors U_M = Motorklemmenspannung R_M = Motorwiderstand des Aufrollermotors I_M = am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom L_M = Motorinduktiovität des Aufrollermotors dI_M/dt = zeitlicher Verlauf des am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom K_M = Motorkonstante