DE102015220839B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Stellposition eines verstellbaren Kraftfahrzeugteils - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Stellposition (x) eines motorisch verstellbaren Kraftfahrzeugteils (2) mittels eines Hall-Sensors (14), der in einem drehbeweglichen Magnetfeld angeordnet ist, wobei eine von dem Hall-Sensor (14) erfasste periodische Änderung der magnetischen Flussdichte (B1) gemäß einer vorgegebenen Schaltregel in eine binäre Impulsfolge (S) umgesetzt wird, indem ein Pegel der Impulsfolge (S) geschaltet wird, wenn eine durch die magnetische Flussdichte (B1) induzierte Hall-Spannung (U1') eine obere Schaltschwelle (Uh) überschreitet und wenn die Hall-Spannung (U1') eine untere Schaltschwelle (U1) unterschreitet, wobei die untere Schaltschwelle (Ul) von der oberen Schaltschwelle (Uh) um eine vorgegebene Hysterese (H1) beabstandet ist, und wobei durch Zählen von Pegelwechseln der Impulsfolge (S) ein Maß für die Stellposition (x) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet,- dass in einer aktiven Phase (A1, A2) des Hall-Sensors (14), während der sich das Magnetfeld relativ zu dem Hall-Sensor (14) bewegt und der Hall-Sensor (14) aktiviert ist, der Pegel der Impulsfolge (S) zumindest für die Zeitintervalle, für die sich die Hall-Spannung (U1') in der Hysterese (H1) befindet, bei Pegelwechseln nichtflüchtig als Referenzwert gespeichert wird, und- dass nach einer inaktiven Phase (P) des Hall-Sensors (14), während der die Stromversorgung des Hall-Sensors (14) ganz abgeschaltet war, ein Anfangspegel der binären Impulsfolge (S) zumindest dann auf den gespeicherten Referenzwert gesetzt wird, wenn sich die Hall-Spannung (U1') in der Hysterese (H1) befindet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Ermittlung der Stellposition eines motorisch angetriebenen verstellbaren Kraftfahrzeugteils (nachfolgend auch als „Stellelement“ bezeichnet). Sie bezieht sich weiterhin auf eine Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Ein solches Verfahren und eine solche Stellvorrichtung sind aus DE 10 2009 034 664 A1 oder aus DE 20 2010 017 499 U1 bekannt.
  • Verstellbare Kraftfahrzeugteile („Stellelemente“) der vorstehend genannten Art sind beispielsweise ein bewegbares Fahrzeugfenster, ein verstellbarer Fahrzeugsitz oder ein Teil eines solchen, eine Seitentür oder Heckklappe, ein Schiebedach oder ein Cabrio-Verdeck. Die einem solchen Stellelement zugeordnete Stellvorrichtung umfasst meist einen (Elektro-)Motor sowie eine Stellmechanik, über die der Motor auf das Stellelement wirkt. Die Stellvorrichtung umfasst oft des Weiteren eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Motors, die wiederum in der Regel einen Mikrocontroller mit einer darin implementierten Steuersoftware (Firmware) oder einen nicht-programmieren integrierten Schaltkreis (z.B. einen ASIC) umfasst.
  • Während eines Stellvorgangs eines solchen Stellelements ist häufig eine gewünschte Endposition präzise anzufahren. Hierzu ist während des Stellvorgangs stets eine genaue Kenntnis der aktuellen Stellposition des Stellelements erforderlich. Die Kenntnisse der aktuellen Stellposition oder hieraus ableitbarer Größen, wie der Stellgeschwindigkeit oder des zurückgelegten Stellwegs, sind darüber hinaus häufig auch für die sichere Erkennung eines etwaigen Einklemmfalls erforderlich.
  • Zur präzisen Erfassung der Stellposition einer Fensterscheibe ist beispielsweise aus DE 199 16 400 C1 bekannt, einen Stellungs- und Drehrichtungssensor vorzusehen. Dieser besteht im Wesentlichen aus zwei in einem Abstand oder Winkel versetzt zueinander angeordneten Hall-Sensoren und einem mehrpoligen, beispielsweise zwei- oder vierpoligen Ringmagneten, der auf der Antriebswelle des Elektromotors angeordnet ist. Die Hall-Sensoren erfassen eine Magnetfeldänderung infolge einer Rotation des mit der Antriebswelle fest verbundenen Ringmagneten und generieren hieraus Zählimpulse. Diese werden zusammen mit einer Information über die Drehrichtung des Ringmagneten und damit des Elektromotors ausgewertet, indem die Zählimpulse je nach Drehrichtung des Antriebs aufwärts oder abwärts gezählt werden und somit die jeweilige Stellung der Fensterscheibe angeben.
  • Für die Sensorik werden üblicherweise integrierte Hall-Sensoren, beispielsweise in CMOS-Technologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) eingesetzt, die zusätzlich zu einer Auswerteelektronik, beispielsweise in ASIC-Technologie, zusammen mit den sensitiven Flächen (Hall-Sonden) des Hall-Sensors in einen Halbleiterchip integriert sind (vgl. DE 101 54 498 B4 ).
  • Eine Hall-Sonde ist in der Regel durch ein z.B. quadratisches Leiterplättchen gebildet, das mit elektrischer Energie aus einer Strom- oder Spannungsquelle versorgt wird. In Anwesenheit eines externen magnetischen Feldes wird in der Hall-Sonde eine Hall-Spannung induziert, die proportional zu dem senkrecht zu der Fläche der Hall-Sonde ausgerichteten Anteil der magnetischen Flussdichte ist. Die Hall-Spannung wird üblicherweise als Sensorsignal ausgewertet.
  • Aus der DE 10 2006 043 839 A1 ist es bekannt, die an zwei Hall-Sonden auftretenden Magnetfeldänderungen mittels einer Komparatorschaltung mit Hysterese (Schmitt-Trigger) in zwei um beispielsweise 90° zueinander versetzte binäre Impulsfolgen umzusetzen. Durch Zählen der Impulse pro Zeiteinheit wird die Drehzahl bestimmt. Durch Vergleich der beiden Impulsfolgen wird die Drehrichtung eines zugeordneten Drehantriebs ermittelt.
  • Bei sich drehendem Ringmagneten bewegen sich dessen Magnetpole über die jeweilige Hall-Sonde hinweg. Dabei kommt jeder der Magnetpole für einen Moment in direkte Gegenüberstellung zu der Hall-Sonde. Das von diesem Magnetpol ausgehende Magnetfeld tritt in diesem Zustand exakt oder zumindest näherungsweise senkrecht durch die Hall-Sonde hindurch, wodurch die in der Hall-Sonde induzierte Hall-Spannung ein Maximum oder Minimum erreicht. Zwischen den vorstehend beschriebenen Zeitpunkten streift jeweils die Polgrenze zwischen zwei benachbarten Magnetpolen des Ringmagneten über die Hall-Sonde hinweg. Während dieser Zeitspannen durchsetzt das von dem Ringmagneten ausgehende Magnetfeld die Hall-Sonde unter einem spitzen oder sogar verschwindenden Winkel. In diesem Fall haben der senkrechte Anteil der Flussdichte und die Hall-Spannung einen entsprechend erniedrigten Wert und weisen - wenn sich eine der Polgrenzen in exakter Gegenüberstellung zu der Hall-Sonde befindet und somit das Magnetfeld parallel zu der Hall-Sonde ausgerichtet ist - einen Nulldurchgang auf.
  • Als Funktion des Umlaufwinkels des Ringmagneten relativ zu der Hall-Sonde ergibt sich für die orthogonal zur Hall-Sonde ausgerichtete Feldkomponente der magnetischen Flussdichte, und somit auch für die induzierte Hall-Spannung ein zumindest annähernd sinusförmiger zeitlicher Verlauf.
  • Gemäß einer für Hall-Sensoren (insbesondere für auf CMOS-Technologie basierenden Hall-Sensoren) üblichen Schaltregel wird der Pegel der ausgegebenen Impulsfolge von „High“ (logisch „1“) auf „Low“ (logisch „0“) geschaltet, wenn die sich in Abhängigkeit des Umlaufwinkels sinusförmig ändernde Hall-Spannung eine obere Schaltschwelle überschreitet. Dieser Zustand wird so lange aufrechterhalten, bis die Hall-Spannung eine untere Schaltschwelle unterschreitet, wodurch der Pegel der Impulsfolge wieder auf „Low“ zurückgesetzt wird. Solange sich die Hall-Spannung in der Hysterese (also in dem Wertebereich zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle) befindet, wird der jeweils zuvor eingestellte Pegel der Impulsfolge beibehalten.
  • Besondere Beachtung erfordert das Starten des Hall-Sensors nach einer inaktiven Phase, während der die Stromversorgung des Hall-Sensors ganz oder teilweise (Ruhe- oder Sleep-Modus) abgeschaltet wird.
  • Sofern beim Starten des Hall-Sensors nach einer solchen inaktiven Phase die Hall-Spannung außerhalb der Hysterese liegt (sofern also der Wert der Hall-Spannung die obere Schaltschwelle überschreitet oder die untere Schaltschwelle unterschreitet), ist der Pegel der Impulsfolge durch die obige Schaltregel eindeutig definiert. Dieser Fall ist somit unkritisch.
  • Nicht definiert durch die obige Schaltregel ist der Pegel der Impulsfolge allerdings dann, wenn sich die Hall-Spannung beim Starten des Hall-Sensors in der Hysterese befindet. Um ein voraussagbares Verhalten des Hall-Sensors sicherzustellen, wird in diesem Fall der Anfangspegel der Impulsfolge nach dem Starten des Hall-Sensors vorgegeben - dies allerdings je nach Sensorkonzept verschieden. So wird bei einigen herkömmlichen Hall-Sensoren der Anfangspegel bei Hall-Spannung auf „Low“, und bei negativer Hall-Spannung auf „High“ gesetzt. Andere Hall-Sensoren setzen den Anfangspegel beim Starten in Hysterese stets auf denselben Wert (insbesondere auf „High“).
  • Unabhängig vom Sensorkonzept kann es aber unter bestimmten Umständen zu einem Signalverlauf der Impulsfolge kommen, bei dem die Impulsfolge beim Starten nach der inaktiven Phase einen anderen Pegel aufweist als vor Beginn der inaktiven Phase. Weitere Ursachen hierfür können insbesondere auch in einer (geringfügigen) Drehung des Ringmagneten oder in einer (z.B. temperaturbedingten) Drift der Hysterese während der inaktiven Phase des Hall-Sensors liegen.
  • Solche Signalverläufe der Impulsfolge können bei der Bestimmung der Stellposition zu Zählfehlern (und somit zu einer Fehlberechnung der Stellposition) führen.
  • Gemäß DE 10 2009 034 664 A1 wird zur Vermeidung solcher Zählfehler im Anschluss an eine inaktive Phase die Hysterese verkleinert, wenn zu Beginn der inaktiven Phase die Hall-Spannung die obere Schaltschwelle um höchstens einen vorgegebenen Toleranzbereich überschritten hatte. Durch dieses - softwaretechnisch in dem Hall-Sensor implementierte - Verfahren wird die Wahrscheinlichkeit von Zählfehlern deutlich reduziert. Dennoch lassen sich hiermit Zählfehler mit diesem Verfahren nicht gänzlich ausschließen.
  • Gemäß DE 20 2010 017 499 U1 werden vor einer Ruhephase der Stellvorrichtung die aus der Hallspannung abgeleiteten Positionssignale in einem integrierten Latch des Hallsensors abgespeichert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders einfaches und geeignetes Verfahren zur Positionsbestimmung eines motorisch angetriebenen verstellbaren Kraftfahrzeugteils („Stellelements“) unter Verwendung eines Hall-Sensors anzugeben. Des Weiteren soll eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Stellvorrichtung angegeben werden.
  • Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich der Stellvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bestimmung einer Stellposition eines motorisch angetriebenen, verstellbaren Kraftfahrzeugteils mittels eines Hall-Sensors, der in einem drehbeweglichen Magnetfeld angeordnet ist. Im Zuge des Verfahrens wird eine von dem Hall-Sensor erfasste periodische Änderung der magnetischen Flussdichte gemäß einer vorgegebenen Schaltregel in eine binäre Impulsfolge umgesetzt, aus der dann durch Zählen von Pegelwechseln (Flanken) ein Maß für die Stellposition ermittelt wird. Gemäß der vorgegebenen Schaltregel wird der Pegel des Impulssignals jeweils dann gewechselt (d.h. geschaltet), wenn eine durch die Flussdichte induzierte Hall-Spannung eine vorgegebene obere Schaltschwelle überschreitet. Der Pegel des Impulssignals wird zudem jeweils auch dann gewechselt, wenn die Hall-Spannung eine untere Schaltschwelle unterschreitet.
  • Die untere Schaltschwelle ist dabei von der oberen Schaltschwelle um eine vorgegebene Hysterese beabstandet. Als „Hysterese“ wird somit der zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle liegende Wertebereich der Hall-Spannung bezeichnet.
  • Als „binäre Impulsfolge“ wird im Zuge des Verfahrens zweckmäßigerweise ein elektrisches Spannungssignal erzeugt, das zwischen zwei diskreten Pegeln (d.h. Spannungs-)Werten wechselt. Diese Pegel sind nachfolgend in an sich üblicher Weise als „High“ (entsprechend z.B. +5V) und „Low“ (entsprechend z.B. +0,5V) bezeichnet. Ein (auch als „Flanke“ bezeichneter) Pegelwechsel der Impulsfolge, bezeichnet somit einen Schaltvorgang, bei dem der Pegel der Impulsfolge von „High“ auf „Low“, oder von „Low“ auf „High“ geschaltet wird.
  • Die Erfindung geht dabei von einem Hall-Sensor aus, der intermittierend in aktiven Phasen betrieben wird, wobei den aktiven Phasen jeweils inaktive Phasen zwischengeschaltet sind. Die „aktiven Phasen“ des Hall-Sensors sind dabei dadurch charakterisiert, dass sich das Magnetfeld relativ zu der sensitiven Fläche (Hall-Sonde) des Hall-Sensors bewegt, und dass der Hall-Sensor aktiviert ist und somit die Impulsfolge erzeugt und ausgibt. Die „inaktiven Phasen“ des Hall-Sensors sind andererseits dadurch charakterisiert, dass die Stromversorgung des Hall-Sensors ganz abgeschaltet ist.
  • Erfindungsgemäß wird in einer (vorzugsweise in jeder) aktiven Phase des Hall-Sensors der aktuelle Pegel der binären Impulsfolge zumindest für diejenigen Zeitintervalle, für die sich die Hall-Spannung in der Hysterese befindet, bei Pegelwechseln (insbesondere bei jedem Pegelwechsel) nichtflüchtig als Referenzwert gespeichert. Als „nichtflüchtig“ („persistent“) wird dabei eine Speicherung des Referenzwertes bezeichnet, die zumindest eine Teilabschaltung der Stromversorgung des Hall-Sensors (entsprechend einem Ruhe- oder Sleep-Modus) überdauert. Vorzugsweise erfolgt die Speicherung des Referenzwertes aber derart, dass der gespeicherte Referenzwert auch bei vollständiger Abschaltung (Stromlos-Schaltung) des Hall-Sensors erhalten bleibt.
  • Beim Starten des Hallsensors nach der inaktiven Phase wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Anfangspegel der binären Impulsfolge zumindest dann auf den gespeicherten Referenzwert gesetzt, wenn sich die Hall-Spannung zu diesem Zeitpunkt in der Hysterese befindet (also einen zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle liegenden Wert aufweist). Als Anfangspegel wird dabei der erste Pegelwert („High“ oder „Low“) bezeichnet, den die Impulsfolge nach der inaktiven Phase annimmt.
  • Die vorstehend beschriebene Speicherung des Referenzwerts hat den Effekt, dass der innerhalb einer aktiven Phase des Hall-Sensors zuletzt angenommene Pegel der Impulsfolge als Referenzwert über die anschließende inaktive Phase des Hall-Sensors konserviert wird. Damit wird auf einfache und besonders fehlerunanfällige Weise sichergestellt, dass die Impulsfolge nach der inaktiven Phase mit dem gleichen Pegel startet, den sie zum Ende der vorherigen aktiven Phase zuletzt aufwies. Hierdurch werden Zählfehler bei der Bestimmung der Stellposition aus der Impulsfolge vermieden, wodurch wiederum eine besonders präzise Bestimmung der Stellposition sichergestellt ist.
  • In besonders einfacher und effizienter Ausführung des Verfahrens wird der aktuelle Wert der Impulsfolge während der gesamten aktiven Phase - unabhängig von dem Wert der Hall-Spannung - bei jedem Pegelwechsel nichtflüchtig gespeichert. In zweckmäßiger Ausführung der Erfindung wird zudem auch der Anfangspegel der Impulsfolge - unabhängig von dem Wert der Hall-Spannung zu Beginn der aktiven Phase - stets auf den gespeicherten Referenzwert gesetzt. Insbesondere wird für die Bestimmung der Stellposition bevorzugt der Einfachheit halber diejenige Impulsfolge herangezogen, die sich aus dem zeitabhängig variierenden, gespeicherten Referenzwert ergibt.
  • Alternativ hierzu wird nach der inaktiven Phase der Anfangspegel der Impulsfolge nur dann auf den gespeicherten Referenzwert gesetzt, wenn sich die Hall-Spannung zum Beginn der aktiven Phase in der Hysterese befindet. Dagegen wird der Anfangspegel gemäß der vorstehend beschriebenen Schaltregel aus dem aktuellen Wert der Hall-Spannung bestimmt, wenn sich die Hall-Spannung zu Beginn der aktiven Phase außerhalb der Hysterese befindet (also einen die obere Schaltschwelle übersteigenden Wert oder einen die untere Schaltschwelle unterschreitenden Wert aufweist).
  • Um zu verhindern, dass durch eine - gegebenenfalls geringfügige - Bewegung des Magnetfelds (genauer gesagt des magnetfelderzeugenden Ringmagneten) relativ zu der Hall-Sonde die Hall-Spannung in der inaktiven Phase aus der Hysterese heraus driftet oder in die Hysterese hinein driftet und somit in der anschließenden aktiven Phase in der dann wieder aufgenommenen Impulsfolge gegebenenfalls eine Flanke zu viel oder zu wenig verursacht, wird die Bewegung des Magnetfelds in bevorzugter Ausführung des Verfahrens während der inaktiven Phase mechanisch blockiert.
  • Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung umfasst einen drehbeweglichen Ringmagneten und mit einen hierzu beabstandet angeordneten Hall-Sensor, der zeit- oder winkelabhängige Änderungen der magnetischen Flussdichte infolge einer Drehbewegung des Ringmagneten erfasst und mittels einer Schalteinheit gemäß der vorstehend beschriebenen Schaltregel in eine binäre Impulsfolge umgesetzt. Die Stellvorrichtung umfasst weiterhin einen Speicher, der derart mit der Schalteinheit verschaltet ist, dass er in der oder jeder aktiven Phase des Hall-Sensors den aktuellen Wert der binären Impulsfolge zumindest für diejenigen Zeitintervalle, für die sich die Hall-Spannung in der Hysterese befindet, bei Pegelwechseln (insbesondere bei jedem Pegelwechsel) nichtflüchtig als Referenzwert speichert. Die Stellvorrichtung umfasst außerdem eine Steuereinheit (Controller), die dazu eingerichtet ist, nach der oder jeder inaktiven Phase des Hall-Sensors den Anfangspegel der binären Impulsfolge zumindest dann auf den gespeicherten Referenzwert zu setzen, wenn sich die Hall-Spannung in der Hysterese befindet.
  • Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Stellvorrichtung allgemein zur automatischen Durchführung des vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens finden dabei ihre Entsprechung in bevorzugten Ausführungsformen der Stellvorrichtung.
  • So ist der Speicher in besonders einfacher und effizienter Ausführung der Stellvorrichtung derart mit der Schalteinheit verschaltet, dass er den aktuellen Pegel der Impulsfolge während der gesamten aktiven Phase - unabhängig von dem Wert der Hall-Spannung - bei jedem Pegelwechsel nichtflüchtig speichert.
  • Die Steuereinheit ist dabei in zweckmäßiger Ausführung der Erfindung dazu eingerichtet, auch den Anfangspegel der Impulsfolge zu Beginn der oder jeder aktiven Phase - unabhängig von dem Wert der Hall-Spannung - stets auf den gespeicherten Referenzwert zu setzen.
  • Alternativ hierzu ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, nach der inaktiven Phase des Hall-Sensors den Anfangspegel der binären Impulsfolge dann gemäß der Schaltregel aus dem aktuellen Wert der Hall-Spannung zu bestimmen, wenn sich die Hall-Spannung zu Beginn der aktiven Phase außerhalb der Hysterese befindet.
  • In zweckmäßiger Ausführung umfasst die Stellvorrichtung zusätzlich einen elektrischen Stellmotor, mit dessen Motorwelle der Ringmagnet drehfest gekoppelt ist, wobei die Motorwelle über eine Stellmechanik auf das Stellelement wirkt. Die Schalteinheit ist vorzugsweise durch eine Komparatorschaltung mit Hysterese (insbesondere durch einen sogenannten Schmitt-Trigger) gebildet.
  • Der Hall-Sensor ist vorzugsweise als CMOS-Halbleiterchip ausgeführt, in den die Schalteinheit (insbesondere die vorstehend beschriebene Komparatorschaltung) integriert ist, so dass als Ausgangsignal des Hall-Sensors unmittelbar die binäre Impulsfolge als Maß für die Drehgeschwindigkeit des Ringmagneten abgreifbar ist. Zusätzlich zu dieser binären Impulsfolge erzeugt der Hall-Sensor vorzugsweise eine phasenverschobene zweite Impulsfolge und gibt ein aus dem Vergleich dieser beiden Impulsfolgen gewonnenes zweites Ausgangssignal aus, das für die Drehrichtung des Ringmagneten charakteristisch ist.
  • Die Steuereinheit ist vorzugsweise durch einen Mikrocontroller mit einem darin lauffähig implementierten Steuerprogramm (Firmware) oder durch einen nichtprogrammierbaren, elektronischen Schaltkreis (insbesondere einen ASIC) gebildet.
  • Der zur nichtflüchtigen Speicherung des Referenzwertes vorgesehene Speicher ist vorzugweise als integraler Bestandteil des Hall-Sensors ausgebildet. Alternativ ist der Speicher als separates Bauteil oder als integrierter Bestandteil der Steuereinheit (also insbesondere des Mikrocontrollers oder ASICS) ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Speicher um einen Ein-Bit-Speicher. In dieser Ausführung kann der Speicher im Rahmen der Erfindung beispielsweise durch ein bistabiles, elektromechanisches Relais gebildet sein.
  • Vorzugsweise umfasst die Stellvorrichtung des Weiteren Mittel zur mechanischen Blockierung einer Bewegung des Ringmagneten in der inaktiven Phase des Hall-Sensors - also Mittel, die eine Drehung des Ringmagneten (und damit des Magnetfelds) relativ zu der Hall-Sonde verhindern, wenn sich der Hall-Sensor in der inaktiven Phase befindet und daher ein solche Drehung nicht erfassen könnte. Die genannten Mittel sind beispielsweise durch einen Bremse oder Raste gebildet, durch die bei Deaktivierung des Hall-Sensors der Ringmagnet oder eine drehfest damit verbundene Welle blockiert werden, und die bei erneuter Aktivierung des Hall-Sensors automatisch gelöst wird. In alternativer Ausführungsform umfasst die Stellvorrichtung als Mittel zur mechanischen Blockierung der Bewegung des Ringmagneten als Teil einer Stellmechanik der Stellvorrichtung ein selbsthemmendes Getriebe, z.B. ein Schneckengetriebe, das eine abtriebsseitig veranlasste Drehung der mit dem Ringmagneten drehfest verbundenen Motorwelle verhindert. Der Hall-Sensor ist hierbei zweckmäßigerweise stromversorgungstechnisch mit dem Stellmotor gekoppelt, so dass der Hall-Sensor immer dann aktiviert ist, wenn der Motor betrieben ist, und deaktiviert ist, wenn der Motor unbestromt ist. In den inaktiven Phasen des Hall-Sensors wird eine Drehung der Motorwelle hierbei durch das selbsthemmende Getriebe unterbunden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    • 1 in schematisch vereinfachter perspektivischer Darstellung eine motorische Stellvorrichtung für ein verstellbares Fahrzeugteil, hier eine Fahrzeugscheibe, mit einem antriebsseitigen Ringmagneten und mit einem Hall-Sensor mit nachgeschalteter Steuereinheit,
    • 2 in einem schematischen Blockschaltbild den Ringmagnet, den Hall-Sensor und die Steuereinheit der Stellvorrichtung gemäß 1, und
    • 3 in drei übereinander angeordneten, synchronen Diagrammen einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der von einer Hall-Sonde des Hall-Sensors erfassten Hall-Spannung (oberes Diagramm), einen entsprechenden Verlauf einer von einer Komparatorschaltung des Hall-Sensors aus der Hall-Spannung abgeleiteten Impulsfolge (mittleres Diagramm), und den entsprechenden Verlauf einer wiederum hieraus abgeleiteten weiteren Impulsfolge (Geschwindigkeitssignal), aus der dann durch die nachgeschaltete Steuereinheit ein Maß für die Stellposition des Fahrzeugteils ermittelt wird (unteres Diagramm).
  • Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt schematisch eine als Fensterheber ausgebildete Stellvorrichtung 1 für ein verstellbares Kraftfahrzeugteil, bei dem es in dem dargestellten Beispiel um eine Fahrzeugscheibe 2 handelt.
  • Die Stellvorrichtung 1 umfasst einen elektrischen Stellmotor 3, der über eine Stellmechanik 4 derart mechanisch mit der Fahrzeugscheibe 2 gekoppelt ist, dass die Fahrzeugscheibe 2 durch den Stellmotor 3 entlang eines Stellweges 5 reversibel zwischen zwei Endstellungen, nämlich einer Öffnungsstellung 6 und einer Schließstellung 7, verfahrbar ist. Die Lage der Fahrzeugscheibe 2 in der Öffnungsstellung 6 und der Schließstellung 7 ist in 1 jeweils mit gestrichelten Linien angedeutet. Mit durchgezogenen Linien ist die Fahrzeugscheibe 2 in einer zwischen diesen Endstellungen liegenden (in der Darstellung willkürlich eingezeichneten) Stellposition x dargestellt.
  • Die Stellmechanik 4 umfasst eine auf einer Motorwelle 8 des Stellmotors 3 aufgebrachte Antriebsschnecke 9, die mit einem Schneckenrad 10 kämmt.
  • Die Stellvorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 11 in Form eines Mikrocontrollers mit einer darin lauffähig implementierten Steuersoftware (Firmware) sowie einen Drehstellungssensor 12.
  • Der Drehstellungssensor 12 umfasst einen auf der Motorwelle 8 drehfest aufgebrachten mehrpoligen (beispielhaft vierpoligen) Ringmagneten 13 sowie einen mit diesem zusammenwirkenden Hall-Sensor 14.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst der Hall-Sensor 14 zwei sensitive Flächen, die nachfolgend als Hall-Sonden 15 und 16 bezeichnet sind. Jeder Hall-Sonde 15, 16 ist jeweils ein Verstärker- und Filterschaltkreis 17 bzw. 18 nachgeschaltet. Jeder der beiden Verstärker- und Filterschaltkreise 17,18 umfasst beispielsweise einen Operationsverstärker und einen Bandpassfilter.
  • Jedem der beiden Verstärker- und Filterschaltkreise 17, 18 ist jeweils eine Schalteinheit in Form eines Schmitt-Triggers 19 bzw. 20 (d.h. einer Komparatorschaltung mit Hysterese) nachgeschaltet. Zur Vorgabe einer jeweiligen Hysterese H1 bzw. H2 ist jedem der beiden Schmitt-Trigger 19, 20 jeweils eine Hysteresebeschaltung 21 bzw. 22 zugeordnet.
  • Dem Schmitt-Trigger 19 ist einerseits ein nichtflüchtiger (Ein-Bit-)Speicher 23 nachgeschaltet, d.h. ein Speicher, der eine binäre Information stromunabhängig speichert. Der Speicher 23 ist insbesondere durch einen Flash-Speicher oder ein bistabiles, elektromechanisches Relais mit vorgeschaltetem Differenzierglied gebildet.
  • Beiden Schmitt-Triggern 20 ist andererseits ein Richtungserkennungsschaltkreis 24 nachgeschaltet.
  • Im Betrieb des Stellmotors 3 erzeugt der mit der Motorwelle 8 mitrotierende Ringmagnet 13 am Ort der Hall-Sonde 15 eine zeitlich periodisch oszillierende, magnetische Flussdichte B1, deren zur Hall-Sonde 15 senkrechter (orthogonaler) Anteil zeitlich periodisch oszilliert. Am Ort der Hall-Sonde 16 erzeugt der Ringmagnet 13 eine magnetische Flussdichte B2 mit entsprechendem, aber zu der Flussdichte B1 phasenversetzten Verlauf des zur Hall-Sonde 16 senkrechten Anteils.
  • Unter Wirkung der Flussdichten B1 und B2 wird in den Hall-Sonden 15,16 jeweils eine elektrische Hall-Spannung U1 bzw. U2 erzeugt. Der Betrag der Hall-Spannung U1, U2 ist hierbei stets proportional zu dem zur Fläche der Hall-Sonde 15 bzw.16 senkrechten Anteil der Flussdichte B1 bzw. B2. Ein beispielhafter, zeitlicher Verlauf der Hall-Spannung U1 ist in dem oberen Diagramm der 3 angetragen. Die Hall-Spannung U2 weist einen entsprechenden, im Vergleich zu der Hall-Spannung U1 aber phasenversetzten Verlauf auf.
  • Die Hall-Spannungen U1 bzw. U2 werden mittels des jeweils nachgeschalteten Verstärker- und Filterschaltkreises 17 bzw. 18 verstärkt und gefiltert. Eine verstärkte und gefilterte Hall-Spannung U1' bzw. U2' wird dann dem jeweils nachgeschalteten Schmitt-Trigger 19 bzw. 20 zugeführt.
  • Jeder der beiden Schmitt-Trigger 19, 20 leitet aus der jeweils zugeführten Hall-Spannung U1' bzw. U2' gemäß einer vorgegebenen Schaltregel ein binäres Impulssignal I1 bzw. I2 ab. Wie in dem oberen Diagramm der 3 dargestellt ist, schaltet der Schmitt-Trigger 19 nach Maßgabe dieser Schaltregel den Pegel des Impulssignals I1 stets
    • - von „High“ auf „Low“, wenn der Wert der Hall-Spannung U1' eine obere Schaltschwelle Uh übersteigt, und
    • - von „Low“ auf „High“, wenn der Wert der Hall-Spannung U1' eine untere Schaltschwelle Ul unterschreitet.
  • Die durch die Hysteresebeschaltung 21 bestimmte Hysterese H1 des Schmitt-Triggers 19 ist hierbei durch den Wertebereich zwischen der oberen Schaltschwelle Uh und der unteren Schaltschwelle gebildet.
  • Der jeweils aktuelle Pegel der Impulsfolge I1 wird in dem Speicher 23 nichtflüchtig als Referenzwert gespeichert. Im regulären Betrieb wird also mit jedem Pegelwechsel (also mit jeder Flanke) der Impulsfolge I1 auch der in dem Speicher 23 hinterlegte Referenzwert gewechselt. Aus dem zeitabhängigen Referenzwert wird eine modifizierte Impulsfolge abgeleitet, die als - für die Drehgeschwindigkeit der Motorwelle 8 charakteristisches - Geschwindigkeitssignal S über einen Geschwindigkeitsausgang 25 des Hall-Sensors 14 an die nachgeschaltete Steuereinheit 11 ausgegeben wird.
  • In gleicher Weise sind dem Schmitt-Trigger 20 durch die Hysteresebeschaltung 22 (nicht explizit dargestellte) obere und untere Schaltschwellen vorgegeben. Der Schmitt-Trigger 20 schaltet den Pegel des Impulssignals I2 dabei analog zu 3 bei Überschreiten der oberen Schaltschwelle „High“ auf „Low“, und bei Unterschreitung der unteren Schaltschwelle von „Low“ auf „High“.
  • Die beiden Impulssignale I1,I2 werden in der Richtungserkennungsschaltung 24 miteinander verglichen. Aus dem Phasenversatz der Impulssignale I1,I2 (konkret aus der Reihenfolge, in der korrespondierende Impulse in den Impulssignalen I1,I2 aufeinander folgen) leitet die Richtungserkennungsschaltung 24 ein binäres Richtungssignal R ab, das über einen Richtungsausgang 26 des Hall-Sensors 14 an die nachgeschaltete Steuereinheit 11 ausgegeben wird.
  • Durch Zählen der aufeinanderfolgenden Pegelwechsel (Flanken) in dem Geschwindigkeitssignal S ermittelt die Steuereinheit 11 ein Maß für die aktuelle Stellposition x des Fahrzeugfensters 2. Durch den Wert des Richtungssignals R wird dabei bestimmt, ob das Maß für die Stellposition x um die Anzahl der gezählten Flanken erniedrigt oder erhöht wird.
  • Der Hall-Sensor 14 ist stromversorgungstechnisch vorzugsweise mit dem Stellmotor 3 gekoppelt und wird somit nur dann stromversorgt, wenn auch der Stellmotor 3 bestromt wird. Der Hall-Sensor 14 ist daher immer und nur dann aktiv, wenn sich die Motorwelle 8 und der darauf befestigte Ringmagnet 13 drehen. Der Hall-Sensor 14 ist dagegen immer dann inaktiv, wenn der Stellmotor 3 abgeschaltet ist, und somit die Drehung der Motorwelle 8 zum Erliegen kommt. Eine Drehung der Motorwelle 8 bei unbestromten Stellmotor 3 und inaktivem Hallsensor 14 wird durch die selbsthemmend mit dem Schneckenrad 10 kämmende Antriebsschnecke 9 blockiert.
  • 3 zeigt in synchronen Diagrammen, jeweils angetragen gegen die Zeit t, einen beispielhaften Verlauf der Hall-Spannung U1, der Impulsfolge I1 und des Geschwindigkeitssignals S während zweier aktiver Phasen A1 und A2 des Hall-Sensors 14, die durch eine inaktive Phase P unterbrochen werden. Das Impulssignal I1 und das Geschwindigkeitssignal S sind dabei während der aktiven Phasen A1 und A2 weitgehend identisch.
  • Zum Ende der ersten aktiven Phase A1 liegt die Hall-Spannung U1 in dem dargestellten Beispiel allerdings in der Hysterese H1, wodurch der Pegel der Impulsfolge I1 zu Beginn der zweiten aktiven Phase A2 durch die vorstehend beschriebene Schaltregel nicht eindeutig bestimmt ist. Der Schmitt-Trigger 19 ist beispielhaft dazu konzipiert, das Impulssignal I1 in diesem Fall stets mit einem High-Pegel zu starten. Dies führt gemäß 3 dazu, dass die Impulsfolge I1 zum Ende der ersten aktiven Phase A1 und zum Beginn der zweiten aktiven Phase A2 verschiedene Pegel aufweist, ohne dass dieser Pegelunterschied mit einer Drehung des Ringmagneten 13 verbunden wäre. Dafür unterbleibt in dem während der zweiten aktiven Phase A2 erzeugten Impulssignal I1 die erste Flanke, die nach der vorstehend beschriebenen Schaltregel zu dem Zeitpunkt auftreten müsste, zu dem die Hall-Spannung U1 in der zweiten aktiven Phase A2 erstmalig die untere Schaltschwelle unterschreitet.
  • Würde die Impulsfolge I1 unmittelbar zur Bestimmung der Stellposition x herangezogen, so würde die Steuereinheit 11 die Änderung der Stellposition x aufgrund der fehlenden Flanke um ein Zählintervall zu klein angeben.
  • Durch den zwischengeschalteten Speicher 23 wird dieser Zählfehler vermieden, indem in dem Speicher 23 der letzte Pegel der Impulsfolge I1 (und damit auch der letzte Pegel des Geschwindigkeitssignals S) vor der inaktiven Phase P konserviert werden. Durch den Speicher 23 wird der Anfangspegel, den das Geschwindigkeitssignal S in der zweiten aktiven Phase A2 zuerst annimmt, auf den gespeicherten Referenzwert gesetzt - und somit auf den letzten Pegel, den das Geschwindigkeitssignal S vor der inaktiven Phase P angenommen hatte. Der abweichende Anfangspegel der Impulsfolge I1 zu Beginn der zweiten aktiven Phase A2 wird dagegen nicht in den Speicher 23 übernommen, da sein Auftreten nicht mit einem Pegelwechsel (also einer Flanke) der Impulsfolge I1 verbunden ist.
  • Hierdurch wird sichergestellt, dass das Geschwindigkeitssignal S in der zweiten aktiven Phase A2 mit demselben Pegel gestartet wird, den es in der ersten aktiven Phase A1 zuletzt aufwies.
  • Die Erfindung wird an dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel besonders deutlich, ist auf dieses gleichwohl aber nicht beschränkt. Vielmehr können zahlreiche weitere Ausführungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stellvorrichtung
    2
    Fahrzeugscheibe
    3
    Stellmotor
    4
    Stellmechanik
    5
    Stellweg
    6
    Öffnungsstellung
    7
    Schließstellung
    8
    Motorwelle
    9
    Antriebsschnecke
    10
    Schneckenrad
    11
    Steuereinheit
    12
    Drehstellungssensor
    13
    Ringmagnet
    14
    Hall-Sensor
    15
    Hall-Sonde
    16
    Hall-Sonde
    17
    Verstärker- und Filterschaltkreis
    18
    Verstärker- und Filterschaltkreis
    19
    Schmitt-Trigger
    20
    Schmitt-Trigger
    21
    Hysteresebeschaltung
    22
    Hysteresebeschaltung
    23
    (Ein-Bit-)Speicher
    24
    Richtungserkennungsschaltkreis
    25
    Geschwindigkeitsausgang
    26
    Richtungsausgang
    B1
    Flussdichte
    B2
    Flussdichte
    Uh
    (obere) Schaltschwelle
    Ul
    (untere) Schaltschwelle
    I1
    Impulssignal
    I2
    Impulssignal
    H1
    Hysterese
    H2
    Hysterese
    U1
    Hall-Spannung
    U2
    Hall-Spannung
    U1'
    Hall-Spannung
    U2'
    Hall-Spannung
    S
    Geschwindigkeitssignal
    R
    Richtungssignal
    A1
    (aktive) Phase
    A2
    (aktive) Phase
    P
    (inaktive) Phase
    x
    Stellposition
    t
    Zeit

Claims (8)

  1. Verfahren zur Bestimmung einer Stellposition (x) eines motorisch verstellbaren Kraftfahrzeugteils (2) mittels eines Hall-Sensors (14), der in einem drehbeweglichen Magnetfeld angeordnet ist, wobei eine von dem Hall-Sensor (14) erfasste periodische Änderung der magnetischen Flussdichte (B1) gemäß einer vorgegebenen Schaltregel in eine binäre Impulsfolge (S) umgesetzt wird, indem ein Pegel der Impulsfolge (S) geschaltet wird, wenn eine durch die magnetische Flussdichte (B1) induzierte Hall-Spannung (U1') eine obere Schaltschwelle (Uh) überschreitet und wenn die Hall-Spannung (U1') eine untere Schaltschwelle (U1) unterschreitet, wobei die untere Schaltschwelle (Ul) von der oberen Schaltschwelle (Uh) um eine vorgegebene Hysterese (H1) beabstandet ist, und wobei durch Zählen von Pegelwechseln der Impulsfolge (S) ein Maß für die Stellposition (x) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, - dass in einer aktiven Phase (A1, A2) des Hall-Sensors (14), während der sich das Magnetfeld relativ zu dem Hall-Sensor (14) bewegt und der Hall-Sensor (14) aktiviert ist, der Pegel der Impulsfolge (S) zumindest für die Zeitintervalle, für die sich die Hall-Spannung (U1') in der Hysterese (H1) befindet, bei Pegelwechseln nichtflüchtig als Referenzwert gespeichert wird, und - dass nach einer inaktiven Phase (P) des Hall-Sensors (14), während der die Stromversorgung des Hall-Sensors (14) ganz abgeschaltet war, ein Anfangspegel der binären Impulsfolge (S) zumindest dann auf den gespeicherten Referenzwert gesetzt wird, wenn sich die Hall-Spannung (U1') in der Hysterese (H1) befindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach der inaktiven Phase (P) des Hall-Sensors (14) der Anfangspegel der binären Impulsfolge (S) dann gemäß der Schaltregel aus dem aktuellen Wert der Hall-Spannung (U1') bestimmt wird, wenn sich die Hall-Spannung (U1') außerhalb der Hysterese (H1) befindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Bewegung des Magnetfelds relativ zu dem Hall-Sensor (14) während der inaktiven Phase (P) des Hall-Sensors (14) mechanisch blockiert wird.
  4. Stellvorrichtung (1) zur Bestimmung einer Stellposition (x) eines motorisch verstellbaren Kraftfahrzeugteils (2), mit einem drehbeweglichen, mehrpoligen Ringmagneten (13) und mit einem hierzu beabstandet angeordneten Hall-Sensor (14), der zeit- oder winkelabhängige Änderungen der magnetischen Flussdichte (B1) infolge einer Drehbewegung des Ringmagneten (13) erfasst und mittels einer Schalteinheit (19) gemäß einer vorgegebenen Schaltregel mit Hysterese (H1) in eine binäre Impulsfolge (S) umsetzt, sowie mit einer Steuereinheit (11), die dazu eingerichtet ist, durch Zählen von Pegelwechsein der Impulsfolge (S) ein Maß für die Stellposition (x) zu ermitteln, gekennzeichnet durch einen Speicher (23), der derart mit der Schalteinheit (19) verschaltet ist, dass er in einer aktiven Phase (A1, A2) des Hall-Sensors (14), während der sich das Magnetfeld relativ zu dem Hall-Sensor (14) bewegt und der Hall-Sensor (14) aktiviert ist, den aktuellen Pegel der binären Impulsfolge (S) zumindest für die Zeitintervalle, für die sich die Hall-Spannung (U1') in dem Bereich der Hysterese (H1) befindet, bei Pegelwechseln nichtflüchtig als Referenzwert speichert, wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, nach einer inaktiven Phase (P) des Hall-Sensors (14), während der die Stromversorgung des Hall-Sensors (14) ganz abgeschaltet war, einen Anfangspegel der binären Impulsfolge (S) zumindest dann auf den gespeicherten Referenzwert zu setzen, wenn sich die Hall-Spannung (U1') in der Hysterese (H1) befindet.
  5. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, nach der inaktiven Phase (P) des Hall-Sensors (14) den Anfangspegel der binären Impulsfolge (S) dann gemäß der Schaltregel aus dem aktuellen Wert der Hall-Spannung (U1') zu bestimmen, wenn sich die Hall-Spannung (U1') außerhalb der Hysterese befindet.
  6. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, mit Mitteln zur mechanischen Blockierung einer Bewegung des Ringmagneten (13) während der inaktiven Phase (P) des Hall-Sensors (14).
  7. Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Schalteinheit (19) durch eine Komparatorschaltung (19) gebildet ist.
  8. Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Speicher (23) als Ein-Bit-Speicher (23) ausgebildet ist.
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