DE102015226108A1

DE102015226108A1 - Einklemmschutzverfahren zur Durchführung bei einer motorischen Stellvorrichtung für ein verstellbares Fahrzeugteil sowie zugehörige Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE102015226108A1
Application number: DE102015226108.5A
Authority: DE
Inventors: Marcus Scholz; Detlef Russ
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Im Rahmen eines Einklemmschutzverfahren zur Durchführung bei einer motorischen Stellvorrichtung (1) für ein verstellbares Fahrzeugteil (2), werden während eines Stellvorgangs, während dessen das Fahrzeugteil (2) mittels der Stellvorrichtung (1) bewegt wird, eine von dem Fahrzeugteil (2) ausgeübte Klemmkraft (F) oder eine damit korrelierte Messgröße (n) erfasst, und mit einem Referenzwert (nE(x)) verglichen, um eine außergewöhnliche Abweichung der Klemmkraft (F) bzw. der damit korrelierten Messgröße (n) von dem Referenzwert (nE(x)) zu erfassen. Gegebenenfalls wird anhand einer zeitlichen oder örtlichen Änderungsrate (R) der Klemmkraft (F) bzw. der damit korrelierten Messgröße (n) eine Ansprechschwelle (nA) für das Abschalten oder Reversieren der Bewegung des Fahrzeugteils (2) berechnet, so dass die Klemmkraft (F) einen vorgegebenen Schwellwert (F’G, FG) nicht überschreitet. Dabei werden für die Berechnung der Ansprechschwelle (nA) ein erster Kraftanstieg (F1), um den die Klemmkraft (F) bis zur Bestimmung der Änderungsrate (R) oder der Ansprechschwelle (nA) ansteigt, und/oder ein letzter Kraftanstieg (F3), um den die Klemmkraft (F) nach dem Abschalten oder Reversieren der Bewegung des Kraftfahrzeugteils (2) noch ansteigt, berücksichtigt. Die Stellvorrichtung (1) umfasst eine zur Durchführung des Einklemmschutzverfahrens ausgebildete elektronische Steuereinheit (11).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Einklemmschutzverfahren zur Durchführung bei einer motorischen Stellvorrichtung für ein verstellbares Fahrzeugteil. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine solche Stellvorrichtung. Bei dem Fahrzeugteil handelt es sich insbesondere um eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, die mittels der Stellvorrichtung reversibel zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist. Die Stellvorrichtung ist in diesem Fall auch als „Fensterheber“ bezeichnet.
Bei einem mittels einer motorischen Stellvorrichtung verstellbaren Fahrzeugteil (nachfolgend zur Unterscheidung von anderen Fahrzeugteilen auch als „Stellelement“ bezeichnet) besteht regelmäßig die Gefahr, dass ein Körperteil eines Fahrzeugnutzers oder ein sonstiger Gegenstand in den Stellweg des sich bewegenden Stellelements gerät und hierdurch zwischen dem Stellelement und einem anderen Fahrzeugteil (insbesondere der Fahrzeugkarosserie) eingeklemmt wird. Bei einer verstellbaren Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs besteht eine solche Einklemmgefahr insbesondere beim Schließen der Fensterscheibe. Um in einem Einklemmfall eine Verletzung des eingeklemmten Körperteils bzw. eine Beschädigung des eingeklemmten Gegenstandes auszuschließen, wird üblicherweise begleitend zu einer Bewegung des Stellelements mittels der Stellvorrichtung ein Einklemmschutzverfahren durchgeführt, das einen drohenden oder bereits eingetretenen Einklemmfall erkennt und in diesem Fall das Stoppen oder Reversieren der Bewegung veranlasst.
Es wird dabei zwischen direkten Einklemmschutzverfahren und indirekten Einklemmschutzverfahren unterschieden. Bei einem direkten Einklemmschutzverfahren wird der von dem Stellelement zurückzulegende Stellweg mittels eines oder mehrerer Sensoren überwacht, die ein in den Stellweg eindringendes Hindernis direkt detektieren, insbesondere noch bevor das Hindernis in Kontakt mit dem Stellelement gerät. Bei einem indirekten Einklemmschutzverfahren wird das Hindernis abweichend hiervon über die Klemmkraft detektiert, die das Stellelement auf das Hindernis ausübt. Die Klemmkraft kann hierbei grundsätzlich unmittelbar, zum Beispiel mittels eines oder mehrerer an dem Stellelement angebrachter Kraftsensoren, gemessen werden. Meistens wird die Klemmkraft aber über eine damit korrelierte Betriebsgröße eines Stellmotors der Stellvorrichtung detektiert, insbesondere über die Drehzahl oder die Stromstärke des Antriebsstroms. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die in einem Einklemmfall auftretende Klemmkraft stets mit einem außergewöhnlichen Einbruch der Drehzahl und einem außergewöhnlichen Anstieg der Stromstärke des Antriebsstroms verbunden ist.
Ein indirektes Einklemmschutzverfahren kann einen Einklemmfall naturgemäß erst dann detektieren, wenn er bereits eingetreten ist. Bei einem indirekten Einklemmschutzverfahren besteht daher generell die Notwendigkeit, dass die Bewegung des Stellelements besonders schnell gestoppt oder reversiert werden muss, um zu verhindern, dass die Klemmkraft einen (verletzungs)kritischen Grenzwertüberschreitet. Dieser kritische Grenzwert ist üblicherweise (insbesondere durch gesetzliche Vorschriften) auf 100N festgelegt. Andererseits darf ein indirektes Einklemmschutzverfahren aber auch nicht zu sensibel auf Änderungen der Klemmkraft oder der damit korrelierten Messgröße reagieren, da ansonsten typischerweise Fehlauslösungen (d. h. fehlerhaft detektierte Einklemmfälle) infolge gewöhnlicher Schwergängigkeiten bei der Bewegung des Stellelements auftreten.
Bei einem indirekten Einklemmschutzverfahren und einer nach diesem arbeitenden Stellvorrichtung stellt sich somit das Problem, dass das Ansprechkriterium für das Stoppen oder Reversieren der Stellelementbewegung möglichst präzise eingestellt werden muss, um einerseits einen sicheren Betrieb der Stellvorrichtung zu gewährleisten, andererseits aber Fehlauslösungen möglichst auszuschließen.
Um diesen widerstreitenden Anforderungen Rechnung zu tragen, werden in EP 1 552 973 B1 ein Einklemmschutzverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zugehörige Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Danach ist vorgesehen, bei der Berechnung einer Ansprechschwelle für das Abschalten der Bewegung des Fahrzeugteils eine zeitliche oder örtliche Änderungsrate einer als Maß für die Klemmkraft herangezogenen Messgröße zu berücksichtigen. Konkret wird die Ansprechschwelle mit zunehmendem Wert der Änderungsrate verringert.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Änderungsrate, mit der die Klemmkraft beim Auftreten eines Einklemmfalls über die Zeit oder über den Stellweg ansteigt, von der Steifigkeit des eingeklemmten Hindernisses abhängt. Bei der Einklemmung eines weichen Hindernisses steigt die Klemmkraft über die Zeit oder den Stellweg nur vergleichsweise langsam an, während bei der Einklemmung eines harten Hindernisses ein sehr viel schnellerer Anstieg der Klemmkraft auftritt. Auch der durch den trägheitsbedingten Nachlauf des Stellelements verursachte Kraftanstieg nach der Stoppen oder Reversieren des Stellmotors fällt daher erkanntermaßen bei Einklemmung eines harten Hindernisses wesentlich größer aus als bei Einklemmung eines weichen Hindernisses. Dieser Effekt wird bei dem aus EP 1 552 973 B1 bekannten Einklemmschutzverfahren dadurch kompensiert, dass bei Einklemmung eines harten Hindernisses (und dementsprechend höherer Änderungsrate der mit der Klemmkraft korrelierten Messgröße) der Stellmotor früher abgeschaltet wird als bei Klemmung eines weichen Hindernisses (und entsprechend geringerer Änderungsrate der mit der Klemmkraft korrelierten Messgröße).
Auch bei diesem Verfahren muss aber noch ein vergleichsweise großer Sicherheitsabstand zwischen einem anhand der Änderungsrate vorausberechneten Maximalwert der Klemmkraft und dem vorgegebenen kritischen Grenzwert eingehalten werden, da der Maximalwert der Klemmkraft nur mit eingeschränkter Genauigkeit vorausberechnet werden kann. Das Stoppen oder Reversieren der Bewegung des Stellelements muss also auch bei dem bekannten Verfahren vergleichsweise rasch nach der Detektion eines Einklemmfalls ausgelöst werden. Das Risiko von Fehlauslösungen kann daher durch dieses Verfahren zwar erheblich gesenkt, aber nicht gänzlich eliminiert werden.
Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren und die zugehörige Stellvorrichtung noch weiter zu verbessern.
Bezüglich eines Einklemmschutzverfahrens zur Durchführung einer motorischen Stellvorrichtung für ein verstellbares Fahrzeugteil wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich einer motorischen Stellvorrichtung für ein verstellbares Fahrzeugteil wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 5. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei dem verstellbaren Fahrzeugteil (Stellelement) insbesondere um eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung ist hierauf allerdings nicht beschränkt. Vielmehr können als Stellelement im Rahmen der Erfindung auch andere verstellbare Fahrzeugteile, insbesondere ein Schiebedach, eine Fahrzeugtür, eine Heckklappe, Fahrzeugsitz, etc. vorgesehen sein.
Im Zuge des Einklemmschutzverfahrens werden während eines Stellvorgangs eine von dem Stellelement ausgeübte Klemmkraft oder eine damit korrelierte Messgröße erfasst. Der Begriff „Stellvorgang“ bezeichnet hierbei allgemein eine Betriebsphase der Stellvorrichtung, während der das Stellelement mittels der Stellvorrichtung bewegt wird. Sofern das Stellelement eine Fensterscheibe ist, handelt es sich bei dem Stellvorgang insbesondere um einen Schließvorgang, bei dem die Fensterscheibe in Richtung auf ihre Schließstellung verfahren wird.
Als „Klemmkraft“ ist diejenige Kraft bezeichnet, die das Stellelement auf einen im Stellweg des Stellelements feststehenden Gegenstand ausübt, und die somit der Stellbewegung entgegenwirkt. Die Klemmkraft kann im Rahmen der Erfindung unmittelbar gemessen werden, insbesondere durch einen oder mehrere Kraftsensoren, die an dem Stellelement selbst angeordnet sind. Vorzugsweise wird im Rahmen des Einklemmschutzverfahrens aber anstelle der Klemmkraft eine damit korrelierte Messgröße herangezogen. Als mit der Klemmkraft korrelierte Messgröße wird insbesondere die Drehzahl eines Stellmotors der Stellvorrichtung herangezogen. Alternativ hierzu kann im Sinne der Erfindung auch die Stromstärke des Antriebsstroms des Stellmotors herangezogen werden.
Die erfasste Klemmkraft oder die damit korrelierte Messgröße werden im Zuge des Einklemmschutzverfahrens mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen, um eine außergewöhnliche Abweichung der Klemmkraft bzw. der damit korrelierten Messgröße von einem Referenzwert als Indiz für das Auftreten eines Einklemmfalls zu erfassen. Bei dem erfindungsgemäßen Einklemmschutzverfahren handelt es sich also um ein indirektes Einklemmschutzverfahren im Sinne der eingangs eingeführten Definition.
Der Referenzwert kann im Rahmen der Erfindung fest (unveränderlich) vorgegeben sein. Um reproduzierbare Schwergängigkeiten bei der Verstellung des Stellelements angepasst zu berücksichtigen, ist der Referenzwert vorzugsweise aber in Form einer in Abhängigkeit der Zeit oder der Stellposition hinterlegte Kennkurve der Klemmkraft bzw. der damit korrelierenden Messgröße vorgegeben. Diese Kennkurve wird dabei insbesondere im Betrieb der Stellvorrichtung eingelernt und laufend an sich ändernde Betriebsbedingungen adaptiert. Eine außergewöhnliche Abweichung der Klemmkraft bzw. der damit korrelierten Messgröße von dem Referenzwert wird im Zuge des Einklemmverfahrens insbesondere daran erkannt, dass diese Abweichung ein vorgegebenes Toleranzintervall überschreitet.
Bei Detektion eines Einklemmfalls, wenn also eine außergewöhnliche Abweichung der Klemmkraft bzw. der damit korrelierten Messgröße von dem Referenzwert erfasst wird, wird die zeitliche oder räumliche Änderungsrate der Klemmkraft bzw. der damit korrelierten Messgröße (also die Änderung der Klemmkraft bzw. Messgröße über ein vorgegebenes Zeit- oder Stellwegintervall) bestimmt. Anhand dieser Änderungsrate wird eine Ansprechschwelle für das Abschalten oder Reversieren des Stelleelements berechnet, so dass die Klemmkraft einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet. Als „Ansprechschwelle“ wird hierbei ein Schwellwert für die Klemmkraft bzw. die damit korrelierte Größe bezeichnet, dessen Überschreitung das Abschalten oder Reversieren der Bewegung des Stellelements auslöst.
Erfindungsgemäß wird für die Berechnung der Ansprechschwelle in einer ersten Variante des Einklemmschutzverfahrens – zusätzlich zu der Änderungsrate – ein erster Kraftanstieg berücksichtigt, um den die Klemmkraft bis zu der Bestimmung der Änderungsrate ansteigt. Der erste Kraftanstieg ist dabei insbesondere durch die Veränderung der Klemmkraft über dasjenige Zeit- oder Stellwegintervall gegeben, das in die Berechnung der Änderungsrate eingeht. Das dem ersten Kraftanstieg zugeordnete Zeit- bzw. Stellwegintervall kann im Rahmen der Erfindung aber auch ein Warteintervall umfassen, das gegebenenfalls der Detektion des Einklemmfalls und der eigentlichen Bestimmung der Änderungsrate zwischengeordnet wird, um die Änderungsrate mit größerer Genauigkeit bestimmen zu können. In alternativer Definition kann als „erster Kraftanstieg“ im Sinne der Erfindung auch der Anstieg der Klemmkraft bis zu der Bestimmung der Ansprechschwelle festgelegt sein. Ob als für die Bestimmung des ersten Kraftanstiegs relevantes Ereignis nun die Bestimmung der Änderungsrate oder die Bestimmung der Ansprechschwelle herangezogen wird, ist allerdings weitgehend äquivalent, zumal die Ableitung der Ansprechschwelle aus der Änderungsrate in aller Regel quasi instantan (d. h. mit vernachlässigbarem Zeitunterschied) erfolgt.
In einer zweiten Variante des Einklemmschutzverfahrens wird für die Berechnung der Ansprechschwelle – zusätzlich zu der Änderungsrate – ein letzter Kraftanstieg berücksichtigt, um den die Klemmkraft nach Auslösung des Stoppens oder Reversierens der Bewegung des Stellelements trägheitsbedingt noch ansteigt. Da die Bewegung des Stellelements bei der Berechnung der Ansprechschwelle naturgemäß noch nicht gestoppt oder reversiert wurde, wird dieser letzte Kraftanstieg prognostiziert.
Im Zuge des Einklemmschutzverfahrens wird die Ansprechschwelle also mit einem in Abhängigkeit des ersten Kraftanstiegs und/oder des letzten Kraftanstiegs variierenden Wert ermittelt.
Die beiden Verfahrensvarianten können im Rahmen der Erfindung einzeln eingesetzt werden, so dass entweder nur der erste Kraftanstieg oder nur der letzte Kraftanstieg (nicht aber der jeweils andere Kraftanstieg) für die Berechnung der Ansprechschwelle herangezogen werden. Vorzugsweise werden aber beide Kraftanstiege in Kombination bei der Berechnung der Ansprechschwelle berücksichtigt. Die beiden Kraftansteige werden hierbei vorzugsweise einzeln nach verschiedenen, jeweils angepassten Rechenvorschriften oder Algorithmen ermittelt.
Die variable Ermittlung der Ansprechschwelle in Abhängigkeit des ersten Kraftanstiegs und/oder des letzten Kraftanstiegs erlaubt erkanntermaßen eine besonders präzise Vorausberechnung des zeit- oder stellpositionsabhängigen Verlaufs der Klemmkraft, wodurch zwischen dem vorausgerechneten Maximalwert der Klemmkraft und dem kritischen Grenzwert für die Klemmkraft (z. B. 100 N) ein nur besonders geringer Sicherheitsabstand gewahrt werden muss. Das erfindungsgemäße Einklemmschutzverfahren erlaubt somit, bei Detektion eines Einklemmfalls die Stellelementbewegung besonders spät zu beenden oder zu reversieren. Somit werden Fehlauslösungen nahezu vollständig ausgeschlossen, ohne die Betriebssicherheit der Stellvorrichtung zu beeinträchtigen.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung des Einklemmschutzverfahrens werden der erste Kraftanstieg oder der letzte Kraftanstieg anhand einer Kennwerttabelle oder einer Funktion (also einer mathematischen Formel) in Abhängigkeit einer für die Stellgeschwindigkeit charakteristischen Geschwindigkeitsgröße berechnet. Als Geschwindigkeitsmessgröße wird hierbei insbesondere der Absolutwert der Drehzahl des Stellmotors bei der Erkennung des Einklemmfalls (also bei der Erfassung der außergewöhnlichen Abweichung der Klemmkraft bzw. der damit korrelierten Messgröße) herangezogen. Dieser Absolutwert ist nachfolgend auch als „Ausgangswert“ bezeichnet. Die in der Kennwerttabelle enthaltenen Kennwerte bzw. die Parameter der Funktion werden dabei vorzugsweise empirisch durch Ausmessung der Eigenschaften der jeweiligen Stellvorrichtung bestimmt.
Alternativ oder zusätzlich hierzu werden der erste Kraftanstieg oder der letzte Kraftanstieg vorzugsweise in Abhängigkeit der Änderungsrate der Klemmkraft bzw. der damit korrelierten Messgröße berechnet, wobei die Abhängigkeit des ersten Kraftanstiegs bzw. letzten Kraftanstiegs von der Änderungsrate wiederum in Form einer Kennwerttabelle oder einer Funktion vorgegeben ist. Auch in diesem Fall werden die in der Kennwerttabelle enthaltenen Kennwerte bzw. die Parameter der Funktion vorzugsweise empirisch durch Ausmessung der Eigenschaften der jeweiligen Stellvorrichtung bestimmt.
Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung umfasst einen (insbesondere elektrischen) Stellmotor sowie eine Stellmechanik, über die der Stellmotor mit dem Stellelement gekoppelt oder koppelbar ist, um das Stellelement entlang eines Stellwegs zu bewegen. Die Stellvorrichtung umfasst des Weiteren eine elektronische Steuereinheit zur Ansteuerung des Stellmotors. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dabei zur automatischen Durchführung des vorstehend beschriebenen Einklemmschutzverfahrens (insbesondere in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Einklemmschutzverfahrens) eingerichtet.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise durch einen Mikrocontroller mit einem (Daten-)Speicher und einem Prozessor gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Einklemmschutzverfahrens in Form einer in dem Speicher lauffähig hinterlegten Betriebssoftware (Firmware) implementiert ist, so dass der Mikrocontroller das Einklemmschutzverfahren bei Ausführung der Betriebssoftware automatisch durchführt.
Alternativ hierzu kann die Steuereinheit im Rahmen der Erfindung aber auch als nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, zum Beispiel als ASIC, ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Funktionalität der Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens schaltungstechnisch implementiert.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
1 in schematisch vereinfachter perspektivischer Darstellung eine motorische Stellvorrichtung für ein verstellbares Fahrzeugteil, hier eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsmotor, mit einer Stellmechanik, über die der Antriebsmotor mit der Fensterscheibe gekoppelt ist, sowie mit einer elektronischen Steuereinheit in Form eines Mikrocontrollers,
2 in einem vereinfachten Flussdiagramm ein durch die Steuereinheit der Stellvorrichtung automatisch durchgeführtes Einklemmschutzverfahren, und
3 in zwei übereinander dargestellten Diagrammen jeweils in Abhängigkeit von der Stellposition der Fensterscheibe einen beispielhaften Verlauf der Drehzahl des Stellmotors (oberes Diagramm) sowie einen korrespondierenden Verlauf einer von der Fensterscheibe ausgeübten Klemmkraft (unteres Diagramm) während eines Schließvorgangs, während dessen ein Einklemmfall auftritt.
Einander entsprechende Teile und Größen sind 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 seitliche Fensterscheibe 2 eines Kraftfahrzeugs handelt.
Die Stellvorrichtung 1 umfasst einen elektrischen Stellmotor 3, der über eine Stellmechanik 4 derart mechanisch mit der Fensterscheibe 2 gekoppelt ist, dass die Fensterscheibe 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 Fensterscheibe 2 in der Öffnungsstellung 6 und der Schließstellung 7 ist in 1 jeweils mit gestrichelten Linien angedeutet. Mit durchgezogenen Linien ist die Fensterscheibe 2 in einer zwischen diesen Endstellungen liegenden (in der Darstellung willkürlich eingezeichneten) Stellposition x dargestellt. Die Stellposition x stellt hierbei eine Variable dar, deren Wert bei der Bewegung der Fensterscheibe 2 variiert.
Die Stellmechanik 4 umfasst eine auf einer Motorwelle 8 des Stellmotors 3 aufgebrachte Antriebsschnecke 9, die mit einem Schneckenrad 10 der Stellmechanik 4 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.
Im Betrieb des Stellmotors 3 erzeugt der Hall-Sensor 14 unter Wirkung des mit der Motorwelle 8 umlaufenden Ringmagneten 13 ein Pulssignal P, das der Steuereinheit 11 als Eingangsgröße zugeführt wird. Die Steuereinheit 11 berechnet hieraus durch Zählen der Pulse des Pulssignals P pro Zeiteinheit eine Drehzahl n des Stellmotors 3 als Maß für die Stellgeschwindigkeit der Fensterscheibe 2. Durch Summation über die Pulse des Pulssignals P berechnet die Steuereinheit 11 weiterhin fortlaufend die aktuelle Stellposition x der Fensterscheibe 2
Die Steuereinheit 11 steuert wiederum den Stellmotor mit einem Antriebsstrom I an, unter dessen Wirkung der Stellmotor 3 die Fensterscheibe 2 in Schließrichtung oder in Öffnungsrichtung verfährt.
Während eines Schließvorgangs, also beim Verfahren der Fensterscheibe 2 in Richtung auf die Schließstellung 7 kann es vorkommen, dass ein (beispielhaft in 1 angedeutetes) Hindernis 15 zwischen der oberen Scheibenkante und einem feststehenden Fensterrahmen oder dem Fahrzeugdach eingeklemmt wird. Um in einem solchen Fall Sachschäden oder – wenn es sich bei dem Hindernis 15 um ein Körperteil handelt – eine Verletzung auszuschließen, ist in der Betriebssoftware der Steuereinheit 11 ein anhand von 2 näher dargestelltes Einklemmschutzverfahren implementiert, das die Steuereinheit 11 während des Schließvorgangs automatisch durchführt.
Im Zuge des Einklemmschutzverfahrens prüft die Steuereinheit 11 auf nachfolgend näher beschriebene Weise, ob die Drehzahl n während des Schließvorgangs in unerwarteter Weise einbricht. Ggf. wird ein solcher unerwarteter Einbruch der Drehzahl n als Indiz für einen Einklemmfall aufgefasst. Die Steuereinheit 11 bestimmt daraufhin einen Ausgangswert n₀ der Drehzahl n (also den Absolutwert der Drehzahl n bei Detektion des Einklemmfalls) sowie eine örtliche Änderungsrate R der Drehzahl n (also die Änderung Δn der Drehzahl über einen vorgegebenen Stellwegintervall Δx). Anhand dieser Größen berechnet die Steuereinheit 11 eine Ansprechschwelle n_A für die Drehzahl n, bei deren Unterschreitung die Steuereinheit 11 den Stellmotor 3 (und somit die Bewegungsrichtung der Fensterscheibe 2) reversiert.
Für die Berechnung der Ansprechschwelle n_A berechnet die Steuereinheit 11 den Verlauf einer von der Fensterscheibe 2 auf das eingeklemmte Hindernis 15 ausgeübten Klemmkraft F (3) in Abhängigkeit der Stellposition x voraus, wobei sie

– einen ersten Kraftanstieg F₁ der Klemmkraft F während einer Anfangsphase des Einklemmvorgangs, während der die Änderungsrate R der Drehzahl n (ggf. inklusive eines auf die Detektion des Einklemmfalls folgenden Warteintervalls) bestimmt wird,
– einen zweiten Kraftanstieg F₂ der Klemmkraft F während einer Mittelphase des Einklemmvorgangs, die an die Anfangsphase anschließt und sich bis zu dem prognostizierten Reversieren des Stellmotors 3 erstreckt, sowie
– einen dritten und letzten Kraftanstieg F₃, um den die Klemmkraft F nach dem Reversieren des Stellmotors 3 trägheitsbedingt bis zum Stillstand der Fensterscheibe 2 noch ansteigt,

11

_A

_G

3

_G

Anstelle separater Variablen für den Grenzwert F_G und den Sicherheitsabstand S ist in der Steuereinheit 11 bevorzugt ein einziger, modifizierter Grenzwert F‘_G für die Klemmkraft F hinterlegt, der bereits von vorneherein dem kritischen Grenzwert F_G abzüglich dem Sicherheitsabstand S entspricht (F‘_G = F_G – S). In diesem Fall bestimmt die Steuereinheit 11 die Ansprechschwelle n_A vorzugsweise derart, dass die Klemmkraft F gemäß dem prognostizierten Verlauf des Einklemmfalls den Grenzwert F_G’ gerade erreicht.
Ein Verlauf der Drehzahl n und der Klemmkraft F bei einem beispielhaften Schließvorgang, in dem durch die Steuereinheit 11 bei einer Stellposition x₁ ein Einklemmfall detektiert wird, ist in 3 in Abhängigkeit von der Stellposition x dargestellt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass das Auftreten des Einklemmfalls mit einem Einbruch der Drehzahl n und einem korrespondierenden Anstieg der Klemmkraft F verbunden ist.
Über ein nach der Detektion des Einklemmfalls von der Fensterscheibe 2 zurückgelegtes Stellwegintervall Δx erfasst die Steuereinheit 11 zunächst die korrespondierende Drehzahländerung Δn, um die Änderungsrate R zu bestimmen. Die Messung der Drehzahländerung Δn wird vorzugsweise aber erst nach Durchlaufen eines auf die Stellposition x₁ folgenden Warteintervalls begonnen, um ein Einschwingverhalten zu Beginn des Drehzahleinbruchs abzuwarten. Das Stellwegintervall Δx endet an einer Stellposition x₂.
Bei einer Stellposition x₃ unterschreitet die Drehzahl n die zwischenzeitlich von der Steuereinheit 11 berechnete Ansprechschwelle n_A, worauf die Steuereinheit 11 den Stellmotor 3 reversiert. Die Fensterscheibe 2 läuft allerdings auch nach dem Reversieren des Stellmotors 3 aufgrund der Trägheit des Stellmotors 3, der Fensterscheibe 2 und der Stellmechanik 4 noch bis zum Erreichen einer Stellposition x₄ in Schließrichtung nach, wodurch die Klemmkraft F zunächst weiterhin ansteigt.
Infolge des Reversierens des Stellmotors 3 wird die Drehzahl n anschließend negativ. Die Fensterscheibe 2 läuft hierdurch entgegen der Schließstellung zurück, wodurch auch die Klemmkraft F wieder absinkt.
Das zwischen den Stellpositionen x₁ und x₄ liegende Stellweginterall kann bei großer Flexibilität des Hindernisses 15 auf der Größenordnung eines Zentimeters oder weniger Zentimeter liegen. Wenn es sich bei dem Hindernis 15 dagegen um einen harten Gegenstand handelt, liegt dieses Stellwegintervall typischerweise auf der Größenordnung weniger Millimeter.
Im Einzelnen wird das Einklemmschutzverfahren von der Steuereinheit 11 mit dem Beginn eines Schließvorgangs in einem ersten Schritt 20 gestartet. In einem darauffolgenden Schritt 21 prüft die Steuereinheit 11, ob die aktuelle Drehzahl n einen in Abhängigkeit der Stellposition x hinterlegten Referenzwert n_E(x) abzüglich eines Toleranzintervalls D unterschreitet (n < n_E(x) – D), vgl. 3.
Der Referenzwert n_E(x) ist hierbei in einem Speicher der Steuereinheit 11 in Form einer Kennkurve in Abhängigkeit der Stellposition x hinterlegt. Diese Kennkurve wird im Betrieb der Stellvorrichtung 1 durch Mittelung über den jeweiligen Drehzahlverlauf einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Schließvorgängen eingelernt und repräsentiert somit den normalen Verlauf der Drehzahl n während eines gewöhnlichen, ungestörten Schließvorgangs. Ferner weist der Referenzwert n_E(x) vorzugsweise eine vorgegebene, empirisch ermittelte Abhängigkeit von der Betriebsspannung, der Temperatur und/oder dem Türzustand auf. Der konkrete, positionsabhängige Betrag des Referenzwerts n_E(x) wird dabei vorzugsweise unter Berücksichtigung mindestens eines Korrekturfaktors berechnet, der wiederum als Funktion mindestens einer der vorstehend genannten Größen (Betriebsspannung, Temperatur, Türzustand) definiert ist.
Solange die in Schritt 21 abgeprüfte Bedingung nicht erfüllt ist (N), solange also die aktuelle Drehzahl n mit dem für die jeweils aktuelle Stellposition x geltenden Referenzwert n_E(x) mit hinreichender Genauigkeit übereinstimmt, wird der Schritt 21 durch die Steuereinheit 11 wiederholt.
Bei Erfüllung der in Schritt 21 abgeprüften Bedingung (Y) – was als Indiz für einen Einklemmfall gewertet wird – berechnet die Steuereinheit in einem folgenden Schritt 22 zunächst die örtliche Änderungsrate R der Drehzahl n, in dem sie nach Durchlaufen eines Warteintervalls die Drehzahländerung Δn über dem Stellwegintervall Δx ermittelt (R = Δn/Δx).
Ferner speichert die Steuereinheit 11 den Absolutwert der Drehzahl n bei Detektion des Einklemmfalls (also an der Stellposition x₁) als Ausgangswert n₀ der Drehzahl n ab. Diesen Ausgangswert n₀ zieht die Stellvorrichtung 11 als Maß für die Stellgeschwindigkeit der Fensterscheibe 2 beim Auftreten des Einklemmfalls heran.
In Abhängigkeit von dem Ausgangswert n₀ sowie von der Änderungsrate R ermittelt die Steuereinheit 11 in einem folgenden Schritt 24 den ersten Kraftanstieg F₁ und den dritten Kraftanstieg F₃.
Für die Bestimmung der Kraftanstiege F₁ und F₃ zieht die Steuereinheit 11 jeweils hinterlegte Kenntabellen heran, in denen Werte des Kraftanstiegs F₁ und F₃ für verschiedene Ausgangswerte n₀ der Drehzahl und verschiedene Werte der Änderungsrate R hinterlegt sind. Beispielhafte Kenntabellen sind für den Kraftanstieg F₁ in Tab. 1, sowie für den Kraftanstieg F₃ in Tab. 2 hinterlegt. Zwischenwerte zwischen den in diesen Kenntabellen enthaltenen Kennwerten des Kraftanstiegs F₁ bzw. F₃ ermittelt die Steuereinheit 11 vorzugsweise jeweils durch lineare oder nicht-lineare Interpolation.

n R

0,35U/min/mm 0,60U/min/mm 0,96U/min/mm 1,64 U/min/mm

40 U/min 11 N 20 N 32 N 52 N

60 U/min 15 N 26 N 40 N 67 N

80 U/min 20 N 35 N 56 N 91 N

Tab. 1: Kennwerte des Kraftanstieg F₁ in Newton (N) in Abhängigkeit von der Änderungsrate R, angegeben in Umdrehungen pro Minute pro Millimeter (U/min/mm), sowie in Abhängigkeit von der Drehzahl n, angegeben in Umdrehungen pro Minute (U/min)

n R

0,35U/min/mm 0,60U/min/mm 0,96U/min/mm 1,64 U/min/mm

40 U/min 1 N 2 N 3 N 5 N

60 U/min 4 N 7 N 11 N 18 N

80 U/min 6 N 11 N 17 N 28 N

Tab. 2: Kennwerte des Kraftanstieg F₃ in Newton (N) in Abhängigkeit von der Änderungsrate R, angegeben in Umdrehungen pro Minute pro Millimeter (U/min/mm), sowie in Abhängigkeit von der Drehzahl n, angegeben in Umdrehungen pro Minute (U/min)
Anhand der zuvor ermittelten Kraftanstiege F₁ und F₃ ermittelt die Steuereinheit 11 in einem folgenden Schritt 24 den zweiten Kraftanstieg F₂, um den die Klemmkraft F vor dem Reversieren des Stellmotors 3, also zwischen den Stellpositionen x₂ und der (zum Zeitpunkt der Berechnung noch unbekannten) Stellposition x₃ ansteigen darf, so dass ein während des Einklemmfalls auftretender Maximalwert F_m der Klemmkraft F den Grenzwert F‘_G gerade erreicht (F_m = F‘_G = F_G – S).
Die Steuereinheit 11 nutzt hierbei den in 3 verdeutlichten Umstand, dass sich der Maximalwert F_m aus der Summe der Kraftanstiege F₁, F₂ und F₃ ergibt (F_m = F₁ + F₂ + F₃), und berechnet im Umkehrschluss den noch unbekannten Kraftanstieg F₂ gemäß F₂ = F‘_G – F₁ – F₃.
In einem folgenden Schritt 25 berechnet die Steuereinheit 11 schließlich die Ansprechschwelle n_A gemäß n_A = n₀ – C·(F₁ + F₂).
In die obige Beziehung geht hierbei ein vorgegebener Systemparameter C ein, der sich aus der Motorkennlinie des Stellmotors 3, dem Übersetzungsverhältnis der Stellmechanik 4 und dem Widerstandsmoment der Stellmechanik 4 ergibt, und der für die jeweilige Stellvorrichtung 1 empirisch durch Ausmessen bestimmt wird. Der Systemparameter C ist hierbei vorzugsweise als Konstante in dem Speicher der Steuereinheit 11 hinterlegt.
Die Berechnungsschritte 22 bis 25 des Einklemmschutzverfahrens gemäß 2 können abweichend von der dortigen Darstellung auch zusammengefasst in einer einzigen Rechenoperation vorgenommen werden.
Nach der Berechnung der Ansprechschwelle n_A prüft die Steuereinheit 11 in einem folgenden Schritt 26, ob die aktuelle Drehzahl n die Ansprechschwelle n_A unterschreitet (n < n_A).
Solange dies nicht der Fall ist (N), prüft die Steuereinheit 11 in einem folgenden Schritt 27, ob die aktuelle Drehzahl n wieder in den Bereich des Referenzwerts gelangt (n > n_E(x) – D). Solange auch dies nicht der Fall ist (N), springt die Steuereinheit 11 auf den Schritt 26 zurück. Die durch die Schritte 26 und 27 gebildete Verfahrensschleife wird von der Steuereinheit 11 somit solange durchlaufen, bis die Drehzahl n entweder die Ansprechschwelle n_A unterschreitet oder den Referenzwert n_E(x) – D zumindest näherungsweise wieder erreicht.
Im ersteren Fall, also bei Erfüllung der in Schritt 26 abgeprüften Bedingung (Y), reversiert die Steuereinheit 11 in einem Schritt 28 den Stellmotor 3. Wenn der Stellmotor 3 die Fensterscheibe 2 hierbei um einen vorgegeben Stellwegbereich zurückgefahren hat, beendet die Steuereinheit 11 in einem abschließenden Schritt 29 das Einklemmschutzverfahren und schaltet den Stellmotor 3 ab.
Wenn andererseits die im Schritt 27 geprüfte Bedingung erfüllt ist, wenn also die Drehzahl n ihren Referenzwert n_E(x) wieder näherungsweise erreicht, wird dies als Indiz dafür genommen, dass anstelle eines echten Einklemmfalls nur eine vorübergehende und zwischenzeitlich überwundene Schwergängigkeit beim Schließen der Fensterscheibe 2 vorlag. In diesem Fall (Y) setzt die Steuereinheit 11 den Schließvorgang fort und beginnt das vorstehend beschriebene Einklemmschutzverfahren durch Rücksprung zum Schritt 21 von neuem. Das Einklemmschutzverfahren wird in diesem Fall erst mit dem Abschluss des Schließvorgangs beendet.
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 vorstehend Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere kann im Rahmen der Erfindung anstelle der räumlichen Änderungsrate R auch eine zeitliche Änderungsrate bestimmt werden, die durch die Änderung der Drehzahl n über einem vorgegebenen Zeitintervall gegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Stellvorrichtung
2: Fensterscheibe
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: Hindernis
20: Schritt
21: Schritt
22: Schritt
23: Schritt
24: Schritt
25: Schritt
26: Schritt
27: Schritt
28: Schritt
29: Schritt
x: Stellposition
P: Pulssignal
n: Drehzahl
I: Antriebsstrom
n_E(x): Referenzwert
D: Toleranzintervall
x₁: Stellposition
x₂: Stellposition
x₃: Stellposition
x₄: Stellposition
F: Klemmkraft
R: Änderungsrate
Δn: Änderung
Δx: Stellwegintervall
n₀: Ausgangswert
n_A: Ansprechschwelle
F₁: Kraftanstieg
F₂: Kraftanstieg
F₃: Kraftanstieg
F_m: Maximalwert
F_G: Grenzwert
C: Systemparameter
S: Sicherheitsabstand
F´G: Grenzwert

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

EP 1552973 B1 [0006, 0007]

Claims

Einklemmschutzverfahren zur Durchführung bei einer motorischen Stellvorrichtung (1) für ein verstellbares Fahrzeugteil (2), – wobei während eines Stellvorgangs, während dessen das Fahrzeugteil (2) mittels der Stellvorrichtung (1) bewegt wird, eine von dem Fahrzeugteil (2) ausgeübte Klemmkraft (F) oder eine damit korrelierte Messgröße (n) erfasst werden, – wobei die Klemmkraft (F) bzw. die damit korrelierten Messgröße (n) mit einem Referenzwert (n_E(x)) verglichen werden, um eine außergewöhnliche Abweichung der Klemmkraft (F) bzw. der damit korrelierten Messgröße (n) von dem Referenzwert (n_E(x)) zu erfassen, und – wobei bei Erfassung einer außergewöhnlichen Abweichung der Klemmkraft (F) bzw. der damit korrelierten Messgröße (n) von dem Referenzwert (n_E(x)) anhand einer zeitlichen oder örtlichen Änderungsrate (R) der Klemmkraft (F) bzw. der damit korrelierten Messgröße (n) eine Ansprechschwelle (n_A) für das Abschalten oder Reversieren der Bewegung des Fahrzeugteils (2) berechnet wird, so dass die Klemmkraft (F) einen vorgegebenen Schwellwert (F’_G, F_G) nicht überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung der Ansprechschwelle (n_A) – ein erster Kraftanstieg (F₁), um den die Klemmkraft (F) bis zu der Bestimmung der Änderungsrate (R) oder der Ansprechschwelle (n_A) ansteigt, und/oder – ein letzter Kraftanstieg (F₃), um den die Klemmkraft (F) nach dem Abschalten oder Reversieren der Bewegung des Kraftfahrzeugteils (2) noch ansteigt, berücksichtigt werden.
Einklemmschutzverfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Kraftanstieg (F₁) oder der letzte Kraftanstieg (F₃) anhand einer Kennwerttabelle oder einer Funktion in Abhängigkeit einer für die Stellgeschwindigkeit des Fahrzeugteils (2) charakteristischen Geschwindigkeitsmessgröße (n₀) berechnet werden.
Einklemmschutzverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Kraftanstieg (F₁) oder der letzte Kraftanstieg (F₃) anhand einer Kennwerttabelle oder einer Funktion in Abhängigkeit der Änderungsrate (R) berechnet werden.
Einklemmschutzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als mit der Klemmkraft (F) korrelierte Messgröße die Drehzahl (n) eines Stellmotors (3) der Stellvorrichtung (1) herangezogen wird.
Motorische Stellvorrichtung (1) für ein verstellbares Fahrzeugteil (2), mit einem Stellmotor (3), mit einer Stellmechanik (4), über die der Stellmotor (3) mit dem Fahrzeugteil (2) gekoppelt oder koppelbar ist, um das Fahrzeugteil (2) entlang eines Stellwegs (5) zu bewegen, sowie mit einer elektronischen Steuereinheit (11) zur Ansteuerung des Stellmotors (3), wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, – während eines Stellvorgangs, während dessen das Fahrzeugteil (2) durch den Stellmotor (3) bewegt wird, eine von dem Fahrzeugteil (2) ausgeübte Klemmkraft (F) oder eine damit korrelierte Messgröße (n) zu erfassen, – die Klemmkraft (F) bzw. die damit korrelierten Messgröße (n) mit einem Referenzwert (n_E(x)) zu vergleichen, um eine außergewöhnliche Abweichung der Klemmkraft (F) bzw. der damit korrelierten Messgröße (n) von dem Referenzwert (n_E(x)) zu erfassen, und – bei Erfassung einer außergewöhnlichen Abweichung der Klemmkraft (F) bzw. der damit korrelierten Messgröße (n) von dem Referenzwert (n_E(x)) anhand einer zeitlichen oder örtlichen Änderungsrate (R) der Klemmkraft (F) bzw. der damit korrelierten Messgröße (n) eine Ansprechschwelle (n_A) für das Abschalten oder Reversieren der Bewegung des Fahrzeugteils (2) zu berechnen, so dass die Klemmkraft (F) einen vorgegebenen Schwellwert (F’_G, F_G) nicht überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, für die Berechnung der Ansprechschwelle (n_A) – einen ersten Kraftanstieg (F₁), um den die Klemmkraft (F) bis zu der Bestimmung der Änderungsrate (R) oder der Ansprechschwelle (n_A) ansteigt, und/oder – einen letzten Kraftanstieg (F₃), um den die Klemmkraft (F) nach dem Abschalten oder Reversieren der Bewegung des Kraftfahrzeugteils (2) noch ansteigt, zu berücksichtigen.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, den ersten Kraftanstieg (F₁) oder den letzten Kraftanstieg (F₃) anhand einer Kennwerttabelle oder einer Funktion in Abhängigkeit einer für die Stellgeschwindigkeit des Fahrzeugteils (2) charakteristischen Geschwindigkeitsmessgröße (n) zu berechnen.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, den ersten Kraftanstieg (F₁) oder den letzten Kraftanstieg (F₃) anhand einer Kennwerttabelle oder einer Funktion in Abhängigkeit der Änderungsrate (R) zu berechnen.
Stellvorrichtung (1) nach einem der Anspruch 5 bis 7, wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, als mit der Klemmkraft (F) korrelierte Messgröße die Drehzahl (n) des Stellmotors (3) heranzuziehen.