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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Zielposition einer über wenigstens einen Elektromotor verstellbaren Komponente, wobei die Komponente durch den Elektromotor innerhalb eines Einstellbereichs in verschiedene Positionen verstellbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Schaltungsanordnung und ein Kraftfahrzeug.
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Kraftfahrzeuge umfassen in der Regel mehrere Komponenten, welche benutzerspezifisch in verschiedenen Positionen eingestellt werden können, damit ihre Funktion für den Benutzer in korrekter Weise zur Verfügung steht und/oder damit ihre Bedienbarkeit bzw. Benutzung für den jeweiligen Benutzer komfortabel möglich ist. Eine derartige Einstellung von Komponenten kann zum Beispiel in Abhängigkeit einer Körpergröße des Benutzers vorgenommen werden. In einem Kraftfahrzeug können verschiedenen Benutzern des Kraftfahrzeugs zugeordnete Positionen der Komponenten gespeichert sein, wobei bei Beginn einer Benutzung des Kraftfahrzeugs die dem aktuellen Benutzer zugeordneten Positionen der jeweiligen Komponenten angefahren werden.
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Damit eine gewünschte Zielposition angefahren werden kann, kann es erforderlich sein, festzustellen, in welcher Position sich die Komponente aktuell befindet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass pro möglichem Verstellweg der Komponente ein Potentiometer vorgesehen ist, welches mechanisch mit dem Elektromotor und/oder der Komponente gekoppelt ist, so dass über den Widerstandswert des Potenziometers die aktuelle Position der Komponente bestimmt werden kann.
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Bei einem beispielsweise um zwei Achsen verstellbaren Außenspiegel, bzw. einem um zwei Achsen verstellbaren Außenspiegelglas, kann eine Positionsfeststellung dabei über zwei Potentiometer erfolgen. Die Positionsfeststellung mittels einem oder mehreren Potentiometern kann es erforderlich machen, dass in einem die Einstellung der Komponente vornehmenden Steuergerät jeweils ein Analog/Digital-Kanal vorhanden ist, um den Widerstandswert des Potentiometers zu bestimmen. Zusätzlich können die Potentiometer jeweils eine eigene Spannungsversorgung sowie einen Anschluss an eine Masse benötigen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Einstellen einer Zielposition einer über wenigstens ein Elektromotor verstellbaren Komponente anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Verstellvorgang der Komponente von einer bekannten Startposition in eine einzustellende Zielposition einen oder mehrere Bewegungsschritte, in welchen die Komponente durch Anlegen einer Betriebsspannung an den Elektromotor bewegt wird, umfasst, wobei nach jedem der Bewegungsschritte ein Messschritt folgt, in welchem die Betriebsspannung an dem Elektromotor abgeschaltet wird, wobei während des Messschritts wenigstens ein Messwert, welcher eine durch eine Trägheitsbewegung des Elektromotors und/oder der Komponente erzeugte Gegeninduktionsspannung des Elektromotors beschreibt, erfasst wird, wobei eine Positionsänderung der Komponente nach dem Messschritt in Abhängigkeit des einen oder der mehreren bisher während des Verstellvorgangs erfassten Messwerte ermittelt wird, wobei anschließend ein Vergleich von einer sich aus der Startposition der Komponente zu Beginn des Verstellvorgangs und der Positionsänderung ergebenden Momentanposition mit der Zielposition durchgeführt wird, wobei so viele Bewegungsschritte und Messschritte ausgeführt werden, bis eine Abweichung zwischen der Momentanposition und der Zielposition einen Grenzwert unterschreitet.
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Zum Einstellen einer Zielposition ausgehend von einer bekannten Startposition werden ein oder mehrere Bewegungsschritte durchgeführt, in denen die verstellbare Komponente über den Elektromotor bewegt wird. Bei dieser Bewegung kann es sich je nach Art der zu verstellenden Komponente zum Beispiel um eine translatorische Bewegung, eine rotatorische Bewegung oder eine Kippbewegung der Komponente handeln. Dazu wird jeweils eine Betriebsspannung an den Elektromotor angelegt, so dass eine Bewegung der Komponente durch den Elektromotor erfolgen kann. Die Komponente kann insbesondere über wenigstens ein Kopplungselement mechanisch mit dem Elektromotor gekoppelt sein, so dass die Bewegung des Elektromotors in eine Bewegung der Komponente zwischen verschiedenen Positionen in ihrem Einstellbereich mechanisch umgesetzt werden kann. Nach jedem der Bewegungsschritte folgt ein Messschritt, in welchem die Betriebsspannung an dem Elektromotor abgeschaltet bzw. vom Elektromotor getrennt wird, so dass in dem Messschritt kein Antrieb der Komponente über den Elektromotor erfolgt.
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Aufgrund der dem Messschritt vorangegangenen Bewegung der Komponente über den Elektromotor während des Bewegungsschritts führen der Elektromotor und die mechanisch mit dem Elektromotor gekoppelte Komponente während des Messschritts aufgrund ihrer Masse bzw. ihrer Trägheit zumindest kurzzeitig noch eine Trägheitsbewegung aus, welche den Elektromotor antreibt und diesen im Messschritt somit zumindest kurzzeitig als einen Generator antreibt. Aufgrund dieser Trägheitsbewegung des Elektromotors und/oder der mit dem Elektromotor gekoppelten Komponente und/oder gegebenenfalls vorhandener mechanischer Kopplungselemente wird in dem Elektromotor eine Gegeninduktionsspannung erzeugt.
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Die in dem Messschritt erzeugte Gegeninduktionsspannung des Elektromotors wird durch das Erfassen eines Messwerts, welcher die Gegeninduktionsspannung beschreibt, bestimmt. Die während des Messschritts erzeugte Gegeninduktionsspannung kann als ein Maß einer Positionsänderung der Komponente, also einer Bewegung bzw. einer Positionsänderung der Komponente während des Bewegungsschritts oder während des Bewegungsschritts und während des Messschritts, herangezogen werden. Somit kann nach einem Messschritt die Positionsänderung der Komponente in dem Bewegungsschritt und/oder dem Messschritt bestimmt werden.
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Auf diese Weise kann, ausgehend von der bekannten Startposition, eine Momentanposition der Komponente durch eine Positionsänderung, welche auf Grundlage aller bisher während des Einstellvorgangs durchgeführten Bewegungsschritte bzw. durchgeführten Messschritte bestimmt wird, ermittelt werden. Dabei kann die Positionsänderung in Abhängigkeit des einen oder der mehreren bisher während des Verstellvorgangs erfassten Messwerte ermittelt werden. Die Messwerte können dazu zum Beispiel integriert, aufsummiert oder in anderer Weise miteinander verrechnet werden. Die so bestimmte Momentanposition kann anschließend mit der anzufahrenden Zielposition verglichen werden, wobei so viele Bewegungsschritte und Messschritte ausgeführt werden, bis eine insbesondere betragsmäßige Abweichung zwischen der Momentanposition und der anzufahrenden Zielposition einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
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Das Vorgeben des Grenzwerts dient dazu, einen Bereich zu definieren, in dem die Komponente als in die anzufahrende Zielposition bewegt betrachtet wird. Die Abweichung des Grenzwerts von der anzufahrenden Zielposition, bzw. die Größe eines durch den Grenzwert definierten Intervalls, in dem eine Momentanposition als der Zielposition entsprechend angesehen wird, kann je nach der erforderlichen Genauigkeit für die Einstellung der Komponente größer oder kleiner gewählt werden. Für eine höhere Genauigkeit ist es außerdem möglich, die zeitliche Dauer der Bewegungsschritte und gegebenenfalls auch der Messschritte kleiner zu wählen, so dass die einzelnen durchgeführten Bewegungsschritte zum Verstellen der Komponente eine kleinere räumliche Bewegung der Komponente, bzw. eine kleinere Positionsänderung der Komponente, bewirken und somit ein genaueres Anfahren der Zielposition ermöglichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass eine Ansteuerung der Komponente bzw. das Anfahren von verschiedenen Zielpositionen aufwandsarm und insbesondere ohne weitere zur Positionsfeststellung benötigte Elemente wie Potentiometer erfolgen kann. Neben den zur Positionsfeststellung verwendeten Bauteilen entfällt auch deren Verkabelung und/oder deren Energieversorgung sowie das Erfordernis, das zur Positionsfeststellung verwendete Bauteil oder eine die Position beschreibende Eigenschaft dieses Bauteils durch ein zum Einstellen der Komponente verwendetes Steuergerät auszulesen. Das Anfahren verschiedener Zielpositionen, welche zum Beispiel benutzerspezifisch als sogenannte Memory-Positionen hinterlegt sein können, kann somit vorteilhaft aufwandsarm für viele verschiedene, elektromotorisch verstellbare Komponenten, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, umgesetzt werden. Insbesondere bei einem Kraftfahrzeug kann dabei die Anzahl verschiedener Varianten der Komponenten und/oder ihrer Ansteuerungen reduziert werden, da das Anfahren verschiedener Zielpositionen ohne oder nur mit geringen und vergleichsweise günstigen Änderungen an der Hardware bzw. der Ansteuerschaltung der Komponente und/oder des Elektromotors möglich wird. Auf diese Weise wird es vorteilhaft ermöglicht, aufwandsarm das Anfahren von verschiedenen Zielpositionen durch die Komponente zu ermöglichen.
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Da durch die Messung der ein Maß für die Bewegung des Elektromotors und/oder der Komponente darstellende Gegeninduktionsspannung eine relative Positionsänderung erfasst wird, erfolgt das Anfahren der Zielposition ausgehend von einer bekannten Startposition. Diese kann dabei zum Beispiel der letzten angefahrenen Zielposition und/oder der letzten Momentanposition, welche den vorgegebenen Grenzwert unterschritten hat, entsprechen. Die angefahrene Zielposition und/oder die letzte Momentanposition, welche den vorgegebenen Grenzwert unterschritten hat, können also entsprechend auch für einen nachfolgenden Verstellvorgang als die bekannte Startposition verwendet werden.
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Um eine genaues Einstellen der Position der Komponente zu ermöglichen, können sowohl die Bewegungsschritte als auch die Messschritte jeweils mit einer kurzen zeitlichen Dauer ausgeführt werden. Insbesondere kann die zeitliche Dauer der Messschritte geringer sein als eine zeitliche Dauer der Bewegungsschritte, so dass der Einstellvorgang insgesamt im Wesentlichen durch die Zeitdauer der Bewegungsschritte bestimmt wird.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Komponente in dem Bewegungsschritt für eine Dauer zwischen 5 ms und 200 ms, insbesondere zwischen 20 ms und 50 ms, bewegt wird und/oder dass in dem Messschritt ein Erfassen des die Gegeninduktionsspannung beschreibenden Messwerts innerhalb einer Zeitspanne mit einer Dauer zwischen 100 µs und 1000 µs, insbesondere zwischen 500 µs und 750 µs, erfolgt. Es ist z. B. möglich, dass die Komponente in dem Bewegungsschritt für 40 ms bewegt wird, woraufhin für eine Dauer von 600 µs ein Messschritt ausgeführt wird, in dem die Betriebsspannung am Elektromotor abgeschaltet wird. Dabei ist die Dauer des Messschritts erheblich kleiner als die Dauer des Bewegungsschritts, so dass die zusätzliche zeitliche Dauer bei dem Einstellen der Zielposition aufgrund der Messschritte zumindest nicht wesentlich ins Gewicht fällt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Komponente vor dem Verstellvorgang und/oder bei Einnehmen eines Bereitschaftsbetriebszustands in eine definierte Startposition bewegt wird. Diese definierte Startposition stellt dann die bekannte Startposition für einen nachfolgenden Verstellvorgang dar. Der Bereitschaftsbetriebszustand der Komponente kann beispielsweise bei Inbetriebnahme einer die Komponente umfassenden Vorrichtung erfolgen. Beispielsweise kann bei einem Kraftfahrzeug, welches die einstellbare Komponente umfasst, der Bereitschaftsbetriebszustand bei einem Öffnen einer Kraftfahrzeugverriegelung beim Starten eines Motors oder eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs eingenommen werden. Es ist auch möglich, dass der Bereitschaftsbetriebszustand über eine Bedienhandlung an einer Benutzerschnittstelle des Kraftfahrzeugs ausgelöst werden kann.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die definierte Startposition durch einen Normierungsvorgang ermittelt wird, wobei in dem Normierungsvorgang die Komponente zu wenigstens einem Ende des Einstellbereichs und/oder über den gesamten Einstellbereich durch den Elektromotor bewegt wird, wobei anschließend die Komponente in eine definierte Startposition verstellt wird. Beispielsweise kann eine entlang von zwei Achsen verstellbare Komponente, beispielsweise ein Außenspiegel, entlang der einzelnen Verstellwege, welche im Beispiel des Außenspiegels von links nach rechts sowie von oben nach unten bzw. von hoch nach tief verlaufen, bewegt werden, wobei durch das Anfahren jeweils wenigstens eines der Enden der jeweiligen Verstellwege ein Einstellen der Komponente in eine definierte Startposition, beispielsweise einer der Mitte der jeweiligen Verstellwege entsprechenden Mittenposition, ermöglicht wird.
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Das Anfahren eines Endes des Verstellwegs kann zum Beispiel über einen Sensor und/oder durch Messung einer dem Elektromotor zugeordneten Messgröße, beispielsweise eines Motorstroms, erfolgen. Anschließend kann eine Bewegung der Komponente ausgehend von dem Ende des Verstellwegs zu der definierten Startposition erfolgen. Um eine genauere Positionierung der Komponente in der Startposition zu ermöglichen, kann in dem Normierungsvorgang auch eine Bewegung der Komponente über den gesamten Einstellbereich der Komponente, also zu allen Enden der Verstellwege, erfolgen.
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Ausgehend von der definierten Startposition kann anschließend ein Anfahren einer anzufahrenden Zielposition erfolgen. Das Anfahren der Zielposition kann beispielsweise erfolgen, wenn ermittelt wurde, welcher Benutzer das Kraftfahrzeug aktuell benutzt, und/oder wenn ermittelt wurde, ob eine dem Benutzer zugeordnete, anzufahrende Zielposition in dem Kraftfahrzeug hinterlegt ist. Eine derartige Zielposition wird auch als Memory-Position bezeichnet.
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Sowohl das Ansteuern des Elektromotors als auch das Durchführen des Normierungsvorgangs und/oder das Bestimmen einer einen Benutzer identifizierenden, personenbezogenen Information kann durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeuges erfolgen. Bei dem Steuergerät kann es sich zum Beispiel um ein Türsteuergerät handeln, welches zum Beispiel auch zu einem Betrieb einer Schließanlage des Kraftfahrzeugs eingerichtet sein kann. In diesem Steuergerät und/oder in einem mit diesem Steuergerät verbundenen weiteren Steuergerät können auch einzelnen Benutzern zugeordnete Zielpositionen hinterlegt sein. Eine Ermittlung, welcher Benutzer das Kraftfahrzeug gerade verwendet, kann dabei beispielsweise durch Erkennen eines einem bestimmten Benutzer zugeordneten Schlüssels und/oder durch eine Bedieneingabe auf einer Benutzerschnittstelle des Kraftfahrzeugs erfolgen.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass ein in den Brückenzweig einer vier Schaltelemente umfassenden Vollbrücke geschalteter Elektromotor verwendet wird, wobei in dem wenigstens einen Bewegungsschritt über die Vollbrücke an den Elektromotor die Betriebsspannung angelegt wird und der Elektromotor in dem Messschritt über die Vollbrücke, insbesondere durch Einstellen eines hochohmigen oder geöffneten Zustands der Schaltelemente, von der Betriebsspannung getrennt wird. Die vier Schaltelemente der Vollbrücke bilden zwei Halbbrücken, welche jeweils ein Schaltelement als einen Highside-Schalter und ein Schaltelement als einen Lowside-Schalter aufweisen. Dabei sind die Halbbrücken insbesondere parallel geschaltet, wobei der Elektromotor zwischen die beiden Brückenpunkte der Halbbrücken, also in den Brückenzweig der Vollbrücke, geschaltet sein kann. Die Schaltelemente können jeweils insbesondere eine parallel zu dem Schaltelement geschaltete Diode aufweisen.
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Auf diese Weise kann der Elektromotor durch die Vollbrücke bestromt bzw. mit der Betriebsspannung beaufschlagt werden. Der Elektromotor kann dabei insbesondere ein Gleichstrommotor sein, welcher durch die Vollbrücke in zwei verschiedenen Drehrichtungen angesteuert werden kann. Das Anlegen der Betriebsspannung bzw. das Antreiben des Elektromotors in dem Bewegungsschritt kann je nach der Bewegungsrichtung des Elektromotors zum Beispiel durch ein Leitfähigschalten des Highside-Schalters einer der Halbbrücken sowie des Lowside-Schalters der jeweils anderen Halbbrücke erfolgen.
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Das Abschalten der Betriebsspannung in dem Messschritt kann ebenfalls über die Vollbrücke erfolgen, indem die Schaltelemente der Vollbrücke geöffnet werden und/oder indem die Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand, auch als Tri-State bezeichnet, geschaltet werden. Auf diese Weise wird der Elektromotor von der Betriebsspannung getrennt, so dass der Elektromotor nicht bestromt wird bzw. kein Motorbetrieb des Elektromotors mehr erfolgt.
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Zur Messung der Gegeninduktionsspannung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Gegeninduktionsspannung in dem Messschritt über einen Spannungsabfall an einem der Schaltelemente und/oder über einen Spannungsabfall an einem parallel zu einem der Schaltelemente geschalteten Spannungsteiler gemessen wird. Ein Spannungsabfall über dem Schaltelement kann zum Beispiel direkt oder über ein parallel zu dem Schaltelement geschalteten Widerstand gemessen werden. Damit auch bei Betriebsspannungen des Elektromotors, welche die Eingangsspannung eines zur Ausführung des Verfahrens ausgebildeten Steuergerätes überschreiten, eine einfache Messung der Gegeninduktionsspannung möglich ist, kann beispielsweise zu einem oder zu beiden der Lowside-Schaltern der Vollbrücke jeweils ein Spannungsteiler parallel geschaltet werden, wobei der Spannungsabfall über einen der Widerstände des Spannungsteilers zur Messung der Gegeninduktionsspannung des Elektromotors herangezogen wird. Dieser Spannungsabfall kann dabei der Gegeninduktionsspannung des Elektromotors entsprechen oder von der Gegeninduktionsspannung des Elektromotors abhängen, so dass durch die Messung des Spannungsabfalls ein die Gegeninduktionsspannung des Elektromotors beschreibender Messwert ermittelt werden kann.
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Durch entsprechende Wahl der Widerstände des Spannungsteilers kann erreicht werden, dass für Betriebsspannungen, welche die zulässige Eingangsspannung eines zur Durchführung des Verfahrens ausgebildeten Steuergeräts überschreiten, eine Herabsetzung der Gegeninduktionsspannung bzw. die Messung einer geringeren Spannung vorgenommen werden kann. Insbesondere ist parallel zu beiden Lowside-Schaltern der Vollbrücke jeweils ein Spannungsteiler geschaltet, so dass für beide Bewegungsrichtungen des Elektromotors jeweils eine Messung der Gegeninduktionsspannung bzw. eines Spannungsabfalls über einen Widerstand der Spannungsteiler möglich ist. Abhängig von der Drehrichtung des Elektromotors erfolgt die Messung der Gegeninduktionsspannung dann über den einen Spannungsteiler oder über den anderen Spannungsteiler.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine Komponente verwendet wird, welche über mehrere Elektromotoren jeweils innerhalb eines Einstellbereichs verstellbar ist, wobei für jeden der Elektromotoren jeweils eine Positionsinformation ermittelt wird. Dabei kann beispielsweise jeder der Elektromotoren mit einer Vollbrücke verbunden sein, so dass für jeden der Elektromotoren, wie vorangehend beschrieben wurde, eine Ermittlung der Gegeninduktionsspannung möglich ist. Das Anfahren einer Zielposition auf den unterschiedlichen Verstellwegen kann dabei gleichzeitig, nacheinander oder mit zeitversetzten und zum Beispiel für die einzelnen Verstellwege jeweils nacheinander durchgeführten Bewegungsschritten und/oder Messschritten erfolgen.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass als Komponente eine benutzerspezifisch einstellbare Kraftfahrzeugkomponente, insbesondere ein Seitenspiegel, ein Rückspiegel, eine Sitzkomponente eines Kraftfahrzeugsitzes oder ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, verwendet wird. Grundsätzlich kann mittels des Verfahrens jede Komponente, welche über wenigstens einen Elektromotor innerhalb eines Einstellbereichs in verschiedene Positionen verstellbar ist, von einer bekannten Startposition in eine definierte Zielposition bewegt werden. Insbesondere kann als Komponente ein Außenspiegel des Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Auch eine Einstellung eines Rückspiegels oder eines Lenkrads ist möglich. Ferner können auch eine oder mehrere Sitzkomponenten eines Kraftfahrzeugsitzes, beispielsweise eine Sitzfläche, eine Armlehne, eine Rückenlehne oder eine Kopfstütze, als Komponente verwendet werden.
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Für eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass sie wenigstens einen Elektromotor, eine durch den Elektromotor verstellbare Komponente und ein Steuergerät umfasst, wobei die Komponente durch den Elektromotor innerhalb eines Einstellbereichs in verschiedene Positionen verstellbar ist, wobei durch das Steuergerät der Elektromotor zum Verstellen der Komponente ansteuerbar ist, wobei durch das Steuergerät eine Betriebsspannung an den Elektromotor anlegbar und abschaltbar ist, wobei das Steuergerät zur Messung einer Gegeninduktionsspannung des Elektromotors und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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Die verstellbare Komponente ist mit dem Elektromotor direkt oder insbesondere über wenigstens eine mechanische Komponente verbunden, so dass durch eine Bewegung des Elektromotors die Komponente bewegt bzw. verstellt werden kann. In dem Steuergerät kann insbesondere die bekannte Startposition hinterlegt sein und/oder es können, beispielsweise bei benutzerspezifisch einstellbaren Komponenten, verschiedenen Benutzern zugeordnete Zielpositionen hinterlegt sein. Es ist auch möglich, dass das Steuergerät eine anzufahrende Zielposition über eine Eingabe in eine mit dem Steuergerät verbundene Benutzerschnittstelle erfasst und/oder eine anzufahrende Zielposition von einem weiteren Steuergerät, welches mit dem Steuergerät verbunden ist, übermittelt bekommt.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung eine vier Schaltelemente umfassende Vollbrücke umfasst, wobei der Elektromotor in den Brückenzweig der Vollbrücke geschaltet ist, wobei das Steuergerät mit den Schaltelementen verbunden ist, wobei in dem wenigstens einen Bewegungsschritt über die Vollbrücke an den Elektromotor die Betriebsspannung anlegbar ist und in dem Messschritt über die Vollbrücke, insbesondere durch Einstellen eines hochohmigen oder geöffneten Zustands der Schaltelemente, die Betriebsspannung an dem Elektromotor abschaltbar ist.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät zur Messung der Gegeninduktionsspannung mit wenigstens einen der Schaltelemente und/oder mit wenigstens einem parallel zu einem der Schaltelemente geschalteten Spannungsteiler der Schaltungsanordnung verbunden ist. Auf diese Weise kann ein Spannungsabfall über dem Schaltelement oder über einem parallel zu dem Schaltelement geschalteten Widerstand, bzw. einem Widerstand eines parallel zu dem Schaltelement geschalteten Spannungsteilers, eine der Gegeninduktionsspannung des Elektromotors entsprechende Spannung bzw. eine zumindest teilweise von der Gegeninduktionsspannung des Elektromotors abhängige Spannung gemessen werden.
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Einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung mehrere Elektromotoren umfasst, wobei die Komponente über die mehreren Elektromotoren jeweils innerhalb eines Einstellbereichs verstellbar ist, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, an jedem der Elektromotoren eine Betriebsspannung anzulegen und abzuschalten sowie für jeden der Elektromotoren jeweils eine Positionsinformation bzw. eine Momentanposition, wie vorangehend beschrieben wurde, zu ermitteln.
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Die Elektromotoren können dabei jeweils, wie vorangehend beschrieben wurde, jeweils in den Brückenzweig einer dem jeweiligen Elektromotor zugeordneten Vollbrücke geschaltet sein, wobei die jeweiligen Schaltelemente der Vollbrücken von dem Steuergerät angesteuert werden können, so dass die Elektromotoren jeweils unabhängig voneinander bewegt werden können. Weiterhin kann das Steuergerät jeweils mit wenigstens einem der Schaltelemente, beispielsweise einem Lowside-Schalter der jeweiligen Halbbrücken der Vollbrücken, verbunden sein, so dass durch das Steuergerät eine Messung der Gegeninduktionsspannung bzw. eines die Gegeninduktionsspannung beschreibenden Werts für jeden der zur Einstellung der Komponente dienenden Elektromotoren erfolgen kann. Die Messung des die Gegeninduktionsspannung beschreibenden Werts kann, wie vorangehend beschrieben wurde, über einen Widerstand oder einen Spannungsteiler, welcher parallel zu jeweils wenigstens einem Schaltelement, insbesondere dem Lowside-Schalter, der jeweiligen Halbbrücken geschaltet ist, erfolgen.
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Sämtliche vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend für die elektrische Schaltungsanordnung und umgekehrt.
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Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung umfasst.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Komponente eine verstellbare Kraftfahrzeugkomponente, insbesondere eine benutzerspezifisch einstellbare Kraftfahrzeugkomponente, ist.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Komponente ein Außenspiegel, ein Rückspiegel, eine Sitzkomponente eines Kraftfahrzeugsitzes oder ein Lenkrad ist.
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Sämtlich vorangehend in Bezug zum erfindungsgemäßen Verfahren bzw. zur erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Weitere Details und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung und
- 3 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Komponente 2, welche über zwei Elektromotoren 3, 4 verstellbar ist. Die Komponente 2 kann dabei jeweils über den Elektromotor 3 bzw. den Elektromotor 4 innerhalb eines Einstellbereichs in verschiedene Positionen verstellt werden. Die Komponente 2 kann beispielsweise ein Außenspiegel bzw. ein Außenspiegelglas des Kraftfahrzeugs 1 sein, welcher bzw. welches über den Elektromotor 3 horizontal und über den Elektromotor 4 vertikal verstellt werden kann. Der Außenspiegel bzw. das Außenspiegelglas kann dabei insbesondere durch den Elektromotor 3 um eine horizontale Drehachse und durch den Elektromotor 4 um eine vertikale Drehachse verkippt werden, wobei der Außenspiegel bzw. das Außenspiegelglas auf einem horizontalen Verstellweg und einem vertikalen Verstellweg jeweils in verschiedene Positionen bewegbar ist. Auf diese Weise kann der Außenspiegel in einer benutzerspezifische Zielposition verstellt werden.
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Das Kraftfahrzeug 1 umfasst weiterhin ein Steuergerät 5, welches zum Betrieb der Elektromotoren 3, 4 ausgebildet ist. Bei dem Steuergerät 5 kann es sich zum Beispiel um ein Türsteuergerät des Kraftfahrzeugs 1 handeln, über welches zum Beispiel auch eine Steuerung einer Schließanlage des Kraftfahrzeugs 1 erfolgt. Das Einstellen der Komponente 2 kann beispielsweise erfolgen, um in dem Steuergerät 5 hinterlegte Zielpositionen, welche jeweils unterschiedlichen Benutzern des Kraftfahrzeugs 1 zugeordnet sind, anzufahren, wenn die jeweiligen Benutzer das Kraftfahrzeug 1 verwenden. Eine Identifikation der Benutzer ist dabei beispielsweise über verschiedene, den jeweils einem der Benutzer des Kraftfahrzeugs 1 zugeordnete Fahrzeugschlüssel möglich. Dazu kann beispielsweise das Steuergerät 5 mit einer einen jeweiligen Schlüssel erkennenden Schließvorrichtung der Schließanlage des Kraftfahrzeugs 1 verbunden sein.
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Das Anfahren einer Zielposition der Komponente ist auch möglich, wenn die entsprechende Zielposition oder eine den aktuellen Benutzer identifizierende, personenbezogene Information über eine Benutzerschnittstelle (hier nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 1 eingegeben wird, wobei die Benutzerschnittstelle mit dem Steuergerät 5 verbunden ist und eine die gewünschte Zielposition beschreibende Information und/oder die personenbezogene Information an das Steuergerät 5 übermittelt.
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Das Steuergerät 5 kann zum Betreiben der Elektromotoren jeweils eine Betriebsspannung an den Elektromotor 3 bzw. den Elektromotor 4 anlegen, um eine Bewegung des Elektromotors 3 bzw. 4 und somit der Komponente 2 vorzunehmen. Dazu kann das Steuergerät 5 mit den Elektromotoren 3, 4 jeweils in einer elektrischen Schaltungsanordnung 6 verschaltet sein.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltungsanordnung 6 dargestellt. Die elektrische Schaltungsanordnung 6 ermöglicht einen Betrieb des Elektromotors 3 durch das Steuergerät 5. Ein Ansteuern des Elektromotors 4 erfolgt analog zum Elektromotor 3 über vergleichbare Elemente der Schaltungsanordnung 6, wobei diese und der Elektromotor 4 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt sind.
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Die elektrische Schaltungsanordnung 6 umfasst vier Schaltelemente T1 bis T4, welche als Transistoren, beispielsweise als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder als Bipolartransistoren ausgeführt sind. Parallel zu jedem der Schaltelemente T1 bis T4 ist eine Diode D1 bis D4 geschaltet. Die Schaltelemente T1 bis T4 bilden eine Vollbrücke 7, in deren Brückenzweig 13 der Elektromotor 3 geschaltet ist. Dabei bilden die Schaltelemente T1 und T2 eine erste Halbbrücke und die Schaltelemente T3 und T4 eine zweite Halbbrücke, wobei der Elektromotor 3 jeweils zwischen den Brückenpunkten der beiden Halbbrücken geschaltet ist. Als Ersatzschaltbild des Elektromotors 3 ist in 2 eine Reihenschaltung aus einer Spannungsquelle 14, einem Widerstand RA des Elektromotors 3 und einer Induktivität LA des Elektromotors 3 dargestellt.
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Ein Betrieb des Elektromotors 3 über die Vollbrücke 7 erfolgt mittels einer Spannungsquelle 8, welche mit der Vollbrücke 7 verbunden ist. Der Elektromotor 3 ist als ein Gleichstrommotor ausgeführt, so dass durch ein Schließen der Schaltelemente T1 und T4 oder T2 und T3 der Elektromotor 3 in zwei verschiedenen Drehrichtungen betreibbar ist, so dass die Komponente 2 innerhalb des Einstellbereichs eingestellt werden kann. Die Spannungsquelle 8 kann zum Beispiel als eine Batterie des Kraftfahrzeugs 1 oder als eine mit einer Batterie des Kraftfahrzeugs 1 verbundene Schaltung, beispielsweise ein Spannungswandler oder Ähnliches, ausgeführt sein.
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Die Schaltungsanordnung 6 umfasst weiterhin einen ersten Spannungsteiler 9, welcher parallel zu dem Schaltelement T2 geschaltet ist. Ein zweiter Spannungsteiler 10 ist entsprechend parallel zu dem Schaltelement T4 geschaltet. Die Schaltelemente T2 und T4 stellen jeweils den Lowside-Schalter der aus den Schaltelementen T1 und T2 gebildeten Halbbrücken bzw. der Vollbrücke 7 dar. Der Spannungsteiler 9 umfasst die Widerstände R1 und R2, wobei der über den Widerstand R2 abfallende Anteil Uadc1 der über dem Schaltelement T2 abfallenden Spannung UH1 mit einem ersten Anschluss 11 des Steuergeräts 5 verbunden ist. Entsprechend umfasst der zweite Spannungsteiler 10 die Widerstände R3 und R4, wobei der Anteil Uadc2 der über das zweite Schaltelemente T4 abfallenden Spannung UH2 mit einem zweiten Anschluss 12 des Steuergeräts verbunden ist. Zwischen den Eingängen 11 und 12 des Steuergeräts 5 ist weiterhin jeweils eine Kapazität C1 bzw. C2, insbesondere zum Filtern von Wechselstromanteilen, geschaltet.
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Das Steuergerät 5 ist weiterhin mit den Ansteueranschlüssen 15 der Steuerelemente T1 bis T4 verbunden, wobei die jeweiligen Verbindungen zwischen dem Steuergerät 5 und den Ansteueranschlüssen 15 der Schaltelemente T1 bis T4 der Übersichtlichkeit halber in 2 nicht dargestellt sind. Das Steuergerät 5 kann durch das Schalten der Schaltelemente T1 bis T4 den Elektromotor 3 mit einer Betriebsspannung UB, welche vorliegend der Spannung der Spannungsquelle 8 entspricht, beaufschlagen.
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3 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Einstellung einer Zielposition der Komponente 2, welche über den Elektromotor 3 verstellt wird. Das Verfahren kann insbesondere von dem Steuergerät 5 durchgeführt werden.
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Das Verfahren startet in Schritt S1, wobei sich die Komponente 2 in einer bekannten Startposition befindet. Während des Einstellvorgangs soll die Komponente 2 ausgehend von der bekannten Startposition in eine vom Steuergerät 5 ermittelte oder dem Steuergerät 5 von einer weiteren Einrichtung des Kraftfahrzeugs 1 mitgeteilte, einzustellende Zielposition bewegt werden.
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Dazu erfolgt in Schritt S2 ein Bewegen der Komponente 2 über den Elektromotor 3, wobei der Elektromotor 3 durch ein Ansteuern der Vollbrücke 7 bzw. der Schaltelemente T1 bis T4 durch das Steuergerät 5 mit der Betriebsspannung UB beaufschlagt wird. In dem Bewegungsschritt S2 folgt für eine bestimmte Zeitdauer ein Bewegen der Komponente 2 über den Elektromotor 3.
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Anschließend an den Bewegungsschritt S2 wird in einem Messschritt S3 die Betriebsspannung UB von dem Elektromotor abgeschaltet. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass die Schaltelemente T1 bis T4 jeweils geöffnet oder in einen hochohmigen Zustand (Tri-State) geschaltet werden, so dass die Betriebsspannung UB nicht mehr über dem Elektromotor 3 abfällt.
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Aufgrund der im vorangegangenen Bewegungsschritt S2 erfolgten Bewegung der Komponente 2 und des Elektromotors 3 bewegen sich die Komponente 2 und der mit der Komponente 2 mechanisch gekoppelte Elektromotor 3 in dem Messschritt aufgrund ihrer in Bewegung versetzten Masse zumindest kurzzeitig in einer Trägheitsbewegung weiter, so dass der Elektromotor 3 als Generator betrieben wird und eine Gegeninduktionsspannung erzeugt. Diese Gegeninduktionsspannung ist als Spannung UQ der Spannungsquelle 14 des Ersatzschaltbilds des Elektromotors 3 dargestellt. Der Messschritt S3 und/oder die Ermittlung des die Gegeninduktionsspannung des Elektromotors 3 beschreibenden Messwerts weist dabei eine Zeitdauer auf, welche insbesondere um wenigstens eine Größenordnung geringer als die Zeitdauer des Bewegungsschritts ist.
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In dem Messschritt S3 misst das Steuergerät 5 wenigstens einen die Gegeninduktionsspannung des Elektromotors 3 beschreibenden Messwert. Dies ist je nach Drehrichtung des Elektromotors die Spannung Uadc1 bzw. Uadc2. Die Spannungsteiler 9 und 10 bewirken dabei, dass die von dem Elektromotor 3 erzeugte Gegeninduktionsspannung bzw. die je nach Zustand der Schaltlelemente T1 bis T4 über den Schaltelementen t2 bzw. T4 abfallende Spannung UH1 bzw. UH2 auf ein Spannungsniveau herabgesetzt wird, welches den Anschlüssen 11, 12 des Steuergeräts 5 entspricht. Falls die vom Elektromotor 3 erzeugte Spannung, bzw. die über dem Schaltelement T2 abfallende Spannung UH1 oder die über dem Schaltelement T4 abfallende Spannung UH2, derart gering sind, dass sie direkt an die Anschlüsse 10, 11 des Steuergeräts 5 gelegt werden können, können die Spannungsteiler 9 und 10 entfallen und das Steuergerät 5 kann direkt mit den Schaltelementen T2 und T4 oder mit einem parallel zu den Schaltelementen T2 bzw. T4 geschalteten Widerstand verbunden werden.
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Aus dem Messwert, welcher die von dem Elektromotor 3 erzeugte Gegeninduktionsspannung beschreibt, ermittelt das Steuergerät 5 eine Positionsänderung der Komponente 2 und bestimmt aus der Startposition der Komponente 2 sowie der Positionsänderung eine Momentanposition der Komponente 2. Diese Momentanposition gibt die Position der Komponente nach dem Bewegungsschritt S2 bzw. nach dem Messschritt S3 an.
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Wenn eine Abweichung zwischen der Momentanposition und der anzufahrenden Zielposition einen in dem Steuergerät 5 hinterlegten Grenzwert unterschreitet wird in Schritt S4 das Verfahren beendet. Wenn die Abweichung zwischen der Momentanposition und der Zielposition oberhalb des Grenzwerts liegt, wird erneut ein Bewegungsschritt S2 gefolgt von einem Messschritt S3 durchgeführt. Dabei kann im Messschritt S3 die Momentanposition unter Berücksichtigung aller bisher ermittelten, die Gegeninduktionsspannung beschreibenden Messwerte erfolgen. Dazu können die die Gegeninduktionsspannung beschreibenden Messwerte beispielsweise addiert und/oder integriert werden, so dass nach jedem Messschritt S3 als Momentanposition die aktuelle Position der Komponente 2 nach allen bisher während des Verstellvorgangs durchgeführten Bewegungsschritten und Messschritten ermittelt wird und ein Vergleich der jeweiligen Momentanposition mit der Zielposition bzw. der Abweichung zwischen der Momentanposition und der Zielposition mit dem Grenzwert möglich ist.
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Die Bewegungsschritte weisen dabei eine zeitliche Dauer zwischen 5 ms und 200 ms, insbesondere zwischen 20 ms und 50 ms auf. Das Erfassen der Gegeninduktionsspannung in dem Messschritt erfolgt innerhalb einer Zeitspanne mit einer Dauer zwischen 100 µs und 1.000 µs, insbesondere zwischen 500 µs und 750 µs. Beispielsweise kann in den Bewegungsschritten S2 der Elektromotor 3 bzw. die Komponente 2 jeweils für eine Dauer von 40 µs bewegt werden, woraufhin in einem Messschritt S3 innerhalb einer Zeitdauer von 600 µs ein Ermitteln des wenigstens einen die Gegeninduktionsspannung des Elektromotors 3 beschreibenden Messwerts erfolgt.
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Die bekannte Startposition, von der aus in Schritt S1 das Verfahren begonnen wird, kann durch einen Normierungsvorgang ermittelt werden, in dem die Komponente über den gesamten Einstellbereich durch den Elektromotor 3 bewegt wird, wonach anschließend die Komponente 2 in eine definierte Startposition bewegt wird. Diese kann sich beispielsweise bezogen auf den durch den Elektromotor 3 einstellbaren Einstellbereich in der Mitte des Einstellbereichs befinden. Der Normierungsvorgang kann beispielsweise vor dem Verstellvorgang und/oder bei Einnehmen eines Betriebsbereitschaftszustands der Komponente 2 durchgeführt werden. Ein solcher Betriebsbereitschaftszustand kann beispielsweise bei einem Starten des Kraftfahrzeugs 1, bei einem Öffnen einer Vorrichtungseinrichtung des Kraftfahrzeugs 1 oder vor einem Fahrtbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 eingenommen werden.
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Ein Einstellen der Position der Komponente über den weiteren Elektromotor 4 kann in einem entsprechenden Verfahren analog zum Elektromotor 3 erfolgen. Dabei können die jeweiligen Bewegungsschritte und die Messschritte der Elektromotoren 3, 4 nacheinander, zeitlich versetzt oder gleichzeitig ausgeführt werden. Aufgrund der vergleichsweise geringen Dauer der Messschritte verglichen mit den Bewegungsschritten wird durch die Positionsbestimmung in den Messschritten der Einstellvorgang der Komponente 2 nicht wesentlich verzögert.
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Die Komponente 2 kann neben der Ausführung als Außenspiegel des Kraftfahrzeugs 1 auch als ein Rückspiegel, ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs 1 oder eine Sitzkomponente eines Kraftfahrzeugsitzes, beispielsweise eine Sitzfläche, eine Armlehne, eine Rückenlehne oder eine Kopfstütze, ausgebildet sein, welche entsprechend benutzerspezifisch eingestellt werden können. Je nach Art der Komponente bzw. je nach Anzahl der möglichen Verstellwege der Komponente 2 kann eine Einstellung auch über mehr als zwei Elektromotoren 3 erfolgen.
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Die Einstellgenauigkeit der jeweiligen Komponente 2 kann durch die Dauer der Bewegungsschritte vorgegeben werden, wobei kürzere Bewegungsschritte und somit kürze Bewegungen während der Bewegungsschritte sowie das häufigere Durchführen eines Messschritts ein präziseres Einstellen der Komponente 2, das heißt geringere Grenzwerte zwischen Momentanposition und anzufahrende Zielposition, ermöglichen als längere Bewegungsschritte.
