DE102021213346A1

DE102021213346A1 - Verfahren zum Bestimmen der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante eines Elektromotors und Fahrzeug mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Fahrzeugfenster

Info

Publication number: DE102021213346A1
Application number: DE102021213346.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Gruber; Josef Gaag; Andreas Hanauska
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2023-06-01
Also published as: WO2023093947A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) eines zum Betätigen eines Fahrzeugfensters (2) dienenden Elektromotors (3) in einem Fahrzeug (1) beschreiben, bei dem die Federkonstante (D) eines im Verfahrweg des Fahrzeugfensters (2) angeordneten Federelements (5) bestimmt wird, wobei der Elektromotor (3) betrieben wird, so dass eine Kraft auf das Federelement (5) ausgeübt wird, und der im Elektromotor fließende Strom (ΔI) sowie die aufgrund der Motorkraft erfolgende Auslenkung (Δs) des Federelements (5) ermittelt wird, wobei durch eine Steuereinheit über die Formelf=D⋅ΔsΔIdie Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f ermittelt wird.

Description

In heutigen Fahrzeugen werden Fenster zumeist elektromotorisch betätigt. Unter Fensterbetätigung soll dabei im Wesentlichen die Betätigung der Fensterscheibe verstanden werden. Dabei gibt ein Steuergerät auf der Basis von Algorithmen Steuersignale für den Elektromotor vor, die die gewünschte Bewegung bewirken. Es gibt dabei mehrere als Algorithmus realisierte Funktionen, die in dem Steuergerät beherbergt sind und einen Wert für die Kraft benötigen, die während der Bewegung eines Fensters auf dieses wirkt. Damit kann beispielsweise die Kraft bei der Bewegung des Fensters in den Randgummi kurz vor dem Stillstand begrenzt werden oder eine Person ruckelfrei vor Verletzungen schützen.
Üblicherweise ist kein dedizierter Kraftsensor verfügbar. Aber das Verhältnis zwischen Strom und Kraft ist für jeden Motor konstant. Da der Motorstrom zumeist gemessen oder vorgegeben wird und damit zur Verfügung steht, kann die Kraft über einen Reskalierungsfaktor, eine Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante, berechnet werden.
Das Problem ist hierbei, dass die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante bei einer Reihe eigentlich gleicher Motoren eines Motortyps unterschiedlich ist, was zu einem variierenden Kraftwert führt, selbst wenn das Motorstromsignal gut ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zum Bestimmen der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante eines Elektromotors und ein Fahrzeug mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Fahrzeugfenster anzugeben, das einfach und kostengünstig zu realisieren ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Fahrzeug gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demnach wird bei einem Verfahren zum Bestimmen der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f eines zum Betätigen eines Fahrzeugfensters dienenden Elektromotors, die Federkonstante D eines im Verfahrweg des Fahrzeugfensters angeordneten Federelements bestimmt, wobei der Elektromotor betrieben wird, so dass eine Kraft auf das Federelement ausgeübt wird, und der im Elektromotor fließende Strom ΔI sowie die aufgrund der Motorkraft erfolgende Auslenkung Δs des Federelements ermittelt wird, wobei durch eine Steuereinheit über die Formel $f = \frac{D \cdot Δ s}{Δ I}$
die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f ermittelt wird.
Es kann also - vorzugsweise im Herstellungsprozess des Systems - mittels einer Feder, deren Federkonstante bekannt ist, indem sie beispielsweise vorher gemessen wird, über das bekannte Verhältnis der ausgeübten Kraft auf die Feder und der dadurch erfolgen Auslenkung, deren Auslenkung gemessen und daraus die Kraft berechnet. Die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante ergibt sich dann gemäß der bekannten Formel und kann in Folge für die Betätigung des Elektromotors verwendet werden, um eine präzise Fensterbewegung zu erhalten.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens und des Fahrzeugs ist das Federelement eine dedizierte Feder, die im Verfahrweg des Fahrzeugfensters platziert wird. Hierdurch kann die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante besonders präzise bestimmt werden.
Alternativ und einfacher kann das Federelement eine Gummidichtung am Ende des Fensterverfahrweges sein. Diese ist ohnehin vorhanden und es kann deren Federrate und deren Auslenkung bestimmt werden.
Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn die Umgebungsbedingungen bei der Bestimmung der Federkonstanten D der Gummidichtung berücksichtigt werden. Dies kann durch entsprechende Sensoren erfolgen.
In vorteilhafte Weis erfolgt die Ermittlung der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f mittels eines die Fahrzeugfensterbewegung steuernden Steuergeräts, dem der Strom ΔI und die Federauslenkung Δs zugeführt werden.
Dieses Steuergerät ist ohnehin vorhanden und es kann auf einfache Weise diese Zusatzaufgabe übernehmen.
Die Aufgabe wird auch durch ein Fahrzeug mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Fahrzeugfenster, wobei der Elektromotor von einem Steuergerät angesteuert wird, gelöst, wobei im Verfahrweg des Fahrzeugfensters ein Federelement mit einer Federkonstanten D angeordnet ist, wobei der Elektromotor und das Federelement signaltechnisch mit dem Steuergerät verbunden sind, so dass der Strom ΔI durch den Elektromotor und die Federauslenkung Δs bei einem Betrieb des Elektromotors dem Steuergerät zugeführt werden und wobei das Steuergerät ausgebildet ist, die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f über die Formel $f = \frac{D \cdot Δ s}{Δ I}$
zu ermitteln.
In vorteilhafter Weise ist das Steuergerät ausgebildet ist, die ermittelte Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f bei einem nachfolgenden Betrieb des Elektromotors unter Berücksichtigung der Kraftermittlung über den durch den Elektromotor fließenden Strom zu berücksichtigen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur näher erläutert.
Die 1 zeigt in schematischer Weise ein Fahrzeug 1, das ein Fenster 2 aufweist, das durch einen Elektromotor 3 antreibbar ist. Der Elektromotor 3 wird von einem Steuergerät 4 angesteuert, um das Fenster zu bewegen.

Im Verfahrweg des Fensters 2 ist eine Feder 5 angeordnet, die bei Betätigung des Fensters gestaucht wird, wobei die Auslenkung Δs der Feder ermittelt wird. Es wird außerdem der durch den Motor fließende Strom ΔI durch das Steuergerät 4 ermittelt. Die Feder 5 hat eine beispielsweise durch Messung bekannte Federkonstante oder Federrate D. Das Steuergerät 4 berechnet gemäß der Formel

f = \frac{Δ F}{Δ I} = \frac{D \cdot Δ s}{Δ I}

die sich gemäß

F = f \cdot I

f = \frac{F}{I} = \frac{Δ F}{Δ I}

D = \frac{F}{s} = \frac{Δ F}{Δ s}

Δ F = D \cdot Δ s

(II) eingesetzt in (I)

f = \frac{Δ F}{Δ I} = \frac{D \cdot Δ s}{Δ I}

ergibt, die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f. Dabei sind

F	Kraft	e.g. 100N
ΔF	Differenzkraft	e.g. 40N
I	Strom	measured by ECU e.q. 10A
ΔI	Differenzstrom	measured by ECU e.g. 4A
D	Federrate	e.g. 20N/mm
Δs	Auslenkung	calculated by software module e.g. 10mm
f	Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante	e.g. 10N/A

Zusammengefasst kann die Variation der Motoren in Bezug auf die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante durch Verwendung einer definierten Federrate reduziert und der Gradient über eine definierte Entfernung ausgewertet werden. Diese Berechnung kann z.B. während der Produktion des Systems erfolgen. Der hinterlegte Referenzwert kann anschließend als spezifischer Strom zu Kraft Verhältnis für den verwendeten Motor verwendet werden.
Die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante kann vorteilhaft durch das Steuergerät bestimmt werden. Für die Berechnung werden Strom und Kraft benötigt. Der Strom wird mittels des Steuergeräts gemessen, während die Kraft nicht direkt gemessen werden kann. Die Lösung besteht darin, Deltastrom und Deltakraft zu nehmen, da diese auch für die Berechnung herangezogen werden können.
Wenn ein Motor gegen einen Sprint fährt, dann verursacht dies eine kontinuierlich steigende Kraft und Strömung. In dieser Situation kann die Deltakraft berechnet werden, indem die Federrate mit dem Deltaabstand multipliziert wird. Der Deltastrom steht als Absolutstrom zur Verfügung.
Als Grundlage für diesen Ansatz muss die Federrate bekannt sein. Es gibt zwei Szenarien, in denen die Federrate bekannt ist.
Sicher ist die Federrate bekannt, wenn sie während der Produktion explizit von außen platziert wird. Nachdem die Federrate platziert wurde, kann eine Lernroutine gestartet werden, um die Werte zu messen und den Kraftfaktor zu berechnen.
Es ist glatter, wenn der Kraftfaktor berechnet werden kann, ohne eine explizite Feder im Inneren zu platzieren. Bei dieser Variante sollte das Federverhalten der oberen Abdichtung verwendet werden. Diese Federrate und die Umgebungsbedingungen des Prüfverfahrens müssen bekannt sein und können während der Fahrzeuganwendung gemessen oder von verantwortlichen Mechanikern unterstützt werden.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) eines zum Betätigen eines Fahrzeugfensters (2) dienenden Elektromotors (3), wobei die Federkonstante (D) eines im Verfahrweg des Fahrzeugfensters (2) angeordneten Federelements (5) bestimmt wird, wobei der Elektromotor (3) betrieben wird, so dass eine Kraft auf das Federelement (5) ausgeübt wird, und der im Elektromotor fließende Strom (ΔI) sowie die aufgrund der Motorkraft erfolgende Auslenkung (Δs) des Federelements (5) ermittelt wird, wobei durch eine Steuereinheit über die Formel $f = \frac{D \cdot Δ s}{Δ I}$
die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Federelement (5) eine dedizierte Feder ist, die im Verfahrweg des Fahrzeugfensters (2) platziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Federelement (5) eine Gummidichtung am Ende des Fensterverfahrweges ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Umgebungsbedingungen bei der Bestimmung der Federkonstanten (D) der Gummidichtung berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ermittlung der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) mittels eines die Fahrzeugfensterbewegung steuernden Steuergeräts (4) erfolgt, dem der Strom (ΔI) und die Federauslenkung (Δs) zugeführt werden.
Fahrzeug (1) mit einem von einem Elektromotor (3) angetriebenen Fahrzeugfenster (2), wobei der Elektromotor (3) von einem Steuergerät (4) angesteuert wird, wobei im Verfahrweg des Fahrzeugfensters (2) ein Federelement (5) mit einer Federkonstanten (D) angeordnet ist, wobei der Elektromotor (3) und das Federelement (5) signaltechnisch mit dem Steuergerät (4) verbunden sind, so dass der Strom (ΔI) durch den Elektromotor (3) und die Federauslenkung (Δs) bei einem Betrieb des Elektromotors (3) dem Steuergerät (4) zugeführt werden und wobei das Steuergerät (4) ausgebildet ist, die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) über die Formel $f = \frac{D \cdot Δ s}{Δ I}$
zu ermitteln.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 6, bei dem das Federelement (5) eine dedizierte Feder ist, die im Verfahrweg des Fahrzeugfensters (2) platziert ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 6, bei dem das Federelement (5) eine Gummidichtung am Ende des Fensterverfahrweges ist.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das Steuergerät (4) ausgebildet ist, die ermittelte Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) bei einem nachfolgenden Betrieb des Elektromotors (3) unter Berücksichtigung der Kraftermittlung über den durch den Elektromotor (3) fließenden Strom zu berücksichtigen.