DE10249345A1

DE10249345A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Drehwinkels und der Drehzahl eines Motors

Info

Publication number: DE10249345A1
Application number: DE2002149345
Authority: DE
Inventors: Hubert Lamm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-06
Also published as: WO2004040320A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ermittlung des Drehwinkels und der Drehzahl eines Motors (1), insbesondere eines Antriebsmotors mit Schließkraftbegrenzung für Schiebedächer oder Fensterheber, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Messung eines Sensorsignals (11), das insbesondere den Drehwinkel und/oder die Drehzahl des Motors (1) repräsentiert, sowie die Messung eines Triggersignals (10). Danach wird das Sensorsignal (11) mit dem Triggersignal (10) verglichen und Korrekturwerte ermittelt. Daraus wird ein korrigiertes Sensorsignal bestimmt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Drehwinkels und der Drehzahl eines Motors, insbesondere eines Antriebsmotors mit Schließkraftbegrenzung für Schiebedächer oder Fensterheber, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Heutige Schiebedächer und Fensterheber, die elektromotorisch betätigt werden, sind grundsätzlich mit einer Schließkraftbegrenzung versehen, um einen Einklemmschutz zu realisieren. Beim Schließen eines geöffneten Schiebedaches wird das Einklemmen eines Gegenstandes oder eine Beschädigung des Antriebs bzw. Schließmechanismus bei einer mechanischen Störung dadurch verhindert, dass der Antriebsmotor gestoppt und/oder reversiert wird. Zur Realisierung einer Schließkraftbegrenzung wird entweder direkt das aufgebrachte Drehmoment des Antriebsmotors oder indirekt über die Erfassung der Motordrehzahl bzw. deren Änderung das Drehmoment ermittelt. Die Erfassung der Drehzahl kann beispielsweise durch optoelektronische oder durch Hallsensoren geschehen. Eine weitere Möglichkeit ist auch die Messung des Motorstroms, um die Schließkraftbegrenzung durchzuführen.

Beim Schließen des Schiebedachs oder Fensters schwankt die Motordrehzahl bzw. der Motorstrom üblicherweise geringfügig um eine Nenndrehzahl bzw. Nennstrom. Diese Veränderungen beruhen u.a. auf den Reibwertschwankungen im Schließmechanismus. Bei einer zu hohen Abweichung der Drehzahl bzw. des Motorstroms von dem Nennwert, wird eine mechanische Blockade erkannt und der Antriebsmotor von der Schließkraftbegrenzung gestoppt bzw. eine Reversierbewegung durch Umkehr der Drehrichtung des Motors durchgeführt.

Bei einer indirekten Schließkraftbegrenzung ist in der Regel ein Ringmagnet am Anker des Motors angeordnet. Die Auswertung der Drehzahl und der Drehrichtung des Motors wird mit einem oder mehreren Hallsensoren vorgenommen. Beim Einsatz von mehrpoligen Ringmagneten werden jedoch sehr hohe Anforderungen an die Winkelgenauigkeit gestellt. Üblicherweise werden Abweichungen der Winkelgenauigkeit dadurch kompensiert, dass während des Betriebs die Toleranzen ausgemessen und anschließend entsprechend korrigiert werden. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass zur Ermittlung der Korrekturfaktoren stets ein Referenzwert benötigt wird.

Dieser Referenzwert kann beispielsweise eine konstante Motordrehzahl sein. In der praktischen Umsetzung bedeutet das jedoch, dass die Korrekturwerte erst dann ermittelt werden können, wenn der Motor seine Nenndrehzahl erreicht hat, die relativ konstant eingehalten werden kann. Damit stehen jedoch keine Korrekturwerte während des Anlaufens des Motors zur Verfügung. Dies ist schon deshalb nachteilig, da moderne Schließkraftbegrenzungen auch während der Anlaufphase des Motors aktiv sein sollten, um Beschädigungen bzw. Verletzungen sicher vermeiden zu können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Drehwinkels und der Drehzahl eines Motors, insbesondere eines Antriebsmotors mit Schließkraftbegrenzung für Schiebedächer oder Fensterheber, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass die Korrekturwerte sofort, spätestens jedoch nach einer Motorumdrehung zur Verfügung stehen und die gemessenen Sensorsignale auch schon während der Anlaufphase des Antriebsmotors entsprechend korrigiert werden können. Dies wird durch Messung wenigstens eines Sensorsignals zur Ermittlung des Drehwinkels und/oder der Drehzahl des Motors und eines zusätzlichen Triggersignals erreicht, aus welchen ein korrigiertes Sensorsignal für die Schließkraftbegrenzung bestimmt wird. Damit kann die Schließkraftbegrenzung von Beginn des Schließens des Schiebedachs bzw. Fensters an aktiviert werden. Weiterhin können durch das angegebene Verfahren nahezu beliebige Toleranzen des kompletten Sensorsystems mit Hilfe des zusätzlichen Triggersignals korrigiert werden.

Bevorzugterweise wird ein Sensorimpuls des Sensorsignals dem Triggersignal zugeordnet. Durch die feste Zuordnung des Triggersignals zu dem Sensorimpuls wird der zugeordnete Impuls exakt erkannt. Damit lassen sich auch alle anderen einzelnen Sensorimpulse ermitteln. Beispielsweise können die einzelnen Sensorimpulse durch einfaches Abzählen korrekt bestimmt werden. So wird sichergestellt, dass stets korrekte und zutreffende Korrekturwerte zur Anpassung des gemessenen Sensorsignals verwendet werden. Weiterhin ist auch ein eventuelles "Verzählen" der ermittelten Sensorimpulse unkritisch, da durch das Triggersignal spätestens nach einer Umdrehung des Motors wieder eine exakte Zuordnung der Korrekturwerte zu den jeweiligen Sensorsignalen stattfindet.

Typischerweise werden die Korrekturwerte durch Mittelwertbildung während eines speziellen Messlaufs mit konstanter Drehzahl ermittelt und anschließend abgespeichert. Dies hat den großen Vorteil, dass der Messlauf in einer geschützten Umgebung stattfinden kann, die frei von Umwelteinflüssen wie zum Beispiel von Temperaturschwankungen oder Verschmutzungen ist. Die Messläufe können auch während der Produktion des Schiebedach-Motors erfolgen. Es ist so möglich, den Messlauf mit einer konstanten Drehzahl durchzuführen, die nur sehr kleine Schwankungen aufweist. Durch die Mittelwertbildung über mehrere Umdrehungen des Motors kann während des Messlaufs ein Ausgleich von eventuellen Drehzahlschwankungen des Motors stattfinden. Zum Ausgleich von Drehzahlabweichungen besteht weiterhin die Möglichkeit, mehrere Messläufe zu berücksichtigen. Damit kann die Genauigkeit der Korrekturwerte nochmals erhöht werden. Das abschließende Abspeichern der Korrekturwerte stellt sicher, dass im laufenden Betrieb jederzeit auf die Korrekturwerte zurückgegriffen werden kann.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Korrekturwerte aus einem Speicher ausgelesen. Damit stehen die Korrekturwerte sofort während des Verfahrens zur Verfügung und die Korrekturwerte müssen lediglich aus dem Speicher ausgelesen werden. Eine stetige Berechnung der Korrekturwerte ist nicht notwendig, wodurch das Verfahren sehr schnell und exakt arbeiten kann.

Es ist besonders vorteilhaft, dass jedes Sensorsignal korrigiert wird, da eine eindeutige Zuordnung der Korrekturwerte zu dem jeweiligen gemessenen Sensorsignal vorgenommen wird. Jeder Sensorimpuls wird mit einem individuellen Korrekturfaktor beaufschlagt. Die optimale Zuordnung der Korrekturwerte zu den einzelnen Sensorimpulsen sorgt für eine größtmögliche Genauigkeit der Korrektur.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 7, mit einem Motor der einen Anker aufweist, wenigstens einem Ringmagneten am Anker des Motors und mindestens einem Sensor zur Messung des Drehwinkels. Weiter umfasst die Vorrichtung einen zweiten Ringmagneten, der insbesondere zweipolig ausgebildet ist, einen an dem zweiten Ringmagneten angeordneten Triggersensor sowie eine Auswerteeinheit, die das Sensorsignal und das Triggersignal synchron ausliest und weiterverarbeitet. Die Auswerteeinheit kann insbesondere eine Timer-Capture-Einrichtung eines Prozessors sein. Weiterhin ist der zweite Ringmagnet vorzugsweise mit zwei unterschiedlich großen Magnetpolsegmenten in Umfangsrichtung ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der zweite Ringmagnet um den ersten Ringmagneten angeordnet. Vorteilhaft ist die kompakte Bauweise der Vorrichtung, da die beiden Ringmagnete direkt aneinander grenzen und die Sensoren und der Triggersensor in der Nähe der Ringmagnete angeordnet sind.

Bevorzugterweise umfasst die Auswerteeinheit auch einen Speicher zur Abspeicherung der Korrekturwerte, so dass neben den ermittelten Sensorsignalen und dem Triggersignal auch die Korrekturwerte direkt in der Auswerteeinheit verarbeitet und die korrigierten Sensorsignale ermittelt werden können.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Speicher der Auswerteeinheit ein nicht flüchtiger Speicher ist. Damit wird sichergestellt, dass auch bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr die Korrekturwerte weiterhin zur Verfügung stehen und nicht gelöscht werden.

Der Einsatz eines zweiten Sensors bietet den Vorteil, dass aus dem Vergleich der zwei gemessenen Sensorsignale einfach auf die Drehrichtung des Motors geschlossen werden kann. So kann ein Reversieren oder Fehlreversieren des Motors detektiert werden.

Sowohl die Messsensoren als auch der zusätzliche Triggersensor können als Hallsensoren ausgebildet sein. Die Hallsensoren eignen sich insbesondere gut für den Einsatz im Kfz-Bereich, da sie unempfindlich gegen Schmutz und robust sind. Zudem sind die preiswert und in großen Stückzahlen verfügbar.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Aufsicht und
2 den zeitlichen Verlauf der gemessenen Sensorsignale.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine Prinzipskizze mit einem Motor 1 und einer mittig angeordneten Ankerwelle 2. Ein mehrpoliger erster Ringmagnet 3 ist um die Ankerwelle 2 herum angeordnet. Der erste Ringmagnet 3 ist in acht Magnetsegmente 4 unterteilt, die alternierend in Richtung des magnetischen Nord- bzw. Südpols polarisiert sind. Konzentrisch um den ersten Ringmagneten 3 ist ein zweiter Ringmagnet 5 angeordnet. Der Ringmagnet 5 ist in zwei Magnetsegmente 6a und 6b aufgeteilt, die unterschiedlich groß und entgegengesetzt polarisiert sind. Die beiden Ringmagnete 3 und 5 sind fix miteinander verbunden und gemeinsam konzentrisch um die Ankerwelle 2 drehbar. Damit führen auch die jeweiligen Magnetsegmenten 4 bzw. 6a und 6b eine kreisförmige Bewegung aus.
Zwei Sensoren, die als Hallsensoren 7 und 8 ausgebildet sind, sind am inneren Ringmagneten 3 angeordnet. Die Hallsensoren 7 und 8 sind derart positioniert, dass sie abhängig von der Drehstellung des Motors 1 entweder über demselben Magnetsegment 4 oder über zwei unterschiedlich polarisierten, direkt benachbarten Magnetsegmenten 4 angeordnet sind.
Ein Triggersensor 9 ist am zweiten Ringmagneten 5 angeordnet. Während der Drehung des Motors wird mit dem Triggersensor 9 ein Triggersignal 10 gemessen, dessen Tastverhältnis T aufgrund der verschieden großen Magnetsegmente 6a und 6b von 0,5 abweicht. Mit diesem zusätzlichen Triggersignal 10, das durch den Triggersensor 9 ermittelt wird, ist es möglich, eindeutig auf die Magnetsegmente 4 des ersten Ringmagneten 3 bei deren Messung mit den Hallsensoren 7 und 8 zurückzuschließen.
2 zeigt den zeitlichen Verlauf des mit dem Triggersensor 9 gemessenen Triggersignals 10 sowie zweier Sensorsignale 11 und 12, die mit den Hallsensoren 7 bzw. 8 ermittelt werden. Die Anstiegsflanke des Triggersignals 10 fällt zeitlich zusammen mit der Anstiegsflanke eines ersten Sensorimpulses 13 des Sensorsignals 11. Es ist eine feste Zuordnung des Triggersignals 10 zum Sensorimpuls 13 des Hallsensors 7 vorgegeben. Durch die feste Zuordnung wird der erste Sensorimpuls 13 stets zuverlässig erkannt. Durch einfaches Abzählen der nachfolgenden Sensorimpulse 14 bis 16 kann einfach auf jeden einzelnen Sensorimpuls 14 bis 16 geschlossen werden.
Durch die feststehende räumliche Zuordnung des Triggersensors 9 und der Hallsensoren 7 und 8 sowie der Magnetsegmente 6a und 6b zu den einzelnen Magnetsegmenten 4 des inneren Ringmagneten 3 kann von dem zeitlichen Abstand zwischen Triggersignal 10 und einem der Sensorimpulse 13 bis 16 des Sensorsignals 11 auf das zu dem jeweiligen Sensorimpuls zugehörige Magnetsegment 4 geschlossen werden. Damit ist es möglich, den Drehwinkel des Motors 1 festzustellen.
Da mit diesem Verfahren nun die einzelnen Sensorimpulse 13 bis 16 des Sensorsignals 11 und die des Sensorsignals 12 ebenso bekannt sind wie die zugehörigen Magnetsegmente 4 des inneren Magnetrings 3, können in einem Speicher abgelegte Korrekturwerte den einzelnen Sensorimpulsen 13 bis 16 zugeordnet werden. Damit kann jeder Sensorimpuls 13 bis 16 mit einem eigenen Korrekturwert berichtigt werden.
Die Motordrehzahl kann aus der zeitlichen Abfolge der einzelnen Sensorimpulse 13 bis 16 des Sensorsignals 11 oder aus dem Triggersignal 11 selbst berechnet werden.
Durch den Vergleich der Sensorsignale 11 und 12 der beiden Hallsensoren 7 und 8 zueinander ist es möglich, auch auf die Drehrichtung des Motors zurückzuschließen. Damit wird auch ein eventuelles Reversieren bzw. Fehlreversieren des Motors erkannt.
Nach einer kompletten Umdrehung des Motors 1 um die Ankerwelle 2 findet wiederum eine exakte Zuordnung des Triggersignals 11 zu dem Sensorimpuls 13 statt. Damit wird ein eventuelles "Verzählen" der nachfolgenden Sensorimpulse 14 bis 16 spätestens nach einer Umdrehung der Ankerwelle 2 korrigiert.

Claims

Verfahren zur Ermittlung des Drehwinkels und/oder der Drehzahl eines Motors (1), insbesondere eines Antriebsmotors mit Schließkraftbegrenzung für Schiebedächer oder Fensterheber, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Messung eines Sensorsignals (11), das insbesondere den Drehwinkel und/oder die Drehzahl des Motors (1) repräsentiert, und eines Triggersignals (10), – Vergleichen des Sensorsignals (11) mit dem Triggersignal (10), – Ermitteln eines Korrekturwertes, und – Bestimmen eines korrigierten Sensorsignals.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einem Sensorimpuls (13) des Sensorsignals (11) das Triggersignal (10) fest zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte durch Mittelwertbildung während eines Messlaufs mit konstanter Drehzahl ermittelt und anschließend abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte durch Auslesen aus einem Speicher ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das korrigierte Sensorsignal aus dem gemessenen Sensorsignal (11) und dem zugehörigen Korrekturwert errechnet wird.
Vorrichtung zur Ermittlung des Drehwinkels und der Drehzahl eines Motors, insbesondere eines Antriebsmotors mit Schließkraftbegrenzung zur Betätigung eines Schiebedachs oder Fensterhebers, mit einem Motor (1), der einen Anker und einen um den Anker angeordneten mehrpoligen Ringmagneten (3) aufweist, und mit mindestens einem Sensor (7) zur Messung des Drehwinkels, welcher in der Nähe des Ringmagneten (3) angeordnet ist, gekennzeichnet durch: – einen zweiten Ringmagneten (5), – einen Tiggersensor (9) in der Nähe des zweiten Ringmagneten (5), und – eine Auswerteeinheit zum Auslesen eines Sensorsignals (11) des Sensors (7) und eines Triggersignals (10) des Triggersensors (9).
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen Speicher zur Abspeicherung von Korrekturwerten umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher der Auswerteeinheit ein nicht flüchtiger Speicher ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Sensor (8) in der Nähe des ersten Ringmagneten (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (7, 8) und/oder der Triggersensor (9) als Hallsensoren ausgebildet sind.