DE19618219A1 - Vorrichtung zur elektronischen Überwachung eines Verstellantriebs - Google Patents

Vorrichtung zur elektronischen Überwachung eines Verstellantriebs

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur elektronischen Überwachung eines Verstellantriebs. Aus der EP-A 0 422 388 ist eine Schaltvorrichtung für elektromotorisch angetriebene Schließteile von Kraftfahrzeugen bekannt, bei der eine historische Betrachtung des Verlaufs und Verhaltens der ersten Ableitung des Drehmoments vorgenommen wird. Dadurch läßt sich ein Einklemmen des Schließteils von Drehmomentänderungen, die durch Stick-Slip-Effekte hervorgerufen werden, unterscheiden. Schwankungen der Bordnetzspannung sind insofern berücksichtigt, als Drehzahl/Drehmoment-Kennlinienfelder in Abhängigkeit von der Betriebsspannung in die Grenzwertbildung einfließen.
Die DE-A 31 11 711 hat eine Einklemmsicherungseinrichtung für automatisch betätigbare Türen oder Fenster, insbesondere an Fahrzeugen, zum Gegenstand. Dabei werden die Zeitintervalle, die während des vorangegangenen Schließ- oder Öffnungslaufs an bestimmten Positionen ermittelt wurden, mit denen auf die gleiche Art bestimmten Zeitintervallen des aktuellen Laufs verglichen. Bei signifikanten Abweichungen kann von einem Einklemmen ausgegangen werden. Änderungen der Zeitintervalle aufgrund einer Schwankung der Versorgungsspannung werden dabei nicht gesondert erfaßt.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fehlauslösewahrscheinlichkeit einer Schließkraftbegrenzung zu reduzieren. Fehlauslösungen treten zum einen bei versorgungsspannungs- und belastungsbedingten Drehzahländerungen auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektronischen Überwachung eines Verstellantriebs hat den Vorteil, Fehlauslösungen der Schließkraftbegrenzungen, insbesondere aufgrund von Versorgungsspannungsschwankungen und unterschiedlicher mechanischer Belastungsverläufe, zu verringern. Eine direkte Berücksichtigung des funktionalen Zusammenhangs zwischen der Versorgungsspannung und der Drehzahl des Verstellantriebs in einer Parameterschar benötigt eine hohe Speichertiefe. Die erfindungsgemäße Vorrichtung trägt der Versorgungsspannung Rechnung, indem zwei Kriterien zugleich erfüllt sein müssen, um einen Einklemmzustand zu detektieren. Durch die Kombination einer auf absoluten Meßwerten beruhenden mit einer auf relativen Meßwerten beruhenden Auswertestrategie ist es möglich, die Vorzüge der auf absoluten Messungen basierenden Auswertestrategie zu nutzen. Diese Vorzüge liegen darin, daß der zu erwartende Belastungsverlauf des Verstellantriebs ohne aufwendige Meßwertverarbeitung antizipiert und der Grenzwert der Schließkraftbegrenzung diesem Belastungsverlauf zu Grunde gelegt wird. Insbesondere Drehzahländerungen während eines Anlaufvorgangs führen dadurch nicht mehr zu Fehlauslösungen der Schließkraftbegrenzung.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigt der versorgungsspannungsabhängige Normierungsfaktor bei der auf relativen Meßwerten basierenden Auswertestrategie den Einfluß der Versorgungsspannung auf die Drehzahl. Dies kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführung ebenso dadurch erreicht werden, daß ein Einklemmschutz nur dann anspricht, wenn sich die Versorgungsspannung nur geringfügig ändert, aber die auf absoluten Meßwerten basierende Auswertestrategie einen belastungsuntypischen Drehzahleinbruch feststellt. Bei einer starken Schwankung der Versorgungsspannung führen Drehzahlschwankungen zu keinem Auslösen des Einklemmschutzes.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung trägt dem vorangegangenen Belastungsverlauf Rechnung, indem der errechnete Wert eines früheren Laufes als Anfangswert für den aktuellen Lauf zur Verfügung steht.
Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform vereinigt durch die Kombination der beiden Auswertestrategien die jeweiligen spezifischen Vorteile, indem sowohl der Belastungs- als auch der Betriebsspannungsabhängigkeit der Drehzahl Rechnung getragen wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektronischen Überwachung eines Verstellantriebs findet bevorzugte Verwendung bei Verstellantrieben für Fensterheber und Schiebedächer.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Figur dargestellt.
Beschreibung
Ein Verstellantrieb 10 bewegt ein Teil 11. Eine Meßwertverarbeitung 14 empfängt ein positionsbezogenes Maß für eine Drehzahl 12 des Verstellantriebs 10, ein Maß für eine Position 19 des Teils 11 und ein Maß für eine Versorgungsspannung 13. Ein von der Meßwertverarbeitung 14 errechneter Wert 15 wird mit einem zweiten Grenzwert 17, das positionsbezogene Maß für die Drehzahl 12 mit einem ersten Grenzwert 16 verglichen. Bei Überschreiten beider Grenzwerte 16, 17 nimmt eine Steuerelektronik 18 ein Einklemmen des Teils 11 an und veranlaßt ein Stoppen oder Reversieren des Verstellantriebs 10.
Die in der Figur gezeigte Anordnung arbeitet folgendermaßen:
Zur Positionserfassung des Teils 11 dient ein inkrementales Wegsignal. Ein Zähler inkrementiert oder dekrementiert in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Verstellantriebs 10 und des inkrementalen Wegsignals. Das inkrementale Wegsignal wird beispielsweise durch eine Hallsensoranordnung erzeugt. Ein binäres Ausgangssignal der Hallsensoranordnung ändert dann seinen Zustand, wenn sich die Polarität des Magnetrings des Verstellantriebs 10 ändert. Für einen zweipoligen Magnetring erfolgt der Flankenwechsel des Sensorsignals immer an den gleichen beiden Magnetringstellungen, beispielsweise bei einem Drehwinkel von 0° und bei 180°. Damit läßt sich die Position 19 des Teils 11 auf 180° genau bestimmen.
Der Flankenwechsel des Hallsensorsignals an der Position 19 x₀ stellt den Zeitpunkt dar, bei dem ein Zeitglied gestartet wird, um das positionsbezogene Maß der Drehzahl 12 des Verstellantriebs 10 zu erhalten. Nach einer definierten Anzahl von Flankenwechseln an der Position x₁ wird das Zeitglied gestoppt. Diese Anzahl der Flankenwechsel bleibt zweckmäßiger Weise für alle Öffnungs- und Schließvorgänge konstant. Damit ergeben sich äquidistante Stützstellen x₀, x₁, x₂, . . . xn. Die ermittelte Dauer t₁ zwischen den Positionen x₀ und x₁ ist ein reziprokes, positionsbezogenes Maß für die Drehzahl n₁. Analog berechnet sich die Drehzahlen n₂ bzw. nn aus dem Zeitintervall t₂ bzw. tn, das der Magnetring benötigt, um von der Position x₁ bzw. xn-1 in die Position x₂ bzw. xn zu gelangen.
Aufgrund des Positionsbezugs der Auswertestrategien für den Einklemmschutz ist es zweckmäßig, die Versorgungsspannung 13 positionsbezogen zu bestimmen. An den Positionen x₀, x₁, . . . xn wird beispielsweise die Batteriespannung in einem Kraftfahrzeug gemessen und steht als U₀, U₁, . . . Un für eine relative Auswertestrategie zur Verfügung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kombiniert zwei Kriterien, die beide erfüllt sein müssen, damit Gegenmaßnahmen wie beispielsweise ein Reversieren oder Stoppen des Verstellantriebs 10 ergriffen werden. Diese Kriterien sind positionsbezogen, das heißt, bei jeder Position x₀, x₁, . . . xn erfolgt eine erneute Überprüfung der beiden Kriterien.
Voraussetzung für alle Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ein Einklemmen des Teils 11 zu detektieren, ist, daß Kriterium 1 vorliegt. Hierbei wird ständig das positionsbezogene Maß für die Drehzahl 12 (n₁, n₂, . . . nn) auf Überschreiten des ersten Grenzwerts 16 überprüft. Der erste Grenzwert 16 wird positionsbezogen aus der Drehzahl 12 (n₁, n₂, . . . nn) eines früheren Laufs gebildet. Dieser frühere Lauf könnte beispielsweise immer der vorangegangene Lauf sein, wenn kein Einklemmen vorliegt, oder aber ein früherer Referenzlauf. Das positionsbezogene Maß der Drehzahl 12 des früheren Laufs wird mit einem festen Toleranzband beaufschlagt, beispielsweise könnten Schwankungen des positionsbezogenen Maßes der Drehzahl 12 von 20% zulässig sein. Dadurch ergibt sich ein positionsbezogener erster Grenzwert 16 (g₁, g₂, . . . gn). Für alle n Positionen erfolgt eine Überprüfung des positionsbezogenen Maßes der Drehzahl nn des aktuellen Laufs mit dem ersten Grenzwert 16 gn. Ist beispielsweise die Bedingung nn < gn für eine Position n erfüllt, unterschreitet also das aktuelle, positionsbezogene Maß für die Drehzahl 12 nn an der Position n die Drehzahl des früheren Laufs an der gleichen Position n um 20% - gemäß dem Beispiel -, ist das Kriterium 1 für die Erkennung eines Einklemmzustands erfüllt. Damit ist gewährleistet, daß unterschiedliche positionsabhängige Belastungsverläufe, die zu Drehzahländerungen führen, kein Auslösen des Einklemmschutzes nach sich ziehen, sofern sie die Toleranzbreite nicht verlassen. Kriterium 1 basiert damit auf absoluten Meßwerten, deren Niveau unter anderem von der Versorgungsspannung 13 abhängt.
Kriterium 2 hingegen legt dem errechneten Wert 15 relative Änderungen des positionsbezogenen Maßes der Drehzahl 12 oder der Versorgungsspannung 13 zu Grunde.
Der errechnete Wert 15 einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird aus dem Verlauf der ersten und/oder zweiten Ableitung des positionsbezogenen Maßes der Drehzahl 12 ermittelt. Die Ableitung erfolgt nach der Position. Da keine kontinuierliche Drehzahlfunktion zur Verfügung steht, bedarf es einer algorithmischen Bestimmung der Ableitung beispielsweise über Differentialquotienten. Unter Verwendung beispielsweise eines einfachen Rückwärts-Differenzenquotienten berechnet sich der Wert der ersten Ableitung des positionsbezogenen Maßes der Drehzahl 12 dn/dx (dnn) an der Position n zu (nn - nn-1)/(xn - xn-1), wobei wegen der äquidistanten Positionen der Nenner für alle Drehzahlen 12 den gleichen Wert annimmt und deshalb nicht mehr gesondert betrachtet wird. Legt man den gleichen Algorithmus für die zweite Ableitung zu Grunde, so bestimmt sich die zweite Ableitung des positionsbezogenen Maßes der Drehzahl 12 (d²nn) an der Position n zu (nn - 2nn-1 + nn-2)/(xn - xn-1). Die erste Ableitung gibt an, um welchen Betrag sich die aktuelle Drehzahl 12 nn gegenüber dem vorherigen Wert nn-1 verändert hat.
Der errechnete Wert 15 nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt prinzipiell so zustande, daß ständig ein positionsbezogenes Maß der ersten Ableitung der Drehzahl 12 für jede Position dem vorangegangenen Wert hinzugezählt wird, das heißt, der errechnete Wert 15 beinhaltet eine Drehzahlabweichung bezüglich des Anfangszustandes. Für jede Position n wird überprüft, ob die so ermittelte Drehzahlabweichung einen für alle Positionen festen zweiten Grenzwert 17 überschreitet. Wird als Anfangswert der zuletzt errechnete Wert 15 des vorangegangenen Laufs zugrundegelegt, ist damit die Vorgeschichte des Systems berücksichtigt.
Um aktuelle Meßwerte stärker zu gewichten als frühere, ist es zweckmäßig, daß der errechnete Wert 15 dann verringert wird, wenn keine Drehzahländerungen auftreten. Denn es ist realistisch, bei relativ konstanter Drehzahl 12 nicht auf ein Einklemmen zu schließen, weshalb erst ein relativ großer Drehzahleinbruch auf ein Einklemmen hindeutet. Durch diese Strategie reduziert sich die Fehlauslösewahrscheinlichkeit bei einem Rückgang der Versorgungsspannung 13. Wird das positionsbezogene Maß der zweiten Ableitung der Drehzahl 12 ebenso wie die erste Ableitung in dem errechneten Wert 15 additiv berücksichtigt, so erfolgt damit dann eine stärkere Gewichtung eines Drehzahleinbruchs, wenn dieser mit relativ großer Drehzahländerung einhergeht. Abrupte Drehzahländerung würde in diesem Falle stärker gewichtet als eine konstante Drehzahländerung. Ein Gewichtungsfaktor bezüglich der Ableitungsart erlaubt eine flexible Anpassung an den jeweiligen Belastungsverlauf. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht einen Normierungsfaktor vor, der versorgungsspannungsabhängig den errechneten Wert 15 beeinflußt.
Der errechnete Wert 15 einer weiteren zweckmäßigen Ausführung greift auf die erste und/oder zweite Ableitung des Verlaufs der Versorgungsspannung 13 zurück. Analog zu der für die Drehzahl 12 beschriebenen Vorgehensweise wird ein positionsbezogenes Maß für die Ableitungen der Versorgungsspannung 13 berechnet. Die positionsbezogenen Spannungsänderungen werden aufsummiert und in dem errechneten Wert 15 hinterlegt. Dieser errechnete Wert 15 wird mit einem im Vergleich zu oben anders gewählten zweiten Grenzwert 17 für jede Position verglichen, ob eine Spannungsschwankung nicht zur Überschreitung des zweiten Grenzwerts 17 geführt hat. Ist dies nicht der Fall, so ist Kriterium 2 erfüllt. Damit ist gewährleistet, daß ein Drehzahleinbruch nicht auf eine Versorgungsspannungsänderung zurückzuführen ist. Ist neben Kriterium 2 auch Kriterium 1 erfüllt, spricht der Einklemmschutz an.
Die Verwendung der Ableitung der Drehzahl 12 und der Versorgungsspannung 13 nach Anspruch 5 erlaubt es, die Strategien für ein Auslösen des Einklemmschutzes weiter zu verfeinern.
Die Kriterien 1 und 2 müssen beide erfüllt sein, daß die Steuerelektronik 18 ein Verklemmen des Teils 11 erkennt und an den Verstellantrieb ein Stopp- oder Reversiersignal abgibt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektronischen Überwachung eines Verstellantriebs findet bevorzugte Verwendung bei elektrischen Verstellantrieben für Fensterheber oder Schiebedächer in Kraftfahrzeugen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur elektronischen Überwachung eines Verstellantriebs, mit zumindest einem Sensor, aus dessen Signale eine Meßwertverarbeitung die Position eines von dem Verstellantrieb bewegten Teils, ein positionsbezogenes Maß für die Drehzahl des Verstellantriebs und die Versorgungsspannung des Verstellantriebs ermittelt, und mit einer Überwachungseinrichtung zum Erkennen eines Einklemmens des Teils, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einklemmen des Teils (11) dann erkannt ist, wenn
  • - das positionsbezogene Maß für die Drehzahl (12) einen ersten Grenzwert (16) überschreitet, der aus dem positionsbezogenem Maß für die Drehzahl (12) eines früheren Laufs des Verstellantriebs (10), mit einem Toleranzband versehen, gebildet ist, und wenn
  • - ein positionsbezogener, errechneter Wert (15) von einem zweiten Grenzwert (17) abweicht, wobei der errechnete Wert (15) aus dem Verlauf der ersten und/oder der zweiten Ableitung zumindest einer Meßgröße (12, 13) des Verstellantriebs (10) ermittelt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der errechnete Wert (15) aus dem Verlauf der ersten und/oder der zweiten Ableitung des positionsbezogenen Maßes der Drehzahl (12) des Verstellantriebs (10) ermittelt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der errechnete Wert (15) aus dem Verlauf der ersten und/oder der zweiten Ableitung des Maßes der Drehzahl (12) des Verstellantriebs (10) und einem Normierungsfaktor, der von der Versorgungsspannung (13) abhängt, ermittelt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der errechnete Wert (15) aus dem Verlauf der ersten und/oder der zweiten Ableitung der Versorgungsspannung (13) des Verstellantriebs (10) ermittelt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der errechnete Wert (15) aus dem Verlauf der ersten und/oder der zweiten Ableitung der positionsbezogenen Drehzahl (12) und der Versorgungsspannung (13) des Verstellantriebs (10) ermittelt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der errechnete Wert (15) aus einem früheren Lauf des Verstellantriebs (10) als Startwert des errechneten Werts (15) benutzt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Verwendung für den Verstellantrieb (10) eines Schiebedachs.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Verwendung für den Verstellantrieb (10) eines Fensterhebers.
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