DE202015009335U1 - Device for determining the parking position of an adjustable motor vehicle part - Google Patents
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Abstract
Stellvorrichtung (1) zur Bestimmung einer Stellposition (x) eines motorisch verstellbaren Kraftfahrzeugteils, mit einem drehbeweglichen, mehrpoligen Ringmagneten (13) und mit einem hierzu beabstandet angeordneten Hall-Sensor (14), der zeit- oder winkelabhängige Änderungen der magnetischen Flussdichte (B1) infolge einer Drehbewegung des Ringmagneten (6) erfasst und mittels einer Schalteinheit (19) gemäß einer vorgegebenen Schaltregel mit Hysterese (H1) in eine binäre Impulsfolge (S) umgesetzt, sowie mit einer Steuereinheit (11), die dazu eingerichtet ist, durch Zählen von Pegelwechseln der Impulsfolge (S) ein Maß für die Stellposition (x) zu ermitteln, gekennzeichnet durch einen Speicher (23), der derart mit der Schalteinheit (19) verschaltet ist, dass er in einer aktiven Phase (A1, A2) des Hall-Sensors (14), während der sich das Magnetfeld relativ zu dem Hall-Sensor (14) bewegt und der Hall-Sensor (14) aktiviert ist, den aktuellen Pegel der binären Impulsfolge (S) zumindest für die Zeitintervalle, für die sich die Hall-Spannung (U1‘) in dem Bereich der Hysterese (H1) befindet, bei Pegelwechseln nichtflüchtig als Referenzwert speichert, wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, nach einer inaktiven Phase (P) des Hall-Sensors (14), während der die Stromversorgung des Hall-Sensors (14) ganz abgeschaltet war, einen Anfangspegel der binären Impulsfolge (S) zumindest dann auf den gespeicherten Referenzwert zu setzen, wenn sich die Hall-Spannung (U1‘) in der Hysterese (H1) befindet.Adjusting device (1) for determining a setting position (x) of a motor-adjustable motor vehicle part, with a rotatable, multi-pole ring magnet (13) and with a spaced therefrom arranged Hall sensor (14), the time or angle-dependent changes in the magnetic flux density (B1) detected by a rotational movement of the ring magnet (6) and converted by means of a switching unit (19) according to a predetermined switching rule with hysteresis (H1) in a binary pulse train (S), and with a control unit (11) which is adapted to by counting Level change of the pulse sequence (S) to determine a measure of the setting position (x), characterized by a memory (23) which is connected to the switching unit (19) such that it in an active phase (A1, A2) of the Hall Sensor (14), during which the magnetic field moves relative to the Hall sensor (14) and the Hall sensor (14) is activated, the current level of the binary pulse train (S) at least f for the time intervals for which the Hall voltage (U1 ') is in the range of the hysteresis (H1), non-volatile stores as reference value in the case of level changes, the control unit (11) being set up after an inactive phase (P) of the Hall sensor (14), during which the power to the Hall sensor (14) was completely turned off, at least to set an initial level of the binary pulse train (S) to the stored reference value when the Hall voltage (U1 ') in the hysteresis (H1) is located.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Stellvorrichtung ist aus
Verstellbare Kraftfahrzeugteile („Stellelemente“) der vorstehend genannten Art sind beispielsweise ein bewegbares Fahrzeugfenster, ein verstellbarer Fahrzeugsitz oder ein Teil eines solchen, eine Seitentür oder Heckklappe, ein Schiebedach oder ein Cabrio-Verdeck. Die einem solchen Stellelement zugeordnete Stellvorrichtung umfasst meist einen (Elektro-)Motor sowie eine Stellmechanik, über die der Motor auf das Stellelement wirkt. Die Stellvorrichtung umfasst oft des Weiteren eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Motors, die wiederum in der Regel einen Mikrocontroller mit einer darin implementierten Steuersoftware (Firmware) oder einen nicht-programmieren integrierten Schaltkreis (z.B. einen ASIC) umfasst. Adjustable motor vehicle parts ("adjusting elements") of the aforementioned type are, for example, a movable vehicle window, an adjustable vehicle seat or a part thereof, a side door or tailgate, a sunroof or a convertible top. The adjusting device associated with such an actuating element usually comprises an (electric) motor and an adjusting mechanism, via which the motor acts on the adjusting element. The actuator often further includes a control unit for driving the motor which, in turn, typically includes a microcontroller having control software (firmware) implemented therein or a non-programmed integrated circuit (e.g., an ASIC).
Während eines Stellvorgangs eines solchen Stellelements ist häufig eine gewünschte Endposition präzise anzufahren. Hierzu ist während des Stellvorgangs stets eine genaue Kenntnis der aktuellen Stellposition des Stellelements erforderlich. Die Kenntnisse der aktuellen Stellposition oder hieraus ableitbarer Größen, wie der Stellgeschwindigkeit oder des zurückgelegten Stellwegs, sind darüber hinaus häufig auch für die sichere Erkennung eines etwaigen Einklemmfalls erforderlich. During a setting operation of such an actuating element is often a desired end position to approach precisely. For this purpose, a precise knowledge of the current setting position of the actuating element is always required during the setting process. The knowledge of the current parking position or derived therefrom variables, such as the actuating speed or the traversed travel, are also often required for the safe detection of a possible Einklemmfalls.
Zur präzisen Erfassung der Stellposition einer Fensterscheibe ist beispielsweise aus
Für die Sensorik werden üblicherweise integrierte Hall-Sensoren, beispielsweise in CMOS-Technologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) eingesetzt, die zusätzlich zu einer Auswerteelektronik, beispielsweise in ASIC-Technologie, zusammen mit den sensitiven Flächen (Hall-Sonden) des Hall-Sensors in einen Halbleiterchip integriert sind (vgl.
Eine Hall-Sonde ist in der Regel durch ein z.B. quadratisches Leiterplättchen gebildet, das mit elektrischer Energie aus einer Strom- oder Spannungsquelle versorgt wird. In Anwesenheit eines externen magnetischen Feldes wird in der Hall-Sonde eine Hall-Spannung induziert, die proportional zu dem senkrecht zu der Fläche der Hall-Sonde ausgerichteten Anteil der magnetischen Flussdichte ist. Die Hall-Spannung wird üblicherweise als Sensorsignal ausgewertet. A Hall probe is usually provided by e.g. formed square conductor plate, which is supplied with electrical energy from a current or voltage source. In the presence of an external magnetic field, a Hall voltage is induced in the Hall probe, which is proportional to the proportion of the magnetic flux density oriented perpendicular to the surface of the Hall probe. The Hall voltage is usually evaluated as a sensor signal.
Aus der
Bei sich drehendem Ringmagneten bewegen sich dessen Magnetpole über die jeweilige Hall-Sonde hinweg. Dabei kommt jeder der Magnetpole für einen Moment in direkte Gegenüberstellung zu der Hall-Sonde. Das von diesem Magnetpol ausgehende Magnetfeld tritt in diesem Zustand exakt oder zumindest näherungsweise senkrecht durch die Hall-Sonde hindurch, wodurch die in der Hall-Sonde induzierte Hall-Spannung ein Maximum oder Minimum erreicht. Zwischen den vorstehend beschriebenen Zeitpunkten streift jeweils die Polgrenze zwischen zwei benachbarten Magnetpolen des Ringmagneten über die Hall-Sonde hinweg. Während dieser Zeitspannen durchsetzt das von dem Ringmagneten ausgehende Magnetfeld die Hall-Sonde unter einem spitzen oder sogar verschwindenden Winkel. In diesem Fall haben der senkrechte Anteil der Flussdichte und die Hall-Spannung einen entsprechend erniedrigten Wert und weisen – wenn sich eine der Polgrenzen in exakter Gegenüberstellung zu der Hall-Sonde befindet und somit das Magnetfeld parallel zu der Hall-Sonde ausgerichtet ist – einen Nulldurchgang auf. When the ring magnet rotates, its magnetic poles move over the respective Hall probe. Each of the magnetic poles comes for a moment in direct opposition to the Hall probe. The magnetic field emanating from this magnetic pole passes in this state exactly or at least approximately perpendicularly through the Hall probe, as a result of which the Hall voltage induced in the Hall probe reaches a maximum or minimum. Between the above-described times, the pole boundary between two adjacent magnetic poles of the ring magnet brushes across the Hall probe. During these periods, the magnetic field emanating from the ring magnet passes through the Hall probe at an acute or even vanishing angle. In this case, the vertical portion of the flux density and the Hall voltage have a correspondingly reduced value and, if one of the pole boundaries is in exact opposition to the Hall probe and thus the magnetic field is aligned parallel to the Hall probe, a zero crossing on.
Als Funktion des Umlaufwinkels des Ringmagneten relativ zu der Hall-Sonde ergibt sich für die orthogonal zur Hall-Sonde ausgerichtete Feldkomponente der magnetischen Flussdichte, und somit auch für die induzierte Hall-Spannung ein zumindest annähernd sinusförmiger zeitlicher Verlauf. As a function of the orbital angle of the ring magnet relative to the Hall probe results for the orthogonal to the Hall probe aligned field component of the magnetic flux density, and thus also for the induced Hall voltage an at least approximately sinusoidal time course.
Gemäß einer für Hall-Sensoren (insbesondere für auf CMOS-Technologie basierenden Hall-Sensoren) üblichen Schaltregel wird der Pegel der ausgegebenen Impulsfolge von „High“ (logisch „1“) auf „Low“ (logisch „0“) geschaltet, wenn die sich in Abhängigkeit des Umlaufwinkels sinusförmig ändernde Hall-Spannung eine obere Schaltschwelle überschreitet. Dieser Zustand wird so lange aufrechterhalten, bis die Hall-Spannung eine untere Schaltschwelle unterschreitet, wodurch der Pegel der Impulsfolge wieder auf „Low“ zurückgesetzt wird. Solange sich die Hall-Spannung in der Hysterese (also in dem Wertebereich zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle) befindet, wird der jeweils zuvor eingestellte Pegel der Impulsfolge beibehalten. According to a switching rule which is common for Hall sensors (in particular for CMOS technology-based Hall sensors), the level of the output pulse train is switched from high (logic 1) to low (logical 0) when the depending on the orbital sinusoidal changing Hall voltage exceeds an upper switching threshold. This state is maintained until the Hall voltage falls below a lower switching threshold, whereby the level of the pulse train is reset to "low". As long as the Hall voltage is in the hysteresis (ie in the value range between the upper switching threshold and the lower switching threshold), the previously set level of the pulse train is maintained.
Besondere Beachtung erfordert das Starten des Hall-Sensors nach einer inaktiven Phase, während der die Stromversorgung des Hall-Sensors ganz oder teilweise (Ruhe- oder Sleep-Modus) abgeschaltet wird. Particular attention needs to be given to starting the Hall sensor after an inactive phase during which the power to the Hall sensor is completely or partially turned off (sleep or sleep mode).
Sofern beim Starten des Hall-Sensors nach einer solchen inaktiven Phase die Hall-Spannung außerhalb der Hysterese liegt (sofern also der Wert der Hall-Spannung die obere Schaltschwelle überschreitet oder die untere Schaltschwelle unterschreitet), ist der Pegel der Impulsfolge durch die obige Schaltregel eindeutig definiert. Dieser Fall ist somit unkritisch. If, when starting the Hall sensor after such an inactive phase, the Hall voltage is outside the hysteresis (so far as the value of the Hall voltage exceeds the upper threshold or the lower threshold below), the level of the pulse train by the above switching rule is unique Are defined. This case is therefore not critical.
Nicht definiert durch die obige Schaltregel ist der Pegel der Impulsfolge allerdings dann, wenn sich die Hall-Spannung beim Starten des Hall-Sensors in der Hysterese befindet. Um ein voraussagbares Verhalten des Hall-Sensors sicherzustellen, wird in diesem Fall der Anfangspegel der Impulsfolge nach dem Starten des Hall-Sensors vorgegeben – dies allerdings je nach Sensorkonzept verschieden. So wird bei einigen herkömmlichen Hall-Sensoren der Anfangspegel bei Hall-Spannung auf „Low“, und bei negativer Hall-Spannung auf „High“ gesetzt. Andere Hall-Sensoren setzen den Anfangspegel beim Starten in Hysterese stets auf denselben Wert (insbesondere auf „High“). However, the level of the pulse train is not defined by the above switching rule if the Hall voltage is in hysteresis when the Hall sensor is started. To ensure a predictable behavior of the Hall sensor, in this case, the initial level of the pulse train after the start of the Hall sensor is specified - but this varies depending on the sensor concept. For example, in some conventional Hall sensors, the initial level is set to low for Hall voltage and high for negative Hall voltage. Other Hall sensors always set the initial level to the same value when starting in hysteresis (especially "high").
Unabhängig vom Sensorkonzept kann es aber unter bestimmten Umständen zu einem Signalverlauf der Impulsfolge kommen, bei dem die Impulsfolge beim Starten nach der inaktiven Phase einen anderen Pegel aufweist als vor Beginn der inaktiven Phase. Weitere Ursachen hierfür können insbesondere auch in einer (geringfügigen) Drehung des Ringmagneten oder in einer (z.B. temperaturbedingten) Drift der Hysterese während der inaktiven Phase des Hall-Sensors liegen. Regardless of the sensor concept, however, under certain circumstances, a pulse train sequence can occur in which the pulse sequence at start-up after the inactive phase has a different level than before the start of the inactive phase. In particular, further causes of this may be a slight rotation of the ring magnet or a drift (hysteresis) of the hysteresis during the inactive phase of the Hall sensor.
Solche Signalverläufe der Impulsfolge können bei der Bestimmung der Stellposition zu Zählfehlern (und somit zu einer Fehlberechnung der Stellposition) führen. Such waveforms of the pulse train can lead to counting errors in the determination of the setting position (and thus to a miscalculation of the setting position).
Gemäß
Gemäß
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung anzugeben, die eine besonders einfache und geeignete Positionsbestimmung eines motorisch angetriebenen verstellbaren Kraftfahrzeugteils („Stellelements“) unter Verwendung eines Hall-Sensors erlaubt. The invention has for its object to provide an actuating device which allows a particularly simple and suitable position determination of a motor-driven adjustable motor vehicle part ("control element") using a Hall sensor.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention are set forth in the dependent claims and the description below.
Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung umfasst einen drehbeweglichen Ringmagneten und mit einen hierzu beabstandet angeordneten Hall-Sensor, der zeit- oder winkelabhängige Änderungen der magnetischen Flussdichte infolge einer Drehbewegung des Ringmagneten erfasst und mittels einer Schalteinheit gemäß einer Schaltregel in eine binäre Impulsfolge umgesetzt. Die Stellvorrichtung umfasst weiterhin einen Speicher, der derart mit der Schalteinheit verschaltet ist, dass er in der oder jeder aktiven Phase des Hall-Sensors den aktuellen Wert der binären Impulsfolge zumindest für diejenigen Zeitintervalle, für die sich die Hall-Spannung in der Hysterese befindet, bei Pegelwechseln (insbesondere bei jedem Pegelwechsel) nichtflüchtig als Referenzwert speichert. Die Stellvorrichtung umfasst außerdem eine Steuereinheit (Controller), die dazu eingerichtet ist, nach der oder jeder inaktiven Phase des Hall-Sensors den Anfangspegel der binären Impulsfolge zumindest dann auf den gespeicherten Referenzwert zu setzen, wenn sich die Hall-Spannung in der Hysterese befindet. The adjusting device according to the invention comprises a rotatable ring magnet and a spaced therefrom arranged Hall sensor detects the time or angle-dependent changes in the magnetic flux density due to a rotational movement of the ring magnet and converted by a switching unit according to a switching rule in a binary pulse train. The adjusting device furthermore comprises a memory which is connected to the switching unit in such a way that, in the or each active phase of the Hall sensor, it reads the current value of the binary pulse sequence at least for those time intervals for which the Hall voltage is in the hysteresis. during level changes (especially at each level change) non-volatile stores as a reference value. The actuator also includes a controller configured to, after the or each inactive phase of the Hall sensor, set the initial level of the binary pulse train to the stored reference value at least when the Hall voltage is in hysteresis.
Die Steuereinheit ist dabei insbesondere dazu eingerichtet, die Stellposition eines motorisch angetriebenen, verstellbaren Kraftfahrzeugteils mittels des Hall-Sensors zu bestimmen, der in dem drehbeweglichen Magnetfeld des Ringmagneten angeordnet ist. Dabei wird die von dem Hall-Sensor erfasste periodische Änderung der magnetischen Flussdichte gemäß der vorgegebenen Schaltregel in die binäre Impulsfolge umgesetzt, aus der dann durch Zählen von Pegelwechseln (Flanken) ein Maß für die Stellposition ermittelt wird. Gemäß der vorgegebenen Schaltregel wird der Pegel des Impulssignals jeweils dann gewechselt (d.h. geschaltet), wenn eine durch die Flussdichte induzierte Hall-Spannung eine vorgegebene obere Schaltschwelle überschreitet. Der Pegel des Impulssignals wird zudem jeweils auch dann gewechselt, wenn die Hall-Spannung eine untere Schaltschwelle unterschreitet. The control unit is in particular configured to determine the setting position of a motor-driven, adjustable motor vehicle part by means of the Hall sensor, which is arranged in the rotatable magnetic field of the ring magnet. In this case, the periodic change in the magnetic flux density detected by the Hall sensor is converted into the binary pulse sequence in accordance with the predetermined switching rule, from which a measure for the actuating position is then determined by counting level changes (flanks). According to the predetermined switching rule, the level of the pulse signal becomes in each case then changed (ie switched) when a Hall voltage induced by the flux density exceeds a predetermined upper switching threshold. The level of the pulse signal is also changed in each case even if the Hall voltage falls below a lower threshold.
Die untere Schaltschwelle ist dabei von der oberen Schaltschwelle um eine vorgegebene Hysterese beabstandet. Als „Hysterese“ wird somit der zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle liegende Wertebereich der Hall-Spannung bezeichnet. The lower switching threshold is spaced from the upper switching threshold by a predetermined hysteresis. The term "hysteresis" thus refers to the value range of the Hall voltage lying between the upper switching threshold and the lower switching threshold.
Als „binäre Impulsfolge“ wird zweckmäßigerweise ein elektrisches Spannungssignal erzeugt, das zwischen zwei diskreten Pegeln (d.h. Spannungs-)werten wechselt. Diese Pegel sind nachfolgend in an sich üblicher Weise als „High“ (entsprechend z.B. +5V) und „Low“ (entsprechend z.B. +0,5V) bezeichnet. Ein (auch als „Flanke“ bezeichneter) Pegelwechsel der Impulsfolge, bezeichnet somit einen Schaltvorgang, bei dem der Pegel der Impulsfolge von „High“ auf „Low“, oder von „Low“ auf „High“ geschaltet wird. As a "binary pulse train," an electrical voltage signal is conveniently generated which alternates between two discrete levels (i.e., voltage) values. These levels are hereinafter referred to in a conventional manner as "high" (corresponding to, for example, + 5V) and "low" (corresponding to, for example, + 0.5V). A (also referred to as "flank") level change of the pulse train, thus indicating a switching operation in which the level of the pulse train from "high" to "low", or from "low" to "high" is switched.
Die Erfindung geht dabei von einem Hall-Sensor aus, der intermittierend in aktiven Phasen betrieben wird, wobei den aktiven Phasen jeweils inaktive Phasen zwischengeschaltet sind. Die „aktiven Phasen“ des Hall-Sensors sind dabei dadurch charakterisiert, dass sich das Magnetfeld relativ zu der sensitiven Fläche (Hall-Sonde) des Hall-Sensors bewegt, und dass der Hall-Sensor aktiviert ist und somit die Impulsfolge erzeugt und ausgibt. Die „inaktiven Phasen“ des Hall-Sensors sind andererseits dadurch charakterisiert, dass die Stromversorgung des Hall-Sensors ganz abgeschaltet ist. The invention is based on a Hall sensor, which is operated intermittently in active phases, wherein the active phases in each case inactive phases are interposed. The "active phases" of the Hall sensor are characterized in that the magnetic field moves relative to the sensitive surface (Hall probe) of the Hall sensor, and that the Hall sensor is activated and thus generates and outputs the pulse train. On the other hand, the "inactive phases" of the Hall sensor are characterized in that the power supply of the Hall sensor is completely switched off.
Erfindungsgemäß wird in einer (vorzugsweise in jeder) aktiven Phase des Hall-Sensors der aktuelle Pegel der binären Impulsfolge zumindest für diejenigen Zeitintervalle, für die sich die Hall-Spannung in der Hysterese befindet, bei Pegelwechseln (insbesondere bei jedem Pegelwechsel) nichtflüchtig als Referenzwert gespeichert. Als „nichtflüchtig“ („persistent“) wird dabei eine Speicherung des Referenzwertes bezeichnet, die zumindest eine Teilabschaltung der Stromversorgung des Hall-Sensors (entsprechend einem Ruhe- oder Sleep-Modus) überdauert. Vorzugsweise erfolgt die Speicherung des Referenzwertes aber derart, dass der gespeicherte Referenzwert auch bei vollständiger Abschaltung (Stromlos-Schaltung) des Hall-Sensors erhalten bleibt. According to the invention, in one (preferably in each) active phase of the Hall sensor, the current level of the binary pulse train is non-volatile stored as a reference value at least for those time intervals for which the Hall voltage is in the hysteresis at level changes (in particular at each level change) , In this case, a storage of the reference value is referred to as "non-volatile" ("persistent"), which survives at least partial disconnection of the power supply of the Hall sensor (corresponding to a sleep or sleep mode). Preferably, however, the storage of the reference value takes place in such a way that the stored reference value is maintained even when the Hall sensor is completely switched off (currentless switching).
Beim Starten des Hallsensors nach der inaktiven Phase wird ein Anfangspegel der binären Impulsfolge zumindest dann auf den gespeicherten Referenzwert gesetzt, wenn sich die Hall-Spannung zu diesem Zeitpunkt in der Hysterese befindet (also einen zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle liegenden Wert aufweist). Als Anfangspegel wird dabei der erste Pegelwert („High“ oder „Low“) bezeichnet, den die Impulsfolge nach der inaktiven Phase annimmt. When starting the Hall sensor after the inactive phase, an initial level of the binary pulse train is set to the stored reference value at least when the Hall voltage is in hysteresis at that time (ie, having a value between the upper threshold and the lower threshold) , The initial level is the first level value ("high" or "low"), which the pulse sequence assumes after the inactive phase.
Die vorstehend beschriebene Speicherung des Referenzwerts hat den Effekt, dass der innerhalb einer aktiven Phase des Hall-Sensors zuletzt angenommene Pegel der Impulsfolge als Referenzwert über die anschließende inaktive Phase des Hall-Sensors konserviert wird. Damit wird auf einfache und besonders fehlerunanfällige Weise sichergestellt, dass die Impulsfolge nach der inaktiven Phase mit dem gleichen Pegel startet, den sie zum Ende der vorherigen aktiven Phase zuletzt aufwies. Hierdurch werden Zählfehler bei der Bestimmung der Stellposition aus der Impulsfolge vermieden, wodurch wiederum eine besonders präzise Bestimmung der Stellposition sichergestellt ist. The above-described storage of the reference value has the effect that the level of the pulse sequence last assumed within an active phase of the Hall sensor is conserved as reference value via the subsequent inactive phase of the Hall sensor. This ensures that the pulse train after the inactive phase starts at the same level it last had at the end of the previous active phase in a simple and error-prone manner. As a result, counting errors in the determination of the setting position from the pulse train are avoided, which in turn ensures a particularly precise determination of the setting position.
In besonders einfacher und effizienter Ausführung der Erfindung wird der aktuelle Wert der Impulsfolge während der gesamten aktiven Phase – unabhängig von dem Wert der Hall-Spannung – bei jedem Pegelwechsel nichtflüchtig gespeichert. In zweckmäßiger Ausführung der Erfindung wird zudem auch der Anfangspegel der Impulsfolge – unabhängig von dem Wert der Hall-Spannung zu Beginn der aktiven Phase – stets auf den gespeicherten Referenzwert gesetzt. Insbesondere wird für die Bestimmung der Stellposition bevorzugt der Einfachheit halber diejenige Impulsfolge herangezogen, die sich aus dem zeitabhängig variierenden, gespeicherten Referenzwert ergibt. In a particularly simple and efficient embodiment of the invention, the current value of the pulse train during the entire active phase - regardless of the value of the Hall voltage - non-volatile stored at each level change. In an expedient embodiment of the invention, in addition, the initial level of the pulse train - regardless of the value of the Hall voltage at the beginning of the active phase - is always set to the stored reference value. In particular, for the determination of the setting position, preferably that pulse sequence which results from the time-varying, stored reference value is used for the sake of simplicity.
Alternativ hierzu wird nach der inaktiven Phase der Anfangspegel der Impulsfolge nur dann auf den gespeicherten Referenzwert gesetzt, wenn sich die Hall-Spannung zum Beginn der aktiven Phase in der Hysterese befindet. Dagegen wird der Anfangspegel gemäß der vorstehend beschriebenen Schaltregel aus dem aktuellen Wert der Hall-Spannung bestimmt, wenn sich die Hall-Spannung zu Beginn der aktiven Phase außerhalb der Hysterese befindet (also einen die obere Schaltschwelle übersteigenden Wert oder einen die untere Schaltschwelle unterschreitenden Wert aufweist). Alternatively, after the inactive phase, the initial level of the pulse train is set to the stored reference value only when the Hall voltage at the beginning of the active phase is in hysteresis. In contrast, the initial level is determined according to the above-described switching rule from the current value of the Hall voltage when the Hall voltage at the beginning of the active phase is outside the hysteresis (that is, a value exceeding the upper threshold, or a value below the lower threshold ).
Um zu verhindern, dass durch eine – gegebenenfalls geringfügige – Bewegung des Magnetfelds (genauer gesagt des magnetfelderzeugenden Ringmagneten) relativ zu der Hall-Sonde die Hall-Spannung in der inaktiven Phase aus der Hysterese heraus driftet oder in die Hysterese hinein driftet und somit in der anschließenden aktiven Phase in der dann wieder aufgenommenen Impulsfolge gegebenenfalls eine Flanke zu viel oder zu wenig verursacht, wird die Bewegung des Magnetfelds bevorzugt während der inaktiven Phase mechanisch blockiert. In order to prevent the Hall voltage in the inactive phase from drifting out of the hysteresis or drifting into the hysteresis, due to movement of the magnetic field (more precisely of the magnetic field generating ring magnet), possibly slight, relative to the Hall probe subsequent active phase in the then resumed pulse sequence, if necessary, a flank caused too much or too little, the Movement of the magnetic field preferably mechanically blocked during the inactive phase.
Der Speicher ist in besonders einfacher und effizienter Ausführung der Stellvorrichtung derart mit der Schalteinheit verschaltet, dass er den aktuellen Pegel der Impulsfolge während der gesamten aktiven Phase – unabhängig von dem Wert der Hall-Spannung – bei jedem Pegelwechsel nichtflüchtig speichert. The memory is connected in a particularly simple and efficient design of the adjusting device with the switching unit such that it non-volatile stores the current level of the pulse train during the entire active phase - regardless of the value of the Hall voltage - at each level change.
Die Steuereinheit ist dabei in zweckmäßiger Ausführung der Erfindung dazu eingerichtet, auch den Anfangspegel der Impulsfolge zu Beginn der oder jeder aktiven Phase – unabhängig von dem Wert der Hall-Spannung – stets auf den gespeicherten Referenzwert zu setzen. The control unit is designed in an expedient embodiment of the invention to always set the initial level of the pulse train at the beginning of the or each active phase - regardless of the value of the Hall voltage - always on the stored reference value.
Alternativ hierzu ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, nach der inaktiven Phase des Hall-Sensors den Anfangspegel der binären Impulsfolge dann gemäß der Schaltregel aus dem aktuellen Wert der Hall-Spannung zu bestimmen, wenn sich die Hall-Spannung zu Beginn der aktiven Phase außerhalb der Hysterese befindet. Alternatively, after the inactive phase of the Hall sensor, the control unit is configured to determine the initial level of the binary pulse train from the current value of the Hall voltage according to the switching rule when the Hall voltage at the beginning of the active phase is outside the hysteresis located.
In zweckmäßiger Ausführung umfasst die Stellvorrichtung zusätzlich einen elektrischen Stellmotor, mit dessen Motorwelle der Ringmagnet drehfest gekoppelt ist, wobei die Motorwelle über eine Stellmechanik auf das Stellelement wirkt. Die Schalteinheit ist vorzugsweise durch eine Komparatorschaltung mit Hysterese (insbesondere durch einen sogenannten Schmitt-Trigger) gebildet. In an expedient embodiment, the adjusting device additionally comprises an electric servo motor, with the motor shaft of the ring magnet is rotatably coupled, wherein the motor shaft acts on the actuating element via an actuating mechanism. The switching unit is preferably formed by a comparator circuit with hysteresis (in particular by a so-called Schmitt trigger).
Der Hall-Sensor ist vorzugsweise als CMOS-Halbleiterchip ausgeführt, in den die Schalteinheit (insbesondere die vorstehend beschriebene Komparatorschaltung) integriert ist, so dass als Ausgangsignal des Hall-Sensors unmittelbar die binäre Impulsfolge als Maß für die Drehgeschwindigkeit des Ringmagneten abgreifbar ist. Zusätzlich zu dieser binären Impulsfolge erzeugt der Hall-Sensor vorzugsweise eine phasenverschobene zweite Impulsfolge und gibt ein aus dem Vergleich dieser beiden Impulsfolgen gewonnenes zweites Ausgangssignal aus, das für die Drehrichtung des Ringmagneten charakteristisch ist. The Hall sensor is preferably designed as a CMOS semiconductor chip, in which the switching unit (in particular the comparator circuit described above) is integrated, so that as the output signal of the Hall sensor directly the binary pulse train as a measure of the rotational speed of the ring magnet can be tapped. In addition to this binary pulse train, the Hall sensor preferably generates a phase-shifted second pulse train and outputs a second output signal obtained from the comparison of these two pulse trains which is characteristic of the direction of rotation of the ring magnet.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise durch einen Mikrocontroller mit einem darin lauffähig implementierten Steuerprogramm (Firmware) oder durch einen nichtprogrammierbaren, elektronischen Schaltkreis (insbesondere einen ASIC) gebildet. The control unit is preferably formed by a microcontroller having a control program (firmware) implemented therein executable or by a non-programmable electronic circuit (in particular an ASIC).
Der zur nichtflüchtigen Speicherung des Referenzwertes vorgesehene Speicher ist vorzugweise als integraler Bestandteil des Hall-Sensors ausgebildet. Alternativ ist der Speicher als separates Bauteil oder als integrierter Bestandteil der Steuereinheit (also insbesondere des Mikrocontrollers oder ASICS) ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Speicher um einen Ein-Bit-Speicher. In dieser Ausführung kann der Speicher im Rahmen der Erfindung beispielsweise durch ein bistabiles, elektromechanisches Relais gebildet sein. The memory provided for non-volatile storage of the reference value is preferably designed as an integral part of the Hall sensor. Alternatively, the memory is designed as a separate component or as an integrated component of the control unit (ie in particular of the microcontroller or ASICS). Preferably, this memory is a one-bit memory. In this embodiment, the memory may be formed in the context of the invention, for example, by a bistable, electromechanical relay.
Vorzugsweise umfasst die Stellvorrichtung des Weiteren Mittel zur mechanischen Blockierung einer Bewegung des Ringmagneten in der inaktiven Phase des Hall-Sensors – also Mittel, die eine Drehung des Ringmagneten (und damit des Magnetfelds) relativ zu der Hall-Sonde verhindern, wenn sich der Hall-Sensor in der inaktiven Phase befindet und daher ein solche Drehung nicht erfassen könnte. Die genannten Mittel sind beispielsweise durch einen Bremse oder Raste gebildet, durch die bei Deaktivierung des Hall-Sensors der Ringmagnet oder eine drehfest damit verbundene Welle blockiert werden, und die bei erneuter Aktivierung des Hall-Sensors automatisch gelöst wird. In alternativer Ausführungsform umfasst die Stellvorrichtung als Mittel zur mechanischen Blockierung der Bewegung des Ringmagneten als Teil einer Stellmechanik der Stellvorrichtung ein selbsthemmendes Getriebe, z.B. ein Schneckengetriebe, das eine abtriebsseitig veranlasste Drehung der mit dem Ringmagneten drehfest verbundenen Motorwelle verhindert. Der Hall-Sensor ist hierbei zweckmäßigerweise stromversorgungstechnisch mit dem Stellmotor gekoppelt, so dass der Hall-Sensor immer dann aktiviert ist, wenn der Motor betrieben ist, und deaktiviert ist, wenn der Motor unbestromt ist. In den inaktiven Phasen des Hall-Sensors wird eine Drehung der Motorwelle hierbei durch das selbsthemmende Getriebe unterbunden. Preferably, the adjusting device further comprises means for mechanically blocking a movement of the ring magnet in the inactive phase of the Hall sensor - ie means which prevent rotation of the ring magnet (and thus the magnetic field) relative to the Hall probe, when the Hall Sensor is in the inactive phase and therefore could not detect such a rotation. The said means are formed for example by a brake or detent, are blocked by the deactivation of the Hall sensor, the ring magnet or a shaft rotatably connected thereto, and is automatically released upon re-activation of the Hall sensor. In an alternative embodiment, as a means for mechanically blocking the movement of the ring magnet as part of an actuating mechanism of the adjusting device, the adjusting device comprises a self-locking gear, e.g. a worm gear, which prevents a driven side driven rotation of the non-rotatably connected to the ring magnet motor shaft. The Hall sensor is expediently coupled in terms of power supply with the servomotor, so that the Hall sensor is always activated when the engine is operated, and is deactivated when the engine is de-energized. In the inactive phases of the Hall sensor, a rotation of the motor shaft is prevented here by the self-locking gear.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.
Die Stellvorrichtung
Die Stellmechanik
Die Stellvorrichtung
Der Drehstellungssensor
Wie aus
Jedem der beiden Verstärker- und Filterschaltkreise
Dem Schmitt-Trigger
Beiden Schmitt-Triggern
Im Betrieb des Stellmotors
Unter Wirkung der Flussdichten B1 und B2 wird in den Hall-Sonden
Die Hall-Spannungen U1 bzw. U2 werden mittels des jeweils nachgeschalteten Verstärker- und Filterschaltkreises
Jeder der beiden Schmitt-Trigger
- – von „High“ auf „Low“, wenn der Wert der Hall-Spannung U1‘ eine obere Schaltschwelle Uh übersteigt, und
- – von „Low“ auf „High“, wenn der Wert der Hall-Spannung U1‘ eine untere Schaltschwelle Ul unterschreitet.
- From "high" to "low" when the value of the Hall voltage U 1 'exceeds an upper switching threshold U h , and
- - From "low" to "high" when the value of the Hall voltage U 1 'falls below a lower threshold U l .
Die durch die Hysteresebeschaltung
Der jeweils aktuelle Pegel der Impulsfolge I1 wird in dem Speicher
In gleicher Weise sind dem Schmitt-Trigger
Die beiden Impulssignale I1, I2 werden in der Richtungserkennungsschaltung
Durch Zählen der aufeinanderfolgenden Pegelwechsel (Flanken) in dem Geschwindigkeitssignal S ermittelt die Steuereinheit
Der Hall-Sensor
Zum Ende der ersten aktiven Phase A1 liegt die Hall-Spannung U1 in dem dargestellten Beispiel allerdings in der Hysterese H1, wodurch der Pegel der Impulsfolge I1 zu Beginn der zweiten aktiven Phase A2 durch die vorstehend beschriebene Schaltregel nicht eindeutig bestimmt ist. Der Schmitt-Trigger
Würde die Impulsfolge I1 unmittelbar zur Bestimmung der Stellposition x herangezogen, so würde die Steuereinheit
Durch den zwischengeschalteten Speicher
Hierdurch wird sichergestellt, dass das Geschwindigkeitssignal S in der zweiten aktiven Phase A2 mit demselben Pegel gestartet wird, den es in der ersten aktiven Phase A1 zuletzt aufwies. This ensures that the speed signal S is started in the second active phase A2 having the same level, which it had in the first active phase A 1 last is ensured.
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 vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. The invention will be particularly apparent to the embodiment described above, but is not limited to this. Rather, numerous other embodiments of the invention may be inferred from the claims and the foregoing description.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Stellvorrichtung locking device
- 2 2
- Fahrzeugscheibe vehicle window
- 3 3
- Stellmotor servomotor
- 4 4
- Stellmechanik actuating mechanism
- 5 5
- Stellweg Travel Range
- 6 6
- Öffnungsstellung open position
- 7 7
- Schließstellung closed position
- 8 8th
- Motorwelle motor shaft
- 9 9
- Antriebsschnecke drive worm
- 10 10
- Schneckenrad worm
- 11 11
- Steuereinheit control unit
- 12 12
- Drehstellungssensor Rotary position sensor
- 13 13
- Ringmagnet ring magnet
- 14 14
- Hall-Sensor Hall sensor
- 15 15
- Hall-Sonde Hall probe
- 16 16
- Hall-Sonde Hall probe
- 17 17
- Verstärker- und Filterschaltkreis Amplifier and filter circuit
- 18 18
- Verstärker- und Filterschaltkreis Amplifier and filter circuit
- 19 19
- Schmitt-Trigger Schmitt trigger
- 20 20
- Schmitt-Trigger Schmitt trigger
- 21 21
- Hysteresebeschaltung hysteresis circuit
- 22 22
- Hysteresebeschaltung hysteresis circuit
- 23 23
- (Ein-Bit-)Speicher (One-bit) memory
- 24 24
- Richtungserkennungsschaltkreis Direction detection circuit
- 25 25
- Geschwindigkeitsausgang speed output
- 26 26
- Richtungsausgang towards the exit
- B1 B 1
- Flussdichte flux density
- B2 B 2
- Flussdichte flux density
- Uh U h
- (obere) Schaltschwelle (upper) switching threshold
- Ul U l
- (untere) Schaltschwelle (lower) switching threshold
- I1 I 1
- Impulssignal pulse signal
- I2 I 2
- Impulssignal pulse signal
- H1 H 1
- Hysterese hysteresis
- H2 H 2
- Hysterese hysteresis
- U1 U 1
- Hall-Spannung Hall voltage
- U2 U 2
- Hall-Spannung Hall voltage
- U1‘ U 1 '
- Hall-Spannung Hall voltage
- U2‘ U 2 '
- Hall-Spannung Hall voltage
- S S
- Geschwindigkeitssignal speed signal
- R R
- Richtungssignal direction signal
- A1 A 1
- (aktive) Phase (active) phase
- A2 A 2
- (aktive) Phase (active) phase
- P P
- (inaktive) Phase (inactive) phase
- x x
- Stellposition setting position
- t t
- Zeit Time
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BROSE FAHRZEUGTEILE SE & CO. KOMMANDITGESELLSC, DE Free format text: FORMER OWNER: BROSE FAHRZEUGTEILE GMBH & CO. KOMMANDITGESELLSCHAFT, BAMBERG, 96052 BAMBERG, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: FDST PATENTANWAELTE FREIER DOERR STAMMLER TSCH, DE |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |