DE3136746A1 - Schaltungsanordnung zur elektronischen betaetigung und ueberwachung des oeffnungs- bzw. schliesszyklusses von elektrisch betaetigbaren aggregaten - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur elektronischen Betätigung
• und Überwachung des Öffnungs- bzw Schließzyklusses von elektrisch betätigbaren Aggregaten Beschreibung Die Erfindung nach dem Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur elektronischen Betätigung und Überwachung des Öffnungs- bzw. Schließzyklusses von elektrisch betätigbaren Aggregaten, wie beispielsweise Fensterheber und elektrische Schiebedächer, insbesondere von Kraftfahrzeugen, wobei der an das gleichspannungsgespeiste Bordnetz angeschlossene elektrische Stelltrieb über elektrische Schalter, insbesondere Tastschalter, betätigbar ist sowie eine elektrische Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
• Hauptaufgabe des nachstehend beschriebenen elektronischen Systems, insbesondere Fensterhebersystems des Hauptpatentes,ist es, die Sicherheitsmängel (Einklemmen gefährdeter Körperteile, wie Hals, Kopf, Finger usw) des heutigen elektrischen Systems, insbesondere Fensterheber, FH, abzubauen.
• Bei dem heutigen elektrischen FH besteht die Gefahr, daß Kfz.-Insassen (z.B. Kinder) durch das sich schließende Fenster verletzt werden.
• Abgeschaltet wird der FH-Motor nur durch Loslassen des betreffenden Tasters oder durch den sich durch Überlast öffnenden Bimetall-Schalter im FH-Motor. Das System als solches ist dann zwar abgeschaltet, aber durch die unverändert bleibende Position der Scheibe wird die Verletzungsgefahr, je nachdem ob Hals, Kopf, Finger usw. eingeklemmt sind, noch wesentlich vergrößer.
• Insbesondere besteht bei einer Einklemmung des Halses die Gefahr der Strangulation.
• Ein weiterer Nachteil bei dem heutigen elektrischen FH entsteht dadurch, daß, um das Fenster vollständig zu schließen oder zu öffnen, die Taste während des gesamten Bewegungszyklusses betätigt werden muß.
• Geschaltet wird der FH-Motor bei diesem System direkt über die Taster. Die Taster müssen also die gesamte Leistung schalten.
• Es wurde schon eine Verbesserung des heutigen elektrischen Systems vorgeschlagen, wobei eine zusätzliche Messung des aufgenommenen FH-Motorstromes erfolgen sollte.
• Der Stromanstieg, der beim Einklemmen gefährdeten Körperteile auftritt, sollte als Abschaltkriterium dienen. Dadurch sollte dann eine höhere Sicherheit erreicht werden. Problem der Strommessung ist es jedoch, die vielen, sich ändernden Größen, die den Strom selbst beeinflussen, zu berücksichtigen.
• Diese sind: Die schwankende Versorgungsspannung (Versorgungsspannungsbereich).
• Die sich in Abhängigkeit von der Eigenerwärmung des Motors ändernde Stromaufnahme.
• Die sich durch die Krümmung des Fensters ändernde Belastung des FH-Motors und die sich somit ändernde Stromaufnahme.
• Da die Position des Fensters unbekannt ist, kann durch den Stromanstieg nicht unterschieden werden, ob gefährdete Körperteile eingeklemmt werden oder ob das Fenster in die Gummidichtung fährt (Schließlage).
• Diese aufgeführten Kriterien bringen in Bezug auf die Sicherheit des elektrischen FH mit Strommessung zwei Möglichkeiten: Entweder erfolgt eine sichere Abschaltung und damit Schutz gegen eingeklemmte Körperteile Dann bleibt aber das Problem, daß das Fenster nicht vollständig geschlossen werden kann.
• Oder es erfolgt eine unsichere Abschaltung und damit ein verminderter Schutz gegen eingeklemmte Körperteile Dann ist aber ein vollständiges Schließen des Fensters möglich.
• Der Erfindung nach dem Hauptpatent liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, verfahrens- und schaltungsmäßig ein System zu schaffen, bei dem sowohl ein gefährliches Einklemmen von Körperteilen ausgeschlossen als auch ein vollständiges Öffnen und Schließen des Fensters automatisch möglich ist. Das Fensterhebersystem ist beispielsweise genannt. Bei elektrischen Schiebedächern besteht die gleiche Problematik.
• Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen des Hauptpatentes definiert.
• Das darin definierte erfindungsgemäße elektronische FH-System mißt die Geschwindigkeit des FH-Motors (mittelbar oder unmittelbar) und vergleicht den ersten erhaltenen Meßwert mit allen nachfolgenden Meßwerten.
• Durch diesen ersten Meßwert werden alle momentanen, sich über die gesamte Betriebszeit des Fensters ändernden elektrischen und mechanischen Größen, wie Eigenerwärmung des FH-Motors, Höhe-der Batteriespannung, Zustand und Position des Fensters usw., erfaßt.
• Die Verarbeitung und Aufnahme der Meßwerte erfolgt durch einen Microcomputer. Die Geschwindigkeitsmessung selbst kann über eine Lochscheibe und Lichtschranke, Hall IC oder ähnliche Sensoren, die im FH-Motor unter-oder am FH-Motor angebracht sind, erfolgen.
• Diese Sensoren können sich auch im oder am mechanischem Hebesystem des FH-Motors befinden. Des weiteren kann durch Aufbringen eines Rasters in der Fensterscheibe in Verbindung mit optoelektronischen Sensoren die Geschwindigkeitsmessung erfolgen. Die Anzahl der Wechsel je Zeiteinheit, die diese Sensoren liefern, sind ein Maß für die Geschwindigkeit des FH-Motorso Diese Wechsel werden vom Microcomputer laufend eingelesen und weiterverarbeitet.
• Die Wechsel, die diese Sensoren liefern, erfüllen bei diesem System noch eine zweite wichtige Aufgabe. Die Anzahl der Wechsel insgesamt dient dazu, die Position des Fensters zu bestimmen.
• Diese Positionserkennung ermöglicht es - im Gefahrenfall - sicher abzuschalten und das Fenster eventuell wieder zu öffnen und - im Normalfall - das Fenster trotzdem vollständig zu schließen.
• Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das System nach dem Hauptpatent derart weiterzubilden, daß eine besonders zuverlässige Weg/Zeit-Erfassung gewährleistet und das System mit keiner Ruheverlustleistung behaftet ist.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der mit dem Microcomputer verbundene Sensor aus zwei digitalen Sensorelementen besteht und daß der Microcomputer Mittel zur Stromlosschaltung des gesamten Systems beim Erreichen des normierten Zustandes sowie Nichtbetätigung der Schalter und Abschaltung des Stelltriebes aufweist. Hierdurch ist gewährleistet, daß auch von außen auf das Aggregat einwirkende Einflüsse berücksichtigt werden und daß selbst bei längerer Nichtbetätigung des Aggregates eine ständige Belastung der Bordspannungsquelle vermieden ist.
• Funktionsbeschreibung Nach Anklemmen der Bordbatterie bezeichnet der Microcomputer die momentane Position der Scheibe als Zustand "Fenster zu" und setzt den Positionszähler auf den Wert 0.
• Wird die Scheibe nun bewegt, so liefert einer der insbesondere als optoelektronischen Gabelkoppler ausgebildeten digitalen Sensorelemente des Sensors Wechsel von 0 nach 1 oder umgekehrt, die der Microcomputer entsprechend der Drehrichtung addiert oder subtrahiert.
• Wird das Fenster geöffnet, so werden die Wechsel addiert.
• Wirddas Fenster wieder geschlossen, so werden die Wechsel des Sensors wieder subtrahiert.
• Ausgehend von der Position "Fenster auf" durchläuft die Fensterscheibe während des Schließvorganges 3 Bereiche (Bereich 1,2 und 3).
• Hierbei sind die Bereiche 1 und 3 Bereiche, in denen der Motor nur abgeschaltet wird, wenn er für kurze Zeit im blockiertem Zustand gewesen ist.
• Dieser Blockierzustand wird durch einen Blockierzähler erfaßt, dessen Zeit variabel ist. Er tritt dann in Kraft, wenn vom Sensor keine Wechsel mehr kommen und stellt sicher, daß das Fenster immer vollständig geöffnet und vollständig geschlossen wird, so daß der Motor nicht überlastet wird. Aus diesem Grund kann der Bimetall-Schalter im Motor entfallen.
• Zeitbestimmend für alle Zählungen und Messungen ist die dem Microcomputer vorgegebene, vorteilhafterweise von der Höhe der Batteriespannung abhängige Taktfrequenz.
• Der Bereich 2 ist der sogenannte Sicherheitsbereich, in dem, ausgehend vom sogenannten 1.Meßwert, durch fortlaufende Prüfungen untersucht wird, ob ein Grenzwert überschritten wird.
• Ist dies der Fall, tritt die Gefahrenöffnung ein. Der Motor wird gestoppt und anschließend gegensinnig in Betrieb gesetzt, so daß sich das Fenster ein wenig öffnet.
• Der Öffnungsweg des Fensters ist variabel.
• Dieser Meßwert erfaßt alle, die sich während der gesamten Betriebszeit ändernden elektrischen und mechanischen Größen des Fensters.
• Ist das Fenster zum Zeitpunkt des Anklemmens der Bordbatterie geschlossen, so arbeitet das elektronische FH-System zu diesem Zeitpunkt bereits mit voller Sicherheit.
• Ist das Fenster nach Anklemmen der Bordbatterie nicht geschlossen, so bezeichnet der Microcomputer zunächst diese Position als "Fenster zu". Wird nun die Taste "Fenster zu" betätigt und diese Position überfahren, so erkennt der Microcomputer, daß das Fenster nicht geschlossen war. Für den nun folgenden tOSchließzyklus besteht nur bedingte Sicherheit.
• Bedingte Sicherheit bedeutet, daß im Gefahrenfall keine Fensteröffnung erfolgt.
• Der Motor wird jedoch nach Überschreiten eines bestimmten Wertes sofort abgeschaltet.
• Der Microcomputer wartet nun bei diesem Schließzyklus eine sogenannte Anlaufzeit ab und mißt dann die Zeit zwischen 2 Wechseln (dies kann die Zeit zwischen 2 Wechseln von 0-1 oder von 1-0 sein).
• Aus der gemessenen Zeit wird dann der maximal zulässige Wert ermittelt und als Ausgangswert für die nun einsetzenden Prüfungen genommen Wird dieser 1.Meßwert während einer dieser Prüfungen erreicht, so führt dies zum Abschalten des FH-Motors.
• Die Höhe des 1.Meßwertes reicht bei dieser Betriebsart aus, um das Fenster vollständig zu schließen, bevor der FH-Motor abgeschaltet wird.
• Nach Abschalten des FH-Motors wird die neue Position der Scheibe als Zustand "Fenster zu" definiert. Wird nun während des ersten Schließzyklusses nach Anklemmen der Bordbatterie ein gefährdetes Körperteil eingeklemmt, so wird der FH-Motor zumindest abgeschaltet.
• Ist das Fenster bereits geschlossen und die Taste "Fenster zu" wird betätigt, so wird der FH-Motor, dadurch, daß er blockiert ist, durch den Blockierzähler (Zeit ca 500 ms, Zeit ist aber variabel) abgeschaltet.
• Würde die Taste "Fenster zu" betätigt und der FH-Motor durch den Blockierzähler abgeschaltet, so regeneriert sich hierdurch jedesmal der Positionszähler, d.h, er nimmt dann immer den Wert O an.
• Wird nun ausgehend von der Position "Fenster zu" das Fenster geöffnet, so werden nur die eingehenden Wechsel des Sensors im Positionszähler addiert. Bei der Tastenbetätigung gibt es folgende Funktionsmöglichkeiten: a.) Tastenbetätigung kurz (tc o,5 s): Fenster wird vollständig geöffnet oder geschlossen. Die Endabschaltung erfolgt über den Blockierzähler.
• b.) Tastenbetätigung lang (t o,5 s): Scheibe wird solange bewegt, wie die Taste betätigt wird c) Gleiche Taste wird ein zweites Mal betätigt, egal ob kurz oder lang: Die Fensterbewegung wird gestoppt.
• d.) Betätigung der Gegentaste: Funktion der Gegentaste wird übernommen (z.B. Fenster wird geöffnet wW Betätigen der Taste, "Fenster zu" r+ Fenster wird dann geschlossen).
• Wird das Fenster geschlossen, so prüft der Microcomputer anhand des Positionszählers, wo sich das Fenster befindet. Befindet sich das Fenster im Bereich 1, so wird bei Eintritt in den Bereich 2, die Zeit zwischen zwei Wechseln gemessen und abgespeichert.
• Aus diesem 1.Meßwert resultiert dann ein Grenzwert, der, wird er im Bereich 2 bei einer Prüfung überschritten, zur Gefahrenöffnung führt.
• Befindet sich die Scheibe dagegen schon im Bereich 1, so wird das Fenster nach Ablauf des Blockierzählers gestoppt.
• Befindet sich beim Anlauf die Scheibe schon im Bereich 2, so erfolgt nach Abwarten des sogenannten Spielausgleiches (Ausgleich des Spieles im mechanischen Hebesystem) die Übernahme des 1.Meßwertes.
• Aus diesem 1.Meßwert resultiert dann wiederum ein Grenzwert, der, sollte er während der Prüfungen im Bereich 2 überschritten werden, zur Gefahrenöffnung führt.
• Durch Aufteilung des Fensters in diese 3 Bereiche und Messung der Geschwindigkeit des Motors ist es möglich, daß gefährdete Körperteile unverletzt bleiben und trotzdem das Fenster vollständig geschlossen werden kann Durch die zusätzliche Gefahrenöffnung wird beim Einklemmen des Halses eine Strangulation durch das Gewicht des Kopfes an der Kante der Fensterscheibe vermieden.
• Es bleibt noch festzuhalten, daß es sich empfiehlt, den Takt (Fig. 1) unabhängig von der Bordspannung zu machen, damit bei einem plötzlichen Spannungsabfall im Bordnetz während der Betätigung der Fensterheber kein Fehlimpuls beim Takt bzw Sensor erzeugt wird Um zu verhindern, daß die Bordspannungsquelle auch bei Nichtbenutzung des Systems belastet wird, ist der Microcomputer derart ausgestaltet, daß beim Erreichen des normierten Zustandes sowie Nichtbetätigung der Bedienelemente und Abschaltung des Stelltriebes eine Stromlosschaltung des gesamten Systems erfolgt.
• Wesentliche Merkmale des Gegenstandes nach dem Hauptpatent sind zusammengefaßt folgende: 1.) Digitale Erfassung der Motorgeschwindigkeit über Lochscheibe und Lichtschranke, Hall IC und ähnliche Sensoren in Verbindung mit einem Microcomputer.
• 2.) Positionierung dieser Sensoren: 1.) in oder am Fensterhebermotor, 2.) in oder am mechanischen Hebesystem, 3.) lochscheibenähnlicher Raster in Fensterscheibe in Verbindung mit einer Lichtschranke oder ähnlichem Sensor.
• 3.) Positionserkennung, die durch die Anzahl der Wechsel vom Sensor erfolgt.
• 4.) Aufteilung des Fensters im Bereich. Daraus resultierend ein Sicherheitsbereich, der eine Gefahrenöffnung ermöglicht und ein Bereich, der ein sicheres Schließen des Fensters ermöglicht.
• 5.) Im Sicherheitsbereich im Gefahrenfall Gefahrenöffnung, wobei die Öffnungsweite variabel ist.
• 6.) Sogenannter Spielausgleich (Ausgleich des Spiels im mechanischen Hebesystem). Spielausgleich kann variabel gestaltet werden.
• 7.) Blockzeit, die dann anläuft, wenn keine Wechsel mehr vom Sensor eingehen und die den Motor dann automatisch abschaltet.
• 8.) Eventuell 2 Lichtschranken, die eine eindeutige Drehrichtungserkennung und damit eine eindeutige Zuordnung der Wechsel ermöglichto 9.) Bei nicht erfolgter Meßwertaufnahme wird im Gefahrenfall durch zusätzlichen Zähler die Gefahrenöffnung veranlaßt.
• 1o.) Nach dem Anlauf des Fensterhebermotors wird der 1.Meßwert aufgenommen. Daraus resultiert ein Grenzwert, der, wird er während einer der fortlaufenden Prüfungen überschritten, zur Gefahrenöffnung führen kann.
• 11.) Ist nach dem Anklemmen der Versorgungsspannung eines der Fenster nicht vollständig geschlossen, so gilt für den restlichen Schließweg nur bedingte Sicherheit. Bedingte Sicherheit bedeutet nur, daß keine Gefahrenöffnung erfolgt. Der FH-Motor wird trotzdem abgeschaltet.
• 12.) Nach jedem Blocklauf in Drehrichtung Zu" Positionszählerrückstellung, Durch eventuelle Störung immer neue Initialisierung.
• Durch die vorliegende Erfindung wird zusätzlich folgendes erreicht: Zo) Es erfolgt eine besonders günstige, auch äußere Einflüsse berücksichtigende Weg/ Zeit-Erfassung.
• 2.) Es wird durch Stromlosschaltung eine kontinuierliche Belastung der Bordspannungsquelle vermieden.
• Zum besseren Verständnis ist in der Zeichnung ein Blockschaltbild eines elektronischen FH-Systems gemäß Erfindung dargestellt (Fig l)o Des weiteren sind die Bereiche am Beispiel einer schematisierten Kfz.-Tür dargestellt (Fig. 2).
• Leerseite

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Betätigung und Überwachung des Öffnungs- bzw. Schließzyklusses von elektrisch betätigbaren Aggregaten Patentansprüche U Elektrische Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 des Patentes 30 34 118, bestehend aus elektrisch betätigbaren Aggregaten, z.B Fensterheber und/oder Schiebedächer von Kraftfahrzeugen, jeweils einem mittels Schalter betätigbaren elektrischen, an das Kraftfahrzeug-Bordnetz angeschlossenen Stelltrieb sowie zwischen dem jeweiligen Öffnungs- bzw. Schließschalter und dem Stelltrieb angeschlossenen Relais, wobei zwischen Schalter und Relais ein vom Bordnetz gespeister Microcomputer in den elektrischen Stromkreis eingeschaltet ist, der eingangsseitig von einem Taktgeber angesteuert ist, der weiter eingangsseitig vom Öffnungs- und Schließschalter und von einem Sensor angesteuert ist, der zudem ausgangsseitig die Relais des Stelltriebes ansteuert, wobei der Sensor als Erfassungselement für die Geschwindigkeit des Motors, des Stelltriebes bzw. des zu verstellenden Aggregates ausgebildet ist und die vom Sensor erfaßten Impulse, die dem Microcomputer zugeführt sind, von diesem sowohl zur Überwachung der Gleichmäßigkeit der Aggregat- geschwindigkeit mit den Taktimpulsen verglichen und zur Erfassung des Stellweges abgespeichert und je nach Richtung der Bewegung ausgehend vom normierten Zustand addiert oder subtrahiert werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der mit dem Microcomputer verbundene Sensor aus zwei digitalen Sensorelementen besteht und daß der Microcomputer Mittel zur Stromlosschaltung des gesamten Systems beim Erreichen des normierten Zustandes sowie Nichtbetätigung der Schalter und Abschaltung des Stelltriebes aufweist.
2. 2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente als optoelektronische Gabelkoppler ausgebildet sind.