DE3521004A1

DE3521004A1 - Steueranordnung fuer einen elektromotorischen antrieb

Info

Publication number: DE3521004A1
Application number: DE19853521004
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Rubel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-06-12
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1986-12-18

Description

Steueranordnung für einen elektromotorischen
Artrieb Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Steueranordnung für einen elektromotorischen Antrieb nach der Gattung des Hauptanspruches.
Bei elektromotorisch bewegten Teilen, beispielsweise bei Schiebedächern in Kraftfahrzeugen, besteht grundsätzlich eine Einklemmgefahr, wodurch Personen verletzt werden können. Es ist bekannt, die Ansteuerung des Schiebedachelektromotors so zu gestalten, daß sich das Dach nur bewegt, solange eine Steuertaste gedrückt wird. Dadurch wird sichergestellt, daß der Motor sofort stillgesetzt werden kann, wenn eine Gefährdung auftritt. Ähnliche Probleme bestehen beim elektromotorischen Schließen von Schiebetüren, beim Schließen oder Öffnen von Rolläden und bei vielen anderen Anwendungen von elektromotorischen Antrieben.
Im Zuge weiterer Komfort-Erhöhung beim Kraftfahrzeug soll dort künftig die Sollposition des Schiebedachs durch einen Drehknopf vorgewählt werden können. Das Schiebedach nimmt dann automatisch diese Position ein. Auch hat die elektrische Zentralverriegelung der Türen inzwischen Verbreitung gefunden. Es ist hierbei wünschenswert, das Schiebedach in diese Verriegelung einzubeziehen, d.h., das Dach schließt sich, wenn die Fahrertür abgeschlossen und damit die Zentralverriegelung aktiviert wird.
Es kann also Betriebsfälle geben, in denen ein Teil sich ohne Überwachung bewegt. Der Gefahr, daß z.B. Finger eingeklemmt werden, ist nun durch eine entsprechende Sicherheitsschaltung zu begegnen. Aus der DE-PS 15 30 992 ist es bekannt, im Stromkreis des Antriebsmotors zum Öffnen und Schließen von Fenstern, Türen, Schiebedächern oder dergleichen mindestens ein elektrisches, das Kurzschlußdrehmoment beeinflussendes Bauelement vorzusehen, das derart angeordnet und bemessen ist, daß der Antriebsmotor in der dem Öffnungssinn entsprechenden Drehrichtung ein größeres Kurzschlußdrehoment als in der dem Schließsinn entsprechenden Drehrichtung hat. Beim Schließvorgang wird das Drehmoment des Antriebsmotors herabgesetzt, so daß bei einer Blockierung nur ein ungefährlicher Druck auf die eingeklemmten Gegenstände ausgeübt werden kann.
Unangenehm ist hierbei jedoch, daß in jedem Fall eine Einklemmung stattfindet.
In der DE-OS 31 11 684 wird eine elektronische Sicherheits-Steuerschaltung für den Fensterhebermotor eines motorisch betriebenen, versenkbaren Autofensters beschrieben. Die Steuerschaltung umfaßt einen entlang dem oberen Rand der Glasscheibe angeordneten elektrischen Leiter als kapazitiv beeinflußbaren Fühler. Der Fühler ist Teil eines einen Oszillator umfassenden Detektorkreises innerhalb einer Steuerschaltung. Die Anordnung liefert ein zur Größe der Bedämpfung des Fühlers proportionales Signal.
Der Detektorkreis muß hier sehr aufwendig gestaltet werden, da unterschiedliche Störsignale von dem Nutzsignal getrennt und erkannt werden müssen. Diese Sicherheits-Steuerschaltung eignet sich nur in Verbindung mit einem Schiebedach, das aus einem elektrischen Isolierstoff besteht, z.B. Kunststoffen. Dies bedeutet jedoch eine erhebliche Einschränkung.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Steuerschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie in einem Bereich, in dem mit starken elektromagnetischen Störungen gerechnet werden muß, wie es insbesondere bei Kraftfahrzeugen der Fall ist, eine sichere Funktion gewährleistet. Mit der erfindungsgemäßen Steuerschaltung wird es möglich, neben Materialien wie Glas und Kunststoff auch Metall für das Schiebedach zu verwenden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuerschaltung möglich. Die angegebene Sensoranordnung eignet sich durch ihren einfachen Aufbau besonders für die harten Betriebsbedingungen im Kraftfahrzeug. Der kostengünstige Aufbau der Sensoranordnung unterstützt den Einsatz in Serienprodukten.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.
Zeichnung Figur 1 zeigt die räumliche Anordnung von Sensor- und Abschirmelektroden und Figur 2 ein elektrisches Schaltbild einer Detektions- und Auswerteschaltung der erfindungsgemäßen Steueranordnung.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles Figur 1 zeigt in ihrem rechten Teil ein Schiebedach 10, welches von einem Elektromotor in der gezeigten Richtung 12 hin- und herbewegt wird. Eine Sensorelektrode 15 und eine flächenmäßig größere Abschirmelektrode 16 sind in einem Profilisolierteil 17 eingebettet. Das Profilisolierteil 17 ist am Autodach 18 befestigt. Die Sensorelektrode 15 und die Abschirmelektrode 16 sowie das Profilisolierteil 17 erstrecken sich über die gesamte Öffnungsbreite des Schiebedaches 10. Die Abschirmelektrode 16 liegt dabei zwischen dem Autodach 18 und der Sensorelektrode 15. An der Stirnseite des Schiebedachs 10 befindet sich eine weitere Abschirmelektrode 13, die mit einem Isolierteil 14 am Schiebedach 10 befestigt ist.
Die Sensorelektrode 15 ist mit dem Profil-Isolierteil 17 am Autodach 18 befestigt. Dieses Isolierteil kann im einfachsten Fall aus einem Profilgummi bestehen, der dann gleichzeitig als Dichtung zwischen Schiebedach 10 und Autodach 18 dient. Zwischen der Sensorelektrode 15 und dem Autodach 18 wird eine Abschirmelektrode 16 vorgesehen. Diese liegt auf gleichem Potential wie die Sensorelektrode 15. Dadurch wird erreicht, daß die Kapazität 20 (Figur 2) der Sensorelektrode 15 gegen Masse annähernd Null wird.
Die Sensorelektrode 15 bildet die Sensorkapazität 20 in einer Brückenschaltung 21. Eine zweite Kapazität in der Brückenschaltung 21 ist eine Referenzkapazität 22. Die Brücke wird vervollständigt durch Widerstände 23, 24.
Die Brücke 21 wird gespeist von einem Hochfrequenz-Generator 25. Das Signal der Sensorkapazität am Verbindungspunkt 26 und das Signal der Referenzkapazität am Verbindungspunkt 27 wird jeweils einem Impedanzwandler 28, 29 zugeführt. Die Ausgangssignale der beiden Impedanzwandler '28, 29 werden in einem Differenzverstärker 30 weiterverarbeitet. Das Ausgangssignal des Impedanzwandlers 28 ist zusätzlich mit den Abschirmelektroden 13, 16 verbunden, die die Abschirmkapazität 31 aufweisen.
Eine sich anschließende Auswerteschaltung 30 steuert ein Relais 33 an, dessen Schaltkontakt 34 im Versorgungsstromkreis 35 des Schiebedach-Antriebmotors 11 liegt. Neben der Batterie 36 befindet sich noch eine Motorsteuereinheit 37 im Versorgungsstromkreis 35 des Schiebedach-Antriebsmotors 11.
Im normalen Schiebedachbetrieb ist der Schaltkontakt 34 des Relais 33 geschlossen. Die vom Fahrer zu bedienende Motorsteuereinheit 37 steuert den Schiebedach-Elektromotor 11. Die Motorsteuereinheit 37 besteht im einfachen Fall aus einem mechanischen Umschalter; sie kann jedoch ebenso eine Vorwahlschaltung für eine bestimmte Position des Schiebedaches enthalten. Es ist auch möglich, sie von der Zentralverriegelung anzusteuern.
Die erfindungsgemäße Steueranordnung wirkt folgendermaßen: Befindet sich ein Gegenstand, der eine Streukapazität gegen Masse hat, in der Nähe der Sensorelektrode 15, dann spricht die Sicherheitssteuerschaltung an, indem der Schaltkontakt 34 im Versorgungsstromkreis des Schiebedach-Elektromotors geöffnet wird.
Das Signal 26 der Sensorkapazität 20 ist mit dem hochomigen Eingang eines Impedanzwandlers 28 verbunden. Eine Belastung des Signals 26 durch zusätzliche Impedanzen wird dadurch vermieden. Am Ausgang des Impedanzwandlers 28 steht das Signal 26 phasengleich und mit gleichem Betrag zur Verfügung. Mit diesem Ausgangssignal wird neben den Abschirmelektroden 13 und 16 mit der Gesamt-Abschirmkapazität 31 auch der eine Eingang eines nachfolgenden Differenzverstärkers 30 verbunden.
Ein zweiter Impedanzwandler 29, der genauso wie der Impedanzwandler 28 ausgestaltet ist, sorgt für eine geringe Belastung des Signals 27 der Referenzkapazität 22. Sein Ausgangssignal wird einem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 30 zugeführt. Vorteilhafterweise werden beide Impedanzwandler 28, 29 als Operationsverstärker ausgeführt, die zweckmäßigerweise in einem Gehäuse untergebracht sind.
Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß die Drift der Phasenverschiebung und des Verstärkungsfaktors der Impedanzwandler 28, 29, die durch große Temperaturschwankungen im Kraftfahrzeug unvermeidlich sind, sich nicht auf das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 30 auswirken und somit nicht kompensiert werden müssen.
Die Brückenschaltung 21 wird von einem Hochfrequenzgenerator 25 mit einer Frequenz von beispielsweise 100 kHz gespeist.
Das Hochfrequenzsignal tritt mit veränderter Phasenlage und verändertem Betrag als Signal 26 an der Sensorkapazität bzw. als Signal 27 an der Referenzkapazität 22 wieder auf.
Ausgewertet wird mit dem Differenzverstärker 30 die Phasenverschiebung zwischen den Signalen 26, 27.
Die Auswerteschaltung 32 die sich dem Differenzverstärker 30 anschließt, wird so eingestellt, daß der Relaiskontakt 34 dann geschlossen ist, wenn sich kein zu detektierender Gegenstand in der Nähe der Sensorelektrode 15 befindet.
Die Auswerteschaltung 32 besteht im einfachsten Fall aus einem einstellbaren Spannungskomparator, der abhängig von der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 30 zwei definierte Schaltzustände zum Ansteuern des Relais 33 annimmt. Die Brücke 21 muß dagegen selbst nicht abgeglichen werden.
Befindet sich kein Gegenstand in der Nähe der Sensorelektrode 15, so ergibt sich, bedingt durch die aktive Abschirmung, ein sehr geringer. Wert der Sensorkapazität 20, sie liegt im pF-Bereich. Zweckmäßigerweise wird der Wert der Referenzkapazität 22 ungefähr gleich dem Wert der Sensorkapazität 20 gewählt, dann konnen die beiden Widerstände 23, 24 dieselben Werte aufweisen.
Die Wirkung der Abschirmelektrode 16 wird durch die Abschirmelektrode 13 ergänzt. Diese Abschirmelektrode 13 wird dann erforderlich, wenn das Schiebedach 10 aus Metall besteht, da ansonsten das sich schließende Schiebedach detektiert wird und ein vollständiges Schließen nicht möglich ist. Die Abschirmelektrode 13 ist mit einem Isolierteil 14 an der Stirnseite des Schiebedachs 10 befestigt.
Besteht das Schiebedach 10 aus einem nichtleitendem Material, dann kann das Isolierteil 14 und die Elektrode 13 entfallen. Damit eine gute Abschirmwirkung der Abschirmelektrode 16 gegenüber der Sensorelektrode 15 erreicht wird, ist diese flächenmäßig größer als die Sensorelektrode 15. Im einfachsten Fall kann die Sensorelektrode 15 auch aus einem dünnen Draht bestehen.
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Claims

Ansprüche rs 0 Steueranordnung für einen elektromotorischen Antrieb, insbesondere für ein elektrisch bewegtes Schiebedach im Kraftfahrzeug, mit einer Sensorelektrode als kapazitiv beeinflußbares Teil einer elektronischen Schaltung, die die Kapazität der Anordnung verändernde Gegenstände detektiert und abhängig davon in die Steuerung des Antriebsmotors eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Sensorelektrode (15) wenigstens eine weitere Elektrode (13, 16) als Abschirmung der Sensorelektrode (15) vorhanden ist.
2. Steueranordnung für ein Kraftfahrzeug-Schiebedach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelektrode (15) und die Abschirmelektrode (16) in einem Profil-Isolierstoffteil (17) am Fahrzeugdach (18) untergebracht sind.
3. Steueranordnung für ein Kraftfahrzeug-Schiebedach, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektrode (16) zwischen dem Fahrzeugdach (18) und der Sensorelektrode (15) liegt.
4. Steueranordnung für ein Kraftfahrzeug-Schiebedach, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektrode (16) größer als die Sensorelektrode (15) ist.
5. Steueranordnung für ein Kraftfahrzeug-Schiebedach, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Abschirmelektrode (13) am Schiebedach (10) des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.
6. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelektrode (15) eine extern beeinflußbare Kapazität (20) in einer Brückenschaltung (21) ist.
7. Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale (26, 27) der Sensorelektrode (15) und einer Referenzkapazität (22) å jeweils einem von zwei Impedanzwandlern (27, 28) vom gleichen Typ zugeführt sind, deren Ausgänge an einem Differenzverstärker (30) angeschlossen sind, dessen Ausgang mit einer Auswerteschaltung (32) verbunden ist, die über ein Relais (33, 34) in den Versorgungsstromkreis (35) des Elektromotors (11) eingreift.
8. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektroden (13, 16) am Ausgang des Impedanzwandlers (28) der Sensorelektrode (15) angeschlossen sind.