DE4038284A1 - Measuring position and direction of motion of part - moving in translation and/or rotation using single sensor and direction encoded signals, esp. for vehicle electric windows and roof - Google Patents
Measuring position and direction of motion of part - moving in translation and/or rotation using single sensor and direction encoded signals, esp. for vehicle electric windows and roofInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Position und der Bewegungsrichtung eines transla torisch und/oder rotatorisch bewegten Teils eines Aggregates nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for determining the position and direction of movement of a transla Toric and / or rotationally moving part of a Units according to the preamble of claim 1 and Devices for performing the method.
Es ist bekannt, translatorisch und/oder rotatorisch bewegte Teile eines von einem Drehantrieb betätigten Aggregates derart zwischen zwei Wegendpunkten zu bewegen, daß die Teile zwischen den Endpunkten eine beliebige Anzahl Bewegungen in entgegengesetzten Bewegungsrichtungen durchführen können. Die Teile können zwischen den Wegendpunkten beliebig oft ange halten werden. Eine Ermittlung der Position und der Bewegungsrichtung dieser Teile zwischen den Endpunkten ist insbesondere im Bereich der Endpunkte von Bedeu tung.It is known to be translatory and / or rotary moving parts of a operated by a rotary drive Aggregates between two way end points move the parts between the endpoints one any number of movements in opposite Can perform directions of movement. The parts can be added as often as required between the way end points will hold. An identification of the position and the Direction of movement of these parts between the end points is particularly important in the area of endpoints tung.
Falls die Konstruktion und/oder die Verwendung dieser Teile eine direkte Überwachung des Weges und der Bewegungsrichtung nicht ermöglichen, ist es erforder lich entsprechende Informationen unter Verwendung der Getriebeparameter zu ermitteln.If the construction and / or use of this Share direct monitoring of the path and the Do not allow direction of movement, it is required appropriate information using the Determine transmission parameters.
Ein Drehantrieb eines Aggregates steht mit dessen translatorisch oder rotatorisch bewegten Teilen in einer eindeutigen mechanischen Beziehung, die es erlaubt, aus der Differenz der Anzahlen gegenläufiger Umdrehungen eines Drehantriebes den zurückgelegten Weg und damit die Endposition dieser Teile zu ermitteln.A rotary drive of an assembly stands with it parts moved in translation or rotation in a clear mechanical relationship that it allowed, from the difference in numbers of opposing Revolutions of a rotary drive the distance covered and thus determine the end position of these parts.
Eine derartige Technik ist insbesondere für Bauelemen te von Bedeutung, die Öffnungen verschließen. Beim Verschluß einer Öffnung durch ein Verschlußelement ist es aus Sicherheitsgründen häufig erforderlich, daß vor Erreichen der Verschlußstellung der Antrieb beim Auftreten eines bestimmten Widerstandes gestoppt werden kann. Diese Sicherheitsvorkehrung ist insbeson dere erforderlich, wenn die Gefahr besteht, daß beim Verschließen der Öffnung Menschen verletzt werden können. Such a technique is particularly useful for building elements important that close the openings. At the Closure of an opening is by a closure element it is often necessary for security reasons that before Reaching the closed position of the drive when Resistance stopped can be. This security precaution is in particular This is necessary if there is a risk that the Closing the opening people get hurt can.
Als Beispiel sei auf den Betrieb von Fenstern und Schiebedächern in Kraftfahrzeugen hingewiesen. Fenster und Schiebedächer sind translatorische bewegte Teile eines von einem Drehantrieb betätigten Aggregates. Fenster und Schiebedächer können zwischen der Öff nungs- und Verschlußstellung beim Betrieb eines Fahrzeuges beliebig oft hin und her bewegt werden. Ein Gefahrenmoment tritt kurz vor der Schließstellung des Fensters bzw. des Schiebedaches ein. Körperteile eines Menschen können eingeklemmt werden und es ist unbe dingt erforderlich, um Verletzungen auszuschalten, daß bei Auftreten eines Widerstandes der Antrieb abge schaltet wird. Diese Sicherheitsvorkehrung ist aber lediglich innerhalb eines vorbestimmten Bewegungshubes erforderlich und um diesen Bewegungshub in eindeutiger Weise festzulegen, ist die Ermittlung der Position des Fensters bzw. des Schiebedaches erforderlich.One example is the operation of windows and Sunroofs in motor vehicles pointed out. window and sunroofs are translational moving parts one unit actuated by a rotary drive. Windows and sunroofs can be between the public Opening and locking position when operating a Vehicle can be moved back and forth as often as required. A The moment of danger occurs shortly before the closed position of the Window or the sunroof. Body parts of a People can get trapped and it doesn't matter essential to eliminate injuries that if resistance occurs, the drive is abge is switched. However, this security precaution is only within a predetermined movement stroke required and in order to make this movement stroke clear Determining the way is to determine the position of the Window or the sunroof required.
Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen die entsprechenden Informationen vom Drehantrieb abgelei tet werden. Dabei werden vom Drehantrieb unter Verwen dung zweier Sensoren Impulse erzeugt. Der eine Sensor nimmt Zählimpulse auf, aus denen die Anzahl der Umdrehungen des Drehantriebes ermittelt werden und der andere Sensor wird dazu verwendet, Drehrichtungsinfor mationen abzugeben.Methods are already known in which the corresponding information from the rotary drive be tested. The rotary actuator is used generated by two sensors. The one sensor takes counting pulses, from which the number of Revolutions of the rotary drive are determined and the other sensor is used for direction of rotation deliverations.
Die Sensoren stehen mit Rechnern beispielsweise mit Mikrocomputern in Verbindung und der Microcomputer gibt entsprechende Steuersignale vor Schaltung des Drehantriebes ab.The sensors are available with computers, for example Microcomputers in connection and the microcomputer gives appropriate control signals before switching the Rotary actuator.
Diese bekannte Betriebsweise hat den Nachteil, daß in den Drehantrieb zwei Sensoren eingebaut werden müssen. Um eine möglichst genaue Positionsangabe zu erzielen, muß ein hochgenaues Sensorsystem vorgesehen werden, das eine Umdrehung des Drehantriebes beispielsweise des Fensterhebermotors in mehrere Teilbereiche unter teilt, so daß insgesamt eine aufwendige und damit in der Herstellung teure Sensoreinrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens vorgesehen werden muß.This known mode of operation has the disadvantage that in the rotary actuator two sensors must be installed. In order to achieve the most accurate position possible, a high-precision sensor system must be provided, the one rotation of the rotary drive, for example of the window regulator motor in several sub-areas divides, so that overall a complex and thus in the manufacture of expensive sensor device for implementation tion of the procedure must be provided.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung der Position und Bewegungsrichtung eines translatorisch und/oder rotatorisch bewegten Teils eines Aggregates der eingangs genannten Gattung anzugeben, die bei hohem Auflösungsvermögen der Positions- und Bewegungs richtungserkennung nur eine Sensoreinrichtung erfor derlich machen und somit einen geringen Herstellungs aufwand erfordern.The present invention is based on the object a method and devices for detecting the Position and direction of movement of a translational and / or rotationally moving part of an assembly to specify the genus mentioned at the beginning, which at high resolving power of position and movement Direction detection requires only one sensor device make derlich and thus a low manufacturing require effort.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kenn zeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.This object is inventively by the Drawing feature of claim 1 solved.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht sowohl eine Positions- als auch eine Bewegungsrichtungerkennung mit nur einem Sensor, der bewegungsproportionale Impulse abgibt, die Bewegungsrichtungsinformationen entfalten und somit direkt weiterverarbeitet werden können.The solution according to the invention enables both Position as well as a direction of movement detection with only one sensor, the movement proportional Gives impulses, the direction of movement information unfold and thus be processed directly can.
Vom Drehantrieb wird pro volle Umdrehung eine vorbe stimmte Anzahl Zählimpulse in drehrichtungscodierten Impulsfolgen erzeugt. Diese werden einem Rechner, insbesondere einem Microcomputer zugeführt und in diesem in Abhängigkeit von der codierten Richtungsin formation addiert oder subtrahiert. Auf diese Weise kann die Differenz der Anzahlen gegenläufiger Umdre hungen des Drehantriebes ermittelt werden und damit wegen der feststehenden Parameter des Drehantriebes die Position des bewegten Teiles. Diese Information kann dann in gewünschter Weise zur Steuerung des Betriebes verwendet werden. Mit besonderem Vorteil werden die Impulsfolgefrequenzen der Impulsfolgen zur Ermittlung der Richtungsinformation mit zwei vorgege benen Impulsfolgefrequenz-Mustern verglichen.One turn of the rotary drive is made per full revolution correct number of counts in the direction of rotation coded Pulse trains generated. These are a calculator in particular supplied to a microcomputer and in this depending on the coded direction formation adds or subtracts. In this way can be the difference in the number of opposite rotations Rotations of the rotary actuator can be determined and thus because of the fixed parameters of the rotary drive the position of the moving part. This information can then be used to control the Operation can be used. With a special advantage the pulse repetition frequencies of the pulse trains become Determination of the direction information with two given compared pulse repetition frequency patterns.
Eine einfache Auswertung kann dadurch erfolgen, daß einseitige Zählimpulse erzeugt und deren Flanken gezählt werden.A simple evaluation can be done in that one-sided counts generated and their edges be counted.
Besonders vorteilhaft ist es, pro Umdrehung des Drehantriebes insgesamt sechs, auf drei Impulsfolgen verteilte Zählimpulse gleicher Impulsdauer derart zu erzeugen, daß in einer Drehrichtung des Drehantriebes in einem ersten Drehwinkelbereich ein Zählimpuls, in einem zweiten Drehwinkelbereich eine Impulsfolge mit zwei Zählimpulsen und in einem dritten Drehwinkelbe reich eine Impulsfolge mit drei Zählimpulsen mit gleichen Impulsdauern zwischen den Impulsfolgen und gleichen Pausendauern in den Impulsfolgen und umge kehrt einkanalig einem Rechner zugeführt werden.It is particularly advantageous per revolution of the Rotary drive six in total, on three pulse trains distributed counting pulses of the same pulse duration generate that in a direction of rotation of the rotary drive a counting pulse in a first angular range, in a pulse sequence with a second angle of rotation range two counts and in a third angle of rotation submit a pulse train with three counts same pulse durations between the pulse trains and same pause times in the pulse sequences and vice versa returns to a computer via a single channel.
Dieses Verfahren bringt den großen Vorteil mit sich, daß bereits innerhalb einer halben Umdrehung des Drehantriebes eine Richtungsumkehr des Drehantriebes festgestellt werden kann, so daß dieses Verfahren mit außerordentlicher Genauigkeit arbeitet. Wenn die Pausendauern in den Impulsfolgen und die Impulsdauern gleichgemacht werden, so kann bei diesem Verfahren eine Richtungscodierung der Pausendauern zwischen den Impulsen durchgeführt werden. Es sind lediglich zwei Arten von Pausendauern vorhanden und zwar Pausendauern zwischen den Impulsfolgen und Pausendauern zwischen den Zählimpulsen.This procedure has the great advantage that already within half a turn of the Rotary drive reverses the direction of the rotary drive can be determined so that this method with extraordinary accuracy works. If the Pause times in the pulse sequences and the pulse durations can be leveled, so with this procedure a direction coding of the pause times between the Pulses are performed. There are only two There are types of break times, namely break times between the pulse sequences and pause durations between the counts.
Die Pausendauern zwischen den Impulsfolgen sind größer und die Pausendauern zwischen den Zählimpulsen sind kleiner. Dies bedeutet, daß ein bestimmtes Muster von aufeinander folgenden großen und kleinen Pausendauern bei der Impulserzeugung gebildet wird.The pauses between the pulse trains are longer and the pause times between the counts are smaller. This means that a certain pattern of successive long and short breaks is formed in the pulse generation.
Wenn eine Betriebsphase gestartet wird, ist es nicht erforderlich, die genaue Winkelstellung des Drehan triebes zu kennen. Wenn die Stellung mit einem Fehler wert bekannt ist, der geringer ist als eine halbe Umdrehung des Drehantriebes so ist es möglich, eine Justierung durchzuführen, wenn das Verfahren bezüglich der nun auftretenden Impulse synchronisiert wird.If an operational phase is started, it is not required, the exact angular position of the turn to know instinct. If the position with an error is known to be less than half a value Rotation of the rotary drive so it is possible to Perform adjustment when referring to the procedure the now occurring impulses are synchronized.
Es besteht die Möglichkeit, die Winkelgeschwindigkeit zu messen, wenn die Pausendauern gleicher Länge gemessen werden.There is a possibility of angular velocity to measure when the pause duration is the same length be measured.
Beim Verfahren werden die Pausendauern gemessen und gespeichert. Die Größen der Pausendauern werden dann verglichen. Wenn drei Pausendauern erfaßt wurden, so ist es möglich, die Größe aller drei Pausendauern testzustellen und lediglich die Information, ob die Pausendauern groß oder klein sind, wird gespeichert.During the procedure, the pause times are measured and saved. The sizes of the break times are then compared. If three pause times were recorded, then so it is possible to change the size of all three break times test and only the information whether the Pause times are large or small is saved.
Bezeichnet man die großen Pausendauern zwischen den Impulsfolgen mit L und die Pausendauern zwischen den einzelnen Impulsen in diesen Impulsfolgen mit S, so werden die gespeicherten Pausendauerinformationen mit den beiden folgenden Mustern verglichen:If one designates the long pause times between the Pulse sequences with L and the pause times between the individual pulses in these pulse sequences with S, see above the saved pause duration information with compared the following two patterns:
L S L S S L L S L S S L (vorwärts)
L S S L S L L S S L S L (rückwärts)LSLSSLLSLSSL (forward)
LSSLSLLSSLSL (backward)
Es ist lediglich eines dieser Muster zutreffend und deshalb kann die Position durch Verwendung lediglich dreier Pausendauern in diesem Muster bestimmt werden.Only one of these patterns is applicable and therefore, the position can only be used three pause times can be determined in this pattern.
Wenn die Synchronisationsfolge vorbei ist, so kann die Stellung auf die synchronisierte Stellung eingestellt werden, die durch das Muster der verschieden langen Pausendauern bestimmt wird. Die Position wird dann ermittelt, bis der Drehantrieb abgeschaltet wird.When the synchronization sequence is over, the Position set to the synchronized position by the pattern of different lengths Pause times is determined. The position will then determined until the rotary drive is switched off.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wellig keit des Motorstromes eines vorhandenen Elektromotors erfaßt und dem Rechner zugeführt wird.An advantageous development of the invention The method is characterized in that the wavy speed of the motor current of an existing electric motor detected and fed to the computer.
Durch die Erfassung der Welligkeit des Motorstroms eines vorhandenen Elektromotors, die durch die Kommu tierung zwischen den verschiedenen Motorwicklungen verursacht wird, kann die Bewegungsmessung sehr fein unterteilt werden, so daß eine hochgenaue Auflösung möglich ist.By detecting the ripple of the motor current of an existing electric motor, which by the commu between the different motor windings is caused, the motion measurement can be very fine be divided so that a highly accurate resolution is possible.
Es liegt im Rahmen der Erfindung eine drehrichtungsco dierte Folge von Zählimpulsen mit der Sequenz eines Zählimpulses mit der Impulsdauer T und nach einer Pausendauer T ein Zählimpuls mit der Impulsdauer n × T mit n < = 2 und nachfolgender Impulsdauer n × T zu erzeugen und umgekehrt. Bei dieser codierten Impuls folge erfolgt wiederum ein Addieren und Subtrahieren gemäß der Richtungsinformation, die durch die Impuls folge gegeben wird.It is within the scope of the invention a direction of rotation co dated sequence of counts with the sequence of a Count pulse with the pulse duration T and after one Pause time T is a counting pulse with the pulse duration n × T with n <= 2 and subsequent pulse duration n × T generate and vice versa. At this encoded pulse this is followed by adding and subtracting according to the directional information generated by the pulse is given.
Mit besonderem Vorteil werden die Zählimpulse mittels des Halleffektes und einer mit dem Drehantrieb dreh fest verbundenen Codierscheibe erzeugt. The counts are particularly advantageous by means of of the Hall effect and one with the rotary drive firmly connected coding disk generated.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, pro Umdrehung des Drehantriebes eine in ihre Polarität in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Drehantriebes einmal von positiven zu negativen Werten oder umgekehrt wech selnde Analogspannung zu bilden, aus deren positiven oder negativen Abschnitt ein Zählimpuls erzeugt und beim Nulldurchgang der Analogspannung richtungscodiert wird.It is within the scope of the invention, per revolution of the Rotary actuator depending on its polarity of the direction of rotation of the rotary drive once from positive to negative values or vice versa to form an alternating analog voltage from its positive or negative section generates a count pulse and Direction-coded at the zero crossing of the analog voltage becomes.
Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Analog signal ermittelt, welches richtungscodiert ist und dieses Analogsignal wird dann in einen Zählimpuls umgewandelt, dessen Form richtungscodiert ist. Mit besonderem Vorteil wird beim Nulldurchgang der Analog spannung das Impulsdach des Zählimpulses je nach Drehrichtung des Drehantriebes an der Vorder- oder Hinterflanke des Zählimpulses verformt.In this process, an analog is first used signal determines which direction is coded and this analog signal is then converted into a counting pulse converted, the shape of which is direction-coded. With The analog becomes particularly advantageous at the zero crossing voltage the pulse roof of the count pulse depending on Direction of rotation of the rotary drive on the front or Trailing edge of the count pulse deformed.
Bei diesem Verfahren wird die Analogspannung über zwei parallelgeschaltete Komparatoren, in denen die Rich tungsinformation festgestellt wird, einem Rechner zugeführt.With this method, the analog voltage is above two parallel comparators in which the Rich tion information is determined, a computer fed.
Es ist vorteilhaft, zur Erzeugung der Analogspannung bei diesem Verfahren die Magnetisierungsrichtung eines Hallelementes einmal pro Umdrehung des Drehantriebes zu wechseln oder dessen Magnetfluß einmal zu stören.It is advantageous to generate the analog voltage the magnetization direction of a Hall element once per revolution of the rotary drive to change or disrupt its magnetic flux once.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahren ist eine mit dem Drehantrieb dreh fest verbundene Scheibe vorgesehen, auf der ein Ring aus einer vorbestimmten Anzahl in Folgen angeordneter Marken ausgebildet ist. Neben der Scheibe ist im Bereich des Ringes ein auf diese Marken ansprechendes Hallelement angeordnet, dessen Ausgang mit einem Rechner verbunden ist.In a device for performing the fiction The method according to the invention is one with the rotary drive firmly connected disc provided on which a ring from a predetermined number arranged in series Brands is trained. Next to the disc is in Area of the ring responsive to these brands Hall element arranged, the output with a Computer is connected.
Mit besonderem Vorteil sind am Umfangsrand der Scheibe sechs Marken, die den gleichen Umfangswinkel aufwei sen, derart ausgebildet, daß sich an eine Marke in einem Umfangswinkelabstand zwei Marken anschließen, die voneinander einen vorgegebenen Umfangswinkelab stand haben und an diese in einem Umfangswinkelabstand weitere drei Marken, die ebenfalls einen Umfangswin kelabstand voneinander haben. Die Umfangswinkelabstän de zwischen den Marken innerhalb der Markenfolgen sind gleich deren Umfangswinkel.Particularly advantageous are the peripheral edge of the disc six brands that have the same circumferential angle sen, trained to follow a brand in connect two marks at a circumferential angular distance, which from each other a predetermined circumferential angle have and to this at a circumferential angular distance another three brands, which also have an extensive win distance from each other. The circumferential angle distances between the brands within the brand sequences equal to their circumferential angle.
Eine besonders vorteilhafte und einfache Ausführungs form ergibt sich, wenn der Umfangswinkel der Marken und der Umfangswinkelabstand zwischen den Marken jeweils 15° beträgt und der Umfangswinkelabstand zwischen den Markenfolgen jeweils 75°.A particularly advantageous and simple execution shape arises when the circumferential angle of the marks and the circumferential angular distance between the marks is 15 ° each and the circumferential angle distance 75 ° between the brand sequences.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Vorrichtung, bei der zunächst ein Analogsignal erzeugt wird, derart zu gestalten, daß eine auf dem Drehantrieb drehfest angeordnete Scheibe in Richtung eines Durchmessers magnetisch polarisiert ist und im Bereich eines Kreissektors, dessen Winkelhalbierende seines Zen trierwinkels senkrecht zur magnetischen Polarisierung verläuft, einen entmagnetisierten Abschnitt aufweist. Neben dieser Scheibe ist ein Hallelement angeordnet, dessen Ausgang über zwei parallelgeschaltete Kompara toren mit einem Rechner verbunden ist. Bei einer Umdrehung der Scheibe wird im Hallelement durch die Umkehr der magnetischen Polarisierung eine positive und eine negative Spannungshalbwelle erzeugt, die durch einen Nullabschnitt voneinander getrennt sind den der magnetisierte Abschnitt hervorruft. It is within the scope of the invention, the device which first generates an analog signal shape that one rotatably on the rotary drive arranged disc in the direction of a diameter is magnetically polarized and in the range of one Sector of circles, the bisector of its zen angle perpendicular to the magnetic polarization runs, has a demagnetized section. A Hall element is arranged next to this disc, its output via two Kompara connected in parallel is connected to a computer. At a The disc is rotated in the Hall element by the Reverse magnetic polarization a positive and generates a negative voltage half-wave that are separated from each other by a zero section which the magnetized section causes.
Bei einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung, bei der eine Analogspannung erzeugt wird, ist ein Hallelement, dessen Ausgang über zwei Komparatoren mit einem Rechner verbunden ist, in einem magnetischen Kreis angeordnet, in dem der magnetische Fluß von einer Motorschnecke geschlossen wird.In another embodiment of a device, at which an analog voltage is generated is a Hall element, the output of which has two comparators connected to a computer, in a magnetic Arranged in a circle in which the magnetic flux of a motor worm is closed.
Bei dieser Ausführungsform liegt das Hallelement einerseits an einem Pol eines Permanent- oder Elektro magneten und andererseits an einem Pol eines weichma gnetischen Jochs an, welches einen abgeschrägten Endabschnitt aufweist. Die Motorschnecke weist einen Abschnitt auf, der den Zwischenraum zwischen dem anderen Magnetpol und dem abgeschrägten Endabschnitt des weichmagnetischen Jochs überbrückt. Durch die Wendelung der Schnecke wird bei einer Umdrehung eine magnetische Polumkehr hervorgerufen und der abge schrägte Spalt zwischen dem weichmagnetischen Joch und der Schnecke bewirkt einen sägezahnartigen Spannungs verlauf.In this embodiment, the Hall element is located on the one hand on a pole of a permanent or electric magnets and on the other hand on a pole of a soft magnet magnetic yokes, which have a beveled Has end section. The motor worm has one Section on the space between the other magnetic pole and the tapered end portion of the soft magnetic yoke. Through the The helix turns into one with one revolution magnetic polarity reversal and the abge slanted gap between the soft magnetic yoke and the worm creates a sawtooth-like tension course.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden.Embodiments of the invention are intended to Explained with reference to the figures of the drawing will.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Sensors, Fig. 1 is a schematic view of a sensor,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer codierten Scheibe, Fig. 2 is a schematic view of a coded disc,
Fig. 3 eine schematische Ansicht richtungsorien tierter Impulsfolgen, die mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Sensorein richtung erzeugt werden, Fig. 3 is a schematic view richtungsorien-oriented pulse trains, which are generated by the embodiment shown in Figs. 1 and 2 Sensorein direction,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Schaltung zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 4 is a schematic view of a circuit for implementing the method,
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Codierschei be zur Erzeugung eines Analogsignals, Fig. 5 is a schematic view of a Codierschei be for generating an analog signal,
Fig. 6 schematische Ansichten der mit der in Fig. 5 dargestellten Einrichtung gewonnenen Signale, Fig. 6 are schematic views of the signals obtained with the embodiment shown in FIG. 5 device,
Fig. 7 ein schematisches Schaltbild, Fig. 7 is a schematic diagram,
Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Sensoraus bildung zur Durchführung des Verfahrens und Fig. 8 is a schematic view of a sensor training for performing the method and
Fig. 9 eine schematische Ansicht der Signale, die mit der in Fig. 8 dargestellten Anordnung gewonnen werden können. Fig. 9 is a schematic view of the signals that can be obtained with the arrangement shown in Fig. 8.
Als Beispiel sei angenommen, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Fensterheber eines Kraftfahrzeuges angewendet wird.As an example, assume that the invention Method for a window regulator of a motor vehicle is applied.
In Fig. 1 ist schematisch bei 7 ein Elektromotor dargestellt, der einen mit 6 bezeichneten Antrieb eines Fensterhebers betätigt. Mit diesem Antrieb 6 ist drehfest eine codierte Scheibe 13 verbunden, die von einem Hallelement 3 abgegriffen wird. Anstelle eines Hallelementes kann ein beliebig anderes optoelektroni sches, kapazitives, induktives oder ohmsches Abtast element eingesetzt werden.In Fig. 1, an electric motor is shown schematically at 7 , which actuates a drive of a window lifter designated 6 . A coded disk 13 , which is tapped by a Hall element 3 , is connected in a rotationally fixed manner to this drive 6 . Instead of a Hall element, any other optoelectronic, capacitive, inductive or ohmic scanning element can be used.
Eine Draufsicht auf die Scheibe 13 ist in Fig. 2 dargestellt. A top view of the disk 13 is shown in FIG. 2.
Wie Fig. 2 zeigt, weist die Scheibe 13 am Rand drei Gruppen von Marken 14 auf, auf die das Hallelement 3 anspricht. Es ist eine einzelne Marke 14 dargestellt, die einen Umfangswinkel T einschließt. In Richtung des Uhrzeigerdrehsinns befinden sich im Winkelabstand L von dieser einzelnen Marke zwei aufeinander folgende Marken 14, die ebenfalls einen Umfangswinkel T aufwei sen und die in einem Winkelabstand S voneinander angeordnet sind.As shown in FIG. 2, the disk 13 has three groups of marks 14 on the edge, to which the Hall element 3 responds. A single mark 14 is shown which includes a circumferential angle T. In the direction of the clockwise rotation are at an angular distance L from this individual mark two successive marks 14 , which also have a circumferential angle T and which are arranged at an angular distance S from one another.
Weiter in Richtung des Uhrzeigersinnes schließt sich in einem Umfangswinkelabstand L eine Dreiergruppe von Marken 14 an und jede dieser Marken weist eine Um fangswinkelbreite T auf. In dieser Gruppe haben die Marken wiederum einen Winkelabstand S voneinander. Diese Gruppe hat ihrerseits in Richtung des Uhrzeiger drehsinns einen Winkelabstand L von der anfangs genannten einzelnen Marke 14.Further in the clockwise direction, a group of three marks 14 follows at a circumferential angular distance L and each of these marks has a circumferential angle width T. In this group, the marks in turn have an angular distance S from one another. This group in turn has an angular distance L in the clockwise direction from the individual mark 14 mentioned at the beginning.
Bei dieser Ausführungsform sind die Umfangswinkel T aller Marken 14 gleich, ferner sind die Winkelabstände L und die Winkelabstände S einander gleich. Insbeson dere sind die Winkelabstände S gleich den Umfangswin kelbreiten T.In this embodiment, the circumferential angles T of all marks 14 are the same, furthermore the angular distances L and the angular distances S are equal to one another. In particular, the angular distances S are equal to the circumferential angle widths T.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel betragen die Umfangswinkelabstände L=75°, die Umfangswinkelabstände S=15° und die Umfangswinkelbreiten T ebenfalls 15°.In the illustrated embodiment, the Circumferential angular distances L = 75 °, the circumferential angular distances S = 15 ° and the circumferential angle widths T also 15 °.
Die Draufsicht auf die Scheibe in Fig. 2 läßt erken nen, daß bei einer Drehung dieser Scheibe entgegenge setzt zum Uhrzeigersinn das in Fig. 1 dargestellte Hallelement 3 pro Umdrehung die in Fig. 3 dargestell ten drehrichtungscodierten Impulsfolgen 2 erzeugt. The plan view of the disc in Fig. 2 can be seen that when rotating this disc counterclockwise sets the Hall element 3 shown in Fig. 1 per revolution, the rotation direction-coded pulse trains 2 shown in Fig. 3 generates.
Wie Fig. 4 zeigt, werden die in Fig. 3 dargestellten drehrichtungscodierten Impulsfolgen über den Kanal 4, einem Rechner 5 beispielweise einem Microcomputer zugeführt. Durch eine Zählung der Flanken der in Fig. 3 dargestellten Zählimpulse 1, kann die Anzahl der Umdrehungen der Scheibe 13 und damit des Drehantriebes 6 ermittelt werden. Die Drehrichtungsinformation, die bestimmt, ob eine Addition oder eine Subtraktion durchgeführt wird, wird aus der Form der Impulsfolgen ermittelt.As FIG. 4 shows, the direction of rotation coded pulse sequences shown in FIG. 3 are fed via channel 4 to a computer 5, for example a microcomputer. The number of revolutions of the disk 13 and thus of the rotary drive 6 can be determined by counting the edges of the counting pulses 1 shown in FIG. 3. The direction of rotation information, which determines whether addition or subtraction is carried out, is determined from the shape of the pulse trains.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, bieten sich für die Richtungscodierung die Pausendauern zwischen den Zählimpulsen in den Impulsfolgen 2 ab. Diese Pausen dauern werden durch die Winkel L und S, die in Fig. 2 dargestellt sind und in Fig. 3 als Pausendauern aufgezeichnet sind, bestimmt.As FIGS. 2 and 3 show, the pause durations between the counting pulses in the pulse sequences 2 are suitable for the direction coding. These pauses are determined by the angles L and S, which are shown in FIG. 2 and recorded as pause times in FIG. 3.
Wenn sich die Scheibe 13 bei der Darstellung in Fig. 2 im Gegenuhrzeigersinn dreht, so ergibt sich eine Pausendauer oder ein Winkelmuster mit der folgenden Folge:If the disk 13 rotates counterclockwise in the illustration in FIG. 2, there is a pause duration or an angle pattern with the following consequence:
L S L S S L L S L S S L (eine Drehrichtung)L S L S S L L S L S S L (one direction of rotation)
Bei einer entgegengesetzten Drehung ergibt sich folgendes Muster:With an opposite rotation results following pattern:
L S S L S L L S S L S L (andere Drehrichtung)L S S L S L L S S L S L (different direction of rotation)
Diese beiden Muster, die nur möglich sind und die die Drehrichtung in eindeutiger Weise festlegen, sind im Rechner 5 gespeichert und die vom Hallelement 3 über die Leitung 4 dem Rechner 5 zugeführten Signale, die in Fig. 3 dargestellt sind, ermöglichen deshalb einmal eine Zählung der Umdrehung beispielsweise durch Zählung der Flanken der Impulse 1 und gleichzeitig eine Bestimmung der Drehrichtung, indem das Muster der Pausendauern mit den beiden im Rechner 5 gespeicherten möglichen Mustern verglichen wird. Je nach Ergebnis dieses Vergleiches werden die gezählten Umdrehungen addiert oder subtrahiert, so daß eine Differenz gebildet wird, die die Position angibt.These two patterns, which are only possible and which uniquely determine the direction of rotation, are stored in the computer 5 and the signals fed from the Hall element 3 via the line 4 to the computer 5 , which are shown in FIG. 3, therefore enable counting the rotation, for example by counting the edges of the pulses 1 and at the same time determining the direction of rotation by comparing the pattern of the pause times with the two possible patterns stored in the computer 5 . Depending on the result of this comparison, the counted revolutions are added or subtracted, so that a difference is formed which indicates the position.
Es ist zu erkennen, daß bereits innerhalb einer halben Umdrehung der Scheibe 13 die Drehrichtung ermittelt werden kann, da lediglich drei Pausensignale erforder lich sind, die in einem Winkelbereich von 120° liegen.It can be seen that the direction of rotation can be determined within half a revolution of the disk 13 , since only three pause signals are required, which are in an angular range of 120 °.
Neben einer digitalen Codierung ist eine Codierung mittels einer Analogspannung möglich, wie schematisch in Fig. 5 dargestellt ist.In addition to digital coding, coding by means of an analog voltage is possible, as is shown schematically in FIG. 5.
Es wird im wesentlichen die gleiche Grundkonstruktion wie in Fig. 1 verwendet. Die in Fig. 1 dargestellte Scheibe 13 wird jedoch durch die in Fig. 5 darge stellte Scheibe 18 ersetzt. Diese Scheibe 18 weist eine in Richtung des dargestellten Durchmessers 19 verlaufende Magnetisierungsachse auf.Essentially the same basic construction as in Fig. 1 is used. The disk 13 shown in Fig. 1 is replaced by the disk 18 shown in Fig. 5 Darge. This disk 18 has a magnetization axis running in the direction of the diameter 19 shown.
Innerhalb eines Kreissektors, dessen Winkelhalbierende des Zentrierwinkels die magnetische Polarisationsachse N S unter einem rechten Winkel schneidet, ist ein entmagnetisierter Abschnitt 20 in dieser Scheibe ausgebildet.A demagnetized section 20 is formed in this disk within a circular sector whose bisector of the centering angle intersects the magnetic polarization axis NS at a right angle.
Wenn sich die Scheibe 18 mit dem Drehantrieb 6 an dem in Fig. 1 dargestellten Hallelement 3 vorbeibewegt, so wird je nach Drehrichtung die in Fig. 6 oben dargestellte Analogspannung erzeugt. Bei einer Umdre hung der Scheibe wird beispielsweise zunächst eine positive Analogspannung erzeugt und während des Durchganges des entmagnetisierten Abschnittes 20 erfolgt eine Nullperiode, d. h. ein Nulldurchgang, an den sich ein negativer Spannungsabschnitt anschließt.When the disk 18 with the rotary drive 6 moves past the Hall element 3 shown in FIG. 1, the analog voltage shown at the top in FIG. 6 is generated depending on the direction of rotation. When the disc is rotated, for example, a positive analog voltage is initially generated and during the passage of the demagnetized section 20 there is a zero period, ie a zero crossing, which is followed by a negative voltage section.
Es ist zu erkennen, daß die in Fig. 6 oben dargestell te Analogspannung in Ihrem Verlauf von der Drehrich tung der Scheibe 18 abhängig ist. Wie Fig. 7 zeigt, wird diese Analogspannung über die Leitung zwei parallelgeschalteten Komparatoren 12 und 13 zugeführt und in diesen wird ein Vergleich durchgeführt, der zur Bildung des in Fig. 6 unten dargestellten Impulses führt, der in seiner Form eine Richtungscodierung aufweist.It can be seen that the analog voltage shown in FIG. 6 above in its course depends on the direction of rotation of the disk 18 . As shown in FIG. 7, this analog voltage is supplied via the line to two comparators 12 and 13 connected in parallel, and a comparison is carried out in these, which leads to the formation of the pulse shown in FIG. 6, which has a directional coding in its form.
Die in Fig. 6 unten dargestellten Richtungsimpulse 8 weisen ein Dach auf, das an der Vorderflanke zur Richtungscodierung formiert ist. Wenn beispielsweise die in Fig. 6 dargestellte Richtungscodierung des Daches des Zählimpulses 8 "Addieren" bedeutet, so wird wie klar zu erkennen ist, bei einer Drehrichtungsum kehr der Scheibe 18 pro Umdrehung ein Impuls, der als Zählimpuls verwendet wird, erzeugt, dessen Richtungs codierung an der entgegengesetzten Flanke bei der Darstellung in Fig. 6 liegt, so daß in eindeutiger Weise jeweils ein Zählimpuls mit einem richtungsco dierten Dach gebildet wird.The directional pulses 8 shown in FIG. 6 below have a roof that is formed on the front flank for direction coding. If, for example, the direction coding of the roof of the counting pulse 8 shown in FIG. 6 means "add", then it can be clearly seen that, when the disk 18 rotates in the direction of rotation, a pulse that is used as a counting pulse is generated, the direction coding of which is on the opposite edge in the illustration in Fig. 6, so that in each case a count is formed with a directionally-doped roof.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform ist ein Hallelement 3, dessen Ausgang wie in Fig. 7 gezeigt geschaltet ist, in einem magnetischen Kreis 21 angeordnet. Das Hallelement 3 ist auf einer Platine 28 montiert und der magnetische Kreis umfaßt einen Dauermagneten 27 oder einen Elektromagneten, der die dargestellte Polarisation S N aufweist. Der magneti sche Kreis 21 weist ferner ein beispielsweise aus Eisen bestehendes weichmagnetisches Joch 23 auf. Ein Pol 25 dieses Joches liegt gegen das Hallelement 3 an.In the embodiment shown in FIG. 8, a Hall element 3 , the output of which is connected as shown in FIG. 7, is arranged in a magnetic circuit 21 . The Hall element 3 is mounted on a circuit board 28 and the magnetic circuit comprises a permanent magnet 27 or an electromagnet which has the polarization SN shown. The magnetic circuit 21 also has a soft magnetic yoke 23 made, for example, of iron. A pole 25 of this yoke bears against the Hall element 3 .
Dieses weichmagnetische Joch 23 weist einen abge schrägten Endabschnitt 24 auf. Der Zwischenraum zwischen dem Magneten 27 und dem abgeschrägten Ende 24 wird durch einen Abschnitt 26 einer Motorschnecke 22 überbrückt, so daß diese den Magnetfluß in diesem Magnetkreis schließt. Wenn sich die Motorschnecke in einer Richtung dreht wird wegen der Ankopplung des Magnetflusses der Schnecke 22 an die Abschrägung 24 des Jochs 23 die in Fig. 9 dargestellte sägezahnför mige Spannung U erzeugt, die wie Fig. 7 zeigt, den beiden Komparatoren zugeführt wird und diese führen nach einem Vergleich die richtungscodierten Impulse 8 dem Rechner 5 zu, die in Fig. 9 unten dargestellt sind.This soft magnetic yoke 23 has a beveled end portion 24 . The gap between the magnet 27 and the beveled end 24 is bridged by a section 26 of a motor worm 22 so that it closes the magnetic flux in this magnetic circuit. If the motor worm rotates in one direction, because of the coupling of the magnetic flux of the worm 22 to the bevel 24 of the yoke 23, the sawtooth-shaped voltage U shown in FIG. 9 is generated, which, as shown in FIG. 7, is fed to the two comparators and these After a comparison, the direction-coded pulses 8 lead to the computer 5 , which are shown in FIG. 9 below.
Die Momentanposition wird aus der mittels der Impulse 8 ermittelten Umdrehungszahl und der Magnetisierungs richtung, d. h. der Störung des Magnetflusses gebil det.The instantaneous position is formed from the number of revolutions determined by means of the pulses 8 and the direction of magnetization, ie the disturbance of the magnetic flux.
Claims (20)
vom Drehantrieb (6) pro volle Umdrehung (2 T) eine vorbestimmte Anzahl Zählimpulse (1) in drehrich tungscodierten Impulsfolgen (2) oder
aus einer vorbestimmten Anzahl drehrichtungscodier ter Analogsignale (8 a) Zählimpulse (8) mit dreh richtungscodierter Form erzeugt werden und
die drehrichtungscodiert angeordneten oder geformten Zählimpulse (1,8) einem Rechner (5) zugeführt und in diesem in Abhängigkeit von der codierten Richtungs information addiert oder subtrahiert werden.1. A method for determining the position and the direction of movement of a translationally and / or rotationally moving part of a drive actuated by a rotary drive unit are evaluated in the pulses generated by the rotary drive, in particular for windows and sunroofs in motor vehicles, characterized in that
from the rotary drive ( 6 ) per full revolution ( 2 T) a predetermined number of counts ( 1 ) in direction-coded pulse trains ( 2 ) or
from a predetermined number of rotation-coding analog signals ( 8 a) counts ( 8 ) are generated with a direction-coded form and
the direction-coded or shaped counting pulses ( 1,8 ) are fed to a computer ( 5 ) and are added or subtracted depending on the coded directional information.
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