DE4127047A1

DE4127047A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung von elektromotorisch angetriebenen abdeckelementen

Info

Publication number: DE4127047A1
Application number: DE4127047A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Langenbacher; Horst Ing Grad Fedter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1991-08-16
Publication date: 1993-02-18
Also published as: JPH05268720A; ITMI921961A0; FR2680437A1; ITMI921961A1; IT1255812B

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektromotorisch angetriebenen Abdeckelementen beim Schließen von Öffnungen, insbesondere von Fensterscheiben oder Schiebedächern in Kraftfahrzeugen, zwecks Gewährleistung eines Einklemmschutzes der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (DE 29 26 938 A1) wird als Betriebsgröße zur Einklemmerkennung der Betriebsstrom des Antriebmotors herangezogen. Als Sensor wird ein in Reihe mit dem Elektromotor geschalteter niederohmiger Widerstand verwendet, an dem eine Spannung abgegriffen wird, die proportional dem Betriebsstrom ist. Da der Motorstrom von dem vom Motor aufgebrachten Drehmoment und damit auch von der auf das Antriebsmoment einwirkenden Kraft abhängt, steigt der Motorstrom mit zunehmendem Widerstand, der von dem Antriebselement bei seiner Verschiebebewegung überwunden werden muß, an. Die diesem Stromanstieg proportionale Spannung wird einer als Schaltlogik ausgeführten Auswerteeinheit zugeführt. Übersteigt diese Spannung einen Vorgabewert, so wird der Elektromotor abgeschaltet und damit das Antriebselement stillgesetzt. Um nunmehr zwischen einer Schwergängigkeit des Antriebselements und dem Einklemmen eines Gegenstandes in der vom Antriebselement zu schließenden Öffnung, die gleichermaßen eine Zunahme des Motorstroms bewirken, unterscheiden zu können, wird innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls der Motorstromzuwachs gemessen und mit einem Schwellwert verglichen. Die Abschaltung wird erst dann ausgelöst, wenn der Differenzquotient dI/dt diesen Schwellwert übersteigt.

Beim Einschalten des Elektromotors zum Durchführen einer Schließbewegung eines Antriebselements ergeben sich durch das Anlaufmoment des Antriebselements im Elektromotor Betriebsgrößen, die sich nicht oder nur wenig von denen eines Einklemmvorgangs unterscheiden. Um in diesem Bereich nicht ein Abschalten des Elektromotors zu provozieren, wird bei der bekannten Schaltungsanordnung eine vom Einschaltzeitpunkt an laufende Ausblendzeit definiert, in welcher die Schaltlogik blockiert ist, also eine Abschaltung aufgrund des Anstiegs des Motorstroms nicht bewirkt werden kann. Diese Ausblendzeit ist so bemessen, daß der beim Einschalten auftretende Einschwingvorgang des Betriebstromes sicher abgeklungen ist. Während dieser Ausblendzeit ist damit ein Einklemmschutz nicht gewährleistet. Bei Fensterhebern in Kraftfahrzeugen z. B. legt die Fensterscheibe während dieser Ausblendzeit einen Schließweg von ca. 15 mm zurück. Beim Schließen von Scheibenspalten dieser Größenordnung ist damit das Einklemmen, beispielsweise von Fingern, nicht oder nur unzureichend verhindert.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auch beim Schließen von kleinen Restöffnungen von solcher Größenordnung, die etwa dem Verschiebeweg des Antriebselements während der Ausblendzeit entsprechen, ein zuverlässiger Schutz gegen Einklemmen gegeben ist. Durch die erfindungsgemäße Prüflogik wird im Falle des Auslösens eines Schließvorgangs bei Startpositionen des Antriebselements, die eine größere Restöffnung freigeben als eine fest vorgegebene Restöffnung, ein Schaltsignal zum Einschalten des Elektromotors in Schließrichtung generiert, also der Schließvorgang sofort durchgeführt, hingegen bei Startpositionen, die eine kleinere Restöffnung freigeben, ein Reversier- oder Umschaltsignal zum Einschalten des Elektromotors in Öffnungsrichtung generiert, also erst ein Öffnungsvorgang eingeleitet, bis das Antriebselement mindestens die vorgegebene Restöffnung freigibt, um dann an dieser Stelle den Elektromotor wieder umzuschalten, also erst das Schaltsignal zum Einschalten des Elektromotors in Schließrichtung zu generieren und den eigentlich gewünschten Schließvorgang durchzuführen. Die vorgegebene Restöffnung ist dabei so gewählt, daß sie um einen bestimmten Betrag größer ist als eine Minimalöffnung, in welche gefährdete Objekte, z. B. Finger oder Hand, noch hineingesteckt werden können und in welcher der Einklemmschutz noch wirksam sein soll. Der Betrag entspricht dem Verschiebeweg, den das Antriebselement während der Ausblendzeit zurücklegt, im Beispiel üblicher Fensterheberkonstruktionen in Kraftfahrzeugen den genannten 15 mm. Somit ist sichergestellt, daß die Ausblendzeit abgelaufen und der Einklemmschutz wieder voll wirksam ist, wenn das Antriebselement die Momentanposition erreicht, in welcher nur noch eine der Minimalöffnung entsprechende Restöffnung freigegeben ist. Trifft jetzt das Antriebselement auf ein in der Minimalöffnung vorhandenes Hindernis, so wird dies von der Auswerteeinheit in üblicher Weise erkannt und der Elektromotor stillgesetzt oder reversiert. Bei üblichen Fensterheberkonstruktionen in Kraftfahrzeugen beträgt diese Minimalöffnung ca. 20 mm.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Schaltungsanordnung möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Betätigung und Überwachung eines Seitenfensters eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 ausschnittweise eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeug-Seitenfensters.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellten Schaltungsanordnung zum Betätigen und zur Überwachung einer elektromotorisch angetriebenen Fensterscheibe eines Seitenfensters in einem Kraftfahrzeug als Beispiel eines allgemeinen Abdeckelementes für Öffnungen, ist mit 10 der sog. elektromotorische Fensterheber zum Betätigen der Fensterscheibe 11 im Seitenfenster 12 (Fig. 2) des Kraftfahrzeugs bezeichnet. In bekannter Weise besteht der Fensterheber aus einer an der Fensterscheibe 11 angreifenden Hebemechanik, die von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Fensterscheibe 11 ist in Führungen des Fensterrahmens 13 verschieblich geführt und wird vertikal bewegt. Der Elektromotor des Fensterhebers 10 wird über Zwei Relais 14, 15 mit unterschiedlichem Drehsinn eingeschaltet, wenn Wähltasten 16, 17 manuelle betätigt werden. Das Relais "auf" schaltet dabei den Elektromotor mit Drehrichtung zum Öffnen des Seitenfensters 12 ein, wenn die Wähltaste "auf" 16 betätigt wird, und umgekehrt schaltet das Relais "zu" 15 den Elektromotor mit Schließdrehrichtung ein, wenn die Wähltaste "zu" 17 gedrückt wird. Die entsprechenden Steuersignale für die Relais 14, 15 werden von einem Steuerimpulsgenerator 20 generiert, der entsprechende Relaistreiber 18, 19 ansteuert.

Zur Gewährleistung eines Einklemmschutzes ist im Elektromotor des Fensterhebers 10 mindestens ein Sensor 21 angeordnet, der eine Betriebsgröße des Elektromotors, z. B. die Motordrehzahl oder den Motorstrom, sensiert. Das Sensorsignal wird einer Auswerteeinheit 22 zur Einklemmerkennung zugeführt, die eine für das Auftreten eines Hindernisses in der Verschiebebahn der schließenden Fensterscheibe 11 charakteristische Änderung der Betriebsgröße erfaßt und bei Überschreiten eines Schwellwertes ein Abschalt- oder Umschaltsignal für den Elektromotor des Fensterhebers 10 generiert. Eine solche Auswerteeinheit 11 ist beispielsweise in der DE 29 26 938 A1 beschrieben, die hier in gleicher Weise eingesetzt werden kann. Als Betriebsgröße wird dort der Motorstrom sensiert, der über einen in den Motorstromkreis eingeschalteten niederohmigen Widerstand als Spannungsabfall abgegriffen wird. Im Störfall, d. h. beim Einklemmen eines Gegenstandes, steigt der Motorstrom stark an, da der Motor ein höheres Drehmoment aufbringen muß. Der Stromzuwachs wird innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls gemessen und, wenn der Differentialquotient größer ist als ein Vorgabewert, ein Abschaltsignal oder ein Signal zum Reversieren des Elektromotors im Fensterheber 10 generiert. Beim Einschalten des Elektromotors steigt der Motorstrom auf einen Einschaltwert an und klingt innerhalb einer Einschaltzeit wieder auf den Betriebsnennstrom ab. Auch beim Umschalten der Drehrichtung des Motors fließt kurzzeitig ein sehr viel größerer Motorstrom, der ebenfalls innerhalb einer Umschaltzeit wieder auf den normalen Wert abfällt. Da es sich hier um normale Vorgänge handelt, darf ein solcher Stromanstieg kein Abschalten oder Umschalten des Elektromotors zur Folge haben. Daher ist bei der Auswerteeinheit 22 eine sog. Ausblendzeit definiert, in welcher die Auswerteeinheit 22 nicht auswertet, oder das ausgewertete Signal blockiert wird. Diese Ausblendzeit ist größer als die Einschaltzeit bzw. Umschaltzeit, so daß die beim Einschalten bzw. Umschalten ausgelösten Einschwingvorgänge abgeklungen sind, wenn die Auswerteeinheit 22 wieder wirksam ist.

Es hat sich gezeigt, daß während dieser Ausblendzeit die Fensterscheibe 11 beim Schließvorgang einen nennenswerten Verschiebeweg zurücklegt, der bei üblichen Fensterhebern ca. 15 mm beträgt. Beim Schließen von Scheibenspalten, die in dieser Größenordnung liegen, und die groß genug sind, um beispielsweise die Finger oder eine Hand durch den Scheibenspalt zu stecken, ist somit der Einklemmschutz nicht wirksam und damit die Hand oder Finger einer erheblichen Gefährdung ausgesetzt.

Um dieses zu vermeiden und auch einen Einklemmschutz bei Spalten dieser Größenordnung zu gewährleisten, ist im Fensterheber 10 ein Positionsgeber 23 vorgesehen, dessen Ausgangssignal einer Prüflogik 24 zugeführt ist. Der Positionsgeber 23 erfaßt die momentane Position der Fensterscheibe 11 und gibt ein entsprechendes Positionssignal an die Prüflogik 24. Die Prüflogik 24 enthält einen Speicher 25, in welchem ein Speicherwert abgelegt ist, der charakteristisch für eine Restöffnung (Fig. 2) ist, in welcher ein Einklemmschutz noch gewährleistet sein soll. Die Prüflogik 24 wird mit Auslösen eines Schließvorgangs aktiviert und vergleicht die vom Positionsgeber 23 sensierte Momentanposition der Fensterscheibe 11 zum Anlösezeitpunkt mit dem Speicherwert s. Gibt die Momentanposition eine größere Restöffnung als den Speicherwert s frei, so generiert die Prüflogik 24 ein Einschaltsignal zum Einschalten des Elektromotors mit der vorgewählten Schließdrehrichtung. Gibt die Momentanposition der Fensterscheibe 11 eine kleinere Restöffnung als den Speicherwert s frei, so generiert die Prüflogik 24 ein Reversiersignal zum Einschalten des Elektromotors mit Öffnungsdrehrichtung. Die Fensterscheibe 11 wird zunächst in Öffnungsrichtung angetrieben, bis die Fensterscheibe 11 eine Restöffnung freigibt, die größer als der Speicherwert s ist. Dann wird der Elektromotor umgeschaltet, d. h. die Prüflogik erzeugt nunmehr ein Einschaltsignal zum Einschalten des Elektromotors mit der gewünschten Schließrichtung. Der Speicherwert s ist so gewählt, daß die Restöffnung um einen Verschiebeweg den die Fensterscheibe 11 nach Einschalten des Elektromotors bis zum Abklingen der Einschwingvorgänge der Betriebsgrößen, also während der Ausblendzeit, zurücklegt, größer ist als eine Minimalöffnung m (Fig. 2), in welcher der Einklemmschutz noch wirksam sein soll. Diese Minimalöffnung m beträgt üblicherweise 20 mm, so daß bei einem Verschiebeweg der Fensterscheibe 11 von ca. 15 mm bis zum Abklingen des Einschaltvorgangs der Speicherwert s für eine Restöffnung von 35 mm charakteristisch ist.

Im einzelnen weist die Prüflogik 24 einen Positionszähler 26 und einen Vergleicher 27 auf. Der Positionsgeber 23 ist beispielsweise als Hallschalter ausgebildet, der bei jeder vollen Umdrehung des Elektromotors einen Zählimpuls abgibt. Diese Zählimpulse gelangen an den Zähleingang des Positionszählers 26 und werden bei der Öffnungsbewegung der Fensterscheibe 11 addiert und bei der Schließbewegung der Fensterscheibe 11 wieder subtrahiert. Bei vollständig geschlossenem Seitenfenster 12 ist der Zählinhalt des Positionszählers Null, was durch eine Eichtaste 28 sichergestellt wird, die beim Betätigen ein Resetsignal an dem Positionszähler 26 legt. Der Vergleicher 27 vergleicht den Zählinhalt des Positionszählers 26 und generiert das Einschaltsigal, wenn der Zählerinhalt des Positionsgebers 26 gleich oder größer ist als der im Speicher 25 abgelegte Speicherwert s, bzw. das Reversiersignal, wenn der Zählerinhalt des Positionszählers 26 kleiner ist als der Speicherwert s. Einschaltsignal und Reversiersignal werden dem Steuerimpulsgenerator 20 zugeführt, der einen entsprechenden Treiberimpuls an den Relaistreiber 19 bzw. den Relaistreiber 18 zum Einschalten des Elektromotors des Fensterhebers 10 in Schließ- bzw. Öffnungsrichtung legt. Die Funktionen von Auswerteeinheit 22, Steuerimpulsgenerator 20, Vergleicher 27 und Positionszähler 26 werden durch einen Mikroprozessor 29 realisiert, in welchem auch der Speicherwert s abgelegt ist.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellten Schaltungsanordnung ist wie folgt:

Beim Öffnen des geschlossenen Seitenfensters 12 werden die vom Positionsgeber 23 bei jeder Umdrehung des Elektromotors des Fensterhebers 10 abgegebenen Impulse im Positionszähler 26 addiert. Bei voll geöffnetem Fenster 11 ist der Zählerinhalt maximal. Beim Schließen des Seitenfensters 12 wird bei jeder Umdrehung des Elektromotors der Zählerinhalt des Positionszählers 26 um eins vermindert, so daß er bei geschlossenem Seitenfenster 12 wieder den Zählerinhalt Null einnimmt. Ist der Öffnungs- bzw. Schließvorgang irgendwo abgebrochen worden, so weist der Positionszähler 26 einen entsprechenden Zählerinhalt auf. Soll nunmehr das Seitenfenster 12 geschlossen werden, so hat der Bedienende die Wahltaste "zu" 17 zu drücken. Damit wird die Prüflogik 24 aktiviert. Der Vergleicher 27 vergleicht den aktuellen Zählerinhalt des Positionszählers 26 mit dem Speicherwert s. Ist der Zählerinhalt größer als der oder gleich dem Speicherwert, so generiert der Vergleicher 27 ein Einschaltsignal zum Einschalten des Elektromotors in Schließdrehrichtung, das der Steuerimpulsgenerator 20 in einen entsprechenden Treiberimpuls für den Relaistreiber 19 des Relais "zu" 15 umsetzt. Ist hingegen der aktuelle Zählerinhalt des Positionszählers 26 kleiner als der Speicherwert s, so generiert der Vergleicher 27 das Reversiersignal zum Einschalten des Elektromotors mit Öffnungsdrehrichtung, was wiederum über den Steuerimpulsgenerator 20 in einen Treiberimpuls für den Relaistreiber 18 des Relais "auf" 14 umgesetzt wird. Die Fensterscheibe 11 wird durch den Elektromotor in Öffnungsrichtung angetrieben. Die Positionsveränderung der Fensterscheibe 11 in Öffnungsrichtung hat eine Zunahme des Zählerinhalts des Positionszählers 26 zur Folge. Sobald der Zählerinhalt des Positionszählers 26 wieder gleich dem Speicherwert s ist, gibt der Vergleicher 27 ein Einschaltsignal für den Elektromotor mit Schließrichtung an den Steuerimpulsgenerator 20. Dieser generiert wieder einen entsprechenden Treiberimpuls für den Relaistreiber 19 des Relais "zu" 15. Der Elektromotor wird eingeschaltet und schließt das Fenster, bis der Elektromotor in der Schließposition der Fensterscheibe 11 beim Zählinhalt Null des Positionszählers 26 abgeschaltet wird.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann der Sensor 21 als Betriebsgröße des Elektromotors auch die Motordrehzahl sensieren, wozu ein sog. Hallsensor verwendet wird. Da der elektromotorische Fensterheber 10 üblicherweise mit einem Gleichstrommotor ausgerüstet ist und bei Gleichstrommotoren die Drehzahl umgekehrt proportional dem Motorstrom ist, ergeben sich ähnliche Verhältnisse für den Einklemmschutz wie sie vorstehend bezüglich der Sensierung der Betriebsgröße "Motorstrom" dargestellt worden sind.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektromotorisch angetriebenen Abdeckelementen beim Schließen von Öffnungen, insbesondere von Fensterscheiben oder Schiebedächern in Kraftfahrzeugen, zwecks Gewährleistung eines Einklemmschutzes, mit Sensoren zum Sensieren der aktuellen elektrischen Betriebsgrößen des Elektromotors, z. B. der Motordrehzahl des Motorstroms, und mit einer Auswerteeinheit zur Einklemmerkennung, welche die Istwerte der Betriebsgrößen mit Sollwerten vergleicht und bei für ein Einklemmen von Gegenständen charakteristischen Sollwert-Istwert-Differenzen ein Steuersignal zum Abschalten oder Reversieren des Elektromotors generiert, gekennzeichnet durch einen Positionsgeber (23), der die Momentanposition des Abdeckelements (11) erfaßt, und durch eine durch einen manuell ausgelösten Steuerbefehl zum Einleiten eines Schließvorgangs aktivierbare Prüflogik (24), welche die Momentanposition des Abdeckelements (11) zum Aktivierungszeitpunkt mit einem für eine Restöffnung charakteristischen Speicherwert (s) vergleicht, bei einer Momentanposition die eine kleinere Restöffnung als den Speicherwert (s) freigibt, ein Reversiersignal zum Einschalten des Elektromotors mit Öffnungsdrehrichtung generiert und bei einer Momentanposition, die eine größere Restöffnung als den Speicherwert (s) freigibt, ein Einschaltsignal zum Einschalten des Elektromotors mit Schließdrehrichtung generiert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherwert (s) so gewählt ist, daß die Restöffnung von einem Verschiebeweg, den das Abdeckelement (11) nach Einschalten des Elektromotors bis zum Abklingen von Einschwingvorgängen der Betriebsgrößen im Elektromotor zurücklegt, größer ist als eine Minimalöffnung (m), in welcher der Einklemmschutz noch wirksam sein soll.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Minimalöffnung (m) auf ca. 20 mm und die für den Speicherwert (s) charakteristische Restöffnung auf ca. 35 mm festgelegt ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüflogik (24) einen Positionszähler (26) aufweist, der die vom Positionsgeber (23) kommenden Impulse bei Öffnungsbewegung des Abdeckelements (11) addiert und bei Schließbewegung des Abdeckelements (11) subtrahiert, und daß das Reversiersignal dann generiert, wenn der Zählerinhalt des Positionszählers (26) kleiner ist als der Speicherwert (s) und das Einschaltsignal dann generiert wird, wenn der Zählerinhalt des Positionszählers (26) gleich oder größer ist als der Speicherwert (s).