DE4322810A1 - Verfahren zum Steuern des zum Bewegen einer Fensterscheibe in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Elektrische Scheibenheber werden in Kraftfahrzeugen üb­ licherweise direkt über Bedientasten geschaltet. Läuft die Fensterscheibe gegen einen Anschlag, so steigt der Strom des die Fensterscheibe bewegenden Gleichstrommotors stark an. Das dabei entwickelte Stillstandsdrehmoment des Motors ist beträchtlich, und werden Personen beim Schließen der Fensterscheibe eingeklemmt, besteht Verletzungsgefahr. Es ist sogar bereits zu tödlichen Unfällen von Kindern gekommen. Es ist deshalb erforderlich, die Bewegung der Fensterscheiben zu kontrollieren.

Es ist Stand der Technik, den Gleichstrommotor des Scheibenheberantriebs mit einem Drehzahlgeber zu kombi­ nieren, welcher pro Umdrehung des Motors einen Impuls abgibt; dadurch kann die Stellung der Scheibe kontrolliert und bei einem vorzeitigen Stillstand eingegriffen werden. Der Drehgeber ist mit Hallsensoren ausgerüstet und ver­ teuert den Gleichstrommotor nicht unbeträchtlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bewegung der Fensterscheibe zuverlässig, aber mit weniger Aufwand zu überwachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen vorgeschlagen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung geht nicht den Weg, die Stellung der Schei­ be aus der beobachteten Drehbewegung des Motors zu über­ wachen, sondern wertet die elektrische Stromaufnahme des Motors aus. Es hat sich nämlich gezeigt, daß aus dem zeitlichen Verlauf des Motorstromes ein zuverlässiges Kriterium für das Auftreten einer gefährlichen Situation hergeleitet werden kann.

Läuft die Fensterscheibe gegen einen ihrer Endanschläge, so daß sie ganz geöffnet oder ganz geschlossen ist, dann beobachtet man einen steilen, schnellen Anstieg der Strom­ stärke. Wird jedoch ein menschlicher Körperteil einge­ klemmt, dann steigt die Stromstärke zwar auch an, aber weniger steil. Erfindungsgemäß wird deshalb die Dreh­ richtung des Gleichstrommotors umgesteuert, wenn in einer vorgegebenen Zeitspanne Δt also wenn in derselben Zeit­ spanne Δt eine Änderung der gemittelten Stromstärke I zwischen einem unteren Grenzwert ΔI_u und und einem oberen Grenzwert Δ₀ liegt, wobei der untere Grenzwert so gewählt wird, daß im normalen Bewegungsablauf auf­ tretende Stromstärkeschwankungen nicht zu einem Umsteuern des Motors führen können, und wobei der obere Grenzwert so gewählt wird, daß man bei Überschreiten des Grenz­ wertes sicher sein kann, daß die Scheibe gegen ihren Endanschlag gefahren ist.

Der Strom eines Gleichstrommotors enthält einen Wechsel­ stromanteil, wodurch der Strom wellig wird. Die Strom­ welligkeit wird durch die Stromumschaltung des Kommu­ tators des Gleichstrommotors hervorgerufen. Die Anzahl der Kommutatorlamellen des Gleichstrommotors bestimmt die Anzahl der Perioden des Wechselstromanteiles pro Umdrehung des Motors. Gleichstrommotoren für Fensterhe­ ber in Kraftfahrzeugen haben im Leerlauf (bei Betrieb mit angebauten Getriebe, aber ohne Scheibe) typisch einen Wechselstromanteil mit einer Frequenz von etwa 750 Hz. Erfindungsgemäß wird auch überwacht, wie sich die Wellig­ keit des vom Gleichstrommotor aufgenommen Stroms ändert. Läuft die Fensterscheibe gegen einen Endanschlag, dann fällt die Frequenz der Stromschwingung sehr schnell ab auf den Wert 0. Wird aber ein menschlicher Körperteil eingeklemmt, dann fällt die Frequenz der Stromschwingung relativ langsam ab, weil der Körperteil nachgiebig ist. Erfindungsgemäß wird deshalb beim Schließen der Fenster­ scheibe die Drehrichtung des Motors umgekehrt, wenn in einer vorgegebenen Zeitspanne Δt eine Änderung Δf der Frequenz des Wechselstromanteils des Stroms zwischen einem unteren Grenzwert Δf_u und einem oberen Grenzwert Δf₀ liegt. Dabei wird der untere Grenzwert so gewählt, daß im normalen Bewegungsablauf der Fensterscheibe und des Gleichstrommotors auftretende Frequenzänderungen nicht zu einem Schaltvorgang führen. Der obere Grenzwert wird hingegen so gewählt, daß sichergestellt ist, daß bei seinem Überschreiten die Scheibe gegen ihren Endan­ schlag gelaufen ist. Wird der obere Grenzwert der Ände­ rung der Stromstärke bzw. der Änderung der Frequenz über­ schritten, muß der Motor nicht umgesteuert werden, um einen möglicherweise eingeklemmten Körperteil freizugeben, sondern der Motor wird lediglich stillgesetzt.

Die beiden Kriterien, die aus der Stromstärke und aus der Frequenz des Wechselstromanteils abgeleitet werden, können einzeln-aber auch in Kombination ausgewertet werden. Die größte Sicherheit erhält man, wenn man die Drehrichtung des Motors umkehrt, wenn entweder die Änderung der ge­ mittelten Stromstärke oder die Änderung der Frequenz in dem gewählten Fenster zwischen unterem und oberem Grenz­ wert liegt.

Das feste Zeitintervall wird so gewählt, daß Schwankungen, die innerhalb einer Periode austreten, keine wesentliche Rolle spielen. Die Zeitspanne Δt sollte deshalb zweck­ mäßigerweise wenigstens drei Perioden, vorzugsweise fünf Perioden des Wechselstromanteils im Leerlauf des Motors be­ tragen. Aus Sicherheitsgründen sollte die Zeitspanne aber zweckmäßigerweise nicht länger sein, als erforderlich ist, um eine relevante Aussage zu erhalten. Es wird deshalb be­ vorzugt, die Zeitspanne Δt nicht länger als 20, insbesondere nicht länger als zehn Perioden des Wechselstromanteils beim Leerlauf des Motors zu wählen.

Um die Änderung der mittleren Stromstärke in dem gewählten Zeitintervall zu ermitteln, genügt es im Prinzip, die Stromstärke über die gewählte Zeitspanne zu integrieren und zu überprüfen, ob das Integral zwischen einem vorge­ wählten unteren und oberen Grenzwert liegt oder diesen überschreitet.

Unter der normalerweise erfüllten Voraussetzung, daß die Zuleitung für den Strom zum Scheibenhebermotor einen definierten Ohmschen Leitungswiderstand hat, kann statt einer Strommessung auch eine einfache Spannungsmessung am Motor erfolgen, wobei zu beachten ist, daß die Spannung zwar eine Welligkeit mit derselben Frequenz hat wie der Strom, die Spannung aber mit zunehmender Stromstärke absinkt.

Messung und Auswertung können sehr kostengünstig durch einen Micro-Controller erfolgen, welcher mit dem Motor kombiniert wird. Der Micro-Controller speichert die Grenzwerte, führt die Messung durch, vergleicht die Meßwerte mit den gespeicherten Grenzwerten und gibt gemäß dem Ergebnis des Vergleichs ein Steuersignal ab. Der Micro-Controller kann in vorteilhafter Weiterbil­ dung der Erfindung auch dazu eingesetzt werden, die gespeicherten Grenzwerte nach Erfahrungswerten zu optimieren; alterungsbedingte Änderungen der normalen Stromaufnahme können auf diese Weise kompensiert wer­ den. Der Auswertung im Micro-Controller können ferner Erwartungswerte vorgegeben werden, die sich an den letzten erfaßten "normalen" Meßwerten orientieren. Der Micro-Controller kann mithin lernfähig arbeiten.

Mit Vorteil kann das erfindungsgemäße Verfahren dahin­ gehend weitergebildet werden, daß auch der Vorgang des Öffnens der Fensterscheibe überwacht wird, und zwar daraufhin, wann die Fensterscheibe an ihren End­ anschlag fährt, um dann den Motor stillzusetzen. Befindet sich die Fensterscheibe in einer ihrer Endstellungen, dann hat ein Start des Gleichstrommotors in einer Dreh­ richtung, in welcher die Scheibe nur fester gegen den Anschlag gedrückt wird, eine hohe Strombelastung zur Folge. Um das zu vermeiden, ist in Weiterbildung der Er­ findung vorgesehen, daß beim Überschreiten des oberen Grenzwertes der Frequenzänderung bzw. der Stromänderung der Motor nicht nur stillgesetzt wird, sondern auch ein Wiedereinschalten in der letzten Drehrichtung des Motors blockiert wird. Beim Einschalten in der Gegenrichtung wird der hohe Stillstands-Stromfluß zweckmäßigerweise für eine begrenzte Zeit zugelassen, um z. B. vereiste Scheiben losbrechen zu können.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern des zum Bewegen einer Fenster­ scheibe in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Gleich­ strommotors, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Motor gezogene Strom beobachtet, aus der Stromrichtung auf die Bewegungsrichtung der Fensterscheibe geschlossen und beim Schließen der Fensterscheibe die Drehrichtung des Motors umgekehrt wird, wenn in einer vorgegebenen Zeit­ spanne Δt eine Änderung Δf der Frequenz des Wechsel­ stromanteils des Stroms zwischen einem unteren Grenzwert Δf_u und einem oberen Grenzwert Δf₀ liegt und/oder wenn in derselben Zeitspanne Δt eine Änderung der gemittelten Stromstärke I zwischen einem unteren Grenzwert ΔI_u und einem oberen Grenzwert ΔI₀ liegt, wohingegen bei Über­ schreiten eines oder beider oberer Grenzwerte der Motor stillgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung umgekehrt wird, wenn eine der beobachteten Änderungen in dem Bereich Δf_u < Δf < Δf₀ bzw. Δ_u < ΔI < Δ₀liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne Δt zwischen 3 und 20, vorzugsweise 5 bis 10 Periodendauern des Wechselstromanteils im Leerlauf des Motors beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Öffnen der Fensterscheibe der Motor stillgesetzt wird, wenn in einer vorgegebenen Zeitspanne Δt₁ die Änderung Δf der Frequenz des Wechsel­ stromanteils des Stroms einen Grenzwert Δf₁ überschreitet und/oder die Änderung ΔI der gemittelten Stromstärke einen Grenzwert ΔI₁ überschreitet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Δt₁ = Δt, Δf₁ = Δf₀ und ΔI₁ = ΔI₀ ge­ wählt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass mit dem Stillsetzen des Motors durch Überschreiten der Grenzwerte Δf₀, Δf₁, Δ₀ bzw. Δ die letzte Drehrichtung des Motors für die als nächste folgende Betätigung der Fensterscheibe blockiert wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte nach Er­ fahrungswerten gebildet und bei Bedarf angepaßt werden.