DE4428443A1 - Verfahren zur Überwachung und Beeinflussung eines Elektromotores - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruches konzipiertes, zur Überwachung und Beeinflussung eines Elektromotors vorgesehenes Verfahren.

Derartige Verfahren werden unter anderem für an einem Kraftfahrzeug vorhandene, über eine motorisch angetriebene Stellvorrichtung bewegbare Gegenstände wie z. B. verstellbare Fenster eingesetzt.

Aus Sicherheitsgründen wird einer solchen Stellvorrichtung in der Regel eine Überschußkraftbegrenzung zugeordnet, wobei dieselbe vorzugsweise auf der Bewertung der Motordrehzahl beruht. Nimmt die Drehzahl des Elektromotors aufgrund steigender Belastung ab, so wird das Drehmoment größer und die Periodendauer der von einem einerseits dem Elektromotor und andererseits einem Mikrocomputer zugeordneten sogenannten "Ripple-Counter" gelieferten Rechteckimpulse nimmt zu. Die für die Berechnung der Überschußkraft maßgebende Größe ist die Periodendauer, aus der die Nachführtoleranz und die Abschalttoleranz für die nächste zu erwartende Periode bestimmt werden. Ist die aktuelle Periode größer als die Nachführtoleranz, so wird der letzte Wert der Periodendauer festgehalten und für die Festlegung der Abschalttoleranz verwendet. Diese Abschalttoleranz wird dann solange beibehalten, wie die Nachführtoleranz vom aktuellen Wert der Periodendauer überschritten wird. Übersteigt der aktuelle Wert der Periodendauer die Abschalttoleranz, so wird die Drehrichtung des Elektromotors sofort reversiert.

Um die Periodendauer der Rechteckimpulse zu bestimmen, ist es allgemein bekannt, das Rechtecksignal des Ripple-Counters an den sogenannten "Timer-Capture-Port" des Mikrocomputers zu legen. Bei jeder positiven Flanke wird der freilaufende Counter des Mikrocomputers aus gelesen und durch Differenzbildung mit dem vorherigen Wert wird die Periodendauer der einzelnen Rechteckimpulse ermittelt.

Bei Messungen, die mit einem Ripple-Counter durchgeführt wurden, der einem sechs Polpaare aufweisenden Elektromotor zugeordnet ist, hat sich herausgestellt, daß die Periodendauer der zwölf Impulse pro Motorumdrehung stark voneinander abweichen. Ein Vergleich der direkt aufeinander folgenden Impulse ist aufgrund der großen Abweichungen nicht möglich. Auch der Versuch, die aktuelle Periode mit der entsprechenden Periode der vorherigen Motorumdrehung zu vergleichen, führt zu keinem ausreichenden Ergebnis und zwar weil eine gewisse Periodizität der Impulse über mehrere Motorumdrehungen gegeben ist, jedoch nicht über einen größeren Bereich.

Um eine relativ hohe Auflösung zu erhalten, müßte eine gleitende Summenbildung über eine Motorumdrehung durchgeführt werden. Bei Versuchen wurde aber deutlich, daß eine Bewertung jeder Periode nicht möglich ist und zwar weil auch bei größer werdenden Periodendauern (Schwergängigkeit oder Blockade des dem Elektromotor zugehörigen Stellantriebs) nach einem größeren Wert immer wieder ein kleinerer auftritt, so daß dadurch die aktuelle Periode für gültig erklärt und somit die Abschalttoleranz nie erreicht würde.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, daß mit relativ einfachen Maßnahmen eine nahezu korrekte Ermittlung der Abschalt- bzw. Nachführtoleranz für die Steuerung eines Elektromotors realisiert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhaft bei einer derartigen Methode ist, daß mit einem relativ einfachen, d. h. handelsüblichen Mikrocomputer eine recht exakte Bestimmung der jeweils vorliegenden Verhältnisse vorgenommen und unmittelbar darauf eine entsprechende Beeinflussung des Elektromotors durchgeführt wird.

Es könnten dabei Elektromotoren mit beliebigen Polpaarzahlen verwendet werden. Wichtig ist in diesem Zusammenhang nur, daß eine von der Anzahl der Pole abhängige Impulsgruppenbildung vorgenommen wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Prinzipaufbaus sowie zugehöriger Diagramme näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 den einem Fensterhebesystem eines Kraftfahrzeuges zugeordneten Elektromotor mit zugehöriger, einen Ripple-Counter aufweisenden Schaltungsanordnung

Fig. 2 ein Diagramm des Ausgangssignals des Ripple-Counters und die daraus resultierenden Impulsgruppen als auch die damit gebildeten Basiswerte

Fig. 3 ein Diagramm der aus den Basiswerten nach Fig. 2 abgeleiteten Abschaltwerte.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist einem beispielsweise in der Tür T eines Kraftfahrzeuges angeordneten, über einen der Einfachheit halber nicht dargestellten Stellantrieb mit einem zu verstellenden Gegenstand wie z. B. einem zu öffnenden bzw. zu schließenden Fenster F verbundenen Elektromotor M eine Schaltungsanordnung Sch zugeordnet. Diese Schaltungsanordnung besteht aus einer, aus Halbleiterelementen gebildeten Leistungsendstufe LS und einem über einen sogenannten Ripple-Counter RC mit der Leistungsendstufe verbundenen Mikrocomputer µC.

Der Mikrocomputer ist dabei unter anderem dafür vorgesehen, um den Elektromotor M auf Schwergängigkeit bzw. Blockade des Stellantriebs zu überwachen und den Elektromotor in Abhängigkeit der getroffenen Feststellungen zu beeinflussen. So kann z. B. beim Schließen der an einem Kraftfahrzeug vorhandenen Fensterscheibe F anfänglich eine Schwergängigkeit und schließlich eine Blockade dadurch hervorgerufen werden, daß ein Körperteil - wie z. B. eine Hand - eines Insassen eingeklemmt wird. In einem solchen Fall ist es erforderlich, zwecks Vermeidung von schwerwiegenden Verletzungen eine Begrenzung der Einklemmkraft vorzunehmen und direkt bei dem Eintritt der Blockade eine Reversierung der Bewegungsrichtung vorzunehmen.

Andererseits kann aber auch eine Schwergängigkeit des Stellantriebs dadurch verursacht werden, daß sich im Verstellweg des zu verstellenden Gegenstandes irgendwelche konstruktiv bedingten (Verstellwegkrümmungen) oder natürlich auftretenden (Kälte-Wärmeerscheinungen wie Eisbildung und Materialschrumpfung bzw. -ausdehnung) Bremskräfte ergeben. Aus diesem Grunde muß dieses System schnell und feinfühlig differenzieren können, ob ein ungefährlicher oder ein gefährlicher Prozeß während der Verstellung abläuft. Zur Feststellung solcher Veränderungen der Motordrehzahl werden nunmehr die motortypisch sich bei einer Umdrehung M_U des Elektromotors M ergebenden Impulse I₁-I₁₂ vom Ripple-Counter RG erfaßt und dem Mikrocomputer µC zugeführt (dargestellt sind in Fig. 2 die sich bei einem mit sechs Polpaaren versehenen Elektromotor pro Motorumdrehung ergebenden zwölf Impulse). Diese Impulse werden nunmehr durch Auslesen des sogenannten "Timer-Capture-Register" des Mikrocomputers bei jeder dritten positiven Flanke des Ausgangssignals des Ripple-Counters zu Impuls-Dreiergruppen I_G zusammengefaßt, d. h. pro Motorumdrehung werden bei einem sechs Polpaare aufweisenden Elektromotor vier Impuls-Dreiergruppen I_G1-I_G4 gebildet. Somit ist eine sich auf vier Messungen pro Motorumdrehung M_u beziehende Auflösung vorhanden, was ein recht gutes Kriterium für eine einwandfreie Erkennung von Veränderungen der Motorgeschwindigkeit darstellt.

Die Summe aus der Addition der vier Impuls-Dreiergruppen bildet den Basiswert B zur Berechnung der Nachführ- bzw. Abschalttoleranz, so daß beide Toleranzwerte damit einen Bezug auf eine komplette Motorumdrehung erhalten. Da bei Überschreitung der Abschalttoleranz sofort die Reversierung des Elektromotors erfolgen muß, wird der Abschaltwert in das sogenannte "Compare-Register" des Mikrocomputers µC übernommen. Falls der am freilaufenden Counter des Mikrocomputers sich ergebende Wert den Compare-Wert überschreitet, wird eine Abschaltroutine aufgerufen, mit der die Reversierung der Motordrehrichtung eingeleitet wird.

Zuerst wird die Abschalttoleranz für eine Motorumdrehung M_u ermittelt. Da jedoch auf jeden der vier Capture-Werte pro Motorumdrehung reagiert werden soll, muß ein angepaßter, als Referenzwert B* zu bezeichnender Abschaltwert berechnet werden. Dazu wird der Basiswert B mit einem in der Größenordnung von < 1 bis < 1,5 und zwar vorzugsweise bei 1,1 liegenden Toleranzfaktor Tf gewichtet. Von diesem gewichteten, als Abschalttoleranzwert anzusehenden Basiswert wird dann der für die drei letzten Impulsdreiergruppen sich ergebende reduzierte Basiswert B′′ subtrahiert, wodurch die periodisch auftretenden Unstetigkeiten der Impulsdreiergruppen Berücksichtigung finden. Der sich aus der Subtraktion ergebende Differenzwert ist der angepaßte, als Abschaltwert dienende Referenzwert B*, der in das Compare-Register des Mikrocomputers eingetragen wird. Diese Berechnung wird aufgrund der gleitenden Summenbildung für jeden Timer-Capture-Wert durchgeführt. Es wird somit vier mal pro Motorumdrehung die Gültigkeit des jeweiligen Timer-Capture-Wertes überprüft.

Claims (3)

1. Verfahren zur Überwachung und Beeinflussung eines Elektromotors, der einem insbesondere an einem Kraftfahrzeug vorhandenen bewegbaren Gegenstand über eine Stellvorrichtung zugeordnet ist, wobei von einem Impulsgeber eine der Anzahl der Umdrehungen des Gleichstrommotors proportionale Anzahl von Impulsen hervorgerufen wird, die einem die Impulse verarbeitenden Mikrocomputer zugeführt wird, welcher über eine Leistungsendstufe den Elektromotor beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß aus den bei einer Motorumdrehung (M_UI) sich ergebenden, vom Mikrocomputer erfaßten Impulsen (I_I1-I_I12) mehrere jeweils die gleiche Anzahl von Impulsen (I) aufweisende Impulsgruppen (I_IG1-I_IG4) gebildet und durch Addition zu einem Basiswert (B₁) zusammengefaßt werden, daß bei der darauf folgenden Motorumdrehung (M_UII) von dem Basiswert (B₁) der gerade vollendeten Motorumdrehung (M_UI) der Wert der zu dieser Motorumdrehung (M_UI) gehörenden ersten Impulsgruppe (I_IG1) subtrahiert und der Wert der zur folgenden Motorumdrehung gehörenden ersten Impulsgruppe (I_IIG1) addiert wird, daß diese Subtraktion und Addition von zu zwei aufeinanderfolgenden Motorumdrehungen gehörenden Impulsgruppenwerten (I_G) laufend bzgl. des jeweiligen Basiswertes (B) durchgeführt wird, daß die laufend aktualisierten Basiswerte (B) jeweils mit einem etwas über 1 liegenden Toleranzfaktor (Tf) gewichtet werden, daß von den gewichteten Basiswerten (B′) jeweils ein Anteil subtrahiert wird, der aus den jeweiligen, um jeweils ihren ersten Impulsgruppenwert reduzierten Basiswerten (B′′) gebildet wird, daß der jeweils daraus resultierende Referenzwert (B*) mit dem jeweils anstehenden Impulsgruppenwert (I_G) verglichen wird und daß bei Überschreitung des jeweiligen Referenzwertes (B*) durch den anstehenden Impulsgruppenwert (I_G) der Elektromotor (M) sofort abgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den bei einer Motorumdrehung (M_u) des sechs Polpaare aufweisenden Elektromotors (M) sich ergebenden zwölf Impulsen (I₁-I₁₂) vier Impulsgruppen (I_G1-I_G4) mit jeweils drei Impulsen (I) gebildet und durch Addition zu einem Basiswert (B) zusammengefaßt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die laufend aktualisierten Basiswerte (B) mit einem Toleranzfaktor (Tf) von < 1 bis < 1,5 gewichtet werden.