ES2265097T3 - Procedimiento para detectar la posicion de un obstaculo en la trayectoria de un elemento accionado por motor. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la detección de una situación de obstáculo de un elemento móvil accionado por motor mediante la valoración de una magnitud que comprende una información de la velocidad de giro del motor, en el que partiendo de un momento actual se analizan los valores determinados de la magnitud que comprende información de la velocidad de giro de momentos de detección inmediatamente anteriores, caracterizado porque mediante una comparación de un modelo del comportamiento de variación de los valores determinados con un intervalo de valores que se extiende a varios valores, que representa una evolución en el tiempo típica para la situación de obstáculo debido a la deceleración de la velocidad de giro del motor, se detecta si existe una situación de obstáculo de este tipo.

Description

Procedimiento para detectar la posición de un obstáculo en la trayectoria de un elemento accionado por motor.

La invención se refiere a un procedimiento para la detección de una situación de obstáculo de un elemento móvil accionado por motor mediante la valoración de una magnitud que contiene una información de la velocidad de giro del motor, en el que partiendo de un momento actual se analizan los valores determinados de la magnitud que contiene información de la velocidad de giro de momentos de detección inmediatamente anteriores.

Para el servicio de un elemento accionado por motor, por ejemplo, un motor eléctrico, se usan procedimientos con los que pueden detectarse situaciones con presencia de un obstáculo, por ejemplo, casos de aprisionamiento. Procedimientos de este tipo se usan, por ejemplo, para el servicio de un motor de elevalunas para el cierre de una luna de un automóvil. Con el procedimiento debe garantizarse que al cerrar la luna no queden aprisionados objetos, en particular que no se queden aprisionadas partes del cuerpo de personas en la abertura de luna que va a cerrarse. Como información de la velocidad de giro del motor se usa el período del motor que se proporciona, por regla general, mediante la disposición de un imán realizado de forma multipolar en la dirección del contorno en el árbol del rotor del motor de accionamiento. La polaridad correspondiente se detecta mediante un sensor Hall estacionario o mediante una disposición estacionaria de sensores Hall. La velocidad de giro puede determinarse a través de la duración en tiempo de una polaridad detectada, que presenta un valor análogo a un importe de ángulo de giro determinado del movimiento de rotación del motor. En caso de un aprisionamiento, se prolongan los períodos del motor, puesto que el motor es frenado por el obstáculo. Para la detección de una situación de obstáculo de este tipo o de un caso de aprisionamiento de este tipo se compara la duración de cada período del motor detectado con un valor umbral predefinido. La magnitud del valor umbral está concebida de tal forma que en un movimiento de cierre de la luna en condiciones normales no se sobrepase el valor umbral. Si se sobrepasa este valor umbral, denominado también valor de desconexión, esto indica un caso de aprisionamiento. Para la verificación de que, al sobrepasarse el valor de desconexión, existe realmente un caso de aprisionamiento con una probabilidad relativamente elevada, se valora la longitud de algunos otros períodos del motor. Si éstos también sobrepasan el valor de desconexión, se deduce que existe un caso de aprisionamiento y se conmuta el motor para que pase a bajar la luna.

En un procedimiento genérico descrito en la patente de Estados Unidos 5.734.244 se van integrando las variaciones de la fuerza o del número de revoluciones de intervalo de medición a intervalo de medición mientras se consiga un determinado aumento mínimo de intervalo de medición a intervalo de medición. Si el aumento de fuerza cae durante este proceso por debajo de un valor determinado, la integración vuelve a empezar en el valor cero. El valor integrado se compara continuamente con un valor umbral fijo y, cuando se sobrepasa éste, se detecta un caso de
aprisionamiento.

El procedimiento dado a conocer en el documento DE19941475A1 es, por así decirlo, una mejora del procedimiento anteriormente descrito. En éste no se deduce inmediatamente que exista un caso de aprisionamiento al sobrepasar el valor integrado de las variaciones del número de revoluciones el valor umbral fijo. Por lo contrario, se sigue en lugar de ello con un segundo paso de análisis, en el que este valor integrado se compara adicionalmente con otro valor umbral, en este caso no constante, sino un valor umbral que varía en función del tiempo. Al sobrepasarse este valor umbral que varía en función del tiempo se detecta aquí un caso de aprisionamiento.

La patente de Estados Unidos 6.051.945 indica, finalmente, un procedimiento en el que se calcula una fuerza de aprisionamiento a partir de la fuerza de motor, las fuerzas de fricción que están actuando así como las magnitudes de movimiento dinámicas. Esta fuerza de aprisionamiento se compara, a su vez, con un valor umbral de fuerza de aprisionamiento máximo determinado y al sobrepasarse el valor umbral se detecta un caso de aprisionamiento.

Aunque con este procedimiento puedan detectarse en principio en una medida satisfactoria casos de aprisionamiento al cerrar lunas accionadas por motor en automóviles, el sistema deduce también en otros casos que existe una situación de aprisionamiento, es decir, siempre y cuando se cumplan las condiciones arriba indicadas. Éstas se cumplen también si la luna está expuesta a golpes durante el cierre, por ejemplo, al pasar por baches en un viaje por terreno difícil. Las conmutaciones erróneas de este tipo pueden reducirse en principio definiéndose un valor de desconexión relativamente elevado. No obstante, en un procedimiento de detección ajustado de esta forma, la detección de un caso de aprisionamiento no se produce hasta un momento relativamente tardío.

Partiendo de este estado de la técnica descrito, la invención tiene el objetivo de mejorar un procedimiento genérico indicado al principio de tal forma que la detección de una situación de obstáculo, por ejemplo, un caso de aprisionamiento durante el cierre de una luna accionada por motor tenga lugar ya en un momento lo más temprano posible, aunque sin tener que aceptarse los inconvenientes que se producen en el estado de la técnica conocido de un valor de desconexión definido demasiado bajo.

Este objetivo se consigue según la invención porque mediante una comparación de un modelo del comportamiento de variación de los valores determinados con un intervalo de valores que se extiende a varios valores, que representa una evolución en el tiempo típica para la situación de obstáculo debido a la deceleración de la velocidad de giro del motor, se detecta si existe una situación con presencia de obstáculo de este tipo.

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En el procedimiento reivindicado el sistema deduce que existe una situación de obstáculo si los valores determinados de momentos de detección inmediatamente anteriores se sitúan respecto a su comportamiento de variación de uno respecto a otro en el tiempo en un intervalo de valores que se extiende a varios valores de la magnitud analizada que es típico para la situación con presencia de obstáculo que ha de ser detectada. Por lo tanto, en el objeto de este procedimiento se realiza una comparación con un modelo, sirviendo como base de comparación para la situación de obstáculo no un valor umbral sino el comportamiento de variación típico de los valores determinados al producirse una situación de este tipo. Con una comparación con un modelo de este tipo puede detectarse con una exactitud mucho mayor la existencia real de una situación de obstáculo. En caso de que el procedimiento se use para el servicio de una luna accionada por motor eléctrico de un automóvil y si debe detectarse con este procedimiento un caso de aprisionamiento, el intervalo de valores previsto para la comparación simula una situación de aprisionamiento de este tipo. Por lo tanto, el intervalo de valores de comparación representa una evolución típica en el tiempo de los valores determinados a partir de la magnitud que comprende información de la velocidad de giro como medida para la deceleración de la velocidad de giro del motor que se va produciendo. Un caso de aprisionamiento de este tipo puede detectarse por una deceleración no lineal de la velocidad de giro del motor y, por lo tanto, con ayuda de un período de motor que aumenta de esta forma, que refleja el coeficiente de aumento de fuerza a modo de
resorte.

En principio, este procedimiento también es adecuado para distinguir con ayuda de distintos intervalos de valores de comparación que representan distintos modelos de situaciones con presencia de un obstáculo de una serie de distintos obstáculos que se caracterizan por diferentes protocolos de variación del motor entre distintas situaciones con presencia de un obstáculo. De esta forma puede distinguirse entre una situación de aprisionamiento real y un obstáculo que se encuentra en la guía de la luna. A continuación, el sistema puede reaccionar de distintas formas en función de la situación de obstáculo detectada, por ejemplo, mediante conmutación del motor de accionamiento en caso de un aprisionamiento y sólo una parada del motor, que puede ser indicado, por ejemplo, en otro caso. De esta forma puede detectarse también la entrada de la luna en la junta superior.

Para conseguir una concordancia suficiente entre el intervalo de valores de comparación que representa una situación con presencia de obstáculo y la secuencia de los valores actualmente determinados, basta en principio con que tres valores sucesivos actualmente determinados formen parte del intervalo de valores que define la situación de obstáculo. No obstante, por razones de redundancia, puede ser ventajoso prever cinco a siete valores sucesivos actualmente determinados como medida de una concordancia suficiente.

La determinación de los valores a partir de la magnitud que comprende información de la velocidad de giro puede realizarse basándose en un modelo de fuerza, que tiene en cuenta componentes del sistema y parámetros del sistema. En lugar de un modelo de fuerza también puede usarse un modelo de energía del sistema, pudiendo usarse este último también para la interpolación del siguiente valor o de los siguientes valores que se han de esperar en un caso con presencia de un obstáculo.

A continuación, la invención se describirá con ayuda de un ejemplo de realización, haciéndose referencia a las figuras adjuntas. Muestran:

la fig. 1, un diagrama representado en función del tiempo de los valores determinados a partir de la magnitud que comprende información de la velocidad de giro al producirse una situación con presencia de obstáculo después de un servicio en condiciones normales y

la fig. 2, un diagrama de períodos del motor representado en función del tiempo.

En el árbol de un motor eléctrico de elevalunas de un automóvil está dispuesto un imán cuadripolar en la dirección del contorno. Una disposición de sensores Hall dispuesta de forma estacionaria respecto a este imán sirve para la detección de la polaridad del imán que está presente en el sensor Hall, respectivamente. Por lo tanto, en este ejemplo de realización representado, una vuelta de 360º del árbol del rotor se caracteriza por pasar por cuatro períodos, que en lo sucesivo se denominarán períodos de motor. La duración de un período de motor de este tipo es, por lo tanto, una medida directa de la velocidad de giro del motor de elevalunas.

En un proceso de cierre de la luna accionada por el motor de elevalunas en condiciones normales, el motor de elevalunas gira en un caso ideal de forma constante, aunque en el caso real estará sometido a variaciones estadísticamente distribuidas. Estas variaciones se deben al sistema de transmisión de fuerza y/o a la fricción no constante de la luna en su guía. Un servicio del motor de accionamiento a una velocidad de giro constante se reconoce en la figura 2 por la duración constante de los primeros períodos de motor T. En el momento x_{0}, la luna que cierra la abertura de ventana toca un obstáculo, por lo que se frena el motor de elevalunas. Esto conduce a un aumento de la duración de los períodos de motor T que siguen a este momento x_{0}.

Basándose en un modelo de fuerza, se almacena en este ejemplo de realización después de cada cambio de polaridad detectado y, por lo tanto, después de cada ciclo de período la duración del período del motor que se ha detectado en último lugar, respectivamente, en una memoria cíclica con, por ejemplo, cinco posiciones de almacena-
miento.

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Basándose en un modelo de fuerza simplificado, en un proceso de cierre de la luna en condiciones normales es válido

\vec{F}_{ges} = \vec{F}_{M} + \vec{F}_{g} + \vec{F}_{R} = 0,

siendo F_{M} la fuerza de motor, F_{g} la fuerza por el peso de la luna y F_{R} la fuerza de fricción. Las magnitudes indicadas en último lugar son constantes. Por lo tanto, la fuerza de motor F_{M} es constante en un servicio normal, de modo que pueda obtenerse un período de motor T constante (véase también la figura 2). En el momento x_{0}, la luna se topa con un obstáculo, de modo que a continuación se produce una variación de la fuerza en el sentido que a la fuerza de motor F_{M} original se suma la flexibilidad del objeto con el que se ha topado, expresada como fuerza de resorte F_{F}, de modo que resulte la siguiente ecuación:

\vec{F}_{ges} = \vec{F}_{M} + \vec{F}_{F} + \vec{F}_{g} + \vec{F}_{R} \neq 0,

siendo F_{ges} la fuerza total y F_{F} la fuerza de resorte. El período de motor actual, en el que se topa con el obstáculo, se prolonga en función de la fuerza de resorte F_{F}. También se prolongan los períodos de motor siguientes, concretamente sumándose la fuerza del resorte. Esto también se puede expresar mediante el período del motor que es constante antes del momento x_{0} y que se prolonga por la situación de aprisionamiento en función de la fuerza de resorte. Uniéndose los factores constantes, esto se puede expresar como

T = K + \frac{B}{1 - A \cdot x}

En esta descripción de la evolución de los períodos del motor no se tiene en cuenta la inercia de masas de la luna. No obstante, esto se aprovecha en el presente caso justamente de modo que en el punto de toparse la luna con el obstáculo la constante de elasticidad que se puede determinar parece en primer lugar más baja aumentando a medida que la luna entre más en el obstáculo.

La ecuación arriba indicada presenta tres incógnitas constantes (K, B, A), que pueden determinarse, no obstante, a partir de tres puntos de apoyo en el marco de un cálculo de punto flotante. Puesto que, no obstante, por regla general un cálculo de coma flotante de este tipo supera la capacidad de un microcontrolador usado en la práctica, en el ejemplo de realización representado se valora el comportamiento de aumento del período de motor T. En esta valoración se analizan varias mediciones de duración de período sucesivas respecto a su comportamiento de variación respectivo en comparación con el período anterior, realizándose este análisis según la siguiente ecuación

\frac{T_{m} - T_{n}}{T_{k} - T_{m}} = 1

La afirmación que resulta de esta ecuación muestra que el cociente diferencial de tres períodos de motor directamente sucesivas es igual a 1 en el modelo de fuerzas simplificado en caso de aprisionamiento. Al mismo tiempo se ve por esta ecuación que en el caso ideal con un número de revoluciones constante del motor y, por lo tanto, períodos de motor constantes, esta ecuación no está definida. No obstante, como en la práctica no se produce esta idealización, hay una dispersión del resultado, lo cual conduce a variaciones claras de los cocientes diferenciales, como está representado en el diagrama de la figura 1 antes del momento x_{0}. Gracias a la definición del caso de aprisionamiento en el presente caso porque el cociente diferencial debe ser "1", en el caso de aprisionamiento existe un comportamiento típico de los cocientes diferenciales resultantes. Debido a la inercia de masas de la luna, que no se tiene en cuenta en el modelo de fuerzas, esta está situada al principio del caso de aprisionamiento un poco por encima de "1" y se reduce sucesivamente con la detección de cada nuevo período de motor y los cocientes diferenciales formados a partir de ellos. Por lo tanto, se deposita en la memoria cíclica el cociente diferencial determinado en último lugar, respectivamente. En la figura 1 se indica un intervalo de valores W, en el que están representados los cocientes diferenciales que resultan en un caso de aprisionamiento. Los distintos cocientes diferenciales representados en este intervalo de valores W están provistos de un intervalo de tolerancia. En caso de una situación de aprisionamiento debe cumplirse, por lo tanto, la condición de que en dos cocientes diferenciales sucesivos el cociente determinado en último lugar sea menor que el anterior, respectivamente. Además, puede considerarse otro criterio que la diferencia del cociente diferencial de una primera pareja de cocientes diferenciales formada por dos cocientes diferenciales sucesivos sea mayor que la diferencia de los cocientes diferenciales de otra pareja de cocientes diferenciales formada por el cociente diferencial determinado en último lugar de la primera pareja de cocientes diferenciales y el cociente diferencial formado inmediatamente después. En el presente caso está previsto que cinco cocientes diferenciales sucesivos deban cumplir estas condiciones para que el sistema pueda deducir que se trata de un caso de aprisionamiento.

La descripción de este procedimiento muestra claramente que después de calibrar una sola vez el sistema en cuestión, por ejemplo, un sistema de elevalunas en un automóvil mediante definición del intervalo de valores puede detectarse de forma sencilla y con gran seguridad un caso de aprisionamiento. Si bien en los viajes por terreno difícil, que actúan como golpes sobre la luna que se está cerrando, esto se hace notar en forma de una variación breve del período del motor, los cocientes diferenciales formados a partir de ello no cumplen las condiciones indicadas, por lo que no corresponden al modelo descrito, por ejemplo, en la figura 1. Por lo tanto, no se tendrán en cuenta ningunas fuerzas que actúen sobre la luna que no se hagan notar en un aumento de fuerza a modo de resorte en el sistema global. Puesto que, sólo cuando se produce esto, pueden determinarse cocientes diferenciales que bastan para detectar un caso de aprisionamiento respecto a los criterios respectivamente anteriores arriba indicados. Puesto que esto no depende de la fuerza absoluta, este comportamiento no depende de la fuerza de resorte real, que representa un caso de aprisionamiento. Por lo tanto, ya se deduce que existe una situación de aprisionamiento cuando una pequeña resistencia que actúa a modo de resorte actúa sobre el movimiento de cierre de la luna. Por lo tanto, puede detectarse un caso de aprisionamiento en un momento muy temprano, produciéndose la detección en el presente caso, en el que se tienen en cuenta cinco cocientes diferenciales que cumplen los criterios, ya después de un importe de ángulo de giro del árbol de rotor de 450º.

Claims (8)

1. Procedimiento para la detección de una situación de obstáculo de un elemento móvil accionado por motor mediante la valoración de una magnitud que comprende una información de la velocidad de giro del motor, en el que partiendo de un momento actual se analizan los valores determinados de la magnitud que comprende información de la velocidad de giro de momentos de detección inmediatamente anteriores, caracterizado porque mediante una comparación de un modelo del comportamiento de variación de los valores determinados con un intervalo de valores que se extiende a varios valores, que representa una evolución en el tiempo típica para la situación de obstáculo debido a la deceleración de la velocidad de giro del motor, se detecta si existe una situación de obstáculo de este tipo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el intervalo de valores que representa la situación de obstáculo de la magnitud analizada representa el comportamiento de variación de la magnitud analizada que se produce cuando el elemento accionado por motor topa con un objeto, conduciendo esto a un coeficiente de aumento de fuerza no lineal y, por lo tanto, a un coeficiente de aumento a modo de resorte.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el intervalo de valores de comparación presenta un intervalo de tolerancia.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el intervalo de valores que representa la situación de obstáculo es determinado por una caída no lineal que aumenta con el tiempo.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la magnitud que comprende la información de la velocidad de giro se determina como el tiempo en el que el árbol de rotor del motor gira un importe angular determinado.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque existe una concordancia suficiente entre el intervalo de valores y la secuencia de los valores actualmente detectados si al menos tres valores sucesivos forman parte del intervalo de valores de comparación que define la situación de obstáculo.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque los valores determinados uno tras otro, que se necesitan para una concordancia suficiente, se almacenan sucesivamente.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el procedimiento se usa para la detección de un caso de aprisionamiento que supone un obstáculo para un movimiento de cierre de una luna accionada por motor de un automóvil.