WO2000014844A1 - Antriebsvorrichtung und verfahren zum verstellen eines fahrzeugteils - Google Patents

Antriebsvorrichtung und verfahren zum verstellen eines fahrzeugteils Download PDF

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WO2000014844A1
WO2000014844A1 PCT/EP1999/006509 EP9906509W WO0014844A1 WO 2000014844 A1 WO2000014844 A1 WO 2000014844A1 EP 9906509 W EP9906509 W EP 9906509W WO 0014844 A1 WO0014844 A1 WO 0014844A1
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PCT/EP1999/006509
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Inventor
Joachim Klesing
Original Assignee
Webasto Dachsysteme Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/085—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load
    • H02H7/0851—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load for motors actuating a movable member between two end positions, e.g. detecting an end position or obstruction by overload signal

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting a vehicle part between at least two positions according to the preamble of claim 1 and a drive device for a vehicle part adjustable between at least two positions according to the preamble of claim 9.
  • DE 43 21 264 AI discloses a generic method and a generic drive device.
  • An electric motor drives a car window pane.
  • a signal is generated from which the current period of the motor rotation and thus the.
  • Monentane speed of the engine is determined at any point in time at which such a signal arrives at a control unit for controlling the engine.
  • the motor is reversed in order to release a possibly jammed object.
  • a drive device for a motor vehicle window which detects the motor speed by means of two Hall detectors and reverses the motor when a threshold value for the relative change in speed is exceeded.
  • the threshold value is constantly recalculated as a function of the detected motor voltage and the ambient temperature determined by a temperature sensor on the motor. The standstill / operating times of the motor are also taken into account in order to be able to infer the ambient temperature from the motor temperature.
  • a disadvantage of these generic speed-detecting drive devices is that they, e.g. by selecting the trigger threshold, only for a pinching speed, i.e. a rigidity of the overall system can be optimized.
  • the rigidity of the overall system is made up of the rigidity of the drive mechanism, the pinched body and the vehicle body.
  • the stiffness of the pinched body depends on the type of body.
  • the rigidity of the body is heavily dependent on the place where the body is pinched. The stiffness can thus vary from pinching to pinching, which means that only a small part of the pinching cases can be optimally recognized in the known systems.
  • This object is achieved according to the invention by a method according to claim 1 and a drive device according to claim 9.
  • the pinch protection detection can be optimized for at least two different pinch scenarios.
  • the results of the two Comparisons can be linked in an OR operation. This represents a particularly simple pinch detection.
  • the first calculation and the second calculation are preferably optimized for the detection of the expected fastest or slowest changes in force. This creates reliable pinch detection in the widest possible range of pinch scenarios.
  • a new value of the force effect is preferably calculated only after every nth input of a pulse signal, while in the first calculation the time of the input of each pulse signal is recorded at the control unit and between two such input times at certain extrapolation times from at least one Part of these measured times, the first value for the current force on the vehicle part is determined.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a drive device according to the invention
  • FIG. 2 shows a graphical representation of an exemplary temporal course of the period of the motor rotation
  • FIG. 3 shows a schematic exemplary representation of the method according to the invention
  • FIG. 4 schematically shows a vehicle roof to illustrate the method according to FIG. 3.
  • FIG. 1 drives an electric motor 10 designed as a direct current motor via a shaft 12, a pinion 14 which is in engagement with two drive cables 16 which are guided with tension and compression resistance.
  • a worm gear (not shown) is optionally located between the electric motor 10 and the pinion 14.
  • the movable covers 54 of vehicle sunroofs, today predominantly designed as sliding / lifting roofs or spoiler roofs, are mostly driven by means of such drive cables 16.
  • the window lifters of a motor vehicle door often act on the movable part via a cable drum and a smooth cable, i.e. the disc.
  • the cover 54 of a sliding / lifting roof is preferably driven, which, however, is only shown in FIG. 4 for better clarity.
  • a magnetic wheel 18 with at least one south and one north pole is mounted on the shaft 12 in a rotationally fixed manner.
  • several, for example, 4 north and south poles can also be arranged on the magnetic wheel 18, as a result of which the period of the signals is correspondingly shortened.
  • Two Hall sensors 20, 22 are arranged near the magnetic wheel 18 in the circumferential direction, each of which sends a pulse signal to a control unit 24 provided with a microprocessor 36 and a memory 38 each time the north or south pole of the magnetic wheel 18 passes emit, which thus receives a signal about every quarter turn of the shaft 12.
  • the period duration results in each case from the distance between two successive signals on the same sensor 20 or 22, which are received at a distance of one full rotation of the shaft 12.
  • the period is alternately calculated from the time difference between the last two signals on the sensors 20 and 22, so that every quarter turn a new value of the period is available.
  • This type of determination of the period duration affects deviations from the exact 90 degree Geometry of the sensor arrangement does not depend on the period, as would be the case when determining the period from the time difference between the last signal of one sensor and the other sensor.
  • the direction of rotation can also be determined on the basis of the phase shift of the signals of the two sensors 20, 22.
  • the current position of the cover 54 can also be determined from the signals of the Hall sensors 20, 22 by feeding these signals to a counter 40 assigned to the control unit 24.
  • the direction of rotation of the motor 10 can be controlled by the control unit 24 via two relays 26, 28 with changeover contacts 30, 32.
  • the speed of the motor 10 will be controlled by pulse width modulation via a transistor 34.
  • the essential aspect of the present invention is that two calculations 50, 52 are carried out in parallel and independently of one another in order to derive a value for the momentary force acting on the roof cover from the times of the signal input from the Hall sensors 20, 22 on the control unit 24 to be determined, both values being taken into account when deciding whether there is a trapping event.
  • the calculations are each carried out with their own parameter set and their own sampling rate.
  • the sampling rate means the distance between the times at which a value for the momentary force is determined.
  • the rigidity of the overall system depends on the type of body being pinched and the location where the body is pinched. This applies in particular to the lowering movement of a cover 54 from an opening position, see FIG. 4. If a body 56 is clamped in the area of the roof center (indicated in FIG. 4 with 58), the overall system is considerably softer than if it were clamped in the edge area (indicated in Fig. 4 with 60).
  • the parameter set of the calculation, in particular the threshold or limit values, and the selected sampling rate can only be optimized for a single stiffness of the overall system, although in practice each Depending on the type and location of the pinched body, different stiffnesses of the overall system can be decisive.
  • the second calculation is for the detection of slow changes in force, i.e. small stiffness, optimized during the first calculation for the detection of rapid changes in force, i.e. great stiffness is optimized.
  • the first calculation 50 uses an extrapolation algorithm described in the following, an estimated value for the current force acting on the vehicle part being determined between two signal input times at specific extrapolation times from a part of these measured times.
  • the second calculation does not require an extrapolation of measured values of the period, but, depending on the relevant stiffness range, it is calculated after a new measured value has been received or only after every nth input of a measured value Value of the momentary force applied. In principle, however, if necessary, the second calculation can also use an extrapolation algorithm, the extrapolation times being selected at a greater distance than in the first calculation.
  • the first calculation including the extraplation algorithm is described below.
  • the microprocessor 36 determines the monthly period of the rotation of the shaft 12 and thus also of the electric motor 10. Thus, a measurement value for the period is available approximately every quarter of a revolution of the shaft 12. To be one between these times too, estimated values for the period are continuously extrapolated from previous measured values of the period in a fixed time grid, for example every 1 ms, for example according to the following formula:
  • T * [k] T [i] + k • (al • T [i-1] + a2 • T [i-2] + a3 • T [i-3]) (1)
  • al, a2, a3 are parameters, i is an index that every quarter, incremented, and k is the running index of the fixed time grid, which is reset to zero for each new measurement for the period. Instead of the last four measured values, more or fewer measured values can be taken into account depending on the requirements.
  • the parameters al, a2, a3 model the overall system of the drive device, i.e. Motor 10, power transmission components and cover, and are determined by the spring stiffness, damping and friction of the overall system. This results in a bandpass effect with the property that spectral components of the period over time that result from vibrations are rated weaker than those that result from a pinching event.
  • FIG. 2 schematically shows an exemplary temporal course of the measured period durations T and the period durations T * estimated therefrom. The dashed curve represents the true course of the period.
  • the speed change at time [k], based on the previous time [k-1], is then estimated from the estimated values for the period, using a motor voltage filter and a travel profile filter to determine the influences of the motor voltage and the position at which the moving vehicle part, ie the cover, just located, to eliminate the engine speed using the following formula:
  • Um [k] is the motor voltage at the time [k]
  • Vu is a motor voltage filter which simulates the dependency of the speed on the motor voltage detected by the control unit 24
  • x [k] is the position of the cover at the time [k] and Vr on O
  • Path profile filter that simulates the dependence of the engine speed on the position of the cover.
  • the motor voltage filter Vu simulates the dynamic behavior of the motor when the voltage changes.
  • the motor voltage filter Vu is preferably designed as a low-pass filter, the time constant of which is equal to the motor time constant.
  • the time constant depends on the operating case, i.e. the opening or closing of the cover 54 in the sliding or lowering direction, and the magnitude of the change in voltage.
  • the path profile filter Vr is automatically determined by a learning run after installation of the drive device in the vehicle. As mentioned above, the position of the cover 54 is determined from the pulse signals of the Hall sensors 20, 22 which are summed up by means of the counter 40.
  • the decision of the first calculation 50 as to whether or not there is a jamming is made using the following formula:
  • the estimated speed changes ⁇ N * [k] are compared with a fixed lower limit that is constant over time. As soon as they exceed this lower limit, they are each multiplied by a proportionality factor Vf, which represents the steepness of the motor characteristic of the electric motor 10 (torque versus speed). The slope is approximately constant at constant motor voltage and motor temperature, but is different for each electric motor 10.
  • Vf proportionality factor
  • the ambient temperature is detected by a temperature sensor and the motor temperature is approximated by recording the operating time (instead of the ambient temperature, the motor temperature can also be detected directly by a temperature sensor on the electric motor 10).
  • the ⁇ F [k] values are added up as long as the ⁇ N * [k] values are above the specified lower limit. As soon as two consecutive ⁇ N * [k] values are below it again, the sum is set to zero. If a ⁇ N * [k] value exceeds a fixed upper limit, only the value of the upper limit is included in the sum instead of this ⁇ N * [k]. This serves to eliminate as far as possible the effects of vibrations, which lead to brief, periodic peaks in the speed change, on the detection of a trapping event. In the simplest case, this upper limit can be chosen to be constant. In order to increase the accuracy of the triggering, however, the upper limit can also be selected in a time-dependent manner depending on the currently determined speed change, e.g. in the form that the upper limit is increased with increasing current speed change.
  • the first sampling rate is selected so that it is used for the detection of pinching with the The highest detection system stiffness is optimal
  • the speed detection stage 62 is used jointly by the first calculation 50 and the second calculation 52.
  • the change in speed ⁇ N * is converted to the by means of the formula (3) in the manner described above using a first value for the fixed lower limit, a first value for the fixed upper limit and a first value for the threshold value Fmax the first sampling rate specified points in time, ie the extrapolation points in time [k], determined whether the momentary force effect exceeds this first threshold value Fmax.
  • the values of this first parameter set are optimized for the detection of pinching cases with the greatest expected system rigidity.
  • the sampling rate is selected so that it is optimal for the detection of pinching cases with the lowest expected system stiffness.
  • This second sampling rate can e.g. should be chosen so that only every fourth measured value of the period T should be taken into account.
  • the second calculation is only carried out by the Hall sensors 20, 22 every fourth signal input, i.e. only every fourth speed N [i] determined by the stage 62, which goes back to a measured period T is taken into account in the sampling stage indicated by 66 in FIG. 4 (indicated by 66 in FIG. 4), which corresponds to a measured period T goes back.
  • the speeds N * [k] determined from extrapolated period durations T * are of course not taken into account anyway.
  • the second calculation 52 is therefore only carried out every fourth point in time [i].
  • the speed change ⁇ N [i] compared to the last measured value is determined. Then it is determined in an analogous manner by means of the formula (3) using a second value for the fixed lower limit, a second value for the fixed upper limit and a second value for the threshold value Fmax whether the momentary force action exceeds this second threshold value Fmax.
  • the values of this second parameter set are optimized for the detection of pinching cases with the lowest expected system rigidity.
  • the results of the first and the second calculation are logically linked to one another in a logic stage 64 for the decision as to whether there is a jamming situation, ie the engine should be switched off or reversed. In the simplest case, this is an OR operation. In this case, the motor is switched off or reversed if one of the has detected a case of pinching in both calculations. The decision is made at any point in time when the first calculation 50 delivers a new result. Since new results of the second calculation 52 are available much less frequently, the last result of the second calculation 52 is always supplied to the logic stage 64. If a pinching case has been detected on the basis of the linkage, the control unit 24 triggers reversing of the motor 10 by actuating the relays 26, 28 via the switches 30, 32 in order to immediately release a jammed object.
  • a spectral analysis of the changes in speed determined at the time of analysis can be carried out within a specific time window. If certain spectral characteristics occur, in particular if a clearly pronounced peak occurs, which is not in the spectral range typical for pinching cases, triggering is prevented, even if the logic stage 64 has actually detected a pinching case.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen eines Fahrzeugteils zwischen mindestens zwei Stellungen, wobei das Fahrzeugteil von einem Elektromotor angetrieben wird, Pulssignale entsprechend der Drehbewegung des Elektromotors erzeugt werden und einer Steuereinheit zum Steuern des Elektromotors zugeführt werden, und in einer ersten Berechnung (50) mit einem ersten Parametersatz aus den erfaßten Pulssignalen zu bestimmten ersten Zeitpunkten ein erster Wert für die momentane Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil bestimmt wird. Parallel zu der ersten Berechnung wird in mindestens einer zweiten Berechnung (52) mit einem zweiten Parametersatz aus den erfaßten Pulssignalen zu bestimmten zweiten Zeitpunkten ein zweiter Wert für die momentane Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil bestimmt, wobei beide Werte für die momentane Krafteinwirkung berücksichtigt werden, um zu entscheiden, ob der Motor abgeschaltet oder reversiert wird oder nicht. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens.

Description

Antriebsvorrichtung und Verfahren zum Verstellen eines Fahrzeugteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen eines Fahrzeugteils zwischen mindestens zwei Stellungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Antriebsvorrichtung für ein zwischen mindestens zwei Stellungen verstellbares Fahrzeugteil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
Aus der DE 43 21 264 AI ist ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung bekannt. Dabei treibt ein Elektromotor eine Kfz-Fensterscheibe an. Mittels zweier um 90 Grad versetzter Hall-Sensoren, die mit einem auf der Motorwelle angeordneten Magneten zusammenwirken, wird ein Signal erzeugt, aus welchem die momentane Periodendauer der Motordrehung und damit die. monentane Drehzahl des Motors zu jedem Zeitpunkt, zu dem ein solches Signal an einer Steuereinheit zum Steuern des Motors eingeht, bestimmt wird. Sobald die momentane Drehzahländerung, die sich aus der Differenz zweier aufeinanderfolgender Drehzahl-Meßwerte ergibt, einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, wird der Motor reversiert, um einen eventuell eingeklemmten Gegenstand freizugeben.
Aus der DE 195 11 581 AI ist eine ähnliche Antriebsvorrichtung bekannt, bei welcher jedoch der Schwellwert positionsabhängig variabel gewählt ist, wobei in einem Speicher für bestimmte Positionen des Verstellwegs die in einem früheren Lauf erfaßte Geschwindigkeitsänderung zwischen zwei benachbarten Positionen gespeichert ist, um daraus in Abhängigkeit von der letzten aktuell erfaßten Position und Geschwindkeit den Abschaltschwellwert für die Geschwindigkeit jeweils positionsabhängig zu berechnen.
Aus der DE-OS 29 26 938 ist bekannt, bei einem Schiebedachantrieb in gleichbleibenden zeitlichen Abständen die Motordrehzahl zu erfassen, die Differenzen aufeinander folgender Werte zu bilden, diese Differenzen aufzuaddieren, wenn sie größer als ein vorbestimmter Schwellwert sind, und ein Abschalten oder Reversieren des Motors auszulösen, sobald die aufaddierte Summe einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Aus der DE 43 12 865 AI ist eine Antriebsvorrichtung für ein Kfz-Fenster bekannt, welche die Motordrehzahl mittels zweier Hall-Detektoren erfaßt und bei Überschreiten eines Schwellwerts für die relative Änderung der Drehzahl den Motor reversiert. Dabei wird der Schwellwert in Abhängigkeit von der erfaßten Motorspannung und der durch einen Temperatursensor am Motor ermittelten Umgebungstemperatur ständig neu berechnet. Dabei werden auch die Stand/Betriebszeiten des Motors berücksichtigt, um von der Motortemperatur auf die Umgebungstemperatur schließen zu können.
Aus der DE 196 18 219 AI ist bekannt, bei einem Schiebedachantrieb die Drehzahlschwelle bzw. die Drehzahländerungsschwelle des Motors, ab welcher ein Reversieren des Motors erfolgt, aus den positionsabhängigen Drehzahldaten eines vorher erfolgten Referenzlaufs abhängig von der Postion des Deckels zu ermitteln.
Nachteilig bei diesen gattungsgemäßen Drehzahl-erfassenden Antriebsvorrichtungen ist, daß sie, z.B. durch Wahl der Auslöseschwelle, nur für eine Einklemmgeschwindigkeit, d.h. eine Steifigkeit des Gesamtsystems optimiert werden können. Die Steifigkeit des Gesamtsystems setzt sich aus den Steifigkeiten der Antriebsmechanik, des eingeklemmten Körpers sowie der Fahrzeugkarosserie zusammen. Einerseits hängt die Steifigkeit des eingeklemmten Körpers von der Art des Körpers ab. Andererseits ist die Steifigkeit der Karosserie stark von dem Ort abhängig, an dem der Körper eingeklemmt wird. Somit kann die Steifigkeit von Einklemmfall zu Einklemmfall variieren, wodurch bei den bekannten Systemen nur ein kleiner Teil der Einklemmfälle optimal erkannt werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein zwischen mindestens zwei Stellungen bewegliches Fahrzeugteil sowie ein Verfahren zum Verstellen eines beweglichen Fahrzeugteils zwischen mindestens zwei Stellungen zu schaffen, mittels derer ein zuverlässigeres Erfassen des Einklemmens eines Gegenstands ermöglicht wird. Diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 9.
Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ist vorteilhaft, daß die Einklemmschutzerfassung für mindestens zwei unterschiedliche Einklemmszenarien optimierbar ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird ermittelt, ob der in der ersten Berechnung ermittelte erste Wert für die Krafteinwirkung einen vorgegebenen ersten Auslöseschwellwert übersteigt bzw. ob der aus der zweiten Berechnung ermittelte zweite Wert für die Krafteinwirkung einen vorgegebenen zweiten Auslöseschwellwert übersteigt, wobei die Ergebnisse der beiden Vergleiche in einer ODER-Verknüpfung verknüpft werden. Dies stellt eine besonders einfache Einklemmerfassung dar.
Vorzugsweise sind die erste Berechnung und die zweite Berechnung für die Erkennung der zu erwartenden schnellsten bzw. langsamsten Krafteinwirkungsänderungen optimiert. Dies schafft eine zuverlässige Einklemmerfassung in einen möglichst breiten Bereich an Einklemmszenarien.
Vorzugsweise wird bei der zweiten Berechnung nur nach jedem n-ten Eingang eines Pulssignals ein neuer Wert der Krafteinwirkung berechnet, während bei der ersten Berechnung der Zeitpunkt des Eingangs eines jeden Pulssignals an der Steuereinheit erfaßt wird und zwischen zwei solchen Eingangszeitpunkten zu bestimmten Extrapolationszeitpunkten aus mindestens einem Teil dieser gemessenen Zeitpunkte der erste Wert für die aktuelle Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil bestimmt wird. Dies ermöglicht die Erfassung sowohl sehr schneller als auch sehr langsamer Einklemmvorgänge.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden ist Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
FIG. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
FIG. 2 eine graphische Darstellung eines beispielhaften zeitlichen Verlaufs der Periodendauer der Motordrehung, FIG. 3 eine schematische beispielhafte Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
FIG. 4 schematisch ein Fahrzeugdach zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß Fig. 3.
Unter Bezugnahme auf FIG. 1 treibt ein als Gleichstrommotor ausgebildeter Elektromotor 10 über eine Welle 12 ein Zahnritzel 14 an, welches mit zwei zug- und drucksteif geführten Antriebskabeln 16 im Eingriff steht. Zwischen dem Elektromotor 10 und dem Ritzel 14 liegt optional noch ein nicht dargestelltes Schneckengetriebe. Die beweglichen Deckel 54 von Fahrzeug-Schiebedächern, heute überwiegend als Schiebe-Hebe-Dächer oder Spoilerdächer ausgeführt, werden meistens mittels solcher Antriebskabel 16 angetrieben. Die Fensterheber einer Kfz-Tür wirken oft über eine Seiltrommel und ein glattes Seil auf das bewegbare Teil, d.h. die Scheibe. Für die folgende Betrachtung ist es gleichgültig, wie die Krafteinleitung auf das bewegliche Fahrzeugteil erfolgt. Bevorzugt wird der Deckel 54 eines Schiebe-Hebe- Daches angetrieben, der jedoch wegen der besseren Übersichtlichkeit nur in Fig. 4 dargestellt ist.
Auf der Welle 12 ist ein Magnetrad 18 mit wenigstens einem Süd- und einem Nordpol drehfest angebracht. Selbstverständlich können auch mehrere beispielsweise je 4 Nord- und Südpole am Magnetrad 18 angeordnet sein, wodurch die Periodendauer der Signale entsprechend verkürzt wird. In Umfangsrichtung um etwa 90 Grad versetzt sind nahe des Magnetrads 18 zwei Hall-Sensoren 20, 22 angeordnet, die jeweils bei jedem Durchgang des Nord- bzw. Südpols des Magnetrads 18 ein Impulssignal an eine mit einem Mikroprozessor 36 und einem Speicher 38 versehene Steuereinheit 24 abgeben, die somit etwa bei jeder Viertelumdrehung der Welle 12 ein Signal empfängt. Die Periodendauer ergibt sich jeweils aus dem Abstand zweier aufeinanderfolgender Signale an demselben Sensor 20 bzw. 22, die im Abstand einer vollen Umdrehung der Welle 12 eingehen. Wegen der 90 Grad- Anordnung der beiden Sensoren 20, 22 Wird die Periodendauer abwechselnd aus der zeitlichen Differenz der beiden letzten Signale an dem Sensors 20 bzw. 22 berechnet, so daß jede Viertelumdrehung ein neuer Wert der Periodendauer zur Verfügung steht. Durch diese Art der Bestimmung der Periodendauer wirken sich Abweichungen von der exakten 90 Grad- Geometrie der Sensoranordnung nicht auf die Periodendauer aus, wie dies bei einer Bestimmung der Periodendauer aus der Zeitdifferenz zwischen dem letzten Signal des einen Sensors und des anderen Sensors der Fall wäre.
Aufgrund der Phasenverschiebung der Signale der beiden Sensoren 20, 22 kann auch die Drehrichtung bestimmt werden. Zusätzlich kann aus den Signalen der Hall-Sensoren 20, 22 auch die aktuelle Position des Deckels 54 ermittelt werden, indem diese Signale einem der Steuereinheit 24 zugeordneten Zähler 40 zugeführt werden.
Die Drehrichtung des Motors 10 kann von der Steuereinheit 24 über zwei Relais 26, 28 mit Umschaltkontakten 30, 32 gesteuert werden. Die Drehzahl des Motors 10 wird durch Pulsbreitenmodulation über einen Transistor 34 gesteuert werden.
Der wesentliche Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß parallel und unabhängig voneinander zwei Berechnungen 50, 52 durchgeführt werden, um aus den Zeitpunkten des Signaleingangs von den Hall-Sensoren 20, 22 an der Steuereinheit 24 jeweils einen Wert für die momentane Krafteinwirkung auf den Dachdeckel zu ermitteln, wobei beide Werte bei der Entscheidung berücksichtigt werden, ob ein Einklemmfall vorliegt. Die Berechnungen werden jeweils mit einem eigenen Parametersatz und einer eigenen Abtastrate durchgeführt. Mit Abtastrate ist der Abstand der Zeitpunkte gemeint, zu welchen ein Wert für die momentane Krafteinwirkung bestimmt wird.
Wie bereits erwähnt, hängt die Steifigkeit des Gesamtsystems von der Art des eingeklemmten Körpers und von dem Ort ab, an dem der Körper eingeklemmt wird. Dies gilt insbesondere bei der Absenkbewegung eines Deckels 54 aus einer Ausstellposition, siehe Fig. 4. Wird dabei ein Körper 56 im Bereich der Dachmitte eingeklemmt (in Fig. 4 mit 58 angedeutet), so ist das Gesamtsystem wesentlich weicher als bei einem Einklemmen im Randbereich (in Fig. 4 mit 60 angedeutet).
Wenn ein System mit einer einzigen festen Abtastrate arbeitet, können der Parametersatz der Berechnung, insbesondere die Schwell- bzw. Grenzwerte, und die gewählte Abtastrate nur für eine einzige Steifigkeit des Gesamtsystems optimiert werden, wobei jedoch in der Praxis je nach Art und Stelle des eingeklemmten Körpers unterschiedliche Stei^ -keiten des Gesamtsystems maßgeblich sein können.
Durch das Durchführen einer zweiten parallelen Berechnung ist es möglich, durch entsprechende Wahl der Berechnungsparameter und der der Berechnung zugrunde liegenden Abtastrate, d.h. der Wahl der Zeitpunkte, zu welchen ein neuer Wert der monentanen Krafteinwirkung berechnet wird, diese zweite Berechnung für eine andere Steifigkeit zu optimieren.
Die zweite Berechnung ist für die Erfassung langsamer Krafteinwirkungsänderungen, d.h. kleiner Steifigkeiten, optimiert, während die erste Berechnung für die Erfassung schneller Krafteinwirkungsänderungen, d.h. großer Steifigkeiten, optimiert ist.
Zu diesem Zweck ist verwendet die erste Berechnung 50 einen im folgenden beschriebenen Extrapolationsalgorithmus, wobei zwischen zwei Signal-Eingangszeitpunkten zu bestimmten Extrapolationszeitpunkten aus einem Teil dieser gemessenen Zeitpunkte ein abgeschätzter Wert für die aktuelle Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil bestimmt wird.
In der Regel ist es bei der zweiten Berechnung nicht erforderlich, eine Extrapolation von Meßwerten der Periodendauer durchzuführen, sondern es wird, je nach relevanten Steifigkeitsbereich, allenfalls nach Eingang eines neuen Meßwerts bzw. nur nach jedem n-ten Eingang eines Meßwerts eine Berechnung eines neuen Werts der momentanen Krafteinwirkung vorgenommen. Grundsätzlich kann jedoch, falls erforderlich, auch die zweite Berechnung einen Extrapolationsalgorithmus verwenden, wobei die Extrapolationszeitpunkte im einem größeren Abstand als bei der ersten Berechnung gewählt sind.
Im folgenden wird die erste Berechnung einschließlich des Extraplationsalgorithmus beschrieben.
Aus dem Zeitpunkt des Signaleingangs von den Hall-Sensoren 20 bzw. 22 bestimmt der Mikroprozessor 36 die monentane Periodendauer der Umdrehung der Welle 12 und somit auch des Elektromotors 10. Somit steht etwa zu jeder Viertelumdrehung der Welle 12 ein Meßwert für die Periodendauer zur Verfügung. Um auch zwischen diesen Zeitpunkten einen Einklemmschutz zu gewährleisten, werden ständig in einem festen Zeitraster, z.B. nach jeweils 1 ms, Schätzwerte für die Periodendauer aus vorangegangenen Meßwerten der Periodendauer extrapoliert, beispielsweise nach folgender Formel:
T*[k] = T[i] + k • (al • T[i-1] + a2 • T[i-2] + a3 • T[i-3]) (1)
wobei al, a2, a3 Parameter sind, i ein Index ist, der bei jedem Signaleingang, d.h. bei jeder Viertelperiode, inkrementiert wird, und k der Laufindex des festen Zeitrasters ist, der bei jedem neuen Meßwert für die Periodendauer auf Null rückgesetzt wird. Statt der letzten vier Meßwerte können je nach Anforderung auch mehr oder weniger Meßwerte berücksichtigt werden.
Die Parameter al , a2, a3 modellieren das Gesamtsystem der Antriebsvorrichtung, d.h. Motor 10, Kraftübertragungskomponenten und Deckel, und sind durch die Federsteifigkeiten, Dämpfungen und Reibungen des Gesamtsystems bestimmt. Daraus ergibt sich eine Bandpaß Wirkung mit der Eigenschaft, daß spektrale Anteile des Periodenzeitverlaufs, die von Vibrationen herrühren, schwächer bewertet werden als solche, die von einem Einklemmfall herrühren. FIG. 2 zeigt schematisch einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der gemessenen Periodendauern T und der daraus abgeschätzten Periodendauern T*. Die gestrichelte Kurve stellt den wahren Verlauf der Periodendauer dar.
Aus den so bestimmten Schätzwerten für die Periodendauer wird dann die Drehzahländerung zum Zeitpunkt [k], bezogen auf den vorhergehenden Zeitpunkt [k-1], abgeschätzt, wobei ein Motorspannungsfilter und ein Wegprofilfilter verwendet werden, um Einflüsse der Motorspannung und der Position, an welcher sich das bewegliche Fahrzeugteil, d.h. der Deckel, gerade befindet, auf die Motordrehzahl zu eliminieren, wobei folgende Formel verwendet wird:
ΔN*[k] = (T*[k] - T*[k-1]) / (T*[k])2- Vu(Um[k]) - Vr(x[k]) (2)
wobei Um[k] die Motorspannung zum Zeitpunkt [k] ist, Vu ein Motorspannungsfilter ist, welches die Abhängigkeit der Drehzahl von der von der Steuereinheit 24 erfaßten Motorspannung nachbildet, x[k] die Position des Deckels zum Zeitpunkt [k] ist und Vr ein o
Wegprofilfilter ist, das die Abhängigkeit der Motordrehzahl von der Position des Deckels nachbildet.
Das Motorspannungsfilter Vu bildet das dynamische Verhalten des Motors bei Spannungsänderungen nach. Vorzugsweise ist das Motorspannungsfilter Vu als Tiefpaß ausgebildet, dessen Zeitkonstante gleich der Motorzeitkonstante ist. Die Zeitkonstante ist abhängig von dem Betriebsfall, d.h. vom Öffnen oder Schließen des Deckels 54 in Schiebeoder Absenkrichtung, und von der Größe der Spannungsänderung.
Das Wegprofilfilter Vr wird durch einen Lernlauf nach Einbau der Antriebsvorrichtung in das Fahrzeug automatisch ermittelt. Die Position des Deckels 54 wird, wie oben erwähnt, aus den mittels des Zählers 40 aufsummierten Impulssignalen der Hall-Sensoren 20, 22 bestimmt.
Die Entscheidung der ersten Berechnung 50, ob ein Einklemmfall vorliegt oder nicht, erfolgt anhand der folgenden Formel:
Σ (Vf- ΔN*[k]) = Σ (ΔF[k]) > Fmax (3)
Die abgeschätzten Drehzahländerungen ΔN*[k] werden mit einer festgesetzten zeitlich konstanten Untergrenze verglichen. Sobald sie diese Untergrenze übersteigen, werden sie jeweils mit einem Proportionalitätsfaktor Vf multipliziert, der die Steilheit der Motorkennlinie des Elektromotors 10 (Drehmoment über Drehzahl) wiedergibt. Die Steilheit ist bei konstanter Motorspannung und Motortemperatur in etwa konstant, ist jedoch für jeden Elektromotor 10 individuell verschieden. Um diese Einflüsse zu eliminieren, wird einerseits durch einen Temperaturfühler die Umgebungstemperatur erfaßt und die Motortemperatur über die Erfassung der Betriebsdauer genähert (statt der Umgebungstemperatur kann auch die Motortemperatur durch einen Temperatursensor am Elektromotor 10 direkt erfaßt werden). Andererseits werden bei jedem Elektromotor 10 vor dem Anschließen an den Deckel 54 im Rahmen der Fertigungsendprüfung bei konstanter Motorspannung zwei Wertepaare für Drehzahl und Drehmoment ermittelt und in dem Speicher 38 abgespeichert. Aus diesen Meßwerten wird die Steigurig der Motorkennlinie ermittelt, woraus der Proportionalitätsfaktor Vf berechnet wird. Das Produkt aus ΔN*[k] und Vf entspricht der Änderung ΔF[k] der Krafteinwirkung zum Zeitpunkt [k], bezogen auf den Zeitpunkt (k-1], auf die Verschiebebewegung des Deckels 54.
Die ΔF[k]- Werte werden aufsummiert, solange die ΔN*[k]-Werte über der festgesetzten Untergrenze liegen. Sobald zwei aufeinanderfolgende ΔN*[k]-Werte wieder darunter liegen, wird die Summe auf Null gesetzt. Falls ein ΔN*[k]-Wert eine festgesetzte Obergrenze übersteigt, geht an Stelle dieses ΔN* [k] nur der Wert der Obergrenze in die Summe ein. Dies dient dazu, Einflüsse von Vibrationen, die zu kurzzeitigen periodischen Spitzen der Drehzahländerung führen, auf das Erkennen eines Einklemmfalles möglichst zu eliminieren. Diese Obergrenze karm im einfachsten Fall konstant gewählt werden. Um die Genauigkeit der Auslösung zu erhöhen, kann jedoch die Obergrenze auch in Abhängigkeit von der aktuell ermittelten Drehzahländerung zeitlich variabel gewählt werden, z.B. in der Form, daß die Obergrenze mit ansteigender aktueller Drehzahländerung angehoben wird.
Abschließend wird in der ersten Berechnung 50 ermittelt, ob die Summe der ΔF[k] eine maximal zulässige Klemmkraft Fmax übersteigt oder nicht.
Gemäß Fig. 3 wird in einer Drehzahlerfassungsstufe 62 aus den Eingangsgrößen Periodendauer T, Motorspannung, Deckelposition x sowie Motortemperatur gemäß den obigen Formeln (1) und (2) mit der ersten (höheren) Abtastrate, d.h. zu den Meßzeitpunkten [i] und den Extrapolationszeitpunkten [k], die aktuelle Drehzahländerung ΔN* bzw. die aktuelle Drehzahl N* (diese ergibt sich aus N*[k] = 1/T*[k] - Vu(Um[k]) - Vr(x[k]; statt [k] kann auch [i] stehen) bestimmt. Ferner wird die Motortemperatur bei der Drehzahlbestimmung bei der Umrechnung von Drehzahländerung in Kraftänderung gemäß Formel (3) berücksichtigt. Die erste Abtastrate ist so gewählt, daß sie für die Erfassung von Einklemmfällen mit den höchsten zu erwartenden Systemsteifigkeiten optimal ist. Die Drehzahlerfassungsstufe 62 wird von der ersten Berechnung 50 und der zweiten Berechnung 52 gemeinsam verwendet. In der ersten Berechnung 50 wird aus der Drehzahländerung ΔN* mittels der Formel (3) in der oben beschriebenen Weise unter Verwendung eines ersten Werts für die festgesetzte Untergrenze, eines ersten Werts für die festgesetzte Obergrenze sowie eines ersten Werts für den Schwellwert Fmax zu den durch die erste Abtastrate festgelegten Zeitpunkten, d.h. den Extrapolationszeitpunkten [k], festgestellt, ob die momentane Krafteinwirkung diesen ersten Schwellwert Fmax überschreitet. Die Werte dieses ersten Parametersatzes sind für die Erfassung von Einklemmfällen mit der größten zu erwartenden Systemsteifigkeit optimiert.
In der zweiten, parallelen Berechnung 52 wird die Abtastrate so gewählt, daß sie für die Erfassung von Einklemmfällen mit den niedrigsten zu erwartenden Systemsteifigkeiten optimal ist. Diese zweite Abtastrate kann z.B. so gewählt werden, daß nur jeder vierte Meßwert der Periodendauer T berücksichtigt werden soll. In diesem Fall wird die zweite Berechnung nur bei jedem vierten Signaleingang von den Hall-Sensoren 20, 22 durchgeführt, d.h. es wird nur jede vierte von der Stufe 62 ermittelte Drehzahl N[i], die auf eine gemessene Periodendauer T zurückgeht in der in Fig. 4 mit 66 angedeuteten Abtaststufe berücksichtigt (in Fig. 4 mit 66 angedeutet), die auf eine gemessene Periodendauer T zurückgeht. Die aus extrapolierten Periodendauern T* ermittelten Drehzahlen N*[k] werden natürlich ohnehin nicht berücksichtigt. Die zweite Berechnung 52 wird also nur zu jedem vierten Zeitpunkt [i] ausgeführt.
Zunächst wird dabei die Drehzahländerung ΔN[i] gegenüber dem letzten Meßwert bestimmt. Dann wird in analoger Weise mittels der Formel (3) unter Verwendung eines zweiten Werts für die festgesetzte Untergrenze, eines zweiten Werts für die festgesetzte Obergrenze sowie eines zweiten Werts für den Schwellwert Fmax festgestellt, ob die momentane Krafteinwirkung diesen zweiten Schwellwert Fmax überschreitet. Die Werte dieses zweiten Parametersatzes sind für die Erfassung von Einklemmfällen mit der kleinsten zu erwartenden Systemsteifigkeit optimiert.
Für die Entscheidung, ob ein Einklemmfall vorliegt, d.h. der Motor abgeschaltet bzw. reversiert werden soll, werden die Ergebnisse der ersten und der zweiten Berechnung in einer Logikstufe 64 miteinander logisch verküpft. Im einfachsten Fall ist das eine ODER- Verknüpfung. In diesem Fall wird also der Motor abgeschaltet bzw. reversiert, wenn eine der beiden Berechnungen einen Einklemmfall erfaßt hat. Die Entscheidung wird zu jedem Zeitpunkt, zu dem die erste Berechnung 50 ein neues Ergebnis liefert, vorgenommen. Da wesentlich seltener neue Ergebnisse der zweiten Berechnung 52 vorliegen, wird immer das letzte Ergebnis der zweiten Berechnung 52 der Logikstufe 64 zugeführt. Wenn anhand der Verknüpfung ein Einklemmfall erfaßt wurde, löst die Steuereinheit 24 durch Ansteuerung der Relais 26, 28 über die Schalter 30, 32 ein Reversieren des Motors 10 aus, um einen eingeklemmten Gegenstand sofort wieder frei zu geben.
Durch die Verknüpfung der Ergebnisse der beiden Berechnungen 52, 54 können sowohl schnelle als auch langsame Krafteinwirkungsänderungen optimal erfaßt werden.
Statt nur eine zweite parallele Berechnung durchzuführen, ist es auch möglich, zusätzlich eine dritte oder noch mehr parallele Berechnungen durchzuführen, um eine Optimierung des Einklemmschutzes für mehr als zwei Einklemmszenarien, d.h. Systemsteifigkeiten, zu erreichen.
Um die Fehlauslösungswahrscheinlichkeit beim Auftreten von Rüttelkräften weiter zu verringern, kann eine spektrale Analyse der innerhalb eines bestimmten Zeitfensters bei zum Analysezeitpunkt ermittelten Drehzahländerungen vorgenommen werden. Bei Auftreten bestimmter spektraler Charakteristika, insbesondere bei Auftreten eines deutlich ausgeprägten Peaks, der nicht in dem für Einklemmfälle typischen Spektralbereich liegt, wird ein Auslösen verhindert, auch wenn die Logikstufe 64 eigentlich einen Einklemmfall erfaßt hat.
Bezugszeichenliste
Elektromotor 10
Welle 12
Ritzel 14
Antriebskabel 16
Magnetrad 18
Hall-Sensoren 20, 22
Steuereinheit 24
Relais 26, 28
Umschalter 30, 32
Transistor 34
Mikroprozessor 36
Speicher 38
Zähler 40 erste Berechnung 50 zweite Berechnung 52
Deckel 54
Einklemmkörper 56
Position in Dachmitte 58
Position im Dachrandbereich 60
Drehzahlerfassungsstufe 62
Logikstufe 64
Abtastungsstufe 66

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Verstellen eines Fahrzeugteils (54) zwischen mindestens zwei Stellungen, wobei das Fahrzeugteil von einem Elektromotor (10) angetrieben wird, Pulssignale entsprechend der Drehbewegung des Elektromotors (10) erzeugt werden und einer Steuereinheit (24) zum Steuern des Elektromotors zugeführt werden, und in einer ersten Berechnung (50) mit einem ersten Parametersatz aus den erfaßten Pulssignalen zu bestimmten ersten Zeitpunkten ([k]) ein erster Wert für die momentane Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der ersten Berechnung (50) in mindestens einer zweiten Berechnung (52) mit einem zweiten Parametersatz aus den erfaßten Pulssignalen zu bestimmten zweiten Zeitpunkten ([i]) ein zweiter Wert für die momentane Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil (54) bestimmt wird, wobei beide Werte für die momentane Krafteinwirkung berücksicht werden, um zu entscheiden, ob der Motor (10) abgeschaltet oder reversiert wird oder nicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ermittelt wird, ob der in der ersten Berechnung (50) ermittelte erste Wert für die Kraftein Wirkung einen vorgegebenen ersten Auslöseschwellwert übersteigt bzw. ob der aus der zweiten Berechnung (52) ermittelte zweite Wert für die Krafteinwirkung einen vorgegebenen zweiten Auslöseschwellwert übersteigt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse der beiden Vergleiche in einer ODER- Verknüpfung einer Logikstufe(64) verknüpft werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Berechnung (50) und die zweite Berechnung (52) für die Erkennung der zu erwartenden schnellsten bzw. langsamsten Krafteinwirkungsänderungen optimiert sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der ersten Zeitpunkte ([T ]) kleiner ist als der Abstand der zweiten Zeitpunkte ([i]).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der zweiten Berechnung (52) nur nach jedem n-ten Eingang eines Pulssignals ein neuer Wert der Krafteinwirkung berechnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Berechnung (50) der Zeitpunkt ([i]) des Eingangs eines jeden Pulssignals an der Steuereinheit (24) erfaßt wird und zwischen zwei solchen Eingangszeitpunkten zu bestimmten Extrapolationszeitpunkten ([k]) aus mindestens einem Teil dieser gemessenen Zeitpunkte der erste Wert für die aktuelle Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Berechnung aus den gemessenen Zeitpunkten jeweils die momentane Periodendauer (T[ij) der Motordrehung bestimmt wird, die momentane Periodendauer (T*[k]) zu den Extrapolationszeitpunkten ([k]) unter Berücksichtigung mehrerer vorangegangener gemessener Periodendauern (T[i-1], T[i-2], T[i-3]) abgeschätzt wird, aus den abgeschätzten Periodendauern eine abgeschätzte Drehzahländerung (ΔN*[k]) für jeden Extrapolationszeitpunkt bestimmt wird und aus den abgeschätzten Drehzahländerungen zu jedem Extrapolationszeitpunkt der erste Wert der Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil bestimmt wird.
9. Antriebsvorrichtung für ein zwischen mindestens zwei Stellungen bewegliches Fahrzeugteil (54), mit einem Elektromotor (10) zum Antreiben des Fahrzeugteils (54) und einer Einrichtung (18, 20, 22) zum Erzeugen eines Pulssignal entsprechend der Drehbewegung des Elektromotors (10), das einer Steuereinheit (24) zum Steuern des Elektromotors (10) zugeführt wird, wobei die Steuereinheit (24) so ausgebildet ist, daß in einer ersten Berechnung (50) mit einem ersten Parametersatz aus den erfaßten Pulssignalen zu bestimmten ersten Zeitpunkten ([k]) ein erster Wert für die momentane Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil (54) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) so ausgebildet ist, daß parallel zu der ersten Berechnung (50) in mindestens einer zweiten Berechnung (52) mit einem zweiten Parametersatz aus den erfaßten Pulssignalen zu bestimmten zweiten Zeitpunkten ([i]) ein zweiter Wert für die momentane Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil (54) bestimmt wird, wobei beide Werte für die momentane Krafteinwirkung berücksicht werden, um zu entscheiden, ob der Elektromotor (10) abgeschaltet oder reversiert wird oder nicht
10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8 ausgebildet ist.
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