WO2002006615A2 - Verfahren zum betrieb einer elektrischen antriebseinheit - Google Patents

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WO2002006615A2
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drive unit
dependent
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Erwin Kessler
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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37625—By measuring changing forces in a time window

Definitions

  • Electric drive units are used in a wide variety of fields of application for the actuation of moving parts by means of external power; For example, in motor vehicles, various moving parts are actuated by electric drive units (adjusting elements), for example. seats,
  • Electrical drive units consist of an electric motor (e.g. a DC motor) for generating and providing electrical drive power, a gearbox for translating the movement of the electric motor, a device for mechanical coupling or adaptation of the electric motor or Gearbox on the moving
  • an electric motor e.g. a DC motor
  • gearbox for translating the movement of the electric motor
  • control element in particular for converting the rotational movement of the electric motor into a linear movement, and from an electronic module for controlling and monitoring the electric motor (for example for speed and power control of the electric motor).
  • the driving force required for the electric drive unit is generally between 100 N and 500 N.
  • the actuation processes carried out by means of external power can often be carried out automatically: the user or operator now only has to initiate the actuation process and can during the (fully) automatic actuation process dedicate to other activities.
  • automatically operating actuation processes in particular in the case of automatic closing processes, that is to say when realizing automatic functions for the closing process
  • the danger pinching body parts or objects due to the associated considerable risk of injury, regulations have already been issued, e.g.
  • Direct methods or indirect methods can be used to implement anti-trap protection: in the case of direct methods, the actuation path covered by the moving part itself (in particular an opening to be closed) is monitored with regard to potential obstacles (for example by attaching safety edges or by optical means) is associated with high costs and is prone to failure; in the case of indirect methods, the clamping force that arises during the clamping is monitored by assuming that the driving force is exceeded when a predetermined limit value (trigger threshold value) is exceeded (from a certain excess force); After detection of a jamming, certain measures are initiated, in particular the electric drive unit (the electric motor) can be reversed or switched off.
  • a predetermined limit value Trigger threshold value
  • the clamping force or excess force evaluated in the indirect methods of pinch protection can either be determined directly (which is quite expensive because of the sensors required for this, for example force sensors or torque sensors) or indirectly by recording and evaluating the measured values at least one for characteristic of the load on the electric motor or the torque currently output by the electric motor.
  • Motor parameter for example by evaluating the drive speed and / or current consumption and / or power consumption and / or energy consumption of the electric motor, i.e. by evaluating the
  • the electric motor after the detection of a jamming (and the switching off or reversing of the electric Drive unit as a measure against a further increase in force) continues to run for a certain time in the original direction of movement, in order to avoid exceeding a certain maximum clamping force, a smaller excess force than this maxi must already be male clamping force can be detected and evaluated as pinching (e.g. an excess force of the order of 50 N must be detected in order not to exceed a maximum clamping force of 100 N). In order to ensure protection against trapping under these two contrary boundary conditions, only a very restricted area of use of the electric drive unit is possible.
  • the invention is based on the object of specifying a method for operating an electric drive unit which, on the other hand, has advantageous properties, in particular with which anti-trapping protection can be achieved in a simple manner and with low costs and nevertheless high reliability without unnecessary restrictions on the area of use of the electric drive unit.
  • the invention is based on the finding that efficient trapping protection is implemented in an electric drive unit (in an electromotive drive) if the triggering threshold value is specified as a criterion for the detection of trapping, taking into account the non-reproducible proportion of the frictional force.
  • friction force profiles are determined as the course of the friction force during the actuation process (either by direct measurement of the forces or by indirect determination based on the motor parameters motor current and / or motor voltage and / or motor speed or period duration) and these Frictional force profiles of various successive operating processes in the form of a quality measure related to each other; the proportion of the frictional force and thus the clamping force can thus be recorded more precisely, so that the trigger threshold value can be set to lower values depending on this quality measure.
  • the trigger threshold value (depending on the quality measure) can either be influenced globally (independent of position, i.e.
  • the friction force curve In order to determine the quality measure indicating the reproducibility of the friction of the electrical drive unit (the friction force curve), (typically for each
  • the vector distance characterizing the similarity of curve profiles or functions is used, ie a measure for the correspondence of the total force and thus the friction force or the friction force profile from several (from at least two) actuation processes taking place successively in time.
  • This vector distance and thus the quality measure can be determined independently of the actuation path of the actuation process (globally or position-independently) on the basis of concepts characterizing the entire actuation process (e.g. by means of Euclid distances) or depending on the actuation path of the actuation process on the basis of areas characterizing the actuation process (e.g.
  • the (for example, position-dependent) quality measure is determined, with which an adjustment of the triggering threshold value is implemented as a criterion for the anti-trap protection, in particular wherever possible a force limitation of the electric drive unit a lowering of the trigger threshold is made possible.
  • the number of the used for the determination of the quality measure is a value of the quality measure.
  • previous actuation processes and their respective weighting are specified in particular as a function of the desired accuracy for determining the quality measure and the operating conditions during the current actuation process;
  • All of the previous actuation processes considered can be represented in a vector which is compared with the current vector determined on the basis of the friction force curve of the current actuation process.
  • temporal influences e.g. the time differences between the various actuation processes
  • temperature influences e.g. the absolute temperature of the drive unit during the actuation process
  • the trigger threshold value can be set as the basis for the implementation of an anti-trap protection for each actuation process to the value that is acceptable due to the boundary condition that the maximum clamping force is not reached; that is, with each actuation process, an efficient anti-trap protection adapted to the current operating conditions of the electric drive unit with high reliability and thus a large operating range of the electric drive unit can be implemented without restrictions.
  • FIG. 1 shows the course over time of various forces during an actuation process of the electric drive unit
  • FIG. 2 shows the position-dependent course of the friction force during various actuation processes of the electric drive unit
  • Figure 3 shows a trapping with the time course of different forces.
  • An electric drive unit is e.g. for the realization of the electric window lift function of a motor vehicle (as a window lift drive of a motor vehicle) with a permanently excited direct current motor as an electric motor, a transmission mounted on the electric motor, cable pulls for actuating the window pane and an electronic module integrated in the door control unit of the motor vehicle. Furthermore, sensors for detecting the motor voltage and the armature current of the electric motor are provided; E.g. For this purpose, sensors already provided in the electric motor can be used for this purpose.
  • the permanent magnet DC motor as an electric motor of this electric drive unit has a nominal output of e.g. 100 W; a maximum clamping force of e.g. 100 N permissible.
  • the example indirectly during an actuation process. forces determined on the basis of engine parameters are used to implement an anti-trap protection.
  • the driving force F A (t) of the electrical Drive unit continuously indirectly determined by evaluating the motor parameters motor current and motor speed (or period duration) of the electric motor.
  • This currently determined driving force F * (t) becomes the ex.
  • the design of the triggering threshold value Fs is critical since contradictory conditions have to be met: on the one hand, the anti-trap protection should function robustly against changes in the frictional force F R even under extreme environmental conditions (that is, not allow incorrect evaluations regarding the trapping), on the other hand, a maximum clamping force (e.g. 100 N) must not be exceeded; Due to the first condition, the triggering threshold value Fs must be greater than the non-reproducible portion of the frictional force F 'from two successive movement processes (for example due to expired ones
  • the (for example indirect) pinch protection is improved by the continuous determination of a quality measure G for the reproducibility of the adapted friction force F R.
  • a quality measure G for the reproducibility of the adapted friction force F R.
  • Actuation process BV1 with the friction force curve F Trust (S) 5 previous actuation processes BV2 to BV6 with the friction force curve F « (s) F M (s) are used to determine the quality measure G.
  • the quality measure G s) 0 (agreement of the friction force curve in all actuation processes BV); in the case of poorly reproducible friction force F ⁇ , the quality measure G (s) is negative (significant deviation of the friction force curve in various actuation processes BV). If the quality measure G (s) at a certain position of the actuation path s is close to the maximum value 0 (eg position s,), the triggering threshold value F s is reduced in order to obtain lower maximum clamping forces. If the quality measure G (s) at a certain position of the actuation path s assumes strongly negative values (e.g.
  • the triggering threshold value Fs is increased locally in order to minimize the probability of detection errors such as those with electric window regulators e.g. Occur in the vicinity of the tightly closed position or in the case of scissor lifts at the reverse position of the lever mechanism. In this way, a position-dependent trigger threshold value Fs that is individually adapted to each electrical drive unit can be realized.
  • the weighting function w (n, s) is e.g. as product w (n) • w (s) from a portion w (n) dependent on the actuation process BV and a portion dependent on the actuation path s current share w (s) defined.
  • the non-reproducible proportion of the friction force F »(t) is, for example, 20 N, so that the triggering threshold value Fs must also be at least 20 N (otherwise, due to system-inherent effects, e.g. different stiffness etc., a jamming assumed) at the time t ,, at which the excess force Fo reaches the triggering threshold value Fs

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein einfaches, kostengüngstiges und sicheres Verfahren zur Realisierung eines Einklemmschutzes, bei dem die Überschußkraft als Differenz zwischen der Antriebskraft und der Reibkraft mit einem Auslöseschwellwert verglichen wird. Hierzu wird der vom Betätigungsweg der elektrischen Antriebseinheit abhängige Verlauf der Reibkraft des aktuellen Betätigungsvorgangs mit dem Verlauf der Reibkraft mindestens eines zurückliegenden Betätigungsvorgangs verglichen und der Auslöseschwellwert in Abhängigkeit der Übereinstimmung der Verläufe der Reibkraft verändert. Verfahren zur Realisierung eines Einklemmschutzes bei einer elektrischen Antriebseinheit für Fensterheberantriebe.

Description

Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Antriebseinheit
Elektrische Antriebseinheiten werden in vielfältigen Anwendungsgebieten zur Realisierung mittels Fremdkraft durchgeführter Betätigungsvorgänge von beweglichen Teilen eingesetzt; beispielsweise werden bei Kraftfahrzeugen durch elektrische An- triebseinheiten verschiedene bewegliche Teile betätigt (Stellelemente), bsp. Sitze,
Seitenfenster, Schiebedächer, Schiebetüren etc. Elektrische Antriebseinheiten bestehen aus einem Elektromotor (bsp. einem Gleichstrommotor) zur Erzeugung und Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung, aus einem Getriebe zur Übersetzung der Bewegung des Elektromotors, aus einer Vorrichtung zur mechanischen Ankopplung bzw. Anpassung des Elektromotors bzw. Getriebes an das bewegliche
Teil (Stellelement), insbesondere zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Linearbewegung, sowie aus einem Elektronikmodul zur Ansteue- rung und Überwachung des Elektromotors (beispielsweise zur Drehzahl- und Leistungsregelung des Elektromotors). Die für die elektrische Antriebseinheit benötigte Antriebskraft liegt i.a. zwischen 100 N und 500 N.
Zur Erhöhung des Komforts für den Benutzer bzw. Bediener sind die mittels Fremdkraft (elektromotorisch) durchgeführten Betätigungsvorgänge oftmals automatisch durchführbar: der Benutzer bzw. Bediener muß nunmehr lediglich den Betätigungs^- vorgang initiieren und kann sich während des (voll)automatisch ablaufenden Betäti- gungsvorgangs anderweitigen Aktivitäten widmen. Jedoch besteht bei automatisch ablaufenden Betätigungsvorgängen (insbesondere bei automatisch ablaufenden Schließvorgängen, d.h. bei der Realisierung von Automatikfunktionen für den Schließvorgang), insbesondere bei durch den Benutzer bzw. Bediener nicht weiter überwachten oder vom Benutzer bzw. Bediener aus größerer Entfernung (per Fern- bedienung) ausgelösten automatisch ablaufenden Betätigungsvorgängen, die Gefahr des Einklemmens von Körperteilen oder Gegenständen. Aufgrund des hiermit verbundenen erheblichen Verletzungsrisikos wurden bereits Verordnungen erlassen, die bsp. automatisch ablaufende Schließvorgänge nur unter bestimmten Voraussetzungen erlauben, und damit einen gewissen Einklemmschutz gewährleisten sollen; ins- besondere werden das Anwendungsgebiet (bsp. Fensterheber und Schiebedächer von Kraftfahrzeugen), die maximal zulässige Klemmkraft (bsp. 1 00 N), die zur Überprüfung der -Wirksamkeit des Einklemmschutzes zu verwendenden Prüfkörper (bsp. deren Eigenschaften wie Elastizität, Federrate und Geometrie) und die Randbedingungen, unter denen der Einklemmschutz wirksam werden muß (bei Kraftfahrzeugen bsp. abgezogener Zündschlüssel und automatisch ablaufender Schließvorgang) festgelegt.
Zur Realisierung eines Einklemmschutzes können direkte Verfahren oder indirekte Verfahren eingesetzt werden: bei direkten Verfahren wird der vom beweglichen Teil zurückgelegte Betätigungsweg selbst (insbesondere eine zu verschließende Öffnung) im Hinblick auf potentielle Hindernisse überwacht (beispielsweise durch Anbringen von Schaltleisten oder durch optische Mittel), was jedoch mit hohen Kosten verbunden und störanfällig ist; bei indirekten Verfahren wird die beim Einklemmen entstehende Klemmkraft überwacht, indem beim Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts (Auslöseschwellwerts) für die Antriebskraft (ab einer bestimmten Über- schußkraft) ein Einklemmen angenommen wird; nach dem Erkennen eines Einklemmens werden bestimmte Maßnahmen initiiert, insbesondere kann die elektrische Antriebseinheit (der Elektromotor) reversiert oder abgeschaltet werden. Die bei den indirekten Verfahren des Einklemmschutzes ausgewertete Klemmkraft bzw. Überschußkraft kann entweder direkt bestimmt werden (was wegen der hierfür benötig- ten Sensoren, beispielsweise Kraftsensoren oder Drehmomentsensoren, recht kost- , spielig ist) oder indirekt durch Erfassung und Auswertung der Meßwerte mindestens einer für die Belastung des Elektromotors bzw. des aktuell vom Elektromotor abgegebenen Drehmoments charakteristischen. Motorkenngröße (beispielsweise durch Auswertung der Antriebsdrehzahl und/oder Stromaufnahme und/oder Leistungs- aufnähme und/oder Energieaufnahme des Elektromotors), d.h. durch Bewertung der
Auswirkung der Klemmkraft auf den Elektromotor der elektrischen Antriebseinheit (Änderung der Antriebslast). Bei dieser (aus Kostengründen gebräuchlichen) indirekten Bestimmung der Klemmkraft ist es aus der DE 44 42 1 71 A1 bekannt, zur Überwachung eines Systems mit einem elektromotorischen Antrieb die Reibungskraft des Antriebs bei der Bestimmung der Klemmkraft während eines Öffnungsvorgangs oder Schließvorgangs zu berücksichtigen. Die Reibungskraft wird zu einem Zeitpunkt des Öffnungsvorgangs oder Schließvorgangs ermittelt, bei dem noch kein Einklemmen und damit keine Klemmkraft auftritt, wobei die Bestimmung der Reibungskraft entweder indirekt aus den Motorkenngrößen Motorstrom (Ankerstrom) und/oder Motorspannung und/oder Motordrehzah! erfolgen kann oder direkt durch geeignete Sensoren am Elektromotor. Probleme entstehen jedoch durch die starke Abhängigkeit der Antriebskraft von Temperatureinflüssen und Alterungseinflüssen und durch die Nicht- Reproduzierbarkeit des Reibverhaltens der elektrischen Antriebseinheit; hiermit verbunden ist somit auch eine starke Abhängigkeit der Klemmkraft bzw. Überschußkraft von Temperaturschwankungen, Alterungserscheinungen und Serienstreuungen etc., so daß aus Sicherheitsgründen (Vermeidung fehlerhafter Bewertungen hinsichtlich des Einklemmens) der Auslöseschwellwert für die Klemmkraft mindestens so hoch gelegt werden muß wie der nicht reproduzierbare Anteil der Antriebskraft und damit der Reibkraft im schlechtesten Falle („worst case" Betrachtung). Da aber andererseits aufgrund der Trägheit der elektrischen Antriebseinheit, insbesondere , der Trägheit des Elektromotors, der Elektromotor nach dem Erkennen eines Einklemmens (und dem Abschalten oder der Reversierung der elektrischen Antriebseinheit als Maßnahme gegen eine weitere Krafterhöhung) noch eine gewisse Zeit in die ursprüngliche Bewegungsrichtung weiterläuft, muß zur Vermeidung des Überschreitens- einer bestimmten maximalen Klemmkraft bereits ein geringerer Kraftüberschuß als diese maximale Klemmkraft detektiert und als Einklemmen bewertet werden (bsp. muß eine Überschußkraft in der Größenordnung von 50 N detektiert werden, um eine maximale Klemmkraft von 100 N nicht zu überschreiten).- Um einen Einklemmschutz unter diesen beiden konträren Randbedingungen sicher zu gewährleisten, ist lediglich ein stark eingeschränkter Einsatzbereich der elektri- sehen Antriebseinheit möglich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Antriebseinheit anzugeben, das demgegenüber vorteilhafte Eigenschaften aufweist, insbesondere mit dem ein Einklemmschutz ohne unnötige Einschränkungen des Einsatzbereichs der elektrischen Antriebseinheit auf einfache Weise und mit geringen Kosten bei dennoch hoher Zuverlässigkeit erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein effizienter Einklemmschutz bei einer elektrischen Antriebseinheit (bei einem elektromotorischen Antrieb) implementiert wird, wenn der Auslöseschwellwert als Kriterium für das Erkennen eines Einklemmens unter Berücksichtigung des nicht reproduzierbaren Anteils der Reibkraft vorgegeben wird. Demnach werden zur Überwachung der elektrischen Antriebseinheit auf ein potentielles Einklemmen hin Reibkraftprofile als Verlauf der Reibkraft während des Betätigungsvorgangs ermittelt (entweder durch direkte Messung der Kräfte oder durch indirekte Bestimmung anhand der Motorkenngrößen Motorstrom und/oder Motorspannung und/oder Motordrehzahl bzw. Periodendauer) und diese Reibkraftprofile von verschiedenen nacheinander ablaufenden Betätigungsvorgängen in Form eines Gütemaßes zueinander in Beziehung gesetzt; der Anteil der Reibkraft und damit der Klemmkraft kann somit genauer erfaßt werden, so daß der Auslöseschwellwert abhängig von diesem Gütemaß auf geringere Werte eingestellt werden kann. Der Auslöseschwellwert kann (abhängig vom Gütemaß) hierbei entweder global (positionsunabhängig, d.h. unabhängig vom Betätigungsweg) beeinflußt oder unter Berücksichtigung des Betätigungswegs positionsabhängig angepaßt werden (bsp. können bestimmte, insbesondere problematische Bereiche des Betätigungswegs ausgeklammert werden). Zur Ermittlung des die Reproduzierbarkeit der Reibung der elektrischen Antriebsein- heit (des Reibkraftverlaufs) angebenden Gütemaßes wird (typischerweise bei jedem
Betätigungsvorgang und insbesondere bei einer indirekten Bestimmung der beim Betätigungsvorgang auftretenden Kräfte anhand von Motorkenngrößen) eine die Ähnlichkeit von Kurvenverläufen bzw. Funktionen charakterisierende Vektordistanz herangezogen, d.h. ein Maß für die Übereinstimmung der Gesamtkraft und damit der Reibkraft bzw. des Reibkraftverlaufs aus mehreren (aus mindestens zwei) zeitlich nacheinander erfolgenden Betätigungsvorgängen. Diese Vektordistanz und damit das Gütemaß kann unabhängig vom Betätigungsweg des Betätigungsvorgangs (global bzw. positionsunabhängig) anhand von den gesamten Betätigungsvorgang charakterisierender Konzepte bestimmt werden (bsp. mittels Euklid-Distanzen) oder abhängig vom Betätigungsweg des Betätigungsvorgangs anhand von Bereichen des Betätigungsvorgangs charakterisierender Konzepte (bsp. mittels Tschebytscheff- Distanzen) oder abhängig vom Betätigungsweg des Betätigungsvorgangs anhand den jeweiligen Betätigungsweg charakterisierender positionsabhängiger Konzepte (bsp. mittels positiver Distanzmaße wie der Betragsdistanz, der mittleren Abstände, der maximalen quadratischen Abstände etc.). Mit dieser Vektordistanz wird unter Berücksichtigung des nicht-reproduzierbaren Anteils der Reibkraft das (bsp. positi- onsabhängige) Gütemaß ermittelt, mit dem eine Anpassung des Auslöseschwell- werts als Kriterium-für den Einklemmschutz realisiert wird, insbesondere wo möglich eine Kraftbegrenzung der elektrischen Antriebseinheit durch eine Absenkung des Auslöseschwellwerts ermöglicht wird. Die Anzahl der für die Bestimmung des Gütemaßes herangezogenen. zurückliegen- den Betätigungsvorgänge und deren jeweilige Gewichtung wird insbesondere in Abhängigkeit der gewünschten Genauigkeit für die Bestimmung des Gütemaßes und der Betriebsbedingungen während des aktuellen Betätigungsvorgangs vorgegeben; bsp. können alle betrachteten zurückliegenden Betätigungsvorgänge in einem Vektor repräsentiert werden, der mit dem anhand des Reibkraftverlaufs des aktuellen Betätigungsvorgangs ermittelten aktuellen Vektor verglichen wird. Insbesondere können auch zeitliche Einflüsse (bsp. die Zeitdifferenzen zwischen den verschiedenen Betätigungsvorgängen) und Temperatureinflüsse (bsp. die Absoluttemperatur der Antriebseinheit während des Betätigungsvorgangs) bei der Bildung der Vektordistanz und damit bei der Bestimmung des Gütemaßes mit berücksichtigt werden.
Da das Gütemaß einen Indikator für den aktuellen Zustand der elektrischen Antriebseinheit auch unter Berücksichtigung des nicht-reproduzierbaren Anteils der Reibkraft darstellt, kann der Auslöseschwellwert als Grundlage für die Realisierung eines Einklemmschutzes bei jedem Betätigungsvorgang auf den aufgrund der Randbedingung Unterschreiten der maximalen Klemmkraft jeweils vertretbaren Wert eingestellt werden; d.h. es kann bei jedem Betätigungsvorgang ein effizienter und an die momentanen Betriebsbedingungen der elektrischen Antriebseinheit angepaßter Einklemmschutz mit einer hohen Zuverlässigkeit und damit ein großer Betriebsbereich der elektrischen Antriebseinheit ohne Einschränkungen realisiert werden.
Im Zusammenhang mit der Zeichnung soll das Verfahren anhand eines Ausfüh- rungsbeispiels erläutert werden.
Hierbei zeigt
Figur 1 den zeitlichen Verlauf verschiedener Kräfte während eines Betätigungsvorgangs der elektrischen Antriebseinheit,
Figur 2 den positionsabhängigen Verlauf der Reibkraft während verschiedener Betätigungsvorgänge der elektrischen Antriebseinheit,
Figur 3 einen Einklemfall mit dem zeitlichen Verlauf verschiedener Kräfte.
Eine elektrische Antriebseinheit ist bsp. zur Realisierung der elektrischen Fensterheberfunktion eines Kraftfahrzeugs (als Fensterheberantrieb eines Kraftfahrzeugs) mit einem permanenterregten Gleichstrommotor als Elektromotor, einem auf den Elektromotor aufgesetzten Getriebe, Seilzügen zur Betätigung der Fensterscheibe und einem im Türsteuergerät des Kraftfahrzeugs integrierten Elektronikmodul realisiert. Weiterhin sind Sensoren zur Erfassung der Motorspannung und des Ankerstroms des Elektromotors vorgesehen; bsp. können hierzu zu anderen Zwecken be- reits im Elektromotor vorgesehene Sensoren eingesetzt werden. Der permanenterregte Gleichstrommotor als Elektromotor dieser elektrischen Antriebseinheit besitzt eine Nennleistung von bsp. 100 W; für die elektrische Antriebseinheit ist eine maximale Klemmkraft von bsp. 100 N zulässig.
Gemäß der Figur 1 werden die während eines Betätigungsvorgangs indirekt bsp. anhand von Motorkenngrößen ermittelten Kräfte zur Realisierung eines Einklemmschutzes herangezogen. Hierzu wird die Antriebskraft FA(t) der elektrischen An- triebseinheit fortlaufend indirekt durch Auswertung der Motorkenngrößen Motorstrom und Motordrehzahl (bzw. Periodendauer) des Elektromotors ermittelt. Diese aktuell ermittelte Antriebskraft F*(t) wird zu der bsp. aufgrund zurückliegender Betätigungsvorgänge erwarteten Reibkraft F„(t) in Bezug gesetzt, d.h. es wird die Über- schußkraft Fo(t) = F*(t) - F„(t) gebildet, die angibt, um wieviel die tatsächliche Antriebskraft von der zum Betrieb der elektrischen Antriebseinheit eigentlich erforderlichen Antriebskraft abweicht. Falls die Überschußkraft Fo(t) = F*(t) - F„(t) den Auslöseschwellwert F3 überschreitet, wird angenommen, daß sich ein Hindernis in der elektrischen Antriebseinheit befindet (bsp. beim elektrischen Fensterheberantrieb eines Kraftfahrzeugs eine Hand zwischen Fensterscheibe und Rahmen), woraufhin geeignete Maßnahmen eingeleitet werden (Reversieren, Anhalten der elektrischen Antriebseinheit), um ein Einklemmen zu vermeiden.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die Auslegung des Auslöseschwellwerts Fs kritisch, da an sich widersprüchliche Bedingungen erfüllt werden müssen: einerseits soll der Einklemmschutz robust gegen Änderungen der Reibkraft FR auch bei extremen Umweltbedingungen funktionieren (also keine fehlerhaften Bewertungen hinsichtlich des Einklemmens zulassen), andererseits darf eine maximale Klemmkraft (bsp. 100 N) nicht überschritten werden; der Auslöseschwellwert Fs muß aufgrund der ersten Bedingung größer sein als der nicht-reproduzierbare Anteil der Reibkraft F« aus zwei aufeinanderfolgenden Bewegungsvorgängen (der bsp. durch ausgelaufene
Führungen oder Witterungsänderungen herrührt), muß aufgrund der zweiten Bedingung aber so niedrig sein, daß die maximale Klemmkraft möglichst nie überschritten wird und solte daher deutlich unter der maximalen Klemmkraft liegen, weil nach dem Abschalten oder Reversieren (Umschalten) der elektrischen Antriebseinheit aufgrund der Trägheit des Elektromotors dieser noch eine bestimmte Zeit in die ursprüngliche Richtung weiterläuft.
Erfindungsgemäß wird durch die fortlaufende Bestimmung eines Gütemaßes G für die Reproduzierbarkeit der adaptierten Reibkraft FR der (bsp. indirekte) Einklemm- schütz verbessert. Zur Bestimmung des Gütemaßes G wird gemäß der Figur 2 der vom Betätigungsweg s abhängige (positionsabhängige) und damit auch zeitlich abhängige Verlauf der Reibkraft F„(s) der elektrischen Antriebseinheit für n verschiede- ne aufeinanderfolgende Betätigungsvorgänge BV (BV1 , BV2, BVn) herangezogen, d.h. der Reibkraftverlauf F».(s), FR2(S), FR„(s); bsp. werden neben dem aktuellen
Betätigungsvorgang BV1 mit dem Reibkraftverlauf F».(s) noch 5 zurückliegende Betätigungsvorgänge BV2 bis BV6 mit dem Reibkraftverlauf F«(s) FM(s) zur Bestim- mung des Gütemaßes G herangezogen. Daraus können bsp. mittels der Betragsdistanz als Distanzmaß positive Vektordistanzen ermittelt werden, aus denen ein von der Position der elektrischen Antriebseinheit und damit vom Betätigungsweg s abhängiges Gütemaß G(s) abgeleitet wird: G(s) = -Σ | F..(s) - F ) | (1 ) Im Idealfall, d.h. bei reproduzierbarer Reibkraft F«, ist das Gütemaß G s)=0 (Übereinstimmung des Reibkraftverlaufs bei allen Betätigungsvorgängen BV); bei schlecht reproduzierbarer Reibkraft Fβ ist das Gütemaß G(s) negativ (signifikante Abweichung des Reibkraftverlaufs bei verschiedenen Betätigungsvorgängen BV). Falls das Gütemaß G(s) an einer bestimmten Position des Betätigungswegs s in der Nähe des Ma- ximalwertes 0 liegt (bsp. Position s,), wird der Auslöseschwellwert Fs reduziert, um niedrigere maximale Klemmkräfte zu erhalten. Falls das Gütemaß G(s) an einer bestimmten Position des Betätigungswegs s stark negative Werte annimmt (bsp. Positionen Sι, Sτ, st, s5), wird der Auslöseschwellwert Fs lokal erhöht, um die Wahrscheinlichkeit von Detektionsfehlem zu minimieren, wie sie bei elektrischen Fensterhebern bsp. In der Nähe der Dichtschließposition oder bei Scherenhebern an der Umkehrposition des Hebelmechanismus gehäuft auftreten. Hierdurch kann ein an jede elektrische Antriebseinheit individuell angepaßter positionsabhängiger Auslöseschwellwert Fs realisiert werden.
Durch Gewichtung der gemäß Gleichung (1 ) definierten Vektordistanzen mit einer
Gewichtungsfunktion w(n,s), die sowohl vom jeweiligen Betätigungsvorgang BV (und damit von dessen Aktualität) als auch vom Betätigungsweg s innerhalb des jeweiligen Betätigungsvorgangs BV abhängt, erhält man ein verbessertes Gütemaß G(s) für die Reproduzierbarkeit der adaptierten Reibkräfte über dem Betätigungsweg s: G(s) = -Σ | F„(s) - Fφ) | • w(n,s) (2)
Die Gewichtungsfunktion w(n,s) ist bsp. als Produkt w(n) • w(s) aus einem vom Betätigungsvorgang BV abhängigen Anteil w(n) und einem vom Betätigungsweg s abhän- gigen Anteil w(s) definiert. Der vom Betätigungsweg s abhängige Anteil w(s) ist bsp. für alle Betätigungsvorgänge BV gleich; bsp. ist für den gesamten Betätigungsweg s w(s) = 1 , außer im Bereich der Schließposition (der Dichtung) des beweglichen Teils, wo bsp. w(s) = 0.1 vorgegeben wird (d.h. dieser Bereich des Betätigungswegs s wird nur geringfügig berücksichtigt). Der vom Betätigungsvorgang BV abhängige Anteil w(n) enthält bsp. eine zeitliche Gewichtung, insbesondere bezüglich der Aktualität des jeweiligen Betätigungsvorgangs BV; bsp. ist für den vorherigen Betätigungsvorgang BV w(n) = 1 und für die zeitlich weiter zurückliegenden Betätigungsvorgänge BV w(n) entsprechend geringer, wobei bsp. bei Heranziehen von 5 zurückliegenden Betätigungsvorgängen BV für den letzten noch herangezogenen Betätigungsvorgang
BV bsp. w(n) = 0.1 vorgegeben wird - insbesondere kann im Anteil w(n) auch die (absolute) Zeitdifferenz zwischen den einzelnen Betätigungsvorgängen BV und die Temperatur während des jeweiligen Betätigungsvorgangs BV mit berücksichtigt werden.
Gemäß der Figur 3 ist ein Einklemmen mit den zugehörigen Kraftverläufen dargestellt, d.h. bei einer elektrischen Antriebseinheit mit der (näherungsweise konstanten) Geschwindigkeit v wird ab dem Zeitpunkt t> = 0 ein Hindernis mit der Elastizität D eingeklemmt. Beim Einklemmen entsteht eine Kraft im Hindernis F»(t) von:
F«(t) = D » v « (t - to) - D « v » t
Die (indirekt bestimmte) Überschußkraft F.(t) ergibt sich zu: Fα(t) = F„(t) - F„(t) = D • v • (t - τ); τ ist die Verzögerungszeit aufgrund der Trägheit der elektrischen Antriebseinheit (des Elektromotors) bei der indirekten Bestimmung der Überschußkraft Fo.
Zwischen der Kraft im Hindernis FH(t) und der Überschußkraft Fu(t) besteht somit eine Differenzkraft ΔF als Maß für die Auswirkung des Kraftanstiegs auf das Hindernis: ΔF = F«(t) - Fo(t) = D • v • τ. Bei typischen Werten der Verzögerungszeit τ von 20 ms, bei einer Elastizität D von bsp. 20 N/mm und einer Geschwindigkeit v der elektrischen Antriebseinheit von bsp. 1 20 mm/s ergibt sich bsp. eine Differenzkraft ΔF von 48 N. Der nicht-reproduzierbare Anteil der Reibkraft F»(t) beträgt im ungünstigsten Falle („worst-case") bsp. 20 N, so daß auch der Auslöseschwellwert Fs mindestens 20 N betragen muß (ansonsten würde bereits aufgrund von systemimmanenten Effekten, bsp. unterschiedlicher Schwergängigkeit etc., ein Einklemmen angenommen). Zum Zeitpunkt t,, an dem die Überschußkraft Fo den Auslöseschwellwert Fs erreicht
(Fo(tι) = Fs), ist die Kraft im Hindernis F» um die Differenzkraft ΔF größer als die Überschußkraft Fo(tι) bzw. der Auslöseschwellwert Fs. Aufgrund dessen beträgt zum Zeitpunkt ti die Kraft im Hindernis FH bereits Fπ(t,) = Fs + ΔF = 20 N + 48 N = 68 N. Zum Zeitpunkt t, werden Gegenmaßnahmen eingeleitet, bsp. wird der Elektromotor
' und damit die elektrische Antriebseinheit reversiert. Aufgrund der Trägheit der elektrischen Antriebseinheit, insbesondere des Elektromotors, steigt die Kraft im Hindernis F«(t) bis zum Zeitpunkt fc. an, d.h. zum Zeitpunkt t, wird die maximale Kraft FM« erreicht (bsp. F AX = 90 N). Somit wird die Forderung nach einer maximalen Klemm- kraft F « im Hindernis beim Einklemmen von höchstens 100 N zwar erfüllt, die Differenz zwischen der maximalen Klemmkraft F AX von 90 N und den zulässigen 100 N (der „Sicherheitsabstand") beträgt jedoch nur 10 N.
Falls das Gütemaß G (und damit die Reproduzierbarkeit der Reibkraft F») an der zum Zeitpunkt to eingenommenen Position bzw. beim zum Zeitpunkt to zurückgelegten Betätigungsweg s der elektrischen Antriebseinheit die zuläßt, wird der Auslöseschwellwert Fs an dieser Position auf einen geringeren Wert abgesenkt (bsp. von 20 N auf 10 N); hierdurch wird beim Einklemmen auch die Kraft im Hindernis FH und insbesondere die maximale Klemmkraft F AX reduziert, gemäß obigem Beispielsfall von F AX = 90 N auf F A = 65 N, und somit der „Sicherheitsabstand" vergrößert, ge- maß obigem Beispielsfall von 10 N auf 35 N.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Antriebseinheit, bei dem ein Einklemmschutz durch Vergleich der Überschußkraft (Fo) als Differenz zwischen der Antriebskraft (F*) und der Reibkraft (FR) mit einem Auslöseschwellwert (Fs) realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Betätigungsweg (s) der elektrischen Antriebseinheit abhängige Verlauf der Reibkraft (FR) des aktuellen Betätigungsvorgangs (BV1 ) mit dem Verlauf der Reibkraft (FR) mindestens eines zurückliegenden Betätigungsvorgangs (BV2 .... BVn) verglichen wird, und daß der Auslöseschwellwert (Fs) in Abhängigkeit der Übereinstimmung der Verläufe der Reibkraft (FR) des aktuellen Betätigungsvorgangs (BV1 ) und minde- stens eines zurückliegenden Betätigungsvorgangs (BV2 .... BVn) verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Gütemaß (G) als Maß für die Übereinstimmung der Verläufe der Reibkraft (FR) des aktuellen Betätigungsvorgangs (BV1 ) und mindestens eines zurückliegenden Betätigungsvorgangs (BV2 .... BVn) definiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gütemaß (G) anhand von die Korrelation zwischen verschiedenen Kurvenverläufen charakterisierenden Vektordistanzen bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der
Vektordistanzen vom Betätigungsweg (s) abhängige Distanzmaße herangezogen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der
Vektordistanzen bestimmte Bereiche des Betätigungswegs (s) zusammenfassende Distanzmaße herangezogen werden. ό. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Vektordistanzen vom Betätigungsweg (s) unabhängige Distanzmaße herangezogen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gütemaß (G) als Produkt der Vektordistanzen mit einer Gewichtungsfunktion
(w(n,s)) definiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtungsfunktion (w(n,s)) ein vom jeweiligen Betätigungsvorgang (BV) abhängiger Anteil und ein vom Betätigungsweg (s) des jeweiligen Betätigungsvorgangs (BV) abhängiger Anteil zugeordnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vom jeweiligen Betätigungsvorgang (BV) abhängige Anteil der Gewichtungsfunktion (w(n,s)) abhängig von der Zeitdifferenz zwischen den einzelnen Betätigungsvorgängen (BV) vorgegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vom jeweiligen Betätigungsvorgang (BV) abhängige Anteil der Gewichtungsfunktion (w(n,s)) abhängig von der Temperatur des jeweiligen Betätigungsvorgangs (BV) vorgegeben wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Betätigungsweg (s) des jeweiligen Betätigungsvorgangs (BV) abhängige Anteil für alle Betätigungsvorgänge (BV) gleich vorgegeben wird.
1 2. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Bereiche des Betätigungswegs (s) bei der Gewichtungsfunktion (w(n,s)) nicht berücksichtigt werden.
1 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Überschußkraft (Fo) indirekt aus Motorkenngrößen bestimmt wird. - I S -
H. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Motorkenngrößen der Motorstrom (I) und/oder die Motorspannung (U) und/oder die Motordrehzahl (n) herangezogen werden.
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