WO2005054964A2 - Ansteuerung für stellmotoren - Google Patents

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WO2005054964A2
WO2005054964A2 PCT/EP2004/013625 EP2004013625W WO2005054964A2 WO 2005054964 A2 WO2005054964 A2 WO 2005054964A2 EP 2004013625 W EP2004013625 W EP 2004013625W WO 2005054964 A2 WO2005054964 A2 WO 2005054964A2
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pulse
servomotor
shaped signal
potentiometer
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Harald Ment
Markus Peschel
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Preh Gmbh
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B2219/41246—Modulate command according to hystereris so that ideal curve is followed

Definitions

  • the invention relates to a drive device for positioning an actuating element with an electric servomotor for driving the actuating element, a potentiometer for specifying the setpoint, an actual value sensor arranged on the servomotor and a motor driver with an integrated evaluation and control unit comparing the setpoint and actual value. Furthermore, the invention relates to a method for electrically controlling the movement of an actuating element, in particular fan flaps in motor vehicles, in which a setpoint for control is passed on to an evaluation and control unit containing a motor driver by means of a potentiometer and in which unit, an actual value determined on a servomotor is recorded and compared with the setpoint.
  • Such drive devices are provided, for example, for the adjustment and positioning of ventilation flaps in a motor vehicle or are used to move control elements in control or control circuits.
  • stepper motors with gears or direct current motors with a flanged potentiometer at the gear output or direct current gear motors with Hall sensors integrated in the motor In order to prevent unintentional adjustment of the control element by external control influences, in the case of a ventilation flap, for example by the action of the air flow, the latter is usually designed to be self-locking in the case of actuators with a gear.
  • the positioning of the stepper motor is done by step-by-step drive and counting the control pulses.
  • the positioning is carried out by measuring the potentiometer voltage proportional to the adjustment angle, as is known and described in DE 197 04 867 C1.
  • the DC motors are then operated using a control potentiometer in the control unit. Difficulties in triggering actuation of the servomotors by means of the actuating potentiometer can occur if the actuating potentiometer is changed only by one click or a minimal amount. In this case, the deviation between the setpoint and the actual value can be insufficiently large, so that the setpoint does not exceed the hysteresis of the motor driver and the servomotor is not activated.
  • the object of the invention is to develop a circuit for improving the triggering of a control of a servomotor, which activates the servomotor independently of the hysteresis of the motor driver even with minimal changes in the setpoint and thus adjusts the actual value to the setpoint.
  • the circuit should be structurally simple and inexpensive to manufacture.
  • Another object of the invention is to develop a method for controlling the movement of an actuating element that has good dynamics and responds to the smallest changes in the setpoint. Furthermore, the method should be easy to adjust and be able to be integrated into any drive devices.
  • the object according to the invention is achieved in such a way that a pulse-shaped signal can be superimposed on the target value and that the pulse-shaped signal goes beyond a hysteresis of the motor driver present in the evaluation and control unit.
  • a pulse-shaped signal can be superimposed on the target value and that the pulse-shaped signal goes beyond a hysteresis of the motor driver present in the evaluation and control unit.
  • the frequency-determining counting unit is followed by a further circuit which consists of a pulse shaper and a coupling circuit.
  • the pulse length can be varied by the pulse shaper and the positive pulses can be coupled out by the coupling circuit.
  • the pulse shaper consists essentially of an RC element and the coupling circuit of a diode.
  • the task is solved in such a way that a counting unit with an integrated oscillator is activated each time the potentiometer is adjusted, and that the setpoint value is pulse-shaped with a frequency corresponding to the frequency generated in the oscillator and going beyond a hysteresis present in the evaluation and control unit Signal is superimposed.
  • a motor driver can now be activated with minimal effort, even with the smallest setpoint changes.
  • the frequency can be set by the binary counter present in the counting unit or described in a further embodiment variant, can be modulated by means of a downstream pulse shaper and a coupling circuit.
  • the pulse-shaped signal superimposed on the setpoint only serves to activate the servomotor.
  • FIG. 1 shows the basic structure of a circuit for a drive device for positioning an actuating element
  • Figure 2 shows the target-actual value curve of a control circuit according to the prior art
  • FIG. 3 shows a diagram with the setpoint-actual value curve of a control circuit with an integrated auxiliary circuit according to the invention.
  • FIG. 1 shows the basic structure of a circuit for controlling a servomotor 1 with an integrated auxiliary circuit 2.
  • the circuit consists of a supply line for the setpoint 3, which comes from a control potentiometer (not shown) in the operating unit, a further line which transmits the actual value 4, a switching unit 5 with an integrated motor driver 6 and an evaluation unit 7 for comparing the setpoint and actual value and the servomotor 1, which is connected to the switching unit 5.
  • the auxiliary circuit 2 contains a counting unit 8, which essentially consists of a binary counter 9 and the pulse shaper and coupling circuit 10 connected downstream of the counting unit 8.
  • the counting unit 8 is connected to the control potentiometer for the setpoint 3, so that immediately after the control element of the control potentiometer is actuated, a start pulse is transmitted to the counting unit 8 via the feed line 11.
  • the signal initiated in the counting unit 8 arrives via the pulse shaper and the coupling circuit 10 in the node 12, in which the generated signal is superimposed on the setpoint 3.
  • the auxiliary circuit 2 contains a feedback 13 by means of which the counting unit 8 is deactivated after a time that can be set by means of the binary counter 9. This deactivation signal of the feedback 13 is also transmitted to the switching unit 5, whereby the motor driver 6 is likewise deactivated.
  • a frequency is now generated in the counting unit 8 by means of an oscillator 14 integrated in the binary counter 9.
  • the binary counter 9 has several outputs Q, each of which outputs a pulse-shaped signal dividing the frequency ⁇ by the factor 2 n .
  • n stands for the respective output Q on the binary counter 9.
  • this pulse sequence is fed to the downstream pulse shaper and coupling circuit 10.
  • the pulse train can be minimized, for example via an RC element, to preferably 100 ⁇ s and the positive pulses can be coupled out by means of a diode.
  • An even more preferred pulse has a pulse duration of 10 ⁇ s.
  • This signal which is modulated in the pulse shaper 10 and in the coupling circuit 10, is superimposed on the newly set desired value 3 at the node 12 and fed to the motor driver 6 in the switching unit 5 connected downstream.
  • the binary counter 9 is also at one of its Outputs received a signal that leads to the deactivation of the counter 8.
  • This additionally picked up signal is fed back on the one hand 13 and on the other hand fed to the switching unit 5 and the motor driver 6 contained therein.
  • the signal of the feedback 13 on the one hand stops the counting unit and on the other hand causes the signal that the motor driver 6 is deactivated.
  • the duration of the superposition of the setpoint with the pulse-shaped signal can thus be set.
  • FIG. 2 In order to explain the mode of operation of a driver module 6 with regard to minimal changes in the setpoint, two diagrams are shown in FIG. 2, the upper diagram showing the course of the setpoint 3 as an absolute voltage value over time.
  • the lower diagram in FIG. 2 shows the voltage curve U M on the servomotor 1, which is plotted over time t.
  • the upper diagram also shows the hysteresis of the driver module 6 in its upper 15 and lower 16 limits.
  • the course of the actual value 4 was included in the diagram as a dashed line.
  • servomotor 1 At time t 0 , servomotor 1 is in the idle state.
  • the setpoint potentiometer is actuated by the operator using the operating device, the setpoint being changed by a minimal amount.
  • a change in the setpoint value of approx. 40 mV can be assumed in this exemplary embodiment, which corresponds, for example, to a rest on the control element or a minimal adjustment of the control element without a locking device.
  • the hysteresis of the motor driver 6 can, for example, have a size of approximately 100 mV as the upper deviation from the target value.
  • the setpoint change at time t does not therefore go beyond the hysteresis of motor driver 6, consequently servomotor 1 is not activated. Even the minimal change in the setpoint at time t 2 does not extend beyond the hysteresis of driver module 6, so that servomotor 1 is again not activated.
  • FIG. 3 represents the upper diagram in which the actual value follows the setpoint only after a very large change in the setpoint. This disadvantage can chend be eliminated using an auxiliary circuit according to the invention for controlling the servomotor 1. A corresponding setpoint and actual value curve is shown in FIG. 3.
  • Figure 3 shows the pulse and action diagram of a circuit provided with an auxiliary circuit according to the invention to improve the triggering of a control of the servomotor 1.
  • the upper diagram in Figure 3 again shows the course of the setpoint 3 and the deviations of the actual value 4, as a dashed line and upper 15 and lower 16 limits of the hysteresis of the driver module 6.
  • the diagram shows the pulses 17 superimposed on the setpoint 3 by means of the auxiliary circuit 2.
  • the control element or the control motor 1 is in the idle state.
  • the setpoint of the setpoint potentiometer is again changed by the operator by the operator by an amount of, for example, 40 mV.
  • the counting unit 8 is activated via the feed line 11 and a pulse-shaped signal 17 is superimposed on the target value 3. Since the pulse-shaped signal 17 according to the invention is greater than the maximum difference between the target value 3 and the upper limit 15 of the hysteresis, the pulse-shaped signal 17 extends beyond the hysteresis of the driver module 6 and the motor driver 6 for controlling the servomotor 1 is released. As shown in the lower diagram in FIG. 3, the servomotor 1 is now supplied with the voltage U M at the time t 2 . It can also be clearly seen that the superimposition of the pulse-shaped signals ends with the compensation between the setpoint and actual value 3, 4, since the motor driver 6 is switched off at this point in time.
  • a reset on the binary counter 9 is triggered when the setpoint potentiometer is actuated, so all outputs are switched to low and the time is started and the driver module 6 is released.
  • the time or the duration of the application of the setpoint 3 to the pulse-shaped signals 17, as described is set via the tapped output on the binary counter 9.
  • the duration of the exposure can thus be varied. Is now the specified time has elapsed, output Q is set to high. This high signal is transmitted on the one hand to the downstream switching unit 5 and thus to the motor driver 6 and on the other hand is given via the feedback 13 as an input to the counting unit 8.
  • the high signal now causes on the one hand that the motor driver 6 is deactivated and on the other hand via the feedback 13 that the counting unit 8 is switched off.
  • the time is set to a maximum value that takes into account the maximum adjustment time of the control element, as described below. After the setpoint and actual value 3, 4 have been matched by the evaluation unit 7, the motor driver 6 is switched off again.
  • this maximum travel time of the servomotor 1 is a measure of the maximum duration of the generated pulses from the counting unit 8.
  • the output of the binary counter 9 for feedback 13, that is to say for stopping the counting unit 8, is selected according to the invention in such a way that the output signal for deactivating the counting unit 8 occurs after a time after which the servomotor 1 in the It would have been possible to move from one end stop, that is to say fully open, to its other end stop, that is to say completely closed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung zur Positionierung eines Stellelementes mit einem elektrischen Stellmotor (1) zum Antreiben des Stellelementes, einem Potentiometer zur Vorgabe des Sollwerts (3), einem am Stellmotor (1) angeordneten Istwertaufnehmer und einem Motortreiber (6) mit einer integrierten, den Soll- und Istwert (3, 4) vergleichenden Auswerte- und Steuereinheit (7), wobei dem Sollwert (3) ein impulsförmiges Signal (19) überlagerbar ist und dass das impulsförmige Signal (19) über eine in der Ausweite- und Steuereinheit (7) vorliegende Hysterese (15, 16) des Motortreibers (6) hinausgeht.

Description

B E S C H R E I B U N G
Ansteuerung für Stellmotoren
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung zur Positionierung eines Stellelementes mit einem elektrischen Stellmotor zum Antreiben des Stellelementes, einem Potentiometer zur Vorgabe des Sollwerts, einem am Stellmotor angeordneten Istwertaufnehmer und einem Motortreiber mit einer integrierten, den Soll- und Istwert vergleichenden Auswerte- und Steuereinheit. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur elektrischen Steuerung der Bewegung eines Stellelementes, insbesondere von Lüfterklappen in Kraftfahrzeugen, bei '"dem mittels eines Potentiometers ein Sollwert zur Ansteuerung an eine einen Motortreiber beinhaltende Auswerte- und Steuereinheit weitergeleitet wird und bei dem in der Auswerte- einheit ein an einem Stellmotor ermittelter Istwert erfasst und mit dem Sollwert verglichen wird.
Solche Antriebseinrichtungen sind beispielsweise für die Verstellung und Positionierung von Lüftungsklappen in einem Kraftfahrzeug vorgesehen oder dienen zur Bewegung von Stellelementen in Regel- oder Steuerkreisen.
Zwecks Realisierung einer derartigen Antriebseinrichtung ist es bekannt, Schrittmotore mit Getriebe beziehungsweise Gleichstrommotore mit angeflanschtem Potentiometer am Getriebeausgang oder Gleichstrom-Getriebemotore mit im Motor integrierten Hall-Sensoren zu verwenden. Um eine unbeabsichtigte Verstellung des Stellelementes durch äußere Stelleinflüsse, im Falle einer Lüftungsklappe beispielsweise durch die Einwirkung des Luftstroms, zu verhindern, wird bei Stellantrieben mit einem Getriebe letzteres üblicherweise selbsthemmend ausgeführt.
Die Positionierung des Stellelementes erfolgt beim Schrittmotor durch schrittweisen Antrieb und Zählen der Ansteuerimpulse. Bei mit einem Potentiometer versehenen Gleichstrommotor wird die Positionierung mittels Messung der zum Verstellwinkel proportionalen Potentiometerspannung vorgenommen, wie bekannt und in der DE 197 04 867 C1 beschrieben. Die Betätigung der Gleichstrommotoren erfolgt dann mit Hilfe eines Stellpotentiometers in der Bedieneinheit. Schwierigkeiten bei einer Auslösung einer Ansteuerung der Stellmotoren mittels des Stell- potentiαmeters können dann auftreten, wenn das Stellpotentiometer nur um eine Rast oder einen minimalen Betrag verändert wird. In diesem Fall, kann die Abweichung zwischen Sollwert und Istwert ungenügend groß sein, so dass der Sollwert nicht über die Hysterese des Motortreibers hinausgeht und der Stellmotor nicht aktiviert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zur Verbesserung der Auslösung einer Ansteuerung eines Stellmotors zu entwickeln, die unabhängig von der Hysterese des Motortreibers selbst bei minimalen Änderungen des Sollwerts den Stellmotor aktiviert und damit den Istwert an den Sollwert angleicht. Darüber hinaus soll die Schaltung konstruktiv einfach aufgebaut und kostengünstig zu fertigen sein. Eine Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren zur Ansteuerung der Bewegung eines Stellelementes zu entwickeln, dass eine gute Dynamik aufweist und auf kleinste Änderungen des Sollwerts anspricht. Im weiteren soll das Verfahren leicht einzustellen und in beliebige Antriebseinrichtungen integrierbar sein.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dahingehend gelöst, dass dem Sollwert ein impulsformiges Signal überlagerbar ist und dass das impulsformige Signal über eine in der Auswerte- und Steuereinheit vorliegende Hysterese des Motortreibers hinausgeht. Mit den Mitteln nach der Erfindung ist nun die Möglichkeit geschaffen, selbst bei minimalen Verstellbewegungen des Stellpotentiometers in der Bedieneinheit den Istwert an den Sollwert anzugleichen. Durch die Überlagerung eines impulsförmigen Signals über den Sollwert, die in Summe über die Hysterese des Motortreibers hinausgehen, wird der Stellmotor unmittelbar nach dem Betätigen des Stellpotentiometers aktiviert und der Stellmotor verfährt in die vorgegebene, minimal abweichende Position. Soll- und Istwert werden somit sehr schnell wieder angeglichen. Dieses schnelle Angleichen oder besser gute Dynamik der Schaltung ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Gedankens. Inbesondere durch den Einsatz eines in einen Binärzähler integrierten Oszillators kann zum einen die Frequenz der Impulsfolge variiert werden und es kann darüber hinaus mittels des Binärzählers die Dauer der Überlagerung variiert werden. In einer weiteren Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist der frequenzbestimmenden Zähleinheit eine weitere Schaltung nachgeschaltet, die aus einem Impulsformer und einer Koppelschaltung besteht. Durch den Impulsformer kann die Impulslänge variiert und durch die Koppelschaltung können die positiven Impulse ausgekoppelt werden. Hierbei besteht der Impulsformer im wesentlichen aus einem RC-Glied und die Kuppelschaltung aus einer Diode.
BESTATIGUNGSKOPIE In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die gestellte Aufgabe dahingehend gelöst, dass bei jeder Verstellung des Potentiometers eine Zähleinheit mit einem integrierten Oszillator aktiviert wird und dass der Sollwert mit einem der im Oszillator erzeugten Frequenz entsprechenden und über eine in der Auswerte- und Steuereinheit vorliegende Hysterese hinausgehenden, impulsförmigen Signal überlagert wird. Mit den Mitteln nach der Erfindung, kann nun mit minimalem Aufwand ein Motortreiber selbst bei kleinsten Sollwertänderungen aktiviert werden. Mit dem Betätigen des Stellpotentiometers in der Bedieneinheit wird eine Zähleinheit mit einem integrierten Oszillator aktiviert. Die im Oszillator erzeugte Frequenz wird dabei dem von dem Stellpotentiometer ausgegebenen Sollwert überlagert. Dabei kann die Frequenz durch den in der Zähleinheit vorhandenen Binärzähler eingestellt oder in einer weiteren Ausgestaltungsvariante beschrieben, mittels eines nachgeschalteten Impulsformers und einer Koppelschaltung moduliert werden. Das dem Sollwert überlagerte impulsformige Signal dient dabei lediglich zur Stellmotoraktivierung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine vorliegende elektrische Steuerung zur Bewegung eines Stellelementes dahingehend ^verbessert, dass die Schaltung wesentlich dynamischer und sensibler auf Sollwertänderungen reagiert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und mittels Diagrammen näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 den prinzipiellen Aufbau einer Schaltung für eine Antriebseinrichtung zur Positionierung eines Stellelementes,
Figur 2 den Soll-Istwertverlauf einer Steuerschaltung gemäß dem Stand der Technik und
Figur 3 ein Diagramm mit dem Soll-Istwertverlauf einer Steuerschaltung mit integrierter, erfindungsgemäßer Hilfsschaltung.
In der Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Schaltung zur Steuerung eines Stellmotors 1 mit einer integrierten Hilfsschaltung 2 dargestellt. Die Schaltung besteht aus einer Zuleitung für den Sollwert 3, die von einem nicht dargestellten Stellpotentiometer in der Bedieneinheit kommt, einer weiteren Leitung die den Istwert 4 übermittelt, einer Schalteinheit 5 mit integriertem Motortreiber 6 und einer Auswerteeinheit 7 zum Vergleich von Soll- und Istwert und den Stellmotor 1 , der an die Schalteinheit 5 angeschlossen ist. Die Hilfsschaltung 2 beinhaltet eine Zähleinheit 8, die im wesentlichen aus einem Binärzähler 9 besteht und der der Zähleinheit 8 nachgeschalteten Impulsformer- und Koppelschaltung 10. Über die Zuleitung 11 ist die Zähleinheit 8 mit dem Stellpotentiometer für den Sollwert 3 verbunden, so dass unmittelbar nach dem Betätigen des Bedienelementes des Stellpotentiometers ein Startimpuls über die Zuleitung 11 an die Zähleinheit 8 übermittelt wird. Das in der Zähleinheit 8 initiierte Signal gelangt über die Impulsformer- und die Koppelschaltung 10 in den Verknüpfungspunkt 12, in dem das erzeugte Signal dem Sollwert 3 überlagert wird. Zusätzlich beinhaltet die Hilfsschaltung 2 eine Rückkopplung 13 mittels der die Zähleinheit 8 nach einer mittels des Binärzählers 9 einstellbaren Zeit deaktiviert wird. Dieses Deaktivierungssignal der Rückkopplung 13 wird ebenfalls an die Schalteinheit 5 übermittelt, wodurch der Motortreiber 6 ebenfalls deaktiviert wird.
Wird nun über das Stellpotentiometer ein veränderter Sollwert 3 eingestellt, so wird hierdurch gleichzeitig über die Zuleitung 11 ein Signal an die Zähleinheit 8 übermittelt. In der Zähleinheit 8 wird nun mittels eines in den Binärzähler 9 integrierten Oszillators 14 eine Frequenz erzeugt. Der Binärzähler 9 besitzt mehrere Ausgänge Q von denen ein jeweils die Frequenz ^durch den Faktor 2n teilendes impulsformiges Signal ausgegeben wird. Hierbei steht n für den jeweiligen Ausgang Q am Binärzähler 9. Wird nun beispielsweise im Oszillator eine Frequenz von 400 Hz erzeugt und der fünfte Ausgang am Binärzähler abgegriffen so ergibt sich eine abgreifbare Frequenz aus der Berechnung 400 Hz : 24, was einer Frequenz von 25 Hz entspricht. Diese Frequenz entspricht einer Impulsfolge von 20 ms zu 20 ms. In dem in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten Schaltbild wird diese Impulsfolge der nachgeschalteten Impulsformer- und Koppelschaltung 10 zugeführt. Hier kann die Impulsfolge beispielsweise über ein RC-Glied auf vorzugsweise 100 μs minimiert und mittels einer Diode können die positiven Impulse ausgekoppelt werden. Ein noch bevorzugterer Impuls besitzt die Impulsdauer von 10 μs. Dieses im Impulsformer 10 und in der Koppelschaltung 10 modulierte Signal wird im Verknüpfungspunkt 12 dem neu eingestellten Sollwert 3 überlagert und dem Motortreiber 6 in der nachgeschalteten Schalteinheit 5 zugeführt. Sollte nun die Sollwertänderung im Stellpotentiometer der Bedieneinrichtung so klein ausgefallen sein, dass die Sollwertänderung nicht ausreicht um über die Hysterese des Motortreibers 6 hinauszugehen, so reichen die Spannungsspitzen der dem Sollwert überlagerten Impulse über die Hysterese hinaus und aktivieren somit den Motortreiber 6. Dies führt wiederum zu einer Veränderung des Istwertes des Stellmotors 1 und folglich auch zu einer Angleichung des Istwertes an den Sollwert. Die erfindungsgemäße Hinzufügung der Hilfsschaltung 2 zur Antriebseinrichtung für den Stellmotor 1 bietet somit den Vorteil, dass selbst kleinste Veränderungen des Sollwertes 3 zur Aktivierung des Stellmotors 1 führen.
Neben dem impulsförmigen Signal, das dem Binärzähler 9 zur Beaufschlagung eines Impulses über den Sollwert 3 entnommen wird, wird dem Binärzähler 9 ebenfalls an einem seiner Ausgänge ein Signal abgenommen, dass zur Deaktivierung der Zähleinheit 8 führt. Dieses zusätzlich abgenommene Signal wird einerseits rückgekoppelt 13 und andererseits der Schalteinheit 5 und dem darin enthaltenen Motortreiber 6 zugeführt. Das Signal der Rückkopplung 13 stoppt einerseits die Zähleinheit und andererseits bewirkt das Signal, dass der Motortreiber 6 deaktiviert wird. Je nach gewähltem Ausgang am Binärzähler 9 kann somit die Dauer der Überlagerung des Sollwerts mit dem impulsförmigen Signal eingestellt werden.
Um die Funktionsweise eines Treiberbausteins 6 in Bezug auf minimale Änderungen des Sollwertes zu erläutern, sind in der Figur 2 zwei Diagramme dargestellt, wobei das obere Diagramm den Verlauf des Sollwertes 3 als absoluten Spannungswert über die Zeit wiedergibt. Das untere Diagramm in Figur 2 zeigt den Spannungsverlauf UM am Stellmotor 1 der über die Zeit t aufgetragen ist. In das obere Diagramm ist ebenfalls die Hysterese des Treiberbausteins 6 in ihren oberen 15 und unteren 16 Grenzen wiedergegeben. Zusätzlich wurde der Verlauf des Istwertes 4 als gestrichelte Linie in das Diagramm aufgenommen. Zum Zeitpunkt t0 befindet sich der Stellmotor 1 im Ruhezustand. Zum Zeitpunkt ti wird das Sollwert- Potentiometer mittels der Bedieneinrichtung vom Bediener betätigt, wobei der Sollwert um einen minimalen Betrag verändert wird. Um sich hierbei ein Bild von der Größenordnung der anliegenden Spannungen zu machen, kann in diesem Ausführungsbeispiel von einer Sollwertänderung von ca. 40 mV ausgegangen werden, was etwa einer Rast am Bedienelement oder ohne Rasteinrichtung einer minimalen Verstellung des Bedienelementes entspricht. Die Hysterese des Motortreibers 6 kann beispielsweise als obere Abweichung vom Sollwert eine Größe von etwa 100 mV aufweisen. Die Sollwertänderung zum Zeitpunkt t, geht somit nicht über die Hysterese des Motorstreibers 6 hinaus, folglich wird der Stellmotor 1 nicht aktiviert. Selbst die wiederum minimale Änderung des Sollwerts zum Zeitpunkt t2 reicht nicht über die Hysterese des Treiberbausteins 6 hinaus, so dass der Stellmotor 1 wiederum nicht aktiviert wird. Erst nach einer nochmaligen Änderung des Sollwertes zum Zeitpunkt t3 wird die obere Grenze der Hysterese überschritten und der Stellmotor 1 wird aktiviert. Zu diesem Zeitpunkt t4 folgt der Istwert dem Sollwert bis zu einem Zeitpunkt t5 zu dem der Istwert dem Sollwert wieder angeglichen ist. Für diesen Zeitraum t4 bis t5 ist im unteren Diagramm der Figur 2 die Motorspannung UM als Funktion der Zeit wiedergegeben. Im folgenden wird darauf hingewiesen, dass die Angleichung zwischen Soll- und Istwert, die in diesem Diagramm eine gleich große Spannung aufweisen, möglich aber nicht zwingend notwendig ist. Vielmehr soll in diesem Diagramm die Abweichung zwischen Sollwert 3 und Istwert 4 dargestellt werden, ohne das die Spannungswerte von Soll- und Istwert 3, 4 in ihren absoluten Werten übereinstimmen müssen. Dies gilt insbesondere auch für das Diagramm in Figur 3. Das obere Diagramm in Figur 2 repräsentiert den Stand der Technik, bei dem der Istwert dem Sollwert nur nach einer sehr großen Veränderung des Sollwertes folgt. Dieser Nachteil kann entspre- chend dem Einsatz einer erfindungsgemäßen Hilfsschaltung zur Ansteuerung des Stellmotors 1 eliminiert werden. Ein entsprechender Soll- und Istwertverlauf ist in Figur 3 wiedergegeben.
Figur 3 zeigt das Impuls- und Wirkdiagramm einer mit einer erfindungsgemäßen Hilfsschaltung versehenen Schaltung zur Verbesserung der Auslösung einer Ansteuerung des Stellmotors 1. Das obere Diagramm in Figur 3 zeigt wiederum den Verlauf des Sollwertes 3 sowie die Abweichungen des Istwertes 4, als gestrichelte Linie und die oberen 15 und unteren 16 Grenzen der Hysterese des Treiberbausteins 6. Zusätzlich zeigt das Diagramm die mittels der Hilfsschaltung 2 dem Sollwert 3 überlagerten Impulse 17. Zum Zeitpunkt t0 befindet sich das Stellelement beziehungsweise der Stellmotor 1 im Ruhezustand. Zum Zeitpunkt wird wiederum der Sollwert des Sollwert-Potentiometers mittels der Bedieneinrichtung vom Bediener um einen Betrag von beispielsweise 40 mV verändert. Nun wird, wie bereits zu Figur 1 beschrieben, die Zähleinheit 8 über die Zuleitung 11 aktiviert und dem Sollwert 3 wird ein impulsformiges Signal 17 überlagert. Da das impulsformige Signal 17 erfindungsgemäß größer ist als die maximale Differenz zwischen Sollwert 3 und oberer Grenze 15 der Hysterese, reicht das impulsformige Signal 17 über die Hysterese des Treiberbausteins 6 hinaus und der Motortreiber 6 zur Ansteuerung des Stellmotors 1 wird freigegeben. Wie im unteren Diagramm der Figur 3 dargestellt wird nun der Stellmotor 1 mit der Spannung UM zum Zeitpunkt t2 beaufschlagt. Klar zu erkennen ist auch, dass die Überlagerung der impulsförmigen Signale mit dem Ausgleich zwischen Soll- und Istwert 3, 4 enden, da zu diesem Zeitpunkt der Motortreiber 6 abgeschaltet wird. Hierdurch wird erfindungsgemäß selbst bei minimalen Änderungen des Sollwertes 3 sichergestellt, dass der Stellmotor 1 den Änderungen des Sollwertes 3 folgt. Der Istwert 4 wird dabei sehr schnell an den neu vorgegebenen Sollwert angeglichen. Diese sehr gute Dynamik des Ausgleichs zwischen Soll- und Istwert stellt einen weiteren erfindungsgemäßen Vorteil dar. Es ist natürlich selbstverständlich, dass bei einer Verstellung des Sollwert-Potentiometers in entgegengesetzte Richtung der Stellmotor 1 in die umgekehrte Richtung verfährt, wobei die impulsförmigen Signale 17 ebenfalls dem Sollwert 3 überlagert werden und zur Vermessung der Auslösung der Ansteuerung des Stellmotors 1 dienen.
In Bezug auf den realen Ablauf wird bei Betätigung des Sollwert-Potentiometers ein Reset am Binärzähler 9 auslöst, somit werden alle Ausgänge auf Low umgestellt und die Zeit gestartet sowie der Treiberbaustein 6 freigegeben. Dabei wird die Zeit beziehungsweise die Dauer der Beaufschlagung der impulsförmigen Signale 17 mit dem Sollwert 3, wie beschrieben über den abgegriffenen Ausgang am Binärzähler 9 eingestellt. Je nach abgegriffenem Ausgang am Binärzähler 9 kann die Dauer der Beaufschlagung somit variiert werden. Ist nun die vorgebbare Zeit abgelaufen, so wird der Ausgang Q auf High gesetzt. Dieses High-Signal wird einerseits an die nachgeschaltete Schalteinheit 5 und somit an den Motortreiber 6 übermittelt und andererseits über die Rückkopplung 13 als Eingang auf die Zähleinheit 8 gegeben. Das High-Signal bewirkt nun einerseits, das der Motortreiber 6 deaktiviert wird und andererseits über die Rückkopplung 13, das die Zähleinheit 8 ausgeschaltet wird. Die Zeit ist dabei auf einen Maximalwert festgelegt, der die maximale Verstellzeit des Stellelementes berücksichtigt, wie im weiteren beschrieben. Nach einem Angleich von Soll- und Istwert 3, 4, durch die Auswerteeinheit 7 erfaßt wird, wird der Motortreiber 6 wieder ausgeschaltet.
Bei einem maximalen Verstellen des Stellelementes mittels des Stellmotors 1, das heißt, wenn das Sollwert-Potentiometer von seiner Null-Stellung bis an den Endanschlag durch eine Bewegung des Bedieners verstellt wird, so ist diese maximale Verfahrzeit des Stellmotors 1 ein Maß für die maximale Dauer der erzeugten Impulse aus der Zähleinheit 8. Der Ausgang des Binärzählers 9 zur Rückkopplung 13, das heißt zum Stoppen der Zähleinheit 8, wird erfindungsgemäß derart gewählt, dass das Ausgangssignal zur Deaktivierung der Zähleinheit 8 nach einer Zeit erfolgt, nach der der Stellmotor 1 in der Lage gewesen wäre von einem Endanschlag, das heißt vollkommen geöffnet, bis zu seinem anderen Endanschlag, das heißt vollständig geschlossen, zu verfahren.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Antriebseinrichtung zur Positionierung eines Stellelementes mit
- einem elektrischen Stellmotor (1) zum Antreiben des Stellelementes, - einem Potentiometer zur Vorgabe des Sollwertes (3), - einem am Stellmotor (1 ) angeordneten Ist-Wertaufnehmer und - einem Motortreiber (6) mit einer integrierten, den Soll- (3) und Istwert (4) vergleichenden Auswerte- und Steuereinheit (7), dadurch gekennzeichnet, dass dem Sollwert (3) ein impulsformiges Signal (1 7) überlagerbar ist und dass das impulsformige Signal (17) über eine in der Auswerte- und Steuereinheit (7) vorliegende Hysterese (15, 16) des Motortreibers hinausgeht.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das impulsformige Signal (17) dem Sollwert (3) mit einer vorgebbaren Frequenz überlagerbar ist.
3. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des impulsförmigen Signals (17) mittels eines Oszillators (14) erzeugt ist und dass das erzeugte Signal mittels eines nachgeschalteten Impulsformers (10) und einer Koppelschaltung (10) veränderbar ist.
4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (14) Teil eines Binärzählers (9) ist und dass die Dauer der Überlagerung mittels des Binärzählers (9) einstellbar ist.
5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Überlagerung des Sollwerts (3) mit dem impulsförmigen Signal (17) größer ist, als die maximal mögliche Verfahrzeit des Stellmotors (1).
BESTATIGUNGSKOPIE
6. Verfahren zur elektrischen Steuerung der Bewegung eines Stellelementes, insbesondere von Lüfterklappen von Kraftfahrzeugen, bei dem mittels eines Potentiometers ein Sollwert (3) zur Ansteuerung an eine einen Motortreiber (6) beinhaltene Auswerte- und Steuereinheit (7) weitergeleitet wird und bei dem in der Auswerte- und Steuereinheit (7) ein an einem Stellmotor (1) ermittelter Istwert (4) erfasst und mit denn Sollwert (3) verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Verstellung des Potentiometers eine Zähleinheit (8) mit einem integrierten Oszillator (14) aktiviert wird und das der Sollwert (3) mit einem der im Oszillator (14) erzeugten Frequenz entsprechenden und über eine in der Auswerte- und Steuereinheit (7) vorliegende Hysterese (15, 16) des Motortreibers (6) hinausgehenden, impulsförmigen Signal (17) überlagert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Überlagerung des Sollwerts (3) mit dem impulsförmigen Signal (17) mittels eines die Zähleinheit (8) bildenden Binärzählers (9) eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das im Oszillator (14) erzeugte impulsformige Signal (17) mittels eines nachgeschalteten Impulsformers (10) und einer Koppelschaltung (10) verkürzt und gleichgerichtet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Istwerts (4) mittels einer Messung einer zum Verstellwinkel proportionalen Potentiometerspannung vorgenommen wird.
BESTATIGUNGSKOPIE
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