WO2014053440A1 - Schaltvorrichtung für eine drehzahlerfassung bei elektromotorischen antrieben - Google Patents

Schaltvorrichtung für eine drehzahlerfassung bei elektromotorischen antrieben Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a switching device for a
  • Such a switching device is known for example from DE 43 30 904 AI.
  • the torque output by the drive motor is monitored by its rotational speed and a closing part (e.g., window regulator) is then stopped or reversed, if this torque is a predetermined limit, or the corresponding speed
  • Anti-pinch devices to distinguish the problem between actual Einklemmfall and other reasons that can lead to change in speed. Such other reasons are, for example, due to vibration, temperature or aging influences short-term movement resistance for the closing part or tolerance error in the mechanical and electronic components of the switching device. Irregular speed changes due to the other reasons have been considered in the prior art, for example, by reducing the trip thresholds or by filtering the speed signal. In this case, according to the state of the art as a criterion for triggering the anti-trap protection, a historical consideration is made via a defined travel. This history refers to the behavior and the course of the torque (or the speed). This shows in
  • Trapping case A behavior that differs from that in the case of local changes in the friction values of the mechanism or also the jerking (caused as a result of acceleration of the vehicle bodywork) of the closing part.
  • Einklemmfall the torque increases evenly to the occurring without jamming complete blocking of the closing part evenly and strongly, while otherwise only short-term peaks of
  • the invention has for its object to further improve a switching device of the type mentioned in that it reacts as quickly as possible in the actual Einklemmfall and that the other error triggers are avoided by tolerance errors.
  • the invention solves this problem by the features of claim 1.
  • Window lifting device has a monitoring unit which checks the output by the drive motor speed by means of a sensor arrangement for dispensing at least two measuring pulses per revolution and the limit exceeding a torque directly or inversely proportional size (eg speed, torque or closing force) already switched off or reversed after a measuring pulse the drive motor.
  • a constantly assumed tolerance error (or even multiple tolerance errors) of the sensor arrangement is measured by measuring the time deviations of the individual measurement pulses from the respective ones ideally accepted measurement pulses determined for at least one revolution and stored in a Kingadaptions Liste.
  • a separate tolerance error is stored for each measuring pulse which is used in real operation as a correction value for the currently measured actual rotational speed or actual force of the respective measuring pulse.
  • the switching device according to the invention may preferably by a software function in an already existing electronic
  • Control unit for the electromotive drive of closing parts - especially in electric windows with anti-pinch - be realized.
  • the calibration values thus obtained are then used in the loaded application in real operation for error correction.
  • an arithmetical correction, in particular of the static asymmetries, of sensor arrangements for speed detection is achieved.
  • These sensor arrangements are preferably Hall sensors with a pole wheel.
  • the invention can also be applied to other impulsive
  • Sensor arrangements are used for speed measurement, such. optical sensors with perforated plates or commutators for
  • the single FIGURE shows a switching device according to the invention
  • Monitoring unit 3 including a characteristic curve 9 for displaying the rotational speed n and force F over the time t and a power window drive motor. 4
  • the sensor arrangement 2 here consists of a pole wheel 5 and at least one Hall sensor 6.
  • a second Hall sensor 7 may also be provided.
  • the flywheel 5 has here for the delivery of four measuring pulses 11, 12, 13, 14 four pole transitions, which has been found in the development of the invention that inaccuracies at these pole transitions can lead to relatively large tolerance errors up to ION. These Tolerance errors have been found to be material-related and thus constant. These tolerance errors should be determined according to the invention and eliminated during the speed determination:
  • the output by the drive motor 4 speed n is determined by means of the pole wheel 5 and by means of the Hall sensor 6 by detecting the time intervals of the four measuring pulses II, 12, 13, 14 generated per revolution U.
  • monitoring in the monitoring unit 3 is preferably carried out already at the band at the first startup of the motor vehicle or in the service at a check routine at least once in the
  • these tolerance errors can also be determined and averaged over several revolutions U, as long as a synchronization can be ensured.
  • the same error learning mode can be performed, which would lead to the same pulse tolerance errors - ⁇ / 1, - ⁇ / 2, + ⁇ / 3, - ⁇ / 4, even if they are offset in time.
  • a plausibility check of the determined pulse tolerance errors - ⁇ / 1, - ⁇ / 2, + ⁇ / 3, - ⁇ / 4 can be performed.
  • Sampling window of the processor not shown here increased to reduce the sampling jitter J.
  • smaller random processor load-related tolerance errors can be prevented, at least in error learning mode.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung für eine Drehzahlerfassung bei elektromotorischen Antrieben (4) in Kraftfahrzeugen (insbesondere Fensterhebevorrichtung) weist eine Überwachungseinheit (3) auf, die die vom Antriebsmotor (4) abgegebene Drehzahl mittels einer Sensoranordnung (2) zur Abgabe von mindestens zwei Messimpulsen pro Umdrehung überprüft und die bei Überschreiten eines Grenzwertes einer der Drehzahl direkt oder umgekehrt proportionalen Größe (z. B. Drehzahl, Drehmoment oder Schließkraft) bereits nach einem Messimpuls den Antriebsmotor (4) abschaltet oder reversiert. Dabei wird in einem definierten lastfreien Fehlerlernmodus, bei dem von einer konstant bleibenden Drehzahl bzw. Kraft für zumindest eine Umdrehung ausgegangen wird, ein konstant angenommener Toleranzfehler (oder wenn vorhanden auch mehrere Toleranzfehler) der Sensoranordnung (2) durch Messung der zeitlichen Abweichungen der einzelnen Messimpulse von den jeweils ideal angenommenen Messimpulsen für mindestens eine Umdrehung ermittelt und in einem Fehleradaptionsspeicher (8) abgelegt und Messwerte des gleichen Polradsegments gemittelt. Somit wird - falls vorhanden - für jeden Messimpuls ein eigener Toleranzfehler abgespeichert, der im Realbetrieb als Korrekturwert für die aktuell gemessene Ist-Drehzahl oder Ist-Kraft des jeweiligen Messimpulses verwendet wird.

Description

Schaltvorrichtung für eine Drehzahlerfassung bei elektromotorischen
Antrieben
Die Erf ndung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung für eine
Drehzahlerfassung bei elektromotorischen Antrieben in Kraftfahrzeugen.
Eine derartige Schaltvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 43 30 904 AI bekannt. Dabei wird das vom Antriebsmotor abgegebene Drehmoment über dessen Drehzahl überwacht und ein Schließteil (z.B. Fensterheber) dann stillgesetzt oder reversiert, wenn dieses Drehmoment einen vorgegebenen Grenzwert, beziehungsweise die entsprechende Drehzahl einen
vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Bei einer derartigen
Schaltvorrichtung besteht wie generell auch bei anderen bekannten
Einklemmschutzeinrichtungen das Problem, zwischen dem tatsächlichen Einklemmfall und anderen Gründen, die zur Änderung der Drehzahl führen können, zu unterscheiden. Derartige andere Gründe sind beispielsweise durch Vibrations-, Temperatur- oder Alterungs-Einflüsse bedingte kurzzeitige Bewegungswiderstände für das Schließteil oder Toleranzfehler in den Mechanik- und Elektronik-Bauteilen der Schaltvorrichtung. Unregelmäßige Änderungen der Drehzahl aufgrund der anderen Gründe wurden nach dem Stand der Technik beispielsweise durch Reduzierung der Auslöseschwellen oder durch Filterung des Drehzahlsignals berücksichtigt. Dabei wird nach dem Stand der Technik als Kriterium für das Auslösen des Einklemmschutzes eine historische Betrachtung über einen definierten Stellweg vorgenommen. Diese Historie bezieht sich auf das Verhalten und den Verlauf des Drehmoments (oder der Drehzahl). Diese zeigt im
Einklemmfall ein Verhalten, das sich von dem bei lokalen Änderungen der Reibungswerte der Mechanik oder auch dem Rucken (verursacht infolge Beschleunigung der Fahrzeugkarrosserie) des Schließteiles unterscheidet. Im Einklemmfall nimmt das Drehmoment bis hin zu dem ohne Einklemmschutz auftretenden vollständigen Blockieren des Schließteils gleichmäßig und stark zu, während sich anderenfalls lediglich kurzzeitige Spitzen des
Drehmoments mit tendenziell wechselnden Änderungen abzeichnen. Die so gebildete Summe als Historie des Drehmoments würde sich im letzteren Fall nur vorübergehend und kurzzeitig erhöhen, während sie sich ansonsten wiederum dem Wert Null annähert. Im Einklemmfall hingegen vergrößert sie sich zunehmend (stetig) und übersteigt schließlich den maßgeblichen Grenzwert. Dieser kann so gewählt sein, dass eine zweifelsfreie
Unterscheidung zwischen dem Einklemmfall und den angesprochenen nur vorübergehenden Bewegungsstörungen möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu verbessern, dass sie zum einen im tatsächlichen Einklemmfall möglichst schnell reagiert und dass zum anderen Fehlerauslösungen durch Toleranzfehler vermieden werden. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung für ein elektromotorisch
angetriebenes Schließteil in Kraftfahrzeugen (insbesondere
Fensterhebevorrichtung) weist eine Überwachungseinheit auf, die die vom Antriebsmotor abgegebene Drehzahl mittels einer Sensoranordnung zur Abgabe von mindestens zwei Messimpulsen pro Umdrehung überprüft und die bei Grenzwertüberschreitung einer dem Drehmoment direkt oder umgekehrt proportionalen Größe (z. B. Drehzahl, Drehmoment oder Schließ- Kraft) bereits nach einem Messimpuls den Antriebsmotor abschaltet oder reversiert. Dabei wird in einem definierten lastfreien Fehlerlernmodus, bei dem von einer konstant bleibenden Drehzahl bzw. Kraft für zumindest eine Umdrehung ausgegangen wird, ein konstant angenommener Toleranzfehler (oder wenn vorhanden auch mehrere Toleranzfehler) der Sensoranordnung durch Messung der zeitlichen Abweichungen der einzelnen Messimpulse von den jeweils ideal angenommenen Messimpulsen für mindestens eine Umdrehung ermittelt und in einem Fehleradaptionsspeicher abgelegt. Somit wird -falls vorhanden - für jeden Messimpuls ein eigener Toleranzfehler abgespeichert, der im Realbetrieb als Korrekturwert für die aktuell gemessene Ist-Drehzahl oder Ist-Kraft des jeweiligen Messimpulses verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung kann vorzugsweise durch eine Software-Funktion in einem ohnehin vorhandenen elektronischen
Steuergerät zum elektromotorischen Antrieb von Schließteilen - insbesondere bei elektrischen Fensterhebern mit Einklemmschutz - realisiert werden. Hierbei werden also statische Drehzahl-Schwankungen einer Umdrehung im lastfreien Zustand (Fehlerlernmodus) über eine oder mehrere Umdrehungen gelernt. Die so gewonnenen Kalibrierwerte werden danach in der belasteten Anwendung im Realbetrieb zur Fehlerkorrektur angewendet. Es wird also eine rechnerische Bereinigung insbesondere der statischen Asymmetrien von Sensoranordnungen zur Drehzahlerfassung erreicht. Diese Sensoranordnungen sind vorzugsweise Hall-Sensoren mit Polrad. Die Erfindung kann jedoch auch auf andere impulsgebende
Sensoranordnungen zur Drehzahlmessung angewandt werden, wie z.B. optische Sensoren mit Lochblechen oder Kommutatoren für
Gleichstrommotoren (sog.„ripple counter", wie sie beim Einklemmschutz von Fensterhebevorrichtungen bereits bekannt sind).
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie zeigt eine erfindungsgemäße Schaltanordnung mit einer hier beispielsweise vier Messimpulse pro Umdrehung abgebenden Sensoranordnung.
Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung
beispielsweise für eine elektromotorisch angetriebene
Fensterhebevorrichtung in Kraftfahrzeugen mit einer Toleranzfehler- Ermittlungseinheit 1, mit einer Sensor anordnung 2, mit einer
Überwachungseinheit 3 einschließlich einer Kennlinie 9 zur Darstellung der Drehzahl n und Kraft F über der Zeit t und einem Fensterheber- Antriebsmotor 4.
Die Sensoranordnung 2 besteht hier aus einem Polrad 5 und mindestens einem Hall-Sensor 6. Es kann auch ein zweiter Hall-Sensor 7 vorgesehen sein. Das Polrad 5 weist hier zur Abgabe von vier Messimpulsen 11, 12, 13, 14 vier Polübergänge auf, wobei sich bei der Entstehung der Erfindung herausgestellt hat, dass Ungenauigkeiten an diesen Polübergängen zu verhältnismäßig großen Toleranzfehlern bis zu ION führen können. Diese Toleranzfehler haben sich als materialbedingt und somit als konstant bleibend herausgestellt. Diese Toleranzfehler sollen erfindungsgemäß ermittelt und bei der Drehzahl-Ermittlung eliminiert werden:
Die vom Antriebsmotor 4 abgegebene Drehzahl n wird mittels des Polrades 5 und mittels des Hall-Sensors 6 durch Erfassung der durch die Zeitabstände der dadurch erzeugten vier Messimpulse II, 12, 13, 14 pro Umdrehung U ermittelt. Die Drehzahl n ist umgekehrt proportional zum Drehmoment des Antriebsmotors 4 bzw. hier zur Fensterschließ-Kraft F. Um im Einklemmfall möglichst schnell reagieren zu können, wird die Drehzahl n (bzw. die Kraft F) bei jedem Messimpuls II, 12, 13, 14 aktuell ermittelt. Hierdurch ergeben sich in jeder Umdrehung U vier Kraftwerte Fistj mit i = 1,2,3,4 durch
Messung der Zeitabstände zwischen den Messimpulsen II, 12, 13, 14.
Vor einer Überwachung in der Überwachungseinheit 3 erfolgt vorzugsweise bereits am Band bei der ersten Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs oder im Service bei einer Überprüfungsroutine zumindest einmal in der
Toleranzfehler-Ermittlungseinheit 1 ein definierter lastfreie Fehlerlernmodus, bei dem von einer konstant bleibenden Kraft bzw. Drehzahl (F,n=const.) für zumindest eine Umdrehung U ausgegangen werden kann (Drehzahl- Gleichlauf -Sicherstellung). Dabei werden konstante Impuls-Toleranzfehler - hier Δ/1, -Δ/2, +Δ/3, -Δ/4 - der Sensoranordnung 2 durch Messung der zeitlichen Abweichungen Δί£ mit i = 1,2,3,4 der Messimpulse II, 12, 13, 14 von ideal angenommenen Messimpulsen 101, 102, 103, 104 für eine Umdrehung 1U ermittelt und in einem Fehleradaptionsspeicher 8 abgelegt. Vorzugsweise können diese Toleranzfehler auch über mehrere Umdrehungen U bestimmt und gemittelt werden, solange dabei ein Gleichlauf sichergestellt werden kann. Die danach ermittelten aktuellen Drehzahl- oder Kraftwerte Fist i mit i = 1,2,3,4 werden durch die Impuls-Toleranzfehler— Δ/1,— Δ72, +Δ/3,— Δ/4 im Fehleradaptionsspeicher 8 korrigiert und zu korrigierten Kraft-Werten Fl, F2, F3, F4 umgerechnet.
Bei Überschreiten des Grenzwertes Fmax durch eine dieser der Drehzahl indirekt proportionalen Kraft-Größen Fl, F2, F3, F4 bereits nach einem entsprechenden Messimpuls wird durch die Überwachungseinheit 3 der Antriebsmotor 4 abschaltet (AUS) oder reversiert.
Mittels des zweiten Hall-Sensors 7 kann derselbe Fehlerlernmodus durchgeführt werden, der zu den gleichen Impuls-Toleranzfehlern — Δ/1,— Δ/2, +Δ/3,— Δ/4 führen müsste, auch wenn diese zeitlich versetzt sind. Somit kann eine Plausibilitätsabfrage der ermittelten Impuls- Toleranzfehler -Δ/1, -Δ/2, +Δ/3, -Δ/4 durchgeführt werden.
Im Fehlerlernmodus (F, n=const.) bei der Ermittlung der konstanten Impuls- Toleranzfehler— Δ/1,— Δ/2, +Δ/3,— Δ/4 wird vorzugsweise das
Abtastzeitfenster des hier nicht näher dargestellte Prozessors erhöht, um den Abtast-Jitter J zu reduzieren. Dadurch können zusätzlich kleinere zufällige prozessorbelastungsbedingte Toleranzfehler zumindest im Fehlerlernmodus verhindert werden.
Andere zufällige Toleranzfehler konnten durch die Erfindung nunmehr als vernachlässigbar festgestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltvorrichtung für eine Drehzahlerfassung bei
elektromotorischen Antrieben in Kraftfahrzeugen mit einer Überwachungseinheit (3, 9), die die vom Antriebsmotor (4) abgegebene Drehzahl (n) mittels einer Sensoranordnung (2) zur Abgabe von mindestens zwei Messimpulsen (II, 12, 13, 14) pro Umdrehung (U) überprüft und die bei Überschreiten eines Grenzwertes (Fmax) einer der Drehzahl direkt oder umgekehrt proportionalen Größe (Fl, F2, F3, F4) bereits nach einem Messimpuls den Antriebsmotor (4) abschaltet (AUS) oder reversiert, wobei in einem definierten lastfreien Fehlerlernmodus (F, n=const), bei dem von einer konstant bleibenden Drehzahl (n) für zumindest eine Umdrehung (U) ausgegangen wird, ein konstanter Impuls-Toleranzfehler (— Δ/1,— Δ/2, +Δ/3,— Δ/4) der Sensoranordnung (2) durch Messung der zeitlichen Abweichungen (-Ati, -At2, +At3, -At ) der Messimpulse (II, 12, 13, 14) jeweils von ideal angenommenen Messimpulsen (101, 102, 103, 104) für mindestens eine Umdrehung (U) ermittelt und in einem Fehler adaptionsspeicher (8) abgelegt wird. Schaltvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (2) aus einem Polrad (5) und mindestens einem Hall-Sensor (6, 7) besteht, wobei das Polrad (5) zur Abgabe der Messimpulse (II, 12, 13, 14) Polübergänge aufweist, wobei die zu ermittelnden Impuls-Toleranzfehler (-Δ/1, -Δ/2, +Δ/3, -Δ/4) als Ungenauigkeiten an den
Polübergängen angenommen werden.
Schaltvorrichtung nach einem der vorangegangenen
Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im
Fehlerlernmodus (F, n=const.) bei der Ermittlung des/ der konstanten Impuls-Toleranzfehler(s)— All,—AI2, +Δ/3,— Δ/4 das Abtastzeitfenster des Prozessors erhöht wird, um den Abtast-Jitter (J) zu reduzieren.
Schaltvorrichtung nach einem der vorangegangenen
Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im
Fehlerlernmodus (F, n=const.) die Messwerte des/ der gleichen Umdrehungs-Segmente und entsprechenden Impuls- Toleranzfehler (s) (-Δ/1, -Δ/2, +Δ/3, -Δ/4) gemittelt werden.
PCT/EP2013/070336 2012-10-02 2013-09-30 Schaltvorrichtung für eine drehzahlerfassung bei elektromotorischen antrieben WO2014053440A1 (de)

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