WO2015055426A1 - Verfahren und system zur positionsbestimmung in einem verstellsystem - Google Patents

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WO2015055426A1
WO2015055426A1 PCT/EP2014/070946 EP2014070946W WO2015055426A1 WO 2015055426 A1 WO2015055426 A1 WO 2015055426A1 EP 2014070946 W EP2014070946 W EP 2014070946W WO 2015055426 A1 WO2015055426 A1 WO 2015055426A1
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WO
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adjustment
drive unit
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vehicle
speed
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PCT/EP2014/070946
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Inventor
Christian Gruber
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/24476—Signal processing

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for position determination in an adjustment system, in particular a method and a system for position determination in an electrical adjustment system of a vehicle.
  • Adjustment systems have an immovable (static) element and a movable adjusting element whose position is adjustable by means of a drive unit relative to the immovable element, that is changeable. Adjustment systems are used in the field of automotive technology, for example, for the adjustment of sunroofs, vehicle doors, tailgates, cargo floor adjustments, seats or vehicle windows. Positional determinations in adjustment systems are usually indirect, for example, about the speed of the moving
  • Speed of the drive system determined. Under certain conditions ⁇ Be the adjustment but can unintentionally at ⁇ play as opposite to the direction of the last executed move, so move back. This may be the case, for example, when the drive unit relaxes after the desired movement has been carried out, thereby subsequently changing the position of the adjusting element. Even a minimal subsequent movement of the adjusting element can lead to problems in determining the current position.
  • Position changes of the adjustment can occur at any time after switching off the drive. However, the position change occurs relatively long on after switching off the drive, so an exact Positi ⁇ onsbetician circumstances is no longer possible because, in principle, be able to recognize a subsequent adjustment of the adjusting ⁇ elements usually existing evaluation units for position determination, but these may be turned off to save power - for example, if the adjustment system was not needed for a certain amount of time or if the vehicle was locked and the electronics switched off.
  • Object of the present invention is a system and a To provide a method which makes it possible to accurately determine the position of the adjusting element in an electrical adjustment system without prior normalization. This object is achieved by a system / method according to patent claim 1. Embodiments and developments of the invention are the subject of dependent claims.
  • a method for determining the position of an adjustment system with an immovable element, a movable relative to the adjusting element and a drive unit for the adjusting element is presented.
  • the method includes the
  • Determining physical variables in connection with the adjustment system performing a learning process for Ermit and learning position deviations or position changes of the adjustment at a determined by the physical quantities operating point of the electrical adjustment system and determining the actual position of the adjustment taking into account the determined physical Sizes and the learned position deviations or position changes of the adjusting element for the respective operating point.
  • the method allows for a low determination of the actual position without user of the process to bother with an excess of normalization costs.
  • Modeling allows processing of the information obtained from the measured physical quantities and the information obtained therefrom with the least possible outlay.
  • the physical quantities can be at least one of the following Parameters concern: electrical parameters of the drive unit, mechanical parameters of the drive unit and the temperature of the drive unit. These parameters allow a learning process with high accuracy and are easily determinable, ie either easy to measure itself or at least easily derivable from other quantities.
  • Suitable mechanical parameters of the drive unit for this purpose can be one or more of the following parameters: the degree of tension of mechanical components in the drive unit, the speed of a motor of the drive unit, the speed of the adjustment element and the distance traveled by the adjustment element.
  • the physical quantities may include at least system and environmental parameters which influence the position of the adjusting element.
  • the system and environmental parameters may advantageously comprise at least one of the following parameters: ambient temperature, speed of the adjustment system, acceleration and time acting on the adjustment system.
  • a learning process may be performed at predetermined times or on specific occasions.
  • At least one of the following events can be provided in which the vehicle or the adjusting system vibrations in which a door of the vehicle is closed is exposed, in which the vehicle is moving at a temperature above a certain choir ⁇ speed velocity is at which the vehicle is started and in which the electrical adjustment system is in an end stop.
  • a system for determining the position of an adjustment system with an immovable element, a movable relative to the adjusting element and a drive unit for the adjustment is presented.
  • the system provides sensors configured to detect physical quantities associated with the adjustment system, and a control device configured to provide a learning process for determining and learning positional deviations or positional changes of the adjustment member at a physical magnitude perform certain operating point of the electrical adjustment system, and to determine the actual position of the adjustment element taking into account the determined physical quantities and the learned position deviations or position changes of the adjustment element for the respective operating point.
  • the control device may comprise a processor unit, a first storage area for a modeling algorithm executing program and a second storage area in which the operating points are stored with positions and system and ambient ⁇ parameter.
  • Such a system may be implemented by conventional, easily adaptable means, such as a programmable microcontroller or an Applied-Specific-Integrated-Circuit (ASIC).
  • a Mo ⁇ model- ling also allows processing of the measured from the physical variables and the information obtained therefrom with the least possible effort.
  • At least a portion of the sensors may be configured to measure physical quantities relating to at least one of the following parameters: electrical parameters of the drive unit, mechanical parameters of the drive unit and temperature of the drive unit. These parameters allow a sufficient learning process with high accuracy and are easily determinable, ie, either easy to measure or at least easily derived from other variables.
  • Suitable mechanical parameters of the drive unit for this purpose can be one or more of the following parameters: the degree of tension of mechanical components in the drive unit, the speed of a motor of the drive unit, the speed of the adjustment element and the distance covered by the displacement element.
  • At least some of the sensors may also be designed to measure physical quantities which relate at least to system and environmental parameters which influence the position of the adjusting element. Making it possible to further increase the accuracy of learning exactly ⁇ or the model.
  • the system and environmental parameters may advantageously comprise at least one of the following parameters: ambient temperature, speed of the adjustment system, acceleration and time acting on the adjustment system. To further increase the accuracy of the system, a
  • At least one of the following events can be provided in which the vehicle or the adjusting system vibrations in which a door of the vehicle is closed is exposed, in which the vehicle is moving at a temperature above a certain choir ⁇ speed velocity is at which the vehicle is started and in which the electrical adjustment system is in an end stop.
  • a driver stage for driving the adjusting device of the control device can be connected downstream, which has only semiconductor elements as active switching elements.
  • Figure 1 is a diagram of an embodiment of an inventive method for determining the position in an adjustment
  • Figure 2 is a block diagram of an embodiment of an inventive system for position determination in a ⁇ adjustment system.
  • FIG. 1 shows a diagram of the individual sequences of a method for determining the position of an adjusting element, in which position changes or inaccuracies of the adjusting element occurring even after switching off can be detected.
  • the process can be split, for example, in three separate processes which take place once, recurrently or continuously ⁇ continuously, sequentially or simultaneously: a)
  • One of the processes (MP) relates to measuring or determining physical quantities related to the adjustment system. Part of the physical quantities refers to the movement of the adjustment itself and thus to the education ⁇ starting position of the adjustment, such as the 0
  • Speed of a motor in the drive unit or the Ge ⁇ speed of the adjustment element or of the distance covered by the adjusting element Another part concerns system and environmental parameters such as the temperature of the drive unit, electrical parameters of the drive unit, mechanical parameters of the drive unit, which may have an influence on the starting position, and the time. In some cases, empirical values stored in tables may be used instead of measurements.
  • System and environmental parameters may in particular be states of the motor vehicle and its components, such as the control device and the mechanism of the adjusting device.
  • States of the motor vehicle about the Anlagenge- are speed, different Be ⁇ accelerations of the vehicle running direction, which are characteristic, for example, a rough road, associated with variations in the vehicle electrical system voltage, the start-up of the adjusting device the motor, bindings in the mechanics of the adjusting device, which by characteristic changes Power consumption over the distance covered or the time expressed, and the slamming of a motor vehicle door.
  • LP learning process
  • certain behavioral patterns of the adjustment element are learned with respect to changes in position at certain work points, and then model the behavior patterns at different operating points using, for example, a model.
  • Machine learning refers to the "artificial" generation of knowledge from experience: An artificial system learns from examples and may even generalize after a certain learning phase, that is, it does not simply "memorize” the examples, but instead it can "recognize” laws in the learning data, so that the system can also evaluate unknown data.
  • the model itself can be realized, for example, by means of a corresponding algorithm.
  • the algorithm generates for a given set of inputs the model that describes the inputs and allows predictions
  • clustering methods that divide the data into several categories that differ from each other by characteristic patterns, such as the expectation maximization (EM) algorithm, which iteratively describes as the parameters of a model It determines that it optimally explains the data seen, basing it on the presence of unobservable categories and, in turn, evaluating the affiliation of the data to one of the categories and the parameters that make up the categories
  • Hidden Markov models HMMs
  • certain physical parameters relevant to the model are determined in the measuring process MP Quantities recorded and translated into appropriate information.
  • the current operating point of the adjustment system can be determined (step LP1), that is, for example, the starting position for the associated system and environment parameters, which as various electrical and mechanical parameters of the at ⁇ drive unit and the temperature of the drive unit with um ⁇ can.
  • the degree of stress of the mechanical components of the adjusting system can take into ⁇ into account in the particular operating point (step LP2).
  • the mechanical components may be, for example, the drive unit of the adjustment system or components thereof, such as a motor, a transmission or bearings.
  • the learning process LP may include determining a previous switching-off of the adjusting system to take ⁇ (step LP3).
  • the learning process LP can be carried out at specific times, but also on special occasions. In this way, an inclination of the adjustment to position changes of the adjustment since the last shutdown for the associated operating point can be learned easily.
  • a special occasion for example, when the adjustment in an end stop (eg fully open or closed window) ⁇ be found because these cases represent special calibration points (zero points). Is doing the learning process carried out in both travel limit positions, the accuracy of the Po ⁇ sitionsbetician can be increased.
  • the learning process may be performed, for example, at those times when the vehicle is already subject to vibration or vibration for other reasons. This is the case, for example, when the doors of the vehicle are closed. But even when starting the engine, the vehicle experiences, for example, vibrations. Even when the vehicle is in motion, especially at high speeds, it is exposed to certain vibrations.
  • the vehicle noise increases, so that caused by the learning process noises and vibrations are perceived less.
  • the vehicle is often shaken and the vehicle noise increases.
  • the adjustment system located at the time of Positi ⁇ onsbetician at an operating point, it can be seen from a previous learning process for the that the adjustment system tends in this operating point at any position change such as a reset or reverse rotation, the adjustment system can in this time completely against a End stop to be clamped to close, for example, a Kraftfahr ⁇ convincing side window tight.
  • the operating point at the time of position determination can first be determined (step API). Subsequently, based on the learned model, the adjustment (change in position) of the adjusting element can be determined as a function of this particular operating point in the determination of the actual position (step AP2).
  • FIG. 2 shows a system for determining a current position of the adjusting element in an adjustment system with a
  • Control device SV for example a microcontroller, comprises a processor unit PU, a memory area SP1 for the program executing the model algorithm and a memory area SP2 in which the operating points are stored with positions and system and environmental parameters.
  • the control device SV is coupled via (one or more) interfaces (interfaces) IF1, IF2 and IF3 with sensors SN and / or the on-board electronics BE of the vehicle.
  • the interface IF1 serves, for example, as an input for the measured quantities to be evaluated.
  • a driver stage TR for an engine MO of the adjustment system is activated via the interface IF2.
  • Interface IF3 provides the determined position of the adjusting element.
  • the motor MO moves the adjusting element of the adjusting device.
  • One or more of the interfaces IF1, IF2 and IF3 can be designed as connections to a CAN or LIN bus system of the motor vehicle.
  • suitable sensors SN are timers, temperature sensors, voltmeters, current sensors and acceleration sensors. Acceleration sensors measure about the movement of the motor vehicle or a motor vehicle part such as the door or the tailgate. Agent can admirungsmesssignalen loading, for example, also the use of one rough road or to award a movement of a door or a tailgate as clearly state iden tify ⁇ .
  • variables of the motor MO such as its current consumption, can be measured and evaluated.
  • the motion characteristics of electric motors can also be monitored by Hall sensors, for example. The evaluation of these signals allows conclusions about binding and pinching.
  • the processor unit calculates the home position from the sensor information and then adjusts it based on the measured system and environmental parameters according to the model to determine the actual actual position.
  • the technical implementation of the model in a microcontroller for example, be such that the modeling of ⁇ algorithm in the microcontroller is implemented as software. However, it is also conceivable that the microcontroller is realized in the form of an ASIC.
  • the memory areas SP1 and SP2 can also be realized in a single or separate memory element and also be integrated in the microcontroller or executed separately.
  • a system for position determination can control the drive unit, for example, by means of semiconductor switches or relays.
  • the use of semiconductor switches, such as, in particular, a semiconductor full bridge can be advantageous, since the learning process or the position determination can be carried out by means of a semiconductor full bridge, without being perceived by the vehicle occupants.
  • a relay it is usually unavoidable that the performance of the learning process and the position determination are perceived by the vehicle occupants.

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Abstract

Es wird ein Verfahren und ein System zur Positionsbestimmung eines Verstellsystems mit einem unbeweglichen Element, einem dem gegenüber beweglichen Verstellelement und einer Antriebseinheit für das Verstellelement vorgestellt. Es ist vorgesehen das Ermitteln physikalischer Größen (MP) im Zusammenhang mit dem Verstellsystem, das Durchführen eines Lernprozesses (LP) zum Ermitteln und Erlernen von Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements bei einem durch die physikalischen Größen bestimmtem Arbeitspunkt des elektrischen Verstellsystems (LP), und das Ermitteln der tatsächlichen Position des Verstellelements unter Berücksichtigung von den ermittelten physikalischen Größen und den erlernten Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements für den jeweiligen Arbeitspunkt.

Description

Beschreibung
Verfahren und System zur Positionsbestimmung in einem Verstellsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Positionsbestimmung in einem Verstellsystem, insbesondere ein Verfahren und ein System zur Positionsbestimmung in einem elektrischen Verstellsystem eines Fahrzeuges.
Verstellsysteme haben ein unbewegliches (statisches) Element und ein bewegliches Verstellelement, dessen Position mittels einer Antriebseinheit gegenüber dem unbeweglichen Element verstellbar, also veränderbar ist. Verstellsysteme werden im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik beispielsweise zur Verstellung von Schiebedächern, Fahrzeugtüren, Heckklappen, Ladebodenverstellungen, Sitzen oder Fahrzeugscheiben eingesetzt. Positionsbestimmungen bei Verstellsystemen werden meist indirekt, beispielsweise über die Geschwindigkeit des beweglichen
Verstellelements, den zurückgelegten Verstellweg oder die
Drehzahl des Antriebssystems ermittelt. Unter bestimmten Be¬ dingungen kann sich das Verstellelement aber ungewollt bei¬ spielsweise entgegen der Richtung der zuletzt ausgeführten Bewegung, also zurück bewegen. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn sich die Antriebseinheit nach dem Durchführen der gewünschten Bewegung entspannt und dadurch die Position des Verstellelements nachträglich verändert. Bereits eine minimale nachträgliche Bewegung des Verstellelements kann bei einer Bestimmung der aktuellen Position zu Problemen führen.
Soll bei einem Stellvorgang eine gewünschte Position präzise angefahren werden, so ist eine genaue Kenntnis der aktuellen Position des Verstellelementes erforderlich. Die Kenntnis der aktuellen Position ist meistens auch für die sichere Erkennung eines Einklemmfalls bei Fensterhebern, Schiebetüren, Heckklappen, elektrisch verstellbaren Fahrzeugsitzen etc. von Bedeutung . Positionsänderungen des Verstellelements können zu jedem beliebigen Zeitpunkt nach dem Abschalten des Antriebs auftreten. Tritt die Positionsänderung jedoch verhältnismäßig lange nach dem Abschalten des Antriebs auf, so ist eine exakte Positi¬ onsbestimmung unter Umständen nicht mehr möglich, da in der Regel vorhandene Auswerteeinheiten zur Positionsbestimmung zwar grundsätzlich eine nachträgliche Verstellung des Verstell¬ elements erkennen können, diese aber möglicherweise abgeschaltet werden, um Strom zu sparen - beispielsweise wenn das Verstellsystem eine bestimmte Zeit nicht benötigt wurde oder wenn das Fahrzeug abgeschlossen und die Elektronik abgeschaltet wurde. Es kann aber auch vorkommen, dass die Auswerteeinheiten nicht ausreichend genau sind, um beispielsweise kleinere Positi¬ onsänderungen bestimmen zu können. Viele Verstellsysteme wie beispielsweise Fensterheber haben zwei Endpositionen wie beispielsweise offen und geschlossen. Es sind elektrische Verstellsysteme bekannt, welche zunächst in we¬ nigstens eine der vorhandenen Endpositionen verspannt werden, um eine Positionskalibrierung durch Normierung auf die bekannte Endposition durchzuführen, bevor das System in die gewünschte Richtung gefahren wird. Die Kalibrierung kann zum Beispiel durch eine Normierfahrt bis zum Blockieren des Antriebs in der Endposition erfolgen. Diese Position markiert den Nullpunkt für die Erfassung der darauf folgenden Bewegung. In manchen Systemen ist eine Normierfahrt jedoch nicht möglich und somit auch nicht eine genaue Bestimmung der Position während und nach der Bewegung .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht, die Position des Verstellelements in einem elektrischen Verstellsystem ohne vorhergehende Normierung genau zu bestimmen. Diese Aufgabe wird durch ein System/Verfahren gemäß Patent¬ anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Es wird insbesondere ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Verstellsystems mit einem unbeweglichen Element, einem dem gegenüber beweglichen Verstellelement und einer Antriebseinheit für das Verstellelement vorgestellt. Das Verfahren umfasst das
Ermitteln physikalischer Größen im Zusammenhang mit dem Verstellsystem, das Durchführen eines Lernprozesses zum Er- mittein und Erlernen von Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements bei einem durch die physikalischen Größen bestimmtem Arbeitspunkt des elektrischen Verstellsystems und das Ermitteln der tatsächlichen Position des Verstellelements unter Berücksichtigung von den ermittelten physikalischen Größen und den erlernten Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements für den jeweiligen Arbeitspunkt. Das Verfahren erlaubt bei geringem apparativen Aufwand eine genaue Bestimmung der tatsächlichen Position ohne Nutzer des Verfahrens durch eine übermäßige Zahle von Nor- mierungsfahrten zu belästigen.
Bei einer Ausführungsform wird das beim Lernprozess Erlernte in ein Modell für Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements bei verschiedenen Arbeitspunkten einge- geben. Eine Modellierung erlaubt eine Verarbeitung der aus den gemessenen physikalischen Größen und der daraus gewonnenen Informationen mit geringstem möglichen Aufwand.
Die physikalischen Größen können zumindest einen der folgenden Parameter betreffen: elektrische Parameter der Antriebseinheit, mechanische Parameter der Antriebseinheit und die Temperatur der Antriebseinheit. Diese Parameter erlauben einen Lernprozess mit hoher Genauigkeit und sind leicht bestimmbar, d.h., entweder selbst leicht zu messen oder zumindest aus anderen Größen leicht herleitbar .
Hierfür geeignete mechanische Parameter der Antriebseinheit können einer oder mehrere der folgenden Parameter sein: der Verspannungsgrad von mechanischen Komponenten in der Antriebseinheit, die Drehzahl eines Motors der Antriebseinheit, die Geschwindigkeit des Verstellelements und der zurückgelegte Weg des Verstellelements. Um die Genauigkeit des Verfahrens weiter zu erhöhen, können die physikalischen Größen zumindest System- und Umgebungsparameter umfassen, welche auf die Position des Verstellelements Einfluss haben . Die System- und Umgebungsparameter können dabei vorteilhafterweise zumindest einen der folgenden Parameter umfassen: Umgebungstemperatur, Geschwindigkeit des Verstellsystems, auf das Verstellsystem wirkende Beschleunigung und Zeit. Um die Genauigkeit des Verfahrens weiter zu erhöhen, kann ein Lernprozess zu vorgegebenen Zeitpunkten oder bestimmten Anlässen durchgeführt wird.
Als vorgegebener Zeitpunkt oder bestimmter Anlass kann zumindest eines der folgenden Ereignisse vorgesehen werden, bei welchem das Fahrzeug oder das Verstellsystem Erschütterungen ausgesetzt ist, bei welchem eine Tür des Fahrzeugs geschlossen wird, bei welchem das Fahrzeug mit einer über einer bestimmten Mindestge¬ schwindigkeit liegenden Geschwindigkeit bewegt wird, bei welchem das Fahrzeug gestartet wird und bei welchem sich das elektrische Verstellsystem in einem Endanschlag befindet.
Es wird insbesondere auch ein System zur Positionsbestimmung eines Verstellsystems mit einem unbeweglichen Element, einem dem gegenüber beweglichen Verstellelement und einer Antriebseinheit für das Verstellelement vorgestellt. Das System sieht folgendes vor: Sensoren, die dazu ausgebildet sind, physikalische Größen im Zusammenhang mit dem Verstellsystem zu erfassen, und eine Steuerungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Lernprozesses zum Ermitteln und Erlernen von Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements bei einem durch die physikalischen Größen bestimmtem Arbeitspunkt des elektrischen Verstellsystems durchzuführen, und die tatsächliche Position des Verstellelements unter Berücksichtigung von den ermittelten physikalischen Größen und den erlernten Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements für den jeweiligen Arbeitspunkt zu ermitteln. Die Steuerungsvorrichtung kann eine Prozessoreinheit, einen ersten Speicherbereich für ein einen Modellierungsalgorithmus ausführendes Programm und einen zweiten Speicherbereich, in dem die Arbeitspunkte mit Positionen und System- und Umgebungs¬ parameter abgelegt werden, aufweisen. Ein solches System kann mit gebräuchlichen, leicht anpassbaren Mitteln realisiert werden wie beispielsweise einem programmierbaren MikroController oder einem ASIC (Applied-Specific-Integrated-Circuit ) . Eine Mo¬ dellierung erlaubt darüber hinaus eine Verarbeitung der aus den gemessenen physikalischen Größen und der daraus gewonnenen Informationen mit geringstem möglichen Aufwand.
Zumindest ein Teil der Sensoren kann dazu ausgebildet sein, physikalische Größen zu messen, die zumindest einen der folgenden Parameter betreffen: elektrische Parameter der Antriebseinheit, mechanische Parameter der Antriebseinheit und Temperatur der Antriebseinheit. Diese Parameter erlauben einen ausreichenden Lernprozess mit hoher Genauigkeit und sind leicht bestimmbar, d.h., entweder selbst leicht zumessen oder zumindest aus anderen Größen leicht herleitbar.
Hierfür geeignete mechanische Parameter der Antriebseinheit können einer oder mehrere der folgenden Parameter sein: der Verspannungsgrad von mechanischen Komponenten in der An- triebseinheit , die Drehzahl eines Motors der Antriebseinheit, die Geschwindigkeit des Verstellelements und der zurückgelegte Weg des Verstellelements.
Zumindest ein Teil der Sensoren kann auch dazu ausgebildet ist, physikalische Größen zu messen, die zumindest System- und Umgebungsparameter betreffen, welche auf die Position des Verstellelements Einfluss haben. Damit lässt sich die Genau¬ igkeit des Erlernens bzw. des Modells weiter erhöhen. Die System- und Umgebungsparameter können dabei vorteilhafterweise zumindest einen der folgenden Parameter umfassen: Umgebungstemperatur, Geschwindigkeit des Verstellsystems, auf das Verstellsystem wirkende Beschleunigung und Zeit. Um die Genauigkeit des Systems weiter zu erhöhen, kann ein
Lernprozess zu vorgegebenen Zeitpunkten oder bestimmten Anlässen durchgeführt wird.
Als vorgegebener Zeitpunkt oder bestimmter Anlass kann zumindest eines der folgenden Ereignisse vorgesehen werden, bei welchem das Fahrzeug oder das Verstellsystem Erschütterungen ausgesetzt ist, bei welchem eine Tür des Fahrzeugs geschlossen wird, bei welchem das Fahrzeug mit einer über einer bestimmten Mindestge¬ schwindigkeit liegenden Geschwindigkeit bewegt wird, bei welchem das Fahrzeug gestartet wird und bei welchem sich das elektrische Verstellsystem in einem Endanschlag befindet.
Um in der Nähe des Verstellsystems sich aufhaltende Personen nicht zu stören, kann eine Treiberstufe für den Antrieb der Versteileinrichtung der Steuerungsvorrichtung nachgeschaltet sein, welche nur Halbleiterelemente als aktive Schaltelemente aufweist .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 in einem Diagramm ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Positionsbestimmung in einem Verstellsystem und
Figur 2 in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System zur Positions¬ bestimmung in einem Verstellsystem.
Figur 1 zeigt in einem Diagramm die einzelnen Abläufe eines Verfahrens zur Positionsbestimmung eines Verstellelements, bei dem auch nach dem Ausschalten auftretende Positionsänderungen oder Ungenauigkeiten des Verstellelements erfasst werden können. Das Verfahren kann beispielsweise in drei einzelne Prozesse aufgespalten werden, die einmalig, wiederkehrend oder fort¬ laufend, sequentiell oder gleichzeitig ablaufen: a) Einer der Prozesse (MP) betrifft das Messen bzw. Bestimmen physikalischer Größen im Zusammenhang mit dem Verstellsystem. Ein Teil der physikalischen Größen bezieht sich dabei auf die Bewegung des Verstellelements selbst und somit auf die Aus¬ gangsposition des Verstellelementes wie zum Beispiel die 0
o
Drehzahl eines Motors in der Antriebseinheit oder die Ge¬ schwindigkeit des Verstellelements oder der zurückgelegte Weg des Verstellelements. Ein anderer Teil betrifft System- und Umgebungsparameter wie zum Beispiel die Temperatur der An- triebseinheit , elektrische Parameter der Antriebseinheit, mechanische Parameter der Antriebseinheit, welche auf die Ausgangsposition nachträglich Einfluss haben können, sowie die Zeit. Anstelle von Messungen können unter Umständen auch in Tabellen abgelegte Erfahrungswerte verwendet werden.
System- und Umgebungsparameter können insbesondere Zustände des Kraftfahrzeuges und seiner Bauelemente, wie beispielsweise die Steuerungsvorrichtung und die Mechanik der Versteileinrichtung sein. Zustände des Kraftfahrzeugs sind etwa die Fahrzeugge- schwindigkeit , von der Fahrzeugfahrtrichtung abweichende Be¬ schleunigungen, die beispielsweise für eine Schlechtwegstrecke charakteristisch sind, Schwankungen der Bordnetzspannung, der Anlauf eines der Versteileinrichtung zugeordneten Motors, Schwergängigkeiten in der Mechanik der Versteileinrichtung, die durch charakteristische Änderungen der Leistungsaufnahme über der zurückgelegten Wegstrecke oder der Zeit zum Ausdruck kommen, und das Zuschlagen einer Kraftfahrzeugtür sein. b) In einem Lernprozess (LP) werden bestimmte Verhaltensmuster des Verstellelements bezüglich Positionsänderungen bei bestimmten Arbeitspunkten erlernt, um dann anhand beispielsweise eines Modells die Verhaltensmuster bei verschiedenen Arbeitspunkten nachzubilden. Als Arbeitspunkt ist eine bestimmte Position unter bestimmten System- und Umgebungsparametern zu verstehen. Unter maschinellem Lernen ist hierbei die „künstliche" Generierung von Wissen aus Erfahrung zu verstehen. Ein künstliches System lernt aus Beispielen und kann nach einer bestimmten Lernphase unter Umständen sogar verallgemeinern. Das heißt, es lernt nicht einfach die Beispiele "auswendig", sondern es „erkennt" Gesetzmäßigkeiten in den Lerndaten. So kann das System auch unbekannte Daten beurteilen. Das Modell selbst kann zum Beispiel mittels eines entsprechenden Algorithmus realisiert werden. Der Algorithmus erzeugt für eine gegebene Menge von Eingaben das Modell, das die Eingaben beschreibt und Vorhersagen ermöglicht. Dabei gibt es Clustering-Verfahren, die die Daten in mehrere Kategorien einteilen, die sich durch charakteristische Muster voneinander unterscheiden. Ein solcher Algorithmus ist zum Beispiel der Expectation-Maximization-Algorithmus (kurz EM-Algorithmus) , der iterativ die Parameter eines Modells so festlegt, dass es die gesehenen Daten optimal erklärt. Er legt dabei das Vorhandensein nicht beobachtbarer Kategorien zugrunde und schätzt abwechselnd die Zugehörigkeit der Daten zu einer der Kategorien und die Parameter, die die Kategorien ausmachen. Eine Anwendung des EM-Algorithmus findet sich beispielsweise in den Hidden-Markov-Models (HMMs) . Andere Methoden des unüberwachten Lernens, wie etwa die Hauptkomponentenanalyse verzichten auf die Kategorisierung . Sie zielen darauf ab, die beobachteten Daten in eine einfachere Repräsentation zu übersetzen, die sie trotz drastisch reduzierter Information möglichst genau wiedergibt. Daneben können auch auf statistischer Auswertung beruhende Lernverfahren oder adaptive Verfahren oder neuronale Netze beim Lernprozess Anwendung finden. c) In einem Auswertungsprozess wird zunächst die Ausgangspo¬ sition bei den jeweiligen System- und Umgebungsparametern errechnet und eventuell davon abweichende tatsächliche Posi¬ tionen oder nachträglich auftretende Positionsänderungen anhand sich ändernder System- und Umgebungsparametern mittels des Modells die tatsächliche aktuelle korrigierte Position des Verstellsystems bestimmt.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden im Messprozess MP bestimmte für das Modell relevante physikalische Größen erfasst und in entsprechende Informationen umgesetzt. Anhand dieser Information kann in einem Lernprozess LP der aktuelle Arbeitspunkt des Verstellsystems bestimmt werden (Schritt LP1) , das heißt beispielsweise die Ausgangsposition bei den zugehörigen System- und Umgebungsparametern, welche etwa verschiedene elektrische und mechanische Parameter der An¬ triebseinheit und die Temperatur der Antriebseinheit mit um¬ fassen können. Weiterhin kann der Verspannungsgrad der mechanischen Komponenten des Verstellsystems bei dem bestimmten Arbeitspunkt berück¬ sichtigt werden (Schritt LP2). Die mechanischen Komponenten können beispielsweise die Antriebseinheit des Verstellsystems oder Komponenten davon sein wie etwa ein Motor, ein Getriebe oder Lagerungen. Außerdem kann der Lernprozess LP das Bestimmen eines vorangegangenen AbschaltZeitpunktes des Verstellsystems um¬ fassen (Schritt LP3) .
Der Lernprozess LP kann dabei zu bestimmten Zeitpunkten, aber auch zu besonderen Anlässen durchgeführt werden. Auf diese Weise kann eine Neigung des Verstellsystems zu Positionsänderungen des Verstellelements seit dem letzten Abschalten für den zugehörigen Arbeitspunkt einfach erlernt werden. Ein besonderer Anlass ist zum Beispiel, wenn sich das Verstellsystem in einem Endanschlag (z.B. vollständig geöffnetes oder geschlossenes Fenster) be¬ findet, da diese Fälle besondere Kalibrierpunkte (Nullpunkte) darstellen. Wird dabei der Lernprozess in beiden Endanschlagspositionen durchgeführt, kann die Genauigkeit der Po¬ sitionsbestimmung erhöht werden.
Das Durchführen eines Lernprozesses kann beispielsweise durch plötzliche und für Fahrzeuginsassen unerwartete Aktivierung der Antriebseinheit des Verstellsystems zu Irritationen der
Fahrzeuginsassen führen. Dies kann ein Sicherheitsrisiko darstellen, wenn beispielsweise der Fahrer des Fahrzeugs durch plötzliche Geräusche oder Vibrationen erschreckt oder abgelenkt wird. Aus diesem Grund kann der Lernprozess beispielsweise zu solchen Zeitpunkten durchgeführt werden, in welchen das Fahrzeug bereits aus anderen Gründen Vibrationen oder Erschütterungen ausgesetzt ist. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die Türen des Fahrzeugs geschlossen werden. Aber auch beim Starten des Motors erfährt das Fahrzeug beispielsweise Vibrationen. Auch wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, ist es gewissen Vibrationen ausgesetzt.
Gerade bei hohen Geschwindigkeiten nehmen auch die Fahrzeuggeräusche zu, so dass durch den Lernprozess verursachte Geräusche und Erschütterungen weniger wahrgenommen werden. Gerade auch beim Fahren auf schlechten Fahrwegen wird das Fahrzeug häufig erschüttert und die Fahrzeuggeräusche nehmen zu.
Befindet sich das Verstellsystem zum Zeitpunkt der Positi¬ onsbestimmung in einem Arbeitspunkt, für den aus einem vorangegangenen Lernprozess erkennbar ist, dass das Verstellsystem in diesem Arbeitspunkt zu keiner Positionsänderung wie zum Beispiel eine Rückstellung oder Rückdrehung neigt, kann das Verstellsystem in diesem Zeitpunkt komplett gegen einen Endanschlag verspannt werden, um beispielsweise ein Kraftfahr¬ zeugseitenfenster dicht zu schließen.
Bei der Bestimmung einer aktuellen Position des Verstellelements in einem Auswerteprozess AP kann zunächst der Arbeitspunkt zum Zeitpunkt der Positionsbestimmung ermittelt werden (Schritt API) . Anschließend kann anhand des angelernten Modells die Verstellung (Positionsänderung) des Verstellelements in Abhängigkeit für diesen jeweiligen Arbeitspunkt bei der Bestimmung der tatsächlichen Position ermittelt werden (Schritt AP2).
Figur 2 zeigt ein System zur Bestimmung einer aktuellen Position des Verstellelements in einem Verstellsystem mit einer
Steuerungsvorrichtung SV. Die Steuerungsvorrichtung SV, beispielsweise ein MikroController, umfasst eine Prozessoreinheit PU, einen Speicherbereich SP1 für das den Modellalgorithmus ausführende Programm und einen Speicherbereich SP2, in dem die Arbeitspunkte mit Positionen und System-und Umgebungsparametern abgelegt werden. Die Steuerungsvorrichtung SV ist über (eine oder) mehrere Schnittstellen (Interfaces) IFl, IF2 und IF3 mit Sensoren SN und/oder der Bordelektronik BE des Fahrzeugs ge- koppelt. Die Schnittstelle IFl dient beispielsweise als Eingang für die auszuwertenden gemessenen Größen. Über die Schnittstelle IF2 wird beispielsweise eine Treiberstufe TR für einen Motor MO des Verstellsystems angesteuert. Schnittstelle IF3 stellt die ermittelte Position des Verstellelements bereit. Der Motor MO bewegt das Verstellelement der Versteileinrichtung. Eine oder mehrere der Schnittstellen IFl, IF2 und IF3 können als Anschlüsse an einen CAN- oder LIN-Bussystem des Kraftfahrzeuges ausgebildet sein . Als Sensoren SN eignen sich beispielsweise Zeitgeber, Temperatursensoren, Spannungsmesser, Stromsensoren und Beschleunigungssensoren. Beschleunigungssensoren messen etwa die Bewegung des Kraftfahrzeuges oder eines Kraftfahrzeugteiles wie beispielsweise der Tür- oder der Heckklappe. Mittels Be- schleunigungsmesssignalen lässt sich beispielsweise auch das Befahren einer Schlechtwegstrecke oder die Zuschlagbewegung einer Tür bzw. einer Heckklappe eindeutig als Zustand iden¬ tifizieren. Ebenso können auch Größen des Motors MO, wie etwa dessen Stromaufnahme, gemessen und ausgewertet werden. Die Bewegungscharakteristik von Elektromotoren lässt sich beispielsweise auch durch Hallsensoren überwachen. Die Auswertung dieser Signale erlaubt Rückschlüsse auf Schwergängigkeiten und Einklemmfälle . Die Prozessoreinheit errechnet aus den Sensorinformationen die Ausgangsposition und passt diese dann anhand der gemessenen System- und Umgebungsparameter entsprechend dem Modell an, um die tatsächliche aktuelle Position zu ermitteln.
Die technische Umsetzung des Modells in einem MikroController kann beispielsweise so erfolgen, dass das der Modellierungs¬ algorithmus im MikroController als Software realisiert wird. Es ist aber ebenso denkbar, dass der MikroController in Form eines ASICs realisiert ist. Die Speicherbereiche SP1 und SP2 können zudem in einem einzigen oder in getrennten Speicherelement realisiert werden und ebenfalls im MikroController integriert oder separat ausgeführt sein. Ein System zur Positionsbestimmung kann beispielsweise mittels Halbleiterschalter oder Relais die Antriebseinheit ansteuern. In manchen Applikationen kann die Verwendung von Halbleiterschaltern wie insbesondere einer Halbleitervollbrücke vor¬ teilhaft sein, da das Durchführen des Lernprozesses oder der Positionsbestimmung mittels einer Halbleitervollbrücke durchgeführt werden kann, ohne von den Fahrzeuginsassen wahrgenommen zu werden. Bei Verwendung eines Relais ist es hingegen meist nicht vermeidbar, dass das Durchführen des Lernprozesses und der Positionsbestimmung von den Fahrzeug- insassen wahrgenommen werden.
Neben elektrischen Verstellsystemen eigenen sich auch alle anderen Verstellsysteme wie etwa pneumatische oder hydraulische Systeme in gleicherweise für eine Anwendung des erfindungs- gemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Systems. Ebenso ist jeder Lernalgorithmus anwendbar, der eine ausreichend genaue Vorhersage. Neben den oben angesprochenen Bewegungsänderungen entgegen der ursprünglichen Bewegungsrichtung können auch alle anderen Richtungen, wie zum Beispiel ein Nachlaufen in Richtung der ursprünglichen Bewegung, erfasst werden
Bezugs zeichenliste
AP Auswerteprozess
API, AP2 Auswerteprozessschritte
AW Verstellelement
BE Bordelektronik
IF1, IF2, IF3 Schnittstellen
LP Lernprozess
LP1, LP2, LP3 Lernprozessschritte
MO Antriebseinheit
MP Messprozess
PU Prozessoreinheit
SN Sensoren
SP1 erster Speicherbereich
SP2 zweiter Speicherbereich
SV Steuervorrichtung
TR Treiberstufe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Positionsbestimmung eines Verstellsystems mit einem unbeweglichen Element, einem dem gegenüber beweglichen Verstellelement und einer Antriebseinheit für das Verstell¬ element, wobei das Verfahren aufweist:
Ermitteln physikalischer Größen (MP) im Zusammenhang mit dem Verstellsystem,
Durchführen eines Lernprozesses (LP) zum Ermitteln und Erlernen von Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements bei einem durch die physikalischen Größen bestimmtem Arbeitspunkt des elektrischen Verstellsystems (LP) ; und
Ermitteln der tatsächlichen Position des Verstellelements (AW) unter Berücksichtigung von den ermittelten physikalischen Größen und den erlernten Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements für den jeweiligen Arbeitspunkt .
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das beim Lernprozess (LP) Erlernte in ein Modell für Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements bei verschiedenen Arbeitspunkten eingegeben wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die physikalischen Größen zumindest einen der folgenden Parameter betreffen: elektrische Parameter der Antriebseinheit, mechanische Para¬ meter der Antriebseinheit und die Temperatur der Antriebs¬ einheit .
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die mechanischen Parameter der Antriebseinheit zumindest einen der folgenden Parameter betreffen: den Verspannungsgrad von mechanischen Komponenten in der Antriebseinheit, die Drehzahl eines Motors der Antriebseinheit, die Geschwindigkeit des Verstellelements und den zurückgelegte Weg des Verstellelements.
5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die physikalischen Größen zumindest System- und Umgebungsparameter umfassen, welche auf die Position des Verstellelements Einfluss haben .
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die System- und Umge- bungsparameter zumindest einen der folgenden Parameter umfassen:
Umgebungstemperatur, Geschwindigkeit des Verstellsystems, auf das Verstellsystem wirkende Beschleunigung und Zeit.
7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Lernprozess zu vorgegebenen Zeitpunkten oder bestimmten Anlässen durchgeführt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei als vorgegebener Zeitpunkt oder bestimmter Anlass zumindest eines der folgende Ereignisse vorgesehen ist,
bei welchem das Fahrzeug oder das Verstellsystem Erschütterungen ausgesetzt ist,
bei welchem eine Tür des Fahrzeugs geschlossen wird, bei welchem das Fahrzeug mit einer über einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit bewegt wird, bei welchem das Fahrzeug gestartet wird und
bei welchem sich das elektrische Verstellsystem in einem Endanschlag befindet.
9. System zur Positionsbestimmung eines Verstellsystems mit einem unbeweglichen Element, einem dem gegenüber beweglichen Verstellelement und einer Antriebseinheit (MO) für das Vers¬ tellelement, wobei das System aufweist:
Sensoren (SN) , die dazu ausgebildet sind, physikalische Größen im Zusammenhang mit dem Verstellsystem zu erfassen, einer Steuerungsvorrichtung (SV) , die dazu ausgebildet ist, einen Lernprozess zum Ermitteln und Erlernen von Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstellelements bei einem durch die physikalischen Größen bestimmtem Arbeitspunkt des elektrischen Verstellsystems durchzuführen, und die tat¬ sächliche Position des Verstellelements unter Berücksichtigung von den ermittelten physikalischen Größen und den erlernten Positionsabweichungen oder Positionsänderungen des Verstell- elements für den jeweiligen Arbeitspunkt zu ermitteln.
10. System gemäß Anspruch 9, wobei Steuerungsvorrichtung (SV) eine Prozessoreinheit (PU) , einen ersten Speicherbereich (SP1) für ein einen Modellierungsalgorithmus ausführendes Programm und einen zweiten Speicherbereich (SP2), in dem die Arbeitspunkte mit Positionen und System- und Umgebungsparameter abgelegt werden, umfasst .
11. System gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei zumindest ein Teil der Sensoren (SN) dazu ausgebildet ist, physikalische Größen zu messen, die zumindest einen der folgenden Parameter betreffen: elektrische Parameter der Antriebseinheit, mechanische Para¬ meter der Antriebseinheit und die Temperatur der Antriebs¬ einheit .
12. System gemäß Anspruch 11, wobei die mechanischen Parameter der Antriebseinheit zumindest einen der folgenden Parameter betreffen: den Verspannungsgrad von mechanischen Komponenten in der Antriebseinheit, die Drehzahl eines Motors der Antriebs- einheit, die Geschwindigkeit des Verstellelements und den zurückgelegte Weg des Verstellelements.
13. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zu¬ mindest ein Teil der Sensoren (SN) dazu ausgebildet ist, physikalische Größen zu messen, die zumindest System- und Umgebungsparameter betreffen, welche auf die Position des Verstellelements Einfluss haben.
14. System gemäß Anspruch 13, wobei die System- und Umge¬ bungsparameter zumindest einen der folgenden Parameter umfassen: Umgebungstemperatur, Geschwindigkeit des Verstellsystems, auf das Verstellsystem wirkende Beschleunigung und Zeit.
15. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein
Lernprozess zu vorgegebenen Zeitpunkten oder bestimmten Anlässen durchgeführt wird.
16. System gemäß Anspruch 15, wobei als vorgegebener Zeitpunkt oder bestimmter Anlass zumindest eines der folgende Ereignisse vorgesehen ist,
bei welchem das Fahrzeug oder das Verstellsystem Erschütterungen ausgesetzt ist,
bei welchem eine Tür des Fahrzeugs geschlossen wird, bei welchem das Fahrzeug mit einer über einer bestimmten
Mindestgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit bewegt wird, bei welchem das Fahrzeug gestartet wird und
bei welchem sich das elektrische Verstellsystem in einem Endanschlag befindet.
17. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerungsvorrichtung (SV) einen MikroController oder ein ASIC (Applied Specific Integrated Circuit) aufweist.
18. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Treiberstufe (TR) für den Antrieb der Versteileinrichtung der Steuerungsvorrichtung (SV) nachgeschaltet ist und die Trei¬ berstufe (TR) nur Halbleiterelemente als aktive Schaltelemente aufweist .
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