WO2015192950A1 - Verfahren zur regelung der motordrehzahl eines elektrischen aufrollermotors eines gurtaufrollers - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for, in particular load-independent, control of the engine speed of an electric reel-up motor of a belt retractor.
  • CONFIRMATION COPY Increasing the motor current can be measured and the motor speed can be reduced when a defined value is reached.
  • the problem with this method is that with a large belt slack initially no or only a slight resistance when pulling the webbing is present. The webbing can be retracted very quickly in this case, which can lead to irritation of the vehicle occupant.
  • the object of the invention is to provide a method for controlling an electric Aufrollermotors of a belt retractor Gurtlosreduzi für in comfort mode, which allows easy control of the engine speed of the electric motor, so that for the vehicle occupant comfortable removal of belt slack takes place.
  • a method for controlling the engine speed of an electric retractor of a belt retractor for Gurtlosero réelle in comfort mode is provided with the following steps: a) measuring the current applied to the Aufrollermotor motor current and voltage applied to the Aufrollermotor voltage, b) estimation of the engine speed, taking into account the time course the motor current applied to the reel-up motor, the time profile of the voltage and a plurality of engine parameters, c) adaptation of the motor current as a function of the estimated engine speed, and d) repeating steps a) to c) until the estimated engine speed has reached a defined value.
  • the speed of the motor depends on the voltage applied to the motor terminal voltage. If the time profile of the current flowing in the reel-up motor and the time profile of the voltage applied to the reel-up motor are measured, then an estimate of the engine speed can be made without additional sensors being required.
  • a pulse-width-modulated operating voltage is determined from the voltage curve measured on the reel-up motor. About this pulse width of the operating voltage, the speed of the electric motor can be estimated.
  • engine characteristics may be, for example, the electric motor resistance of the retractor motor, the motor inductance of the retractor motor, and an engine-dependent constant determined beforehand. These motor characteristics can be determined in advance by measurements and stored in a memory.
  • the engine speed is estimated using the formula:
  • the angular velocity of the retractor motor and thus the rotational speed can be easily estimated from this. If this speed is estimated, the engine speed can be controlled with the steps c) and d) until a pleasant motor speed value or a predefined value of the engine speed is reached for the vehicle occupant.
  • the motor terminal voltage that is to say the voltage applied to the reel-up motor, can be determined, for example, from the pulse duty factor of the pulse width modulation and the bridge supply voltage, where:
  • FIG. 1 is a schematic representation of a belt retractor
  • FIG. 2 shows an electrical replacement diagram of an electric reel-up motor of the belt retractor from FIG. 1
  • FIG. 3 shows a flow chart of the method according to the invention for regulating the motor rotational speed of the electric reel-up motor of the belt retractor from FIG.
  • a belt retractor 10 is shown schematically, which has a belt reel 12, on the webbing 14 can be rolled up.
  • the Aufrollermotor 18 has the task of winding the webbing 14 before activating the belt tensioner 16 so far on the belt reel 12 that this rests on the vehicle occupant, so a belt slack before activation of the belt tensioner 16 is eliminated.
  • the webbing 14 should be rolled up as evenly and with a not too high speed (comfort mode).
  • the speed of the Aufrollvorgangs by an additional speed sensor on the Aufrollermotor 18 or the belt reel 12 is measured and the engine speed 18 is corrected accordingly. But this requires an additional speed sensor.
  • a DC voltage source 20 which is coupled to a controller 22, is provided on the reel-up motor 18. Furthermore, a measuring device 24 is provided which can measure the motor current applied to the reel-up motor and the voltage applied to the reel-up motor. This measuring device 24 is coupled to the controller 22.
  • the motor current applied to the reeling motor and the voltage applied to the reeling motor 18 are measured in a first method step.
  • the substitute electric diagram of the retractor motor 18 and the DC voltage source 20 is shown in FIG. This can be represented as a series circuit of the ohmic motor resistor R M , the motor inductance L M and the generator voltage source EMF. Furthermore, the DC voltage source DC ⁇ U B is shown.
  • the motor terminal voltage U M that is to say the voltage applied to the reel-up motor, can be determined, for example, from the pulse duty factor of the pulse width modulation and the bridge supply voltage, where:
  • the angular velocity and the rotational speed of the retractor motor 18 can be estimated.
  • the load torque M of the retractor motor 18 does not occur in the final equation, so that the - 7 -
  • Speed estimation is independent of the force acting on the webbing 14 resistance. As a result, even with a low resistance of the strap 14, that is, when a large belt slack is present, a slow retraction of the webbing 14, so that irritation to the vehicle occupant can be avoided.
  • the engine speed After the engine speed has been estimated using this formula, it can be compared to a predefined value and adjusted to the motor current depending on the estimated engine speed. Subsequently, the motor current and the voltage are again measured and a new estimate of the engine speed is made.
  • This process is repeated until the estimated engine speed has reached a defined value corresponding to the desired intake speed of the webbing 14.
  • a pulse-width-modulated operating voltage is determined by measuring the course of the voltage applied to the reel-up motor. With this a very good estimate of the engine speed is possible in the above equation, so that it can be set very accurately.
  • an amplitude-modulated voltage can be determined and the engine speed can be estimated based on this.
  • the webbing retraction and the elimination of the belt slack in pre-crash mode, ie in the presence of a critical driving situation, on the other hand takes place very quickly with maximum engine power.

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Abstract

Ein Verfahren zur Regelung der Motordrehzahl eines elektrischen Aufrollermotors (18) eines Gurtaufrollers (10) zur Gurtlosereduzierung im Komfortmodus weist die folgenden Schritten auf: a) Messung des am Aufrollermotor (18) anliegenden Motorstroms (lM) sowie der am Aufrollermotor (18) anliegenden Spannung, b) Abschätzung der Motordrehzahl unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs des am Aufrollermotor (18) anliegenden Motorstroms (lM), des Verlaufs der Spannung sowie mehrerer Motorkennwerte (RM, IM, KM), c) Anpassung des Motorstroms (lM) in Abhängigkeit von der geschätzten Motordrehzahl, und d) Wiederholen der Schritte a) bis c), bis die geschätzte Motordrehzahl einen definierten Wert erreicht hat.

Description

Verfahren zur Regelung der Motordrehzahl eines elektrischen Aufrollermotors eines Gurtaufrollers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur, insbesondere lastunabhängigen, Regelung der Motordrehzahl eines elektrischen Aufrollermotors eines Gurtaufrollers.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, um eine Gurtlose eines Fahrzeugsicherheitsgurts zu beseitigen. Ziel dieser Verfahren ist es, vor einem Rückhaltefall sicherzustellen, dass das Gurtband des Sicherheits- gurts am Fahrzeuginsassen anliegt, sodass bei einer Verzögerung des Fahrzeugs keine unnötige Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen erfolgt und dieser somit möglichst schnell an der Gesamtverzögerung des Fahrzeugs teilnehmen kann.
Das Einziehen des Gurtbandes und die Beseitigung der Gurtlose sollen im sogenannten Precrash-Modus, also bei Vorliegen einer kritischen Fahrsituation, einerseits sehr schnell erfolgen. Andererseits ist es gewünscht, dass die Beseitigung der Gurtlose im normalen Fahrbetrieb bzw. nach Anlegen des Gurtes (im Komfortmodus) für den Fahrzeuginsassen möglichst komfortabel verläuft. Aus der EP 1 651 478 B1 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, das als Führungsgröße zur Regelung dieses Prozesses das Motordrehmoment eines elektrischen Aufrollermotors verwendet, das sich aus dem Motorstrom ergibt. Liegt das Gurtband am Fahrzeuginsassen an, ist ein größeres Drehmoment erforderlich, um das Gurtband aufzurollen, so dass der Motorstrom ansteigt. Das
BESTÄTIGUNGSKOPIE Ansteigen des Motorstrom kann gemessen und bei Erreichen eines definierten Wertes die Motordrehzahl reduziert werden. Problematisch bei diesem Verfahren ist, dass bei einer großen Gurtlose zunächst kein oder nur ein geringer Widerstand beim Einzug des Gurtbands vorhanden ist. Das Gurtband kann in diesem Fall sehr schnell eingezogen werden, was zu Irritationen des Fahrzeuginsassen führen kann.
Um dieses Problem zu beheben, sind Verfahren bekannt, die über zusätzliche Sensoren, beispielsweise Hall-Sensoren, die Drehzahl der Gurtspule bzw. die Einzugsgeschwindigkeit des Gurtbands messen. Mit diesen Systemen ist eine Anpassung der Motordrehzahl und somit der Einzugsgeschwindigkeit des Gurtbands auf für den Fahrzeuginsassen komfortable Werte möglich.
Diese Verfahren benötigen aber zusätzliche Sensoren, durch die der Gurtaufroller aufwendiger und somit teurer wird. Zudem wird für diese Sensoren und eine gegebenenfalls erforderliche Auswerte- und Steuerungseinheit zusätzlicher Bauraum benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Aufrollermotors eines Gurtaufrollers zur Gurtlosereduzierung im Komfortmodus bereitzustellen, das eine einfache Regelung der Motordrehzahl des Elektromotors ermöglicht, sodass eine für den Fahrzeuginsassen möglichst komfortable Beseitigung der Gurtlose erfolgt.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Regelung der Motordrehzahl eines elektrischen Aufrollermotors eines Gurtaufrollers zur Gurtlosereduzierung im Komfortmodus mit folgenden Schritten vorgesehen: a) Messung des am Aufrollermotor anliegenden Motorstroms sowie der am Aufrollermotor anliegenden Spannung, b) Abschätzung der Motordrehzahl unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs des am Aufrollermotor anliegenden Motorstroms, des zeitlichen Verlaufs der Spannung sowie mehrerer Motorkennwerte, c) Anpassung des Motorstroms in Abhängigkeit von der geschätzten Motor- drehzahl, und d) Wiederholen der Schritte a) bis c), bis die geschätzte Motordrehzahl einen definierten Wert erreicht hat.
Die Drehzahl des Motors ist abhängig von der am Motor anliegenden Klemmenspannung. Wird der zeitliche Verlauf des im Aufrollermotor fließenden Stroms und der zeitliche Verlauf der am Aufrollermotor anliegenden Spannung gemessen, kann darüber eine Abschätzung der Motordrehzahl erfolgen, ohne dass zusätzliche Sensoren erforderlich sind.
Vorzugsweise wird aus dem Spannungsverlauf, der am Aufrollermotor gemessen wird, eine pulsweitenmodulierte Betriebsspannung ermittelt. Über diese Pulsweite der Betriebsspannung kann die Drehzahl des Elektromotors abgeschätzt werden.
Um eine bessere Abschätzung der Motordrehzahl zu erhalten, sind verschieden Motorkennwerte erforderlich. Diese Motorkennwerte können beispielsweise der elektrische Motorwiderstand des Aufrollermotors, die Motor- Induktivität des Aufrollermotors sowie eine motorabhängige Konstante, die vorab ermittelt wird, sein. Diese Motorkennwerte können vorab durch Messungen ermittelt und in einem Speicher abgelegt werden.
Vorzugsweise wird die Motordrehzahl mit folgender Formel abgeschätzt:
ω =
Figure imgf000005_0001
mit ω = Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Aufrollermotors UM = Motorklemmenspannung RM = Motorwiderstand des Aufrollermotors lM = am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom LM = Motorinduktivität des Aufrollermotors dlM/dt = zeitlicher Verlauf des am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom KM = Motorkonstante
Da alle Größen, die in der Formel aufgeführt sind, bekannt sind bzw. auf einfache Weise ermittelt werden können, kann daraus die Winkelgeschwindigkeit des Aufrollermotors und somit die Drehzahl einfach abgeschätzt werden. Ist diese Drehzahl abgeschätzt, kann mit den Schritten c) und d) eine Regelung der Motordrehzahl erfolgen, bis ein für den Fahrzeuginsassen angenehmer Wert der Motordrehzahl bzw. ein vorab definierter Wert der Motordrehzahl erreicht ist.
Die Motorklemmenspannung, also die am Aufrollermotor anliegende Spannung, kann beispielsweise ermittelt werden aus dem Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation und der Brückenspeisespannung, wobei gilt:
UM = DC*UB mit
DC = Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation
UB = Brückenspeisespannung Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 eine schematische Darstellung eines Gurtaufrollers,
- Figur 2 ein elektrisches Ersatzschaubild eines elektrischen Aufrollermotors des Gurtaufrollers aus Figur 1 , und - Figur 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung der Motordrehzahl des elektrischen Aufrollermotors des Gurtaufrollers aus Figur 1.
In Figur 1 ist schematisch ein Gurtaufroller 10 dargestellt, der eine Gurtspule 12 aufweist, auf der Gurtband 14 aufgerollt werden kann. An der Gurtspule 12 greifen ein Gurtstraffer 16 sowie ein Aufrollermotor 18 an. Der Aufrollermotor 18 hat die Aufgabe, das Gurtband 14 vor dem Aktivieren des Gurtstraffers 16 so weit auf der Gurtspule 12 aufzuwickeln, dass dieses am Fahrzeuginsassen anliegt, also eine Gurtlose vor Aktivierung des Gurtstraffers 16 beseitigt wird. Um diesen Aufrollvorgang für den Fahrzeuginsassen möglich angenehm zu gestalten und diesen nicht zu irritieren, soll das Gurtband 14 möglichst gleichmäßig und mit einer nicht zu hohen Geschwindigkeit aufgerollt werden (Komfortmodus). Üblicherweise wird die Geschwindigkeit des Aufrollvorgangs durch einen zusätzlichen Drehzahlsensor am Aufrollermotor 18 oder der Gurtspule 12 gemessen und die Motord rehzahl 18 entsprechend korrigiert. Dazu ist aber ein zusätzlicher Drehzahlsensor erforderlich.
Wie in Figur 2 zu sehen ist, ist am Aufrollermotor 18 eine Gleichspannungsstromquelle 20 vorgesehen, die mit einer Steuerung 22 gekoppelt ist. Des Weiteren ist eine Messeinrichtung 24 vorgesehen, die den am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom sowie die am Aufrollermotor anliegende Spannung messen kann. Diese Messeinrichtung 24 ist mit der Steuerung 22 gekoppelt.
Zur Regelung der Motordrehzahl des Aufrollermotors 18 wird in einem ersten Verfahrensschritt der am Aufrollermotor anliegende Motorstrom sowie die am Aufrollermotor 18 anliegende Spannung gemessen.
Anschließend wird der zeitliche Verlauf des Motorstroms sowie der Spannung ermittelt.
Das elektrische Ersatzschaubild des Aufrollermotors 18 sowie der Gleichspannungsquelle 20 ist in Figur 2 dargestellt. Dieses lässt sich als Reihen- Schaltung aus dem ohmschen Motorwiderstand RM, der Motorinduktivität LM sowie der Generatorspannungsquelle EMK darstellen. Des Weiteren ist die Gleichspannungsquelle DC■ UB dargestellt.
Der Zusammenhang dieser Größen mit den mechanischen Größen Drehzahl und Drehmoment des Aufrollermotors 18 lässt sich mit folgender Gleichung darstellen:
ÄAf · kv + £*r ~ + KM - ω ~ UM = 0
dt
Des Weiteren gilt Mit ω = Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Aufrollermotors UM = Motorklemmenspannung RM = Motorwiderstand des Aufrollermotors lM = am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom L-M = Motorinduktivität des Aufrollermotors dlM/dt = zeitlicher Verlauf des am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom KM = Motorkonstante
Diese Gleichung lässt sich nach der Winkelgeschwindigkeit ω des Aufrollermotors auflösen, sodass sich folgende Gleichung ergibt:
Figure imgf000008_0001
Alle Größen dieser Gleichung stehen der Motorsteuerung 22 während des Betriebs des Aufrollermotors 18 zur Verfügung. Entweder können diese vorab ermittelt und in einem Speicher abgelegt werden oder durch Messung am Aufrollermotor 18 ermittelt werden.
Die Motorklemmenspannung UM, also die am Aufrollermotor anliegende Spannung, kann beispielsweise ermittelt werden aus dem Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation und der Brückenspeisespannung, wobei gilt:
UM = DC*UB mit
DC = Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation
UB = Brückenspeisespannung
Somit lassen sich aus dieser Gleichung die Winkelgeschwindigkeit und die Drehzahl des Aufrollermotors 18 abschätzen. Das Lastmoment M des Aufrollermotors 18 kommt in der endgültigen Gleichung nicht vor, sodass die - 7 -
Drehzahlabschätzung unabhängig von dem auf das Gurtband 14 wirkenden Widerstand erfolgt. Dadurch erfolgt auch bei einem geringen Widerstand des Gurtbands 14, also wenn eine große Gurtlose vorhanden ist, ein langsames Einziehen des Gurtbands 14, so dass Irritationen für den Fahrzeuginsassen vermieden werden.
Nachdem die Motordrehzahl über diese Formel abgeschätzt wurde, kann diese mit einem vorab definierten Wert verglichen und der Motorstroms in Abhängigkeit von der geschätzten Motordrehzahl angepasst werden. Anschließend werden erneut der Motorstrom sowie die Spannung gemessen, und es wird eine neue Abschätzung der Motordrehzahl vorgenommen.
Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die geschätzte Motordrehzahl einen definierten Wert erreicht hat, der der gewünschten Einzugsgeschwindigkeit des Gurtbands 14 entspricht.
Vorzugsweise wird über die Messung des Verlaufs der am Aufrollermotor anliegenden Spannung eine pulsweitenmodulierte Betriebsspannung ermittelt. Mit dieser ist in der oben genannten Gleichung eine sehr gute Abschätzung der Motordrehzahl möglich, sodass diese sehr genau eingestellt werden kann.
Alternativ kann auch eine amplitudenmodulierte Spannung ermittelt werden und die Motordrehzahl anhand dieser abgeschätzt werden. Das Einziehen des Gurtbandes und die Beseitigung der Gurtlose im Precrash-Modus, also bei Vorliegen einer kritischen Fahrsituation, erfolgt dagegen sehr schnell mit maximaler Motorleistung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung der Motordrehzahl eines elektrischen Aufrollermotors (18) eines Gurtaufrollers (10) zur Gurtlosereduzierung im Komfortmodus mit folgenden Schritten:
a) Messung des am Aufrollermotor (18) anliegenden Motorstroms (IM) sowie der am Aufrollermotor (18) anliegenden Spannung,
b) Abschätzung der Motordrehzahl unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs des am Aufrollermotor (18) anliegenden Motorstroms(lM), des Verlaufs der Spannung sowie mehrerer Motorkennwerte (RM, IM, M),
c) Anpassung des Motorstroms (lM) in Abhängigkeit von der geschätzten Motordrehzahl, und
d) Wiederholen der Schritte a) bis c), bis die geschätzte Motordrehzahl einen definierten Wert erreicht hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Spannungsverlauf eine pulsweitennnodulierte Betriebsspannung (UB) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkennwerte (KM) der Motorwiderstand (RM) und die Motorinduktivität (LM) des Aufrollermotors sowie eine motorabhängiger Konstante (K )sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl mit folgender Formel abgeschätzt wird:
UM— ' i * hu ~ i *
ω = mit ω = Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Aufrollermotors UM = Motorklemmenspannung
RM = Motorwiderstand des Aufrollermotors
lM = am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom
I_M = Motorinduktiovität des Aufrollermotors
dlM/dt = zeitlicher Verlauf des am Aufrollermotor anliegenden Motorstrom KM = Motorkonstante
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