WO2023093947A1 - Verfahren zum bestimmen der strom-kraft-proportionalitätskonstante eines elektromotors und fahrzeug mit einem von einem elektromotor angetriebenen fahrzeugfenster - Google Patents

Verfahren zum bestimmen der strom-kraft-proportionalitätskonstante eines elektromotors und fahrzeug mit einem von einem elektromotor angetriebenen fahrzeugfenster Download PDF

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Definitions

  • window actuation is to be understood essentially as the actuation of the window pane.
  • a control unit based on algorithms, specifies control signals for the electric motor that cause the desired movement.
  • algorithms There are several functions implemented as algorithms that are housed in the control unit and require a value for the force that acts on a window while it is moving. In this way, for example, the force during the movement of the window in the edge rubber can be limited shortly before it comes to a standstill or a person can be protected from injury without jerks.
  • a dedicated force sensor is usually not available. But the relationship between current and force is constant for any motor. Since the motor current is usually measured or specified and is therefore available, the force can be calculated using a rescaling factor, a current-force proportionality constant.
  • the problem here is that the current-force proportionality constant is different for a set of essentially the same motors of one type of motor, resulting in a varying force value even when the motor current signal is good.
  • the object of the invention is now to specify a method for determining the current-force proportionality constant of an electric motor and a vehicle with a vehicle window driven by an electric motor, which can be implemented simply and inexpensively.
  • the spring constant D of an im The spring element arranged along the travel path of the vehicle window is determined, with the electric motor being operated so that a force is exerted on the spring element, and the current AI flowing in the electric motor and the deflection As of the spring element occurring as a result of the motor force being determined, with a control unit using the formula the current-force proportionality constant f is determined.
  • the spring element is a dedicated spring that is placed in the travel path of the vehicle window.
  • the spring element can be a rubber seal at the end of window travel. This is already available and its spring rate and deflection can be determined.
  • the current-force proportionality constant f is determined by means of a control unit which controls the movement of the vehicle window and to which the current AI and the spring deflection As are supplied.
  • This control unit is already present and it can easily take over this additional task.
  • the object is also achieved by a vehicle with a vehicle window driven by an electric motor, with the electric motor being controlled by a control unit, with a spring element having a spring constant D being arranged in the travel path of the vehicle window, with the electric motor and the spring element being signaled to the control unit are connected, so that the current AI through the electric motor and the spring deflection As are supplied to the control unit during operation of the electric motor and the control unit is designed to calculate the current-force proportionality constant f via the formula to determine.
  • the control unit is advantageously designed to take into account the determined current-force proportionality constant f during subsequent operation of the electric motor, taking into account the determination of the force via the current flowing through the electric motor.
  • FIG. 1 shows a vehicle 1 in a schematic manner, which has a window 2 which can be driven by an electric motor 3 .
  • the electric motor 3 is controlled by a control unit 4 in order to move the window.
  • a spring 5 is arranged in the travel path of the window 2 and is compressed when the window is actuated, with the deflection As of the spring being determined.
  • the current AI flowing through the motor is determined by the control unit 4 .
  • the spring 5 has a spring constant or spring rate D which is known, for example by measurement.
  • the control unit 4 calculates according to the formula
  • AI AI results in the current-force proportionality constant f
  • the variation of the motors with respect to the current-force proportionality constant can be reduced by using a defined spring rate and evaluating the gradient over a defined distance. This calculation can be done, for example, during the production of the system. The stored reference value can then be used as a specific current to force ratio for the motor used.
  • the current-force proportionality constant can advantageously be determined by the control device. Electricity and power are required for the calculation. The current is measured by the controller, while the force cannot be measured directly. The solution is to take delta current and delta force as these can also be used for the calculation.
  • the delta force can be calculated by multiplying the spring rate by the delta distance.
  • the delta current is available as an absolute current.
  • the spring rate must be known. There are two scenarios where the spring rate is known. Certainly the spring rate is known if it is explicitly placed from the outside during production. After the spring rate has been placed, a learning routine can be started to measure the values and calculate the force factor. It's smoother if the force factor can be calculated without placing an explicit spring inside. With this variant, the spring behavior of the upper seal should be used. This spring rate and the environmental conditions of the test procedure must be known and can be measured during vehicle application or assisted by responsible mechanics.

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) eines zum Betätigen eines Fahrzeugfensters (2) dienenden Elektromotors (3) in einem Fahrzeug (1) beschreiben, bei dem die Federkonstante (D) eines im Verfahrweg des Fahrzeugfensters (2) angeordneten Federelements (5) bestimmt wird, wobei der Elektromotor (3) betrieben wird, so dass eine Kraft auf das Federelement (5) ausgeübt wird, und der im Elektromotor fließende Strom (ΔI) sowie die aufgrund der Motorkraft erfolgende Auslenkung (Δs) des Federelements (5) ermittelt wird, wobei durch eine Steuereinheit über die Formel (I), die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) ermittelt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Bestimmen der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante eines Elektromotors und Fahrzeug mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Fahrzeugfenster
In heutigen Fahrzeugen werden Fenster zumeist elektromotorisch betätigt. Unter Fensterbetätigung soll dabei im Wesentlichen die Betätigung der Fensterscheibe verstanden werden. Dabei gibt ein Steuergerät auf der Basis von Algorithmen Steuersignale für den Elektromotor vor, die die gewünschte Bewegung bewirken. Es gibt dabei mehrere als Algorithmus realisierte Funktionen, die in dem Steuergerät beherbergt sind und einen Wert für die Kraft benötigen, die während der Bewegung eines Fensters auf dieses wirkt. Damit kann beispielsweise die Kraft bei der Bewegung des Fensters in den Randgummi kurz vor dem Stillstand begrenzt werden oder eine Person ruckelfrei vor Verletzungen schützen.
Üblicherweise ist kein dedizierter Kraftsensor verfügbar. Aber das Verhältnis zwischen Strom und Kraft ist für jeden Motor konstant. Da der Motorstrom zumeist gemessen oder vorgegeben wird und damit zur Verfügung steht, kann die Kraft über einen Reskalierungsfaktor, eine Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante, berechnet werden.
Das Problem ist hierbei, dass die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante bei einer Reihe eigentlich gleicher Motoren eines Motortyps unterschiedlich ist, was zu einem variierenden Kraftwert führt, selbst wenn das Motorstromsignal gut ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zum Bestimmen der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante eines Elektromotors und ein Fahrzeug mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Fahrzeugfenster anzugeben, das einfach und kostengünstig zu realisieren ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Fahrzeug gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demnach wird bei einem Verfahren zum Bestimmen der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f eines zum Betätigen eines Fahrzeugfensters dienenden Elektromotors, die Federkonstante D eines im Verfahrweg des Fahrzeugfensters angeordneten Federelements bestimmt, wobei der Elektromotor betrieben wird, so dass eine Kraft auf das Federelement ausgeübt wird, und der im Elektromotor fließende Strom AI sowie die aufgrund der Motorkraft erfolgende Auslenkung As des Federelements ermittelt wird, wobei durch eine Steuereinheit über die Formel
Figure imgf000004_0001
die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f ermittelt wird.
Es kann also - vorzugsweise im Herstellungsprozess des Systems - mittels einer Feder, deren Federkonstante bekannt ist, indem sie beispielsweise vorher gemessen wird, über das bekannte Verhältnis der ausgeübten Kraft auf die Feder und der dadurch erfolgen Auslenkung, deren Auslenkung gemessen und daraus die Kraft berechnet. Die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante ergibt sich dann gemäß der bekannten Formel und kann in Folge für die Betätigung des Elektromotors verwendet werden, um eine präzise Fensterbewegung zu erhalten.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens und des Fahrzeugs ist das Federelement eine dedizierte Feder, die im Verfahrweg des Fahrzeugfensters platziert wird. Hierdurch kann die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante besonders präzise bestimmt werden.
Alternativ und einfacher kann das Federelement eine Gummidichtung am Ende des Fensterverfahrweges sein. Diese ist ohnehin vorhanden und es kann deren Federrate und deren Auslenkung bestimmt werden.
Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn die Umgebungsbedingungen bei der Bestimmung der Federkonstanten D der Gummidichtung berücksichtigt werden. Dies kann durch entsprechende Sensoren erfolgen.
In vorteilhafte Weis erfolgt die Ermittlung der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f mittels eines die Fahrzeugfensterbewegung steuernden Steuergeräts, dem der Strom AI und die Federauslenkung As zugeführt werden.
Dieses Steuergerät ist ohnehin vorhanden und es kann auf einfache Weise diese Zusatzaufgabe übernehmen. Die Aufgabe wird auch durch ein Fahrzeug mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Fahrzeugfenster, wobei der Elektromotor von einem Steuergerät angesteuert wird, gelöst, wobei im Verfahrweg des Fahrzeugfensters ein Federelement mit einer Federkonstanten D angeordnet ist, wobei der Elektromotor und das Federelement signaltechnisch mit dem Steuergerät verbunden sind, so dass der Strom AI durch den Elektromotor und die Federauslenkung As bei einem Betrieb des Elektromotors dem Steuergerät zugeführt werden und wobei das Steuergerät ausgebildet ist, die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f über die Formel
Figure imgf000005_0001
zu ermitteln.
In vorteilhafter Weise ist das Steuergerät ausgebildet ist, die ermittelte Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f bei einem nachfolgenden Betrieb des Elektromotors unter Berücksichtigung der Kraftermittlung über den durch den Elektromotor fließenden Strom zu berücksichtigen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Weise ein Fahrzeug 1 , das ein Fenster 2 aufweist, das durch einen Elektromotor 3 antreibbar ist. Der Elektromotor 3 wird von einem Steuergerät 4 angesteuert, um das Fenster zu bewegen.
Im Verfahrweg des Fensters 2 ist eine Feder 5 angeordnet, die bei Betätigung des Fensters gestaucht wird, wobei die Auslenkung As der Feder ermittelt wird. Es wird außerdem der durch den Motor fließende Strom AI durch das Steuergerät 4 ermittelt. Die Feder 5 hat eine beispielsweise durch Messung bekannte Federkonstante oder Federrate D. Das Steuergerät 4 berechnet gemäß der Formel
AF D ■ As f = — = -
AI AI die sich gemäß
F = f - 1 F AF
D - — s As
AF = D ■ As
(II) eingesetzt in (I)
AF D ■ As f = — = -
AI AI ergibt, die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f. Dabei sind
Figure imgf000006_0001
Zusammengefasst kann die Variation der Motoren in Bezug auf die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante durch Verwendung einer definierten Federrate reduziert und der Gradient über eine definierte Entfernung ausgewertet werden. Diese Berechnung kann z.B. während der Produktion des Systems erfolgen. Der hinterlegte Referenzwert kann anschließend als spezifischer Strom zu Kraft Verhältnis für den verwendeten Motor verwendet werden.
Die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante kann vorteilhaft durch das Steuergerät bestimmt werden. Für die Berechnung werden Strom und Kraft benötigt. Der Strom wird mittels des Steuergeräts gemessen, während die Kraft nicht direkt gemessen werden kann. Die Lösung besteht darin, Deltastrom und Deltakraft zu nehmen, da diese auch für die Berechnung herangezogen werden können.
Wenn ein Motor gegen einen Sprint fährt, dann verursacht dies eine kontinuierlich steigende Kraft und Strömung. In dieser Situation kann die Deltakraft berechnet werden, indem die Federrate mit dem Deltaabstand multipliziert wird. Der Deltastrom steht als Absolutstrom zur Verfügung.
Als Grundlage für diesen Ansatz muss die Federrate bekannt sein. Es gibt zwei Szenarien, in denen die Federrate bekannt ist. Sicher ist die Federrate bekannt, wenn sie während der Produktion explizit von außen platziert wird. Nachdem die Federrate platziert wurde, kann eine Lernroutine gestartet werden, um die Werte zu messen und den Kraftfaktor zu berechnen. Es ist glatter, wenn der Kraftfaktor berechnet werden kann, ohne eine explizite Feder im Inneren zu platzieren. Bei dieser Variante sollte das Federverhalten der oberen Abdichtung verwendet werden. Diese Federrate und die Umgebungsbedingungen des Prüfverfahrens müssen bekannt sein und können während der Fahrzeuganwendung gemessen oder von verantwortlichen Mechanikern unterstützt werden.

Claims

6 Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) eines zum Betätigen eines Fahrzeugfensters (2) dienenden Elektromotors (3), wobei die Federkonstante (D) eines im Verfahrweg des Fahrzeugfensters (2) angeordneten Federelements (5) bestimmt wird, wobei der Elektromotor (3) betrieben wird, so dass eine Kraft auf das Federelement (5) ausgeübt wird, und der im Elektromotor fließende Strom (AI) sowie die aufgrund der Motorkraft erfolgende Auslenkung (As) des Federelements (5) ermittelt wird, wobei durch eine Steuereinheit über die Formel
Figure imgf000008_0001
die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante f ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Federelement (5) eine dedizierte Feder ist, die im Verfahrweg des Fahrzeugfensters (2) platziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Federelement (5) eine Gummidichtung am Ende des Fensterverfahrweges ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Umgebungsbedingungen bei der Bestimmung der Federkonstanten (D) der Gummidichtung berücksichtigt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ermittlung der Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) mittels eines die Fahrzeugfensterbewegung steuernden Steuergeräts (4) erfolgt, dem der Strom (AI) und die Federauslenkung (As) zugeführt werden.
6. Fahrzeug (1 ) mit einem von einem Elektromotor (3) angetriebenen Fahrzeugfenster (2), wobei der Elektromotor (3) von einem Steuergerät (4) angesteuert wird, wobei im Verfahrweg des Fahrzeugfensters (2) ein Federelement (5) mit einer Federkonstanten (D) angeordnet ist, wobei der Elektromotor (3) und das Federelement (5) signaltechnisch mit dem Steuergerät (4) verbunden sind, so dass der Strom (AI) durch den Elektromotor (3) und die Federauslenkung (As) bei einem Betrieb des Elektromotors (3) dem Steuergerät (4) zugeführt werden und 7 wobei das Steuergerät (4) ausgebildet ist, die Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) über die Formel
Figure imgf000009_0001
zu ermitteln.
7. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 6, bei dem das Federelement (5) eine dedizierte Feder ist, die im Verfahrweg des Fahrzeugfensters (2) platziert ist.
8. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 6, bei dem das Federelement (5) eine Gummidichtung am Ende des Fensterverfahrweges ist.
9. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das Steuergerät (4) ausgebildet ist, die ermittelte Strom-Kraft-Proportionalitätskonstante (f) bei einem nachfolgenden Betrieb des Elektromotors (3) unter Berücksichtigung der Kraftermittlung über den durch den Elektromotor (3) fließenden Strom zu berücksichtigen.
PCT/DE2022/200260 2021-11-26 2022-11-07 Verfahren zum bestimmen der strom-kraft-proportionalitätskonstante eines elektromotors und fahrzeug mit einem von einem elektromotor angetriebenen fahrzeugfenster WO2023093947A1 (de)

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