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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern
eines eine Ansprechverzögerung
aufweisenden Steuerelements einer Antriebseinrichtung zum Antreiben
eines zwischen zwei Endstellungen bewegbaren Objekts, wobei ein
von der Antriebseinrichtung beeinflusster Parameter überwacht
und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, bei dessen
Erreichen ein Steuersignal an das Steuerelement abgegeben wird.
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Bei
Ansteuerungen von Antriebseinrichtungen kommt es immer wieder vor,
dass zufolge einer Ansprechverzögerung,
die durch ein Steuerelement für
die Antriebseinrichtung gegeben ist, ein verzögertes Reagieren auf eine Ansteuerung
hinzunehmen ist. Abgesehen von beispielsweise Druckluft-betätigten Antriebseinrichtungen
mit pneumatischen Steuerventilen, die eine derartige Ansprechverzögerung einführen können, sind
hier auch induktive Aktuatoren, allgemein Aktuatoren mit Schaltverzögerungen zu
nennen. Ein ganz spezifisches Beispiel sind Antriebseinrichtungen
mit Elektromotor für
bewegte Komponenten in Kraftfahrzeugen (Kfz), mit Automatiklauf,
wie etwa Fensterheber, Schiebedächer,
aber auch Heckklappen, Schiebetüren
und dergleichen Komponenten. In der Ansteuerung für die hier
vorgesehenen elektromagnetischen Antriebseinrichtungen werden üblicherweise
Schaltrelais eingesetzt, und dies trifft ganz allgemein auf viele
Steuerungen für Elektromotore
zu. Speziell dann, wenn eine Richtungsumkehr für den Motor vorgesehen ist,
werden – auch
aus Kostengründen – Relais
für die
Bestromung der Motoren eingesetzt.
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Bei
den vorstehend erwähnten
Kfz-Komponenten, wie z. B. Fensterheber mit Automatiklauf, ist häufig ein
Einklemmschutz vorgesehen, der das rasche Umkehren der Drehrichtung
bzw. das dafür
erforderliche rasche Umpolen des Elektromotors erfordert, wenn eine
Einklemmsituation erkannt wird. Ein derarti ger Einklemmschutz wird üblicherweise
mit Hilfe von Rechnermitteln, z. B. eines entsprechend programmierten
Mikroprozessors oder Mikrocomputers, realisiert, durch die dann
ein Relais als Steuerelement angesteuert wird. Nun benötigen Schaltrelais bekanntlich
eine gewisse Zeit, um auf eine Ansteuerung (Stimulation) eine Reaktion
(Umschaltung) folgen zu lassen. Diese Verzögerungszeiten können nun
einfach in Kauf genommen werden, oder man versucht über die
Software zu einer frühzeitigen
Erkennung oder frühzeitigen
Entscheidung zu kommen, wenn ein Ereignis als „Einklemmen” bewertet werden
könnte.
Beispielsweise könnte
der Kraft-Schwellenwert, mit dem die aktuelle Schließkraft verglichen
wird, grundsätzlich
niedriger als eigentlich gerechtfertigt festgelegt werden, um so
zu einem entsprechend frühzeitigen
Entscheiden auf eine Einklemmsituation zu kommen. Dabei kann sich
jedoch in der Folge ergeben, dass die Kraft vor Erreichen des eigentlichen
Schwellenwerts wieder sinkt und tatsächlich keine Einklemmsituation
gegeben ist, und dass die Reaktion mit dem Reversieren des Motors
daher unrichtig ist. Es entstehen somit dann, wenn die genannten
Verzögerungszeiten
auf diese Art und Weise kompensiert werden sollen, Unsicherheiten
und geringere Robustheiten in den betroffenen Systemen.
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Es
ist nun Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und ein
Verfahren sowie eine Vorrichtung wie eingangs angeführt vorzuschlagen,
mit dem verzögerte
Reaktionen auf Ansteuerungen auch im Fall von Steuerelementen mit
Ansprechverzögerung vermieden
werden können,
wobei beispielsweise im Fall von Fahrzeugkomponenten mit Einklemmschutz bereits
bei Verdacht auf ein Einklemmen das Steuerelement – hier ein
Schaltrelais – umgepolt
angesteuert wird. Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis,
dass die Steuerelemente mit Ansprechverzögerungen, also insbesondere
Schaltrelais bzw. deren Spulen, eine gewisse Zeit benötigen, bis
es zum Ansprechen kommt, beispielsweise bis ein Strom auf- oder
abgebaut wird, und diese Zeit kann dafür verwendet werden, um die
endgültige
Entscheidung für die
Ansteuerung, etwa ob ein Ereignis als Einklemmen bewertet wird oder
nicht, vorzubereiten. Es ist somit bei Steuerelementen mit Ansprechverzögerungen möglich, das
Steuerelement bereits frühzeitig, vorläufig, anzusteuern,
wobei die Ansteuerung dann endgültig
zum Entscheidungszeitpunkt entweder beibehalten wird oder aber rückgängig gemacht
wird. Wird die Entscheidung bzw. Ansteuerung rückgängig gemacht, so muss diese
Entscheidung zu einem Zeitpunkt getroffen werden, zu dem die Reaktion
durch das Steuerelement noch nicht ausgelöst wurde, also während der
inhärenten
Verzögerungszeit;
wird dann die Ansteuerung betätigt,
so wird damit ein Zeitgewinn entsprechend fast der gesamten gegebenen Ansprechverzögerung erzielt;
dies kann beispielsweise einige Millisekunden (ms) ausmachen.
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Demgemäß sieht
die Erfindung ein Verfahren wie eingangs angeführt vor, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass ein vor dem Erreichen des Schwellenwerts zu erreichender
Vor-Schwellenwert
definiert wird, bei dessen Erreichen ein Vor-Steuersignal an das Steuerelement zu
dessen vorbereitender Ansteuerung abgegeben wird, und dass danach
auf das Erreichen des tatsächlichen
Schwellenwerts weiter überwacht
wird, wobei beim Erreichen des tatsächlichen Schwellenwerts die
Steuerelement-Ansteuerung beibehalten wird, wogegen dann, wenn der
tatsächliche
Schwellenwert nicht erreicht wird, die Steuerelement-Ansteuerung
wieder zurückgenommen wird.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Beim
vorliegenden Verfahren wird somit das Steuerelement, etwa ein Schaltrelais,
bereits frühzeitig,
noch vor der Entscheidung betreffend Ansteuerung, vorläufig angesteuert;
noch während
der durch die Ansprechverzögerung
gegebenen Zeitspanne, in der das Steuerelement noch nicht auf die
Ansteuerung reagiert hat und somit die Antriebseinrichtung noch
in der gegebenen Betriebsweise weiter betrieben wird, wird dann
endgültig,
je nachdem, ob der tatsächliche
Schwellenwert erreicht wird oder nicht, entschieden, ob die Ansteuerung
entweder zu bestätigen
ist oder aber rückgängig zu
machen ist. Im Fall einer Bestätigung
einer vorläufigen
Ansteuerung bleibt im einfachsten Fall die erfolgte Ansteuerung so,
wie sie eingeleitet wurde, so dass dann innerhalb kürzester
Zeit nach der endgültigen
Entscheidung, nämlich
nun gemessen vom Erreichen des Vor-Schwellenwerts, vom Zeitpunkt
der vorläufigen Ansteuerung
weg, die Antriebseinrichtung entsprechend umgesteuert wird; wird
hingegen die Ansteuerung des Steuerelements zurückgenommen, da tatsächlich der
eigentliche Schwellenwert nicht erreicht wird, so wird das Steuerelement
aufgrund seiner Ansprechverzögerung
nicht endgültig
auf die frühzeitige,
vorläufige
Ansteuerung reagieren, und es erfolgt keine Reaktion im Sinne eines
Umschalten etc. der Antriebseinrichtung. Damit ergibt sich ein Zeitgewinn hinsichtlich
des Umsteuerns der Antriebseinrichtung von annähernd der Zeit der Ansprechverzögerung des
Steuerelements. Im Fall von automatisch angetriebenen Kfz-Komponenten
mit Einklemmschutz kann dies je nach Software-Zykluszeit einen Zeitgewinn
von 1, 2 oder 3 ms ausmachen. Dies ist durchaus von Bedeutung, wenn
bedacht wird, dass sich eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs
beispielsweise mit ca. 100 mm/s bewegt, so dass sich durch die frühzeitige
Erkennung einer Einkemmsituation ein Vorteil von 0,1 mm ergibt.
Dies bedeutet bei einer Messfederrate von 65 N/mm einen Robustheitsgewinn
von 6,5 N oder 6,5%, bezogen auf den maximalen gesetzlich vorgeschrieben
Grenzwert von 100 N. Wenn man jedoch, wie es praktischer und angebrachter
wäre, den
Gewinn auf die Auslöseschwelle von
30 N oder 40 N bezieht, so ergibt sich durch die dadurch mögliche Erhöhung der
Auslöseschwelle eine
Erhöhung
der Robustheit des Systems von mehr als 15%.
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Der
erzielbare Zeitvorteil ist im Übrigen
insbesondere dann günstig,
wenn sich die angetriebene Komponente, z. B. eine Fensterscheibe
eines Kraftfahrzeugs, schnell bewegt. Ein derartiges schnelles Antreiben
bedeutet, dass die Spannung am Antriebsmotor und demgemäß auch die
Spannungsversorgung am Relais des Steuerelements hoch ist. Genau in
einer solchen Situation mit hoher Versorgungsspannung ist aber auch
im Fall von Schaltrelais der Spulenstrom im Relais hoch, was wiederum
bedeutet, dass der Strom länger
zum Abklingen braucht, wenn das Relais umgeschalten werden soll.
Die zur Verfügung
stehende „Vorspannzeit” ist in
diesem Beispiel also noch länger
als vorstehend angegeben, und der Gewinn an Robustheit ist noch
größer.
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Wie
bereits einleitend erwähnt,
lässt sich
das vorliegende Prinzip auch auf andere Antriebseinrichtungen bzw.
deren Steuerelemente, insbesondere induktive Aktuatoren bzw. Aktuatoren
mit Schaltverzögerung,
anwenden, wenn schnelle Reaktionszeiten trotz Ansprechverzögerung erforderlich
sind, insbesondere um die Robustheit des Systems zu erhöhen.
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Die
Zeit zwischen dem Erreichen des Vor-Schwellenwerts und der endgültigen Entscheidung
könnte
abhängig
von verschiedenen Parametern, wie etwa der Änderungsrate des von der Antriebseinrichtung
beeinflussten Parameters (also zum Beispiel der Schließkraft),
festgelegt werden. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass es
für eine
Vereinfachung des Systems ausreichend ist, wenn nach Erreichen des
Vor-Schwellenwerts eine vorgegebene feste Zeit, z. B. 1 ms bis 2,5
ms lang, auf das Erreichen des tatsächlichen Schwellenwerts überwacht
wird. In diesem Fall ist die vorgegebene Zeit somit ein fest eingestelltes
Zeitintervall, das selbstverständlich
kleiner ist als die Zeit der Ansprechverzögerung. Im Fall einer zyklischen Überwachung
bzw. Wiederholung von Rechnungen, insbesondere durch einen entsprechend
programmierten Mikroprozessor oder Mikrocomputer, wird die vorliegende
Zeit zweckmäßig auf
die Taktzeit oder Wiederholzeit dieser Überwachungs- und Berechnungsvorgänge, also
beispielsweise des Algorithmus, abgestellt. Voraussetzung hierfür ist natürlich, dass
diese Taktzeit oder Zykluszeit kürzer
ist als die Zeit der Ansprechverzögerung.
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Der
Vor-Schwellenwert wird bevorzugt einfach als auf den tatsächlichen
Schwellenwert bezogener Wert definiert. Dabei ist es an sich denkbar,
abhängig
von der momentanen Änderung
des überwachten
Parameters und/oder von der Änderungsrate
des tatsächlichen
Schwellenwerts, den Vor-Schwellenwert mehr oder weniger weit unterhalb des
tatsächlichen
Schwellenwerts liegend zu definieren, so dass bei stärkeren Anstiegen
eine größere Differenz
zwischen dem tatsächlichen
Schwellenwert und dem Vor-Schwellenwert gegeben ist, und umgekehrt
bei geringfügigen Änderungen
eine geringere Differenz vorgesehen wird. In vielen Fällen kann
jedoch einfach der Vor-Schwellenwert um eine feste Differenz niedriger
als der tatsächliche
Schwellenwert vorgegeben werden.
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Wie
bereits angeführt,
eignet sich das vorliegende Verfahren mit besonderem Vorteil zur
Anwendung bei Einklemmschutzsystemen bei automatisch angetriebenen
Kfz-Komponenten, wobei als Steuerelement ein Schaltrelais angesteuert
wird, das im Schaltkreis eines Elektromotors angeordnet ist. Die Relais-Ansteuerung ist dann
insbesondere Teil eines Einklemmschutzsystems, und der überwachte
Parameter ist eine auf die Einklemmkraft bezogene Größe.
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Von
besonderem Vorteil ist es auch, wenn dem Steuerelement ab dem Erreichen
des Vor-Schwellenwerts ein Steuersignal mit einem gegenüber einem
vorher angelegten Signalpegel reduzierten Pegel zugeführt wird,
wobei bei Erreichen des tatsächlichen
Schwellenwerts das Steuersignal abgeschaltet, bei Nicht-Erreichen des tatsächlichen Schwellenwerts
hingegen wieder der vorherige Signalpegel angelegt wird. Für die Relaisspule
wird somit in dieser bevorzugten Ausführungsform ein mehrstufiger
Strom vorgesehen, wobei abgesehen vom üblichen Haltestrom nach Erreichen
des Vor-Schwellenwerts, also in der „Vorwarnstufe”, ein geringerer Strom
der Relaisspule zugeführt
wird, wobei jedoch das Relais in diesem Zustand im vorgegebenen
Zeitintervall noch nicht abfällt.
Wenn dann der tatsächliche
Schwellenwert erreicht wird, so wird der Relaisstrom weiter reduziert
bzw. abgeschaltet, und das Relais fällt dann rasch ab. Eine derartige
mehrstufige Stromzuführung
für die
Relaisspule kann beispielsweise durch zwei Treiberschaltungen (beispielsweise mit
Transistor), mit verschiedenen Vorwiderständen, einfach erzielt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen,
auf die sie jedoch nicht beschränkt
sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines mechanischen Verstellsystems, beispielsweise
für ein
Kraftfahrzeugfenster oder ein Schiebedach, mit Einklemmschutz, wobei
die erfindungsgemäße Technik angewandt
werden kann;
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2 in
einem Diagramm den zeitlichen Verlauf von Kräften bzw. Schwellenwerten,
im Bereich einer Einklemmsituation, um das Prinzip der Erfindung
zu verdeutlichen;
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3 ein
Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der Vorgangsweise gemäß dem erfindunsgemäßen Verfahren;
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4 ein
Detail-Schaltbild zu 1, zur Veranschaulichung einer
Ansteuerung eines als Steuerelement vorgesehenen Relais;
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5 ein
zu 4 gehöriges
Strom/Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung der Vor-Ansteuerung eines
der Relais;
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6 ein
Detailschaltbild einer modifizierten Ansteuerung für ein Relais
als Steuerelement, mit einem abgestuften Spulenstrom;
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7A ein
zugehöriges
schematisches Bestromungs-Diagramm
(ohne realen Spulenstrom) für den
Fall, dass endgültig
eine Umsteuerung erfolgen soll;
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7B ein
entsprechendes schematisches Bestromungs-Diagramm, nun jedoch für den Fall, dass
die Vor-Ansteuerung wieder rückgängig gemacht
wird;
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8 in
einem Diagramm verschiedene Kraftverläufe in Zuordnung zu einem hier
beispielhaft konstanten endgültigen
Schwellenwert sowie verschiedenen Vor-Schwellenwerten, die abhängig von der
Steigung der Schließkraft
festgelegt werden; und
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9 schematisch
ein Blockschaltbild einer Ansteuerung bei einem kontinuierlichen Überwachen und
Vergleichen einer aktuellen Kraft.
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In 1 ist
schematisch in einem Blockschaltbild eine Antriebs-, d. h. Verstelleinrichtung 1 mit
einem elektrischen Motor 2 zum Antreiben einer im Übrigen nicht
weiter dargestellten Kfz-Komponente, wie ein Seitenfenster oder
ein Schiebedach, dargestellt, wobei zentrale Rechnermittel 3 (CPU 3)
als wesentlicher Bestandteil der Einrichtung 1 vorgesehen
sind, um beispielhaft den Motor 2 über Steuerelemente 4 in
Form von Schaltrelais 5 hinsichtlich seiner Drehrichtung
anzusteuern. Die Schaltrelais 5 werden dabei über Treiberstufen 6 angesteuert,
für die
beispielhaft in den 4 und 6 Aus führungen
gezeigt sind, die nachstehend noch näher erläutert werden. Die tatsächlich am
Motor 2 anliegende Spannung wird optional mit Hilfe von
Messmitteln 7 gemessen, wobei die entsprechenden Messwerte den
Rechnermitteln 3 zugeführt
werden. Weiters ist im gezeigten Beispiel ein Sensor 8 zur
Messung der Drehbewegung, nämlich
im Hinblick auf die Erfassung von Position, Geschwindigkeit bzw.
Winkelgeschwindigkeit und/oder Kraft des Motors 2 vorgesehen;
dieser Sensor 8 kann zusätzlich oder anstatt der Messmittel 7 für die Bildung
eines Regelsystems vorgesehen sein, und er kann beispielsweise ein
Hallsensor sein. Das Ausgangssignal (Messsignal) des Sensors 8 wird
ebenfalls den Rechnermitteln 3 zugeführt. Weiters sind die Rechnermittel 3 mit
einem Speicher 9 verbunden, in dem Daten betreffend die mechanische
Kennlinie der Verstelleinrichtung 1 bzw. des mechanischen
Systems dieser Verstelleinrichtung 1 abgelegt sind. Eine
mögliche
Kennlinie FRef ist in 2 beispielhaft
mit der Kurve 10 veranschaulicht, wobei ersichtlich ist,
dass sich die Kraft FRef abhängig von
der Zeit t bzw. von der Position s etwa eines Schiebedachs oder
Fensterhebers ändert.
Diese sich mit dem Verstellweg (der Position s) ändernde Kraft FRef ist
somit der Einrichtung 1 bekannt.
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Die
Rechnermittel 3 bilden in an sich herkömmlicher Weise Ansteuermittel
für die
Schaltrelais 5 und damit für den Motor 2, wobei
ein Einklemmschutzsystem realisiert ist, zu dem auch die Schaltrelais 5 gehören, um
nach Reduktion der Motorgeschwindigkeit im Fall der Erkennung eines
Einklemmens, wie an sich bekannt, den Motor 2 reversieren zu
können.
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Die
Schaltrelais 5 sind in 1 nur ganz schematisch
in ihrer (oberen) Ruhestellung gezeigt. Im Betrieb wird eines der
Relais 5 mit Masse verbunden, um einen Stromfluss durch
den Motor 2 zu bewirken, und zum Reversieren des Motors 2 wechseln beide
Relais 5 die Schaltstellung, um die Stromfluss-Richtung
umzukehren.
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Wie
an sich bekannt, definieren physikalische Gegebenheiten den Zusammenhang
zwischen der Spannung U
Mot am Motor, der
Kraft F am Motor und der Winkelgeschwindigkeit ω des Motors, wobei sich herleiten
lässt,
dass:
ist, wobei in dieser Gleichung
neben den erwähnten Größen nur
bekannte Systemkonstanten k1, k2 vorkommen.
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Diese
gemäß der vorstehenden
Beziehung errechnete Schließkraft
F, nachstehend Fakt, wird gemäß Stand
der Technik bei der Einklemmerkennung zugrunde gelegt. Die Schließkraft Fakt ändert
sich dabei, wenn ein Objekt, wie etwa ein Arm, eine Hand oder aber
ein Kopf, von der angetriebenen Komponente, z. B. einem Kfz-Seitenfenster
oder einem Schiebedach, eingeklemmt wird. Eine derartige Einklemmsituation
ist im Diagramm von 2 schematisch im Bereich 11 veranschaulicht,
wobei ersichtlich ist, dass die Schließkraft Fakt in
diesem Bereich, beginnend zu einem Zeitpunkt t0, übermäßig – nämlich zufolge
des Einklemmens eines Objekts – ansteigt und
dabei von der durch die Mechanik vorgegebenen Referenzkraft FRef, Kurve 10, nach oben abweicht. Parallel
zu dieser Kurve 10 ist eine Kurve definiert, die einen
Schwellenwert FTh vorgibt, bei dessen Erreichen
zum Zeitpunkt t2 – siehe
Punkt 12 – eine
Einklemmsituation detektiert wird. Diese Überwachung und dieser Vergleich
der Schließkraft
Fakt mit dem Schwellenwert FTh erfolgt
in den Rechnermitteln 3 bzw. in darin vorgesehenen Vergleichsmitteln 3B,
s. 1. Diese Technik, soweit bisher beschrieben, entspricht
dem Stand der Technik, und es ergibt sich, dass bei Erreichen des
Schwellenwerts FTh in 2, also
beim Punkt 12, erst eine Ansteuerung der Schaltrelais 5 erfolgt,
so dass aufgrund der gegebenen Ansprechverzögerung der Schaltrelais 5 erst nach
einer weiteren Verzögerungszeit
die Motor-Reversierung eingeleitet wird.
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Um
nun eine raschere Reaktion, insbesondere hinsichtlich Reversieren
des Motors 2, zu ermöglichen,
wird bereits bei einem niedrigeren Vor-Schwellenwert Fv,
siehe 2, eine Vor-Ansteuerung
der Schaltrelais 5 bewirkt, und zwar zu einem Zeitpunkt
t1, wenn die Kraft Fakt – beim Punkt 13 – diesen
Vor-Schwellenwert Fv erreicht. Dieser Vor-Schwellenwert
Fv wird beispielsweise über die Rechnermittel 3 vorgegeben,
vgl. die Vorgabe-Mittel 3A in 1.
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Es
sei hier nur der Vollständigkeit
halber erwähnt,
dass auf der x-Achse in 2 außer der Zeit t auch die Position
s der angetriebenen Komponente aufgetragen sein kann, so dass anstatt
der Zeitpunkte t0, t1, t2 auch Positionswerte s0, s1, s2 gesetzt werden
können,
wie dies in 2 mit Klammerausdrücken erfolgt
ist.
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Durch
diese vorläufige
oder Vor-Ansteuerung der Schaltrelais 5 oder allgemein
der Steuerelemente 4 seitens der Rechnermittel 3 zu
einem früheren
Zeitpunkt t1 (oder früheren
Positionswert s1) als dem Zeitpunkt t2 bzw. Positionspunkt s2, wo
die tatsächliche
Einklemmdetektion erfolgt, kann ein Zeitgewinn annähernd gleich
der Zeit der Ansprechverzögerung
der Steuerelemente 4 bzw. Schaltrelais 5 erzielt
werden. Wesentlich ist dabei allerdings, dass der Vor-Schwellenwert
Fv so festgelegt wird, dass das Zeitintervall
der Ansprechverzögerung
möglichst gut
ausgenützt
wird, ohne dass das Intervall Δt
= (t2 – t1)
größer als
das Zeitintervall der Ansprechverzögerung wird.
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Wenn
nun gemäß 2 zum
Punkt t1 bzw. s1 die Schließkraft Fakt den Vor-Schwellenwert Fv erreicht
(s. Punkt 13 in 2), so erfolgt wie erwähnt die
Vor-Ansteuerung der Schaltrelais 5 im Sinne einer Umsteuerung
bzw. eines Reversierens des Motors 2 im gegebenen Beispiel.
Nichtsdestoweniger läuft
das System so wie bis zu diesem Punkt t1 bzw. s1 weiter, da die
Schaltrelais 5 oder allgemein Steuerelemente 4 nicht
sofort ansprechen, sondern erst nach einer zeitlichen Verzögerung,
die bauartbedingt beispielsweise 2, 3 oder 4 ms betragen kann. Wenn nun
innerhalb dieses Verzögerungsintervalls
der tatsächliche
Schwellenwert FTh – im Punkt 12, zum
Zeitpunkt t2 bzw. in der Position s2 – erreicht wird, so bleibt
es bei der erfolgten Vor-Ansteuerung, d. h. die Ansteuerung der
Steuerelemente 4 bzw. Schaltrelais 5 wird „betätigt”, und demgemäß erfolgt
im gezeigten Beispiel kurz darauf das Reversieren des Motors 2, wobei
das Intervall der Ansprechverzögerung
nunmehr statt vom Zeitpunkt t2 weg, vom Zeitpunkt t1 weg zu rechnen
ist. Dadurch kann von der tatsächlich festgestellten
Einklemmsituation zum Zeitpunkt t2 weg innerhalb einer wesent lich
kürzeren
Zeit als bisher die Reversierung des Motors 2 sichergestellt
werden.
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Wenn
hingegen die Schließkraft
Fakt die tatsächliche Kraft-Schwellenwertkurve
FTh nicht erreicht, sondern nach dem Punkt 13 beispielsweise wieder
abfällt
(was in 2 nicht gezeichnet ist), so wird
dies bei einer entsprechenden Überprüfung zu einem
vorgegebenen Zeitpunkt, beispielsweise der Einfachheit halber zum
Zeitpunkt t2 in 2 (ggfs. aber auch ein davon
veschiedener Zeitpunkt, z. B. 2 ms nach dem Zeitpunkt t1) festgestellt,
und es wird die zum Zeitpunkt t1 vorgenommene Vor-Ansteuerung der
Steuerelemente 4 bzw. Schaltrelais 5 wieder rückgängig gemacht.
Zu diesem Zeitpunkt des Rückgängigmachens
der Vor-Ansteuerung, innerhalb des Zeitintervalls der Ansprechverzögerung,
ist der Motor 2 noch nicht reversiert worden, und wenn
daher früh genug
die Vor-Ansteuerung rückgängig gemacht wird,
kommt es auch tatsächlich
nicht zum Reversieren des Motors 2, so dass die Schließbewegung
fortgesetzt wird.
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Das
vorgegebene Zeitintervall Δt
= t2 – t1, das
wie erwähnt
etwas kürzer
als die Zeit der Ansprechverzögerung
ist, kann im Fall der Ausbildung mit Rechnermitteln 3 in
Form eines Mikroprozessors oder Mikrocomputers so eingestellt werden,
dass es einem Rechenzyklusintervall, d. h. einer Taktzeit der Rechnermittel 3,
oder aber einem Vielfachen davon, entspricht. Wenn beispielsweise
die Rechnermittel 3 in Abständen von 2 ms die Berechnungsvorgänge, insbesondere
der Berechnung der aktuellen Schließkraft Fakt,
durchführen
und die Zeit für
die Ansprechverzögerung
angenommen 2,5 ms beträgt,
dann kann exakt die Taktzeit T = 2 ms für das Zeitintervall Δt gewählt werden.
Wenn die Taktzeit beispielsweise nur 1 ms beträgt, d. h. die Rechnermittel 3 in
Zeitabständen
von T = 1 ms die jeweiligen Berechnungsvorgänge durchführen, dann kann Δt = 2 T gewählt werden.
Darüber
hinaus ist selbstverständlich
auch eine andere Festlegung von Δt
möglich,
insbesondere dann, wenn für
den Vergleich der aktuellen Kraft Fakt mit
dem Vor-Schwellenwert Fv und dem tatsächlichen
Schwellenwert FTh eine analoge Lösung, mit herkömmlichen
Komparatoren, gewählt
wird, wie nachstehend noch näher
anhand der 9 erläutert werden soll.
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Zum
besseren Verständnis
soll nun anhand des Ablaufdiagramms von 3 die Vorgangsweise mit
der etwaigen Vor-Ansteuerung,
wie vorstehend anhand der 1 und 2 beschrieben,
noch näher
erläutert
werden.
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Beispielsweise
wird nach einem Startschritt 20 gemäß Block 21 das Schließen eines
Fensters oder Schiebedachs gestartet, und mit Block 22 ist das
Halten dieser Ansteuerung der Steuerelemente 4 bzw. Schaltrelais 5 angegeben.
Es wird nun beispielsweise zyklisch (im Fall der vorgenannten zyklischen
Berechnung mithilfe der Rechnermittel 3) gemäß Feld 23 abgefragt,
ob die aktuelle Schließkraft Fakt den Vor-Schwellenwert Fv erreicht;
solang dies nicht der Fall ist, wird zum Block 22 zurückgekehrt. Erreicht
jedoch die Schließkraft
Fakt den Vor-Schwellenwert F, so wird gemäß Block 24 die
Vor-Ansteuerung der Schaltrelais 5 ausgelöst.
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Im
Anschluss daran wird gemäß Feld 25 abgefragt,
ob die aktuelle Schließkraft
Fakt den tatsächlichen Schwellenwert FTh erreicht hat; wenn nein, wird gegebenenfalls
gemäß Feld 26 abgefragt,
ob das vorgegebene Zeitintervall Δt
abgelaufen ist, und wenn nein, wird zum Block 24 zurückgekehrt
und die Vor-Ansteuerung
aufrecht erhalten. Ist jedoch das Intervall Δt abgelaufen, wobei die Schließkraft den
tatsächlichen
Schwellenwert FTh nicht erreicht hat, so wird
vom Feld 26 weggehend gemäß Block 27 die Vor-Ansteuerung
rückgängig gemacht,
und es wird zum Block 22 zurückgekehrt, gemäß welchem
die Schaltrelais 5 weiter gehalten werden.
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Wenn
gemäß Feld 25 jedoch
die aktuelle Schließkraft
Fakt den tatsächlichen Schwellenwert FTh erreicht, so wird gemäß Block 28 die Vor-Ansteuerung
bestätigt,
d. h. die Schaltrelais 5 werden nun endgültig, nach
Verstreichen eines kurzen Zeitintervalls, wenn der bereits reduzierte
Spulenstrom ausreichend weit abgesunken ist, umgeschaltet, so dass dann
gemäß Block 29 der
Motor 2 im Sinne eines Öffnens
des Schiebefensters oder Schiebedachs reversiert wird. Bei 30 wird
schließlich
das Ende des Ablaufs erreicht.
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In 4 ist
beispielhaft eine Ausführung
einer Treiberstufe 6 in Form eines intelligenten Treibers auf
Basis eines Feld effekttransistors (FET) mit parallel geschalteter
Diode veranschaulicht, wobei ein derartiger FET-Treiber handelsüblich ist. Über diese Treiberstufe 6 steuern
die Rechnermittel 3 das jeweilige Schaltrelais 5 an,
d. h. für
jedes der Schaltrelais 5 gemäß 1 ist eine
derartige Treiberstufe 6 vorgesehen, wie in 1 gezeigt
ist.
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In 5 ist
ein schematisches Strom-Diagramm veranschaulicht, wobei zu einem
Zeitpunkt tx annahmeweise eine Schließbewegung gestartet wird. Es
sei erwähnt,
dass in 5 mit ausgezogener Linie ein
idealisierter rechteckiger Stromverlauf gezeigt ist, dass jedoch
der tatsächliche
Spulenstrom I durch die Relaisspule von der idealen Rechteckform etwas
abweicht, wie in 5 mit strichpunktierter Linie
veranschaulicht ist.
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Zum
Zeitpunkt t1 – vgl.
auch 2 – erreicht annahmeweise
die aktuelle Schließkraft
Fakt den Vor-Schwellenwert Fv,
und demgemäß steuern
die Rechnermittel 3 jedes der Schaltrelais 5 über die
jeweilige Treiberstufe 6 entsprechend an, um eine Umschaltung
vorzunehmen, wobei konkret der Strom I abgeschaltet wird. Wie hier
wiederum mit strichpunktierter Linie veranschaulicht ist, sinkt
dabei der Spulenstrom I tatsächlich
nicht abrupt auf 0, sondern er verläuft allmählich, entsprechend seiner
Induktivität, gegen
0, wenn der für
das Schließen
vorgesehene Strom zum Zeitpunkt t1 beendet wird. Wenn nun im Intervall
bis zum Zeitpunkt t2 die Schließkraft
Fakt den tatsächlichen Schwellenwert FTh erreicht (siehe 2, Punkt 12),
wird diese geänderte
Ansteuerung des jeweiligen Schaltrelais 5 (Wegfall des
Stroms) bestätigt
bzw. fortgesetzt, so dass der Strom durch die Relaisspule weiter
abfällt
und in der Folge das Schaltrelais, beispielsweise zum Zeitpunkt
t3, nach vergleichsweise kurzer Zeit (t3 – t2) umgeschalten wird. Wie
ersichtlich, ist die tatsächliche
Umschaltzeit t3 – t2
durch die vorliegende Vor-Ansteuerung wesentlich kürzer, als
die gesamte Umschaltzeit (t3 – t1) ohne
die Vor-Ansteuerung betragen würde.
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Erreicht
jedoch die Schließkraft
Fakt innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls Δt nicht den
tatsächlichen
Schwellenwert FTh, so wird die vorläufige Ansteuerung
des Schaltrelais 5 (durch Abschalten des Relaisstroms)
wieder rückgängig gemacht,
d. h. es wird neuerlich ein Haltestrom I angelegt, wie in 5 mit
gestrichelten Linien angedeutet ist. In diesem Fall ist das jeweilige
Schaltrelais 5 noch nicht umgeschalten worden (s. den später liegenden
Zeitpunkt t3 in 5), so dass das Schaltrelais 5 noch
im Haltezustand vorliegt, wenn der neue Haltestrom an die Relaisspule
angelegt wird. Dadurch bleibt es bei der eingestellten Schaltstellung
des Schaltrelais 5, und die begonnene (Zeitpunkt tx) Schließbewegung
wird fortgesetzt, ohne dass es zu einem Fehlreversieren kommt. Wenn
das Abschalten des Spulenstroms durch das jeweilige Schaltrelais 5 zum
Zeitpunkt t1 (im Hinblick auf das verzögerte Ansprechen des Schaltrelais)
innerhalb der vorgegebenen Zeit Δt
kritisch wäre,
etwa weil die Spannung am Schaltrelais 5 niedrig ist bzw.
das Zeitintervall Δt
fast gleich dem Zeitintervall für
die Ansprechverzögerung
ist, so dass ein Ansprechen, d. h. Umschalten des Schaltrelais 5 noch
innerhalb des Zeitintervalls Δt
möglich
wäre, kann
die Stromabschaltung oder allgemein die Ansteuerung des Steuerelements 4 in
zwei Stufen erfolgen, wie aus 6 und 7A, 7B ersichtlich ist.
Wiederum wird in dieser Ausführungsform
zum Zeitpunkt tx der Relaisstrom eingeschaltet, um die Schließbewegung
zu beginnen. In 7A und 7B ist
hierfür
auch ein Startstromstoss bei 31 schematisch veranschaulicht,
wogegen der Haltestrom mit I1 bezeichnet ist. Dieser Haltestrom
I1 wird von einem von zwei FET-Treibern, wie in 4 gezeigt,
vorgesehen, beispielsweise dem in 6 linken
Treiber 6.2, dem ein niedriger Vorwiderstand R1 zugeordnet
ist, verglichen mit dem Vorwiderstand R2 eines zweiten FET-Treibers 6.2,
so dass letzterer einen kleineren Strom I2 liefert, wenn er – zur Zeit
t1 – von
den Rechnermitteln 3 angesteuert wird, s. 7A und 7B.
Der Einschaltstromstoss 31 kann beispielsweise dadurch
erhalten werden, dass beide Treiber 6.1 und 6.2 gleichzeitig
von den Rechnermitteln 3 angesteuert werden, um so ein
möglichst rasches
Ansprechen des jeweiligen Ansprechrelais 5 sicherzustellen.
Danach wird der eine Treiber 6.1 zur Versorgung der Relaisspule
mit dem höheren
Strom I1, einem Haltestrom, angesteuert, wogegen in diesem „Dauerbetrieb” der zweite
Treiber 6.2 von den Rechnermitteln 3 gesperrt
wird. Zum Zeitpunkt t1, wenn die Schließkraft Fakt den
Vor-Schwellenwert
Fv erreicht, wird die Ansteuerung der beiden
Treiber 6.1, 6.2 gewechselt, so dass nunmehr ein
niedrigerer Strom I2 für
die Schaltrelais 5 zur Verfügung gestellt wird. Dieser
niedrigere Strom I2 würde
nicht ausreichen, das jeweilige Schaltrelais 5 zu halten,
und es beginnt abzufallen, was aber mit einer gewissen – hier im
Vergleich zu 5 insgesamt längeren – Verzögerung verbunden
ist.
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Zum
Zeitpunkt t2, nach dem Zeitintervall Δt, erreicht angenommen die Schließkraft Fakt den tatsächlichen Schwellenwert FTh, und es wird nun auch der Treiber 6.2 gesperrt,
d. h. der Strom durch das Relais wird vollständig abgeschalten; somit fällt das Schaltrelais 5 endgültig ab,
und zwar wiederum nach einer vergleichsweise kurzen Zeit nach t2,
die jedenfalls kürzer
ist als ohne die Vor-Ansteuerung zwischen den Zeitpunkten t1 und
t2, ähnlich
wie dies vorstehend anhand der 5 bereits
erläutert
wurde.
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Wenn
hingegen der tatsächliche
Schwellenwert FTh nicht erreicht wird, wird
zum Zeitpunkt t2 neuerlich die Stromversorgung zur Relaisspule gestartet,
wie aus 7B ersichtlich ist, so dass
das jeweilige Schaltrelais 5 in der zuvor eingenommenen Schaltstellung
verbleibt.
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In 8 ist
gezeigt, wie – mit
Hilfe der Rechnermittel 3 gemäß 1 – auch dem
Umstand Rechnung getragen werden kann, dass die Schließkraft Fakt verschieden rasch ansteigt, wobei insbesondere ein
momentanes langsames Ansteigen dann problematisch sein kann, wenn
durch den geringen Anstieg nach Erreichen des Vor-Schwellenwerts
Fv ein Erreichen des tatsächlichen
Schwellenwerts FTh nur nach einem Zeitintervall
erfolgen könnte,
das länger
ist als das sinnvollerweise im Hinblick auf die Ansprechverzögerung vorgegebene
Intervall Δt.
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Im
Einzelnen ist in 8 mit dem Kraftverlauf Fakt1 der bereits vorstehend anhand von 2 erläuterte Normalfall
gezeigt. Abhängig
vom Anstieg der Schließkraft
Fakt kann nun jedoch in einer bevorzugten
Ausführungsform
der Vor-Schwellenwert
Fv vorübergehend
nach oben verschoben werden, s. die gestrichelte Linie Fv',
wenn momentan die Schließkraft
Fakt2 relativ sanft ansteigt. Dadurch wird
wiederum erreicht, dass der Zeitpunkt 13, wenn die Schließkraft den
verstellten Vor-Schwellenwert Fv' überschreitet, von diesem Zeitpunkt
weg bis zum Zeitpunkt des Erreichens des tatsächlichen Schwellenwerts FTh ein Zeitintervall kleiner dem Intervall
entsprechend der Ansprechverzögerung
gegeben ist, so dass sichergestellt wird, dass bis zum endgültigen Entscheiden über eine
etwaige Einklemmsituation das Relais 5 noch nicht abgefallen
ist. In dieser Ausführungsform
berechnet somit der als Rechnermittel 3 vorgesehene Mikroprozessor
laufend auch den Anstieg der Schließkraft, um so bei Unterschreiten
einer vorgegebenen Steigung den Vor-Schwellenwert Fv zu
verschieben. Üblicherweise
wird, soweit ein gängiges
Einklemmschutzsystem wie vorstehend beschrieben betroffen ist, die
Einklemmsituation mithilfe der Rechnermittel 3 und darin
programmierten Abläufe
(also softwaremäßig) berechnet.
Es sind jedoch Situationen denkbar, etwa ganz allgemein bei induktiven
Aktuatoren etc., wo kontinuierlich eine entsprechende Kraft Fakt oder allgemein ein für die Ansteuerung wesentlicher
Eingangs-Parameter überwacht wird.
In einem solchen Fall kann beispielsweise wie in 9 gezeigt
die Kraft Fakt laufend einerseits, in einem
Komparator 41, mit einem Vor-Schwellenwert Fv und
in einem weiteren Komparator 42 mit dem tatsächlichen
Schwellenwert FTh verglichen werden. An den
Ausgang des ersten Komparators 41 ist ein ein bestimmtes
Zeitintervall, nämlich
das Zeitintervall Δt, definierender
Impulsgeber 43, beispielsweise ein monostabiler Multivibrator
angeschaltet, dessen Ausgang an einen Eingang eines UND-Gatters 44 gelegt ist,
welches an einem weiteren Eingang das Ausgangssignal des zweiten
Komparators 42 zugeführt erhält. Dadurch
wird vom UND-Gatter 44 dann, und nur dann, ein logisches
Ausgangssignal abgegeben, wenn während
des Zeitintervalls Δt
die aktuelle Kraft Fakt den tatsächlichen
Schwellenwert FTh zumindest erreicht. Dieses
Ausgangssignal des UND-Gatters 44 kann über eine Halteschaltung 45 verlängert werden,
um so die endgültige
Ansteuerung des jeweiligen Steuerelements 4 über ein
ODER-Gatter 46 vorzunehmen.
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Für die vorläufige Ansteuerung
wird das Ausgangssignal des ersten Komparators 41 ebenfalls
einem Eingang eines UND-Gatters 47 zugeführt, welches
an seinem anderen Eingang das Ausgangssignal des Impulsgebers 43 zugeführt erhält. Damit
erscheint am Ausgang des UND-Gatters 47 dann, und nur dann,
ein Signal, wenn die aktuelle Kraft Fakt den Vor-Schwellenwert
Fv übersteigt
und dadurch auch ein Impuls – mit
der Dauer Δt – ausgelöst wird,
der am UND-Gatter 47 anliegt. Nach Beendigung des Impulses
am Ausgang des Impulsgebers 43 (also zum Zeitpunkt t2 gemäß 2)
fällt die
zuvor durch das Ausgangssignal des UND-Gatters 47 gegebene Vor-Ansteuerung
wieder weg, und je nachdem, ob die aktuelle Kraft den tatsächlichen
Schwellenwert FTh erreicht hat oder nicht,
wird ab diesem Zeitpunkt t2 die endgültige Ansteuerung bzw. Umsteuerung des
Steuerelements 4 über
die Halteschaltung 45 und das ODER-Gatter 46 bewerkstelligt, oder
aber es kommt zu keiner derartigen endgültigen Umsteuerung, so dass
die ursprüngliche
Ansteuerung wieder gegeben ist.