DE102011122022A1

DE102011122022A1 - Verfahren zum Betrieb eines elektromotorischen Stellantriebs und Stellantrieb

Info

Publication number: DE102011122022A1
Application number: DE201110122022
Authority: DE
Inventors: Stefan Franek; Thomas Schindhelm; Andreas Köhler
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG; Volkswagen AG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG; Volkswagen AG
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (26) zum Betrieb eines elektromotorischen Stellantriebs (9) einer Verstelleinrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Fensterheber. Nach Eintreten eines Stillstands (39) des Elektromotors (8) aufgrund einer Schwergängigkeit (38) im Zuge einer in eine Richtung erfolgenden Verstellbewegung (30) wird der Elektromotor (8) für die Dauer einer Blockerkennungszeit (42) bestromt und nach Ablauf der Blockerkennungszeit (42) abgeschaltet wird, wenn der Elektromotor (8) weiterhin stillsteht. Die Blockerkennungszeit (42) wird in Abhängigkeit der Stromtragfähigkeit (S) eines Stromversorgungskabels (12) des Elektromotors (8) unter Heranziehung eines Umgebungsparameters (T) und/oder einer Betriebsspannung (Ub) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektromotorischen Stellantriebs eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Fensterheber, sowie einen Stellantrieb eines Kraftfahrzeugs.
Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise Seitenfenster oder Schiebedächer, welche mittels eines elektromotorischen Antriebs geöffnet oder geschlossen werden können. Um ein sicheres Verbringen des Fensters bzw. Schiebedachs entlang eines Verstellwegs zu gewährleisten, wird der Elektromotor des Antriebs bei einer auftretenden Schwergängigkeit mit der Folge eines Stillstands des Elektromotors im direkten Anschluss für die Dauer einer Blockerkennungszeit weiterhin bestromt. Sollte nach Ablauf dieser Zeit der Elektromotor weiterhin stillstehen, wird der Elektromotor zur Vermeidung einer Überhitzung des Elektromotors und einer Beschädigung des Fensterhebers oder eines etwaigen Objekts, das die Schwergängigkeit bewirkt, abgeschaltet. Die Blockerkennungszeit beträgt üblicherweise zwischen 250 ms und 500 ms. Während der Blockerkennungszeit ist die Stromaufnahme des Elektromotors vergleichsweise groß und beträgt in der Regel dessen maximale Stromaufnahme.
Üblicherweise wird ein den Elektromotor mit elektrischer Energie versorgendes Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs auf diese maximale Belastung eingestellt, um eine Beschädigung des Bordstromnetzes oder der Komponenten des elektrischen Fensterhebers zu vermeiden. Deshalb werden vergleichsweise große Leitungsquerschnitte für die einzelnen Stromleitungen des Bordstromnetzes gewählt. Dies wiederum bedingt ein vergleichsweise großes Gewicht des Bordstromnetzes und somit des Kraftfahrzeugs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines elektromotorischen Stellantriebs eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei dem geeigneterweise ein Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweist und kostengünstig herstellbar ist, wobei insbesondere zusätzlich ein sicheres Verbringen eines von dem Stellantrieb angetriebenen Verstellteils sichergestellt ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines verbesserten elektromotorischen Stellantriebs.
Erfindungsgemäß wird die das Verfahren betreffende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, die den Stellantrieb betreffende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Das Verfahren dient dem Betreib einer Verstelleinrichtung mit einem Verstellteil, insbesondere eines Kraftfahrzeugs und ist insbesondere in einem Steuergerät der Verstelleinrichtung implementiert. Im Folgenden wird unter Verstelleinrichtung insbesondere ein Fensterheber, ein Schiebedach, eine elektromotorisch betriebene Heckklappe oder dergleichen, verstanden, wobei das Verstellteil entlang eines Verstellweges mittels eines elektromotorischen Stellantriebs verbracht wird. Hierfür wird das Verstellteil direkt oder indirekt, beispielsweise über ein Getriebe des Stellantriebs, mittels eines Elektromotors angetrieben. Insbesondere ist das Verstellteil zwangsgeführt und hierzu beispielsweise an Mitnehmern gehalten, die in Führungsschienen geführt sind.
Der Elektromotor wird während einer Verstellbewegung, also einer Verbringung des Verstellteils, über ein Stromversorgungskabel mit elektrischer Energie versorgt. Falls im Zuge der Verstellbewegung, die in eine Richtung erfolgt, eine derartige Schwergängigkeit auftritt, dass das Verstellteil und der mit diesem zusammenwirkenden Elektromotor stillsteht, wird der Elektromotor für die Dauer einer Blockerkennungszeit bestromt. Zweckmäßigerweise erfolgt die Bestromung während der Blockerkennungszeit auch, wenn eine Istdrehzahl des Elektromotors im Vergleich zu einer Solldrehzahl des Elektromotors vergleichsweise stark vermindert ist. Vorzugsweise schließt sich die Blockerkennungszeit direkt an das Erkennen des Stillstandes an. Somit ist der Stromfluss durch das Stromversorgungskabel zum Elektromotor während der Verstellbewegung nicht unterbrochen. Wenn nach Ablauf der Blockerkennungszeit der Elektromotor weiterhin stillsteht, wird die Bestrmung des Motors unterbrochen und die Verstellbewegung beendet. Demgegenüber wird die Verstellbewegung in die ursprüngliche Richtung fortgesetzt, falls der Elektromotor nach Ablauf der Blockerkennungszeit nicht mehr stillsteht, also das Verstellteil bewegt wird.
Die Ermittlung und Bestimmung der Blockerkennungszeit erfolgt in Abhängigkeit einer Stromtragfähigkeit des Stromversorgungskabels des Elektromotors, wobei ein Umgebungsparameter und/oder eine Betriebsspannung herangezogen wird. Im Folgenden wird unter Stromtragfähigkeit und Strombelastbarkeit des Stromversorgungskabels insbesondere die Aussage zusammengefasst, bis zu welcher Stromstärke das Stromversorgungskabel elektrisch belastbar ist oder welche Stromstärke auf Dauer – oder zumindest für eine vergleichsweise große Zeitspanne – in dem Stromversorgungskabel maximal geführt werden kann, jeweils ohne dass das Stromversorgungskabel dabei unzulässig hoch erwärmt wird. Bei einer derartigen Erwärmung würde das Stromversorgungskabel irreversibel beschädigt werden. Beispielsweise würde der elektrisch leitende Kern (Leiterader) des Kabels schmelzen oder eine etwaige Isolierung in Brand geraten. Eine Erwärmung des Stromversorgungskabels, die einen vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand des Stromversorgungskabels bedingt, wird hierbei auch als eine unzulässig hohe Erwärmung bezeichnet. Der Umgebungsparameter ist beispielsweise eine Temperatur oder eine Luftfeuchtigkeit. Die Betriebsspannung liegt an dem Elektromotor während der Verstellbewegung an und wird mittels des Stromversorgungskabels an den Elektromotor geführt.
Aufgrund der Anpassung der Blockerkennungszeit in Abhängigkeit der Stromtragfähigkeit des Stromversorgungskabels ist es ermöglicht, während des Betriebs aktuelle Gegebenheiten des Stellantriebs zu berücksichtigen. Somit muss die Blockerkennungszeit nicht auf eine Vielzahl von vergleichsweise selten während des Betriebs des Stellantriebs eintretenden Fällen im Voraus eingestellt werden, um stets ein sicheres Verbringen des Verstellteils zu gewährleisten. Vielmehr werden übermäßige, nur für eben diese Fälle ausgelegte Sicherheitsreserven vermieden, und in diesen Fällen wird die Blockerkennungszeit verkürzt. Ferner wird ein zu großer, über die Blockerkennungszeit gemittelter Stromfluss unterdrückt, der zu einer Beschädigung des Stellantriebs des Stromversorgungskabels oder einer weiteren Komponente der Verstelleinrichtung führen würde, da die Blockerkennungszeit vorteilhaft angepasst wird. Hierbei wird aufgrund der Heranziehung des Umgebungsparameters bzw. der Betriebsspannung kein vergleichsweise kostenintensives Strommessgerät benötigt.
Beispielsweise wird bei einer ersten Betriebsspannung eine vergleichsweise kurze Blockerkennungszeit und bei einer zweiten Betriebsspannung eine vergleichsweise lange Blockerkennungszeit eingestellt. Dadurch wird eine Leistungsaufnahme des Elektromotors während der Blockerkennungszeit verhindert, die das Stromversorgungskabel zerstören würde. Beispielsweise ist die erste Betriebsspannung größer als 12 V und die zweite Betriebsspannung kleiner als 12 V. Die kurze Blockerkennungszeit beträgt insbesondere 100 ms und die zweite Blockerkennungszeit beträgt bevorzugt 150 ms.
In einer geeigneten Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur als Umgebungsparameter herangezogen. Zweckmäßigerweise wird die Außentemperatur des Kraftfahrzeugs verwendet. Beispielsweise wird am Steuergerät ein Temperaturfühler angeschlossen. Alternativ hierzu wird über ein in dem Kraftfahrzeug installiertes Bussystem, welches insbesondere in CAN- oder LIN-Bussystem ist, die von einem Temperaturfühler, der ebenfalls mit dem Bussystem verbunden und außerhalb des Kraftfahrzeugs installiert ist, ermittelte Außentemperatur an das Steuergerät gesandt oder von diesem abgefragt. Auf diese Weise kann das Verfahren vergleichsweise kostengünstig realisiert werden, da lediglich das Steuergerät angepasst werden muss, und bereits im Kraftfahrzeug verwendete Komponenten herangezogen werden.
Bevorzugt wird bei einer ersten Außentemperatur eine im Vergleich zu einer zweiten Außentemperatur kürzere Blockerkennungszeit gewählt. Wenn die erste Außentemperatur vorherrscht, wird somit eine vergleichsweise kurze Blockerkennungszeit gewählt, wohingegen bei der zweiten Außentemperatur eine vergleichsweise lange Blockerkennungszeit verwendet wird. Hierbei ist die erste Außentemperatur größer als die zweite Außentemperatur. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen zweiten Außentemperatur ist die Temperatur des Stromversorgungskabels ebenfalls vergleichsweise niedrig und die Stromtragfähigkeit des Stromversorgungskabels ist erhöht. Somit ist es möglich, für eine im Vergleich zu der ersten Außentemperatur längere Blockerkennungszeit den elektrischen Strom durch das Stromversorgungskabel fließen zu lassen, ohne eine thermische Beschädigung des Stromversorgungskabels zu riskieren. Demgegenüber ist bei der höheren ersten Außentemperatur die Stromversorgungskabels des Stromversorgungskabels erniedrigt. Um eine Beschädigung zu vermeiden wird daher die Blockerkennungszeit bei der ersten Außentemperatur verkürzt. Beispielsweise beträgt bei der ersten Außentemperatur, welche bei 50°C liegt, die Blockerkennungszeit 80 ms, und bei der zweiten Außentemperatur, die gleich 0°C ist, wird eine Blockerkennungszeit von 200 ms herangezogen.
Geeigneterweise wird ein weiterer Verbraucher, wie zum Beispiel eine Heizung für einen Außenspiegel, während der Blockerkennungszeit abgeschaltet, wobei die Versorgung dieses Verbrauchers ebenfalls mittels des Stromversorgungskabels des Elektromotors erfolgt. Der Verbraucher ist beispielsweise direkt mit dem Steuergerät verbunden und wird von diesem gesteuert, oder das Steuergerät sendet über das Bussystem ein Signal, welches zu der Deaktivierung oder zumindest teilweisen Unterbrechung des normalen Funktionsbetriebes des Verbrauchers führt. Während dieser Zeit ist die Energieaufnahme des Verbrauchers über das Stromversorgungskabel im Vergleich zum normalen Funktionsbetrieb reduziert. Auf diese Weise wird der während der Blockerkennungszeit über das Stromversorgungskabel fließende elektrische Strom reduziert, weswegen beispielsweise die Blockerkennungszeit oder das von dem Elektromotor aufgebrachte Drehmoment während der Blockerkennungszeit erhöht werden kann, ohne dass das Stromversorgungskabel beschädigt wird.
Bevorzugterweise wird die Blockerkennungszeit zwischen 80 ms und 500 ms variiert. Insbesondere beträgt die obere Grenze der Blockerkennungszeit zwischen 150 ms und 250 ms und die untere Grenze ist gleich 100 ms. Je nach Wert des Umgebungsparameters bzw. der Betriebsspannung wird die Blockerkennungszeit zwischen der oberen Grenze und der unteren Grenze kontinuierlich variiert. Mit anderen Worten kann in Abhängigkeit des Wertes des Umgebungsparameters bzw. der Betriebsspannung die Blockerkennungszeit jeden Wert zwischen der oberen und unteren Grenze annehmen. Beispielsweise ist der Zusammenhang zwischen der Blockerkennungszeit und dem Wert des Umgebungsparameters bzw. der Betriebsspannung linear.
In einer geeigneten Ausführungsform der Erfindung ist während der Blockerkennungszeit der elektrische Strom begrenzt, der dem Elektromotor über das Stromversorgungskabel zugeführt ist. Insbesondere wird dies über eine Kraftbegrenzung des Elektromotors realisiert. Somit ist während der Blockerkennungszeit die von dem Elektromotor auf das Verstellteil ausgeübte Kraft begrenzt. Auf diese Weise ist es ermöglicht, entweder die Blockerkennungszeit zu verlängern oder ein kleiner dimensioniertes Stromversorgungskabel zu verwenden. Zusätzlich wird eine Einklemmkraft auf ein etwaiges Objekt, das die Schwergängigkeit verursacht und von dem Verstellteil eingeklemmt wird, begrenzt und somit eine Beschädigung des Objekts vermieden oder zumindest reduziert.
Beispielsweise wird ein geringerer Querschnitt als 2,5 mm² für das Stromversorgungskabel gewählt und insbesondere ein Querschnitt, der kleiner oder gleich 1,5 mm² ist. Bevorzugterweise ist die maximale elektrische Stromaufnahme des verwendeten Motors größer als 20 A und insbesondere mindestens 26 A, wobei die an dem Motor anliegende elektrische Spannung zwischen 10 V und 14 V beträgt.
Zweckmäßigerweise ist das maximale von dem Elektromotor erzeugte Drehmoment 10 Nm. Mittels eines derartigen Elektromotors ist eine sichere Verbringung des Verstellteils entlang des Verstellwegs auch bei einer Verschmutzung der Führungsschienen gewährleistet, die zu einer Schwergängigkeit führen kann. Besonders bevorzugt werden sowohl ein Stromversorgungskabel mit einem Querschnitt von 1,5 mm² oder geringer und ein Elektromotor mit einer maximalen Stromaufnahme von 26 A oder mehr verwendet. Bei einem Betrieb ohne Anpassung der Blockerkennungszeit würde ein derartiges Kabel bei einer Schwergängigkeit thermisch geschädigt werden und ein sicherer Betrieb des Kraftfahrzeugs wäre nicht gewährleistet. Ferner könnten das geschädigte Kabel oder umgebende Elemente des Kraftfahrzeugs während der Blockerkennungszeit in Brand geraten. Bei einer Anpassung der Blockerkennungszeit hingegen ist dies ausgeschlossen, wobei dennoch sowohl ein sicheres Verbringen des Verstellteils als auch eine Gewichts- und eine Kostenersparnis des Stromversorgungskabels erreicht sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung unterbleibt während der Blockerkennungszeit ein Nachlernen eines etwaigen Endanschlags der Verstelleinrichtung. Unter Endanschlag wird insbesondere eine Begrenzung des Verstellwegs verstanden, welche beispielsweise mittels einer Türdichtung realisiert ist. Während des Nachlernens wird der Elektromotor für eine bestimmte Zeitdauer bestromt und die Bewegung des Verstellteils überwacht, wenn sich das Verstellteil insbesondere in einem Bereich des Endanschlags befindet. Die Bewegungsrichtung des Verstellteils ist hierbei auf den Endanschlag hin. Wenn sich das Verstellteil aufgrund des Anstoßens oder Anliegens an dem Endanschlag trotz der weiteren Bestromung des Elektromotors nicht bewegt, ist der Endanschlag nachgelernt.
Bei einem erneuten Verbringen des Verstellteils in den Bereich des Endanschlags wird die Bestromung des Elektromotors unterbrochen, kurz bevor oder genau wenn das Verstellteil an dem nachgelernten Endanschlag anliegt. Mit anderen Worten wird die Verstellbewegung beendet, sobald sich das Verstellteil an der Position oder zumindest vergleichsweise nahe an der Position befindet, an der beim Nachlernen des Endanschlags der Stillstand des Verstellteils identifiziert wurde. Auf diese Weise wird eine Belastung des Materials der Verstelleinrichtung vermieden, wobei dennoch das Verstellteil entlang des gesamten Verstellwegs verbracht wird und eine etwaige von dem Verstellteil bedeckte Öffnung abgedichtet ist. Das Nachlernen des Endanschlags erfolgt beispielsweise, sobald das Verstellteil mit einer bestimmten Häufigkeit verstellt wurde und/oder den Endanschlag erreichte. Zweckmäßigerweise erfolgt die Zeitdauer der Bestromung des Elektromotors während des Nachlernens in Abhängigkeit der Stromtragfähigkeit des Stromversorgungskabels. Geeigneterweise unterbleibt ein Nachlernen auch, wenn ungünstige Randbedingungen vorherrschen, also beispielsweise die Außentemperatur oder die Betriebsspannung erhöht ist.
Der elektromotorische Stellantrieb des Kraftfahrzeugs weist einen Elektromotor auf und ist Bestandteil einer Verstelleinrichtung, insbesondere eines elektrischen Fensterhebers. Der Elektromotor treibt direkt oder indirekt, vorzugsweise über ein Schneckenrad des Stellantriebs, ein Verstellteil an und bewegt dieses entlang eines Verstellwegs. Der Elektromotor wird mittels eines Stromversorgungskabels mit elektrischer Energie versorgt, wobei das Stromversorgungskabel beispielsweise Bestandteil eines Bordstromnetzes ist, das von einer Fahrzeugbatterie und/oder einem Generator gespeist wird. Die Steuerung des Elektromotors erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines Steuergeräts, insbesondere eines Türsteuergeräts, welches einen Stromfluss durch das Stromversorgungskabel zu dem Elektromotor regelt oder zumindest steuert. Je nach Art der Bestromung, zum Beispiel mittels einer Brückenschaltung oder einer Umpolung, wird die Drehrichtung des Elektromotors und somit die Bewegungsrichtung des Verstellteils eingestellt.
Tritt im Zuge einer Verstellbewegung des Verstellteils entlang des Verstellwegs eine Schwergängigkeit auf, die zum Beispiel von einer Verschmutzung von etwaigen Führungsschienen, einem von dem Verstellteil eingeklemmten Objekt oder Witterungseinflüssen hervorgerufen wird, wird das Verstellteil und der mit diesem in Wechselwirkung stehende Elektromotor abgebremst. Insbesondere ist während der Abbremsung die Stromaufnahme des Elektromotors und daher auch die von diesem auf das Verstellteil ausgeübte Kraft vergrößert. Falls die Schwergängigkeit vergleichsweise stark ausgeprägt ist, wird von dieser ein Stillstand des Elektromotors oder zumindest ein Absinken der Drehzahl des Elektromotors unter einen vergleichsweise niedrigen Wert bedingt. Während dieses Stillstandes wird der Elektromotor für die Dauer einer Blockerkennungszeit bestromt. Bevorzugt schließt sich die Blockerkennungszeit unverzüglich an den Eintritt des Stillstandes an. Mit anderen Worten wird, sobald der Elektromotor aufgrund der Schwergängigkeit stillsteht bzw. seine Drehzahl unter einen vergleichsweise niedrigen Schwellwert gefallen ist, der Elektromotor die Blockerkennungszeit lang weiter bestromt. Falls nach Ablauf oder während der Blockerkennungszeit die Drehzahl des Elektromotors erneut über einen Grenzwert ansteigt, wird der Elektromotor solange weiter mit elektrischer Energie versorgt, bis das Verstellteil eine gewünschte Position erreicht hat oder eine erneute Schwergängigkeit auftritt. Die Bestromung erfolgt in gleicher Weise wie zeitlich vor dem Auftreten der die Blockerkennungszeit auslösenden Schwergängigkeit. Dahingegen wird, falls der Stillstand des Elektromotors über die Blockerkennungszeit hinaus andauert, der Elektromotor abgeschaltet. Dies tritt beispielsweise ein, wenn das Verstellteil das Ende des Verstellwegs erreicht hat und an einer Begrenzung, wie einer oberen Türdichtung bei Einfahrt in den oberen Block, anstößt bzw. anliegt. Insbesondere erfolgt die Verstellbewegung lediglich in eine Richtung. Die Art der Bestromung des Elektromotors wird demnach während der Verbringung des Verstellteils und der Schwergängigkeit, also auch während des Stillstands des Elektromotors, nicht verändert.
Die Blockerkennungszeit wird in Abhängigkeit einer Stromtragfähigkeit oder Strombelastbarkeit des Stromversorgungskabels ermittelt. Als Stromtragfähigkeit bzw. Strombelastbarkeit wird insbesondere der maximale zulässige durch das Stromversorgungskabel fließende elektrische Strom bezeichnet, bei dem noch keine vergleichsweise große Schädigung des Stromversorgungskabels eintritt. Bevorzugt ist die Einwirkung eines Stromes, der kleiner als der maximal zulässige Strom ist, auf das Stromversorgungskabel nicht vorhanden oder zumindest vergleichsweise gering. Die Stromtragfähigkeit des Stromversorgungskabels wird unter anderem von der Form des Stromversorgungskabels bestimmt, also dessen Querschnitt und dessen Verlegungsverlauf im Kraftfahrzeug. Ebenso hat das Material des Stromversorgungskabels, insbesondere dessen leitender Kern aber auch eine etwaige Isolierschicht, einen Einfluss auf die Strombelastbarkeit des Stromversorgungskabels. Beispielsweise wird die Stromtragfähigkeit explizit oder implizit zumindest teilweise in dem Steuergerät bei dessen Einbau in das Kraftfahrzeug hinterlegt. Auf diese Weise kann ein Steuergerät für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugtypen mit variierenden und unterschiedlich verlegten Stromversorgungskabeln verwendet werden.
Ferner beeinflusst die Umgebung des Kraftfahrzeugs, und insbesondere die Umgebung des Stromversorgungskabels, die Stromtragfähigkeit des Stromversorgurigskabels. Daher wird ein Umgebungsparameter, wie zum Beispiel die Außentemperatur oder die Luftfeuchtigkeit, zur Ermittlung der Blockerkennungszeit herangezogen. Somit wird die Blockerkennungszeit an aktuelle Gegebenheiten und Umgebungsbedingungen des Kraftfahrzeugs angepasst. Alternativ oder in Kombination hierzu wird eine an dem Elektromotor anliegende elektrische Spannung, also dessen Betriebsspannung, zur Ermittlung der Blockerkennungszeit verwendet.
Mittels Ermittlung der Blockerkennungszeit in Abhängigkeit der Stromtragfähigkeit des Stromversorgungskabels unter Heranziehung des Umgebungsparameters bzw. der Betriebsspannung ist es ermöglicht, einen vergleichsweise kostengünstigen elektromotorischen Stellantrieb mit einem geringen Gewicht herzustellen, da das Stromversorgungskabel nicht für etwaige, sehr selten auftretende Sonderbelastungsfälle Stromversorgungskabels ausgelegt werden muss, bei denen die Stromtragfähigkeit des Stromversorgungskabels vergleichsweise gering ist. In diesen Fällen wird vielmehr die Blockerkennungszeit vergleichsweise kurz eingestellt. Ferner ist aufgrund der Verwendung einer Zeitgröße eine Ermittlung eines Stromflusses durch das Stromversorgungskabel nicht notwendig, weswegen ein Strommessgerät entfallen kann. Dies führt zu einer weiteren Kosten- bzw. Gewichtssenkung.
In einer vorteilhaften Ausführung weist das Stromversorgungskabel einen geringeren Querschnitt als 2,5 mm² und insbesondere einen von 1,5 mm² oder darunter auf. Bei einer Verwendung eines Querschnitts von 1,5 mm² ist eine Materialeinsparung von im Wesentlichen 40% im Vergleich zu einem herkömmlichen Stromversorgungskabel mit einem Querschnitt von 2,5 mm² realisierbar. Auf diese Weise sind sowohl die Materialkosten für das Stromversorgungskabel als auch dessen Gewicht vorteilhaft reduziert. Zweckmäßigerweise weist der Elektromotor eine maximale Stromaufnahme von 26 A auf, wobei dies in einer Testanordnung mit einem geeigneten Stromanschluss, insbesondere mit einem Querschnitt von 2,5 mm² oder mehr, beispielsweise auf einer Testbank, auch über einen vergleichsweise langen Zeitraum erfolgen kann, ohne zu einer Beschädigung des Motors zu führen. Der Elektromotor weist demnach insbesondere ein maximales Drehmoment von 10 Nm auf, was eine zuverlässige Verbringung des Verstellteils trotz einer Schwergängigkeit sicherstellt. Besonders bevorzugt beträgt der Querschnitt des Stromversorgungskabels 1,5 mm² und der Elektromotor weist eine maximale Stromaufnahme von 26 A auf. Auf diese Weise ist sowohl das sichere Verbringen des Verstellteils auch such eine Kosten- und Materialeinsparung des Stromversorgungskabels im Vergleich zu dem bisherigen Stand der Technik gewährleistet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch einen erfindungsgemäßen elektrischen Fensterheber, und
2 in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Betrieb des elektrischen Fensterhebers.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein elektrischer Fensterheber 2 mit einer Fensterscheibe 4 dargestellt, der in einer Tür 6 eines Kraftfahrzeugs integriert ist. Die Fensterscheibe 4 wird mittels eines einen Elektromotor 8 umfassenden Stellantrieb 9 entlang eines Verstellweges 10 verbracht. Hierfür steht ein Schneckenrad eines nicht dargestellten Schneckengetriebes des Stellantriebs 9 mit einer dem Elektromotor 8 wellenseitig zugeordneten Schnecke in Wirkverbindung, wobei das Schneckenrad die Rotationsbewegung des Elektromotors 8 in eine Translationsbewegung der Fensterscheibe 4 umwandelt. Der Elektromotor 8 wird über ein Stromversorgungskabel 12 eines Bordstromnetzes 14 mit elektrischer Energie versorgt, wobei die maximale Stromaufnahme 26 A beträgt. Bei einem größeren Stromfluss würde der Elektromotor 8 aufgrund von thermischer Überbelastung zerstört werden. Das Strornversorgungskabel 12 zweigt an einem Knotenpunkt 14a von einem Hauptstrang 14b ab. Der Knotenpunkt 14a ist beispielsweise in einem Sicherungskasten realisiert und das Stromversorgungskabel 12 ist mittels einer elektrischen Sicherung oder einem Schutzschalter gegen einen Überstrom und/oder eine Überspannung gesichert. Das Bordstromnetz 14 führt im Normalbetrieb eine Bordnetzspannung U von 12 V und wird von einer Batterie 16 und einem nicht gezeigten elektrischen Generator gespeist. Mit dem Stromversorgungskabel 12 ist mindestens ein weiterer Verbraucher 18 elektrisch verbunden und wird mittels dessen betrieben. In diesem Fall ist der Verbraucher 18 eine Heizung für einen Außenspiegel des Kraftfahrzeugs.
Der leitende Kern bzw. die Leiterader des Stromversorgungskabels 12 besteht aus Kupfer und wird von einer Anzahl von Einzeldrähten einer Litze gebildet, welche einen Querschnitt von 1,5 mm² aufweist. Ein bordnetzseitiges Stromkabel 12a des Stromversorgungskabels 12 ist an dem Knotenpunkt 14a und einem Steuergerät 20 angeschlossen, welches wiederum über ein motorseitiges Stromkabel 12b mit dem Elektromotor 8 elektrisch verbunden ist. Das Steuergerät 20 steuert den Elektromotor 8 mittels Pulsweitenmodulation, wenn ein Insasse des Kraftfahrzeugs eine Verstellbewegung der Fensterscheibe 4 entlang des Verstellwegs 10 mittels eines Tasters 22 aktiviert. Hierbei ist eine an dem Elektromotor 8 im Normalbetrieb anliegende elektrische Betriebsspannung Ub im Wesentlichen konstant und gleich der Bordnetzspannung U oder wird von dem Steuergerät 20 auf einen geeigneten Wert transformiert. Die Geschwindigkeit des Elektromotors 8 wird durch Variation des Puls-Pausen-Verhältnisses der dem Elektromotor 8 über das motorseitige Stromkabel 12b zugeführten elektrischen Energie eingestellt. Der Elektromotor 8 weist vorzugsweise zwei Hall-Sensoren auf, mittels derer eine aktuelle Istdrehzahl n des Elektromotors 8 und somit dessen Geschwindigkeit gemessen wird. Diese Größen werden über ein hier nicht dargestelltes Kabel an das Steuergerät 20 übermittelt.
Anstatt den Elektromotor mittels des über das Steuergerät 20 geführten Stromversorgungskabels 12 mit elektrischer Energie zu versorgen wäre es ebenfalls denkbar, den Elektromotor 8 direkt mittels eines Relais mit dem bordnetzseitiges Stromkabel 12a zu verbinden, wobei das Relais von dem Steuergerät 20 gesteuert wird. Über ein CAN-Bussystem 24 steht das Steuergerät 20 in einem Datenaustausch mit einem Steuergerät des Verbrauchers 18 oder der Verbraucher 18 wird selbst von dem Steuergerät 20 gesteuert. Ferner ist an dem Steuergerät 20 ein Temperaturfühler 25 zur Messung einer Außentemperatur T des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Der Temperaturfühler 25 ist mit dem Steuergerät 20, wie hier gezeigt, über eine separate Datenleitung oder alternativ hierzu über das Bussystem 24 verbunden.
In 2 ist ein Verfahren 26 zum Betrieb des elektrischen Fensterhebers 2 dargestellt, welches in dem Steuergerät 20 implementiert ist. Sobald ein Startereignis 28 eintritt, welches über den Taster 22 ausgelöst wird, wird der Elektromotor 8 über das Stromversorgungskabel 12 mittels des Steuergeräts 20 bestromt, und somit eine Verstellbewegung 30 der Fensterscheibe 4 entlang des Verstellwegs 10 in eine Richtung ausgelöst. In einem ersten Überprüfungsschritt 32 wird kontrolliert, ob die Verstellbewegung 30 bereits beendet sein soll. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Fensterscheibe 4 das Ende des Verstellwegs 10 erreicht hat, der Taster 22 erneut betätigt wird oder eine bestimmte Zeitspanne seit Beginn des Startereignisses 28 verstrichen ist. Trifft dies zu, so wird ein erstes Stoppereignis 34 ausgelöst und die Bestromung des Elektromotors 8 beendet.
Falls in dem ersten Überprüfungsschritt 32 ermittelt wird, dass die Verstellbewegung 30 noch nicht beendet ist, so wird in einem zweiten Überprüfungsschritt 36 die Drehzahl n des Elektromotors 8 ausgelesen und hieraus abgeleitet, ob eine Schwergängigkeit 38 vorliegt. Dies ist der Fall, wenn die Drehzahl n im Vergleich zu einem Sollwert abgesunken ist. Wenn die Drehzahl n kleiner als ein bestimmter Schwellwert ist, welcher beispielsweise Null beträgt, so ist ein Stillstand 39 des Elektromotors identifiziert. Ist der Stillstand 39 nicht vorhanden, so wird erneut der erste Überprüfungsschritt 32 ausgeführt.
Bei einem Vorhandensein des Stillstandes 39 wird in einem Ermittlungsschritt 40 eine Blockerkennungszeit 42 ermittelt. Hierzu werden eine Stromtragfähigkeit S des Stromversorgungskabels 12 und die mittels des Temperaturfühlers 25 ermittelte Außentemperatur T herangezogen. Die Stromtragfähigkeit S sagt hierbei aus, bis zu welcher Stromstärke das Stromversorgungskabel 12 elektrisch belastet werden kann, ohne dass es sich unzulässig hoch erwärmt. Unter unzulässig hoch erwärmen wird hierbei eine Erwärmung verstanden, die zu einer thermischen Beschädigung des Stromversorgungskabels 12 führen würde. Diese tritt vergleichsweise schnell nach einem Stromfluss ein, welcher die Stromtragfähigkeit S des Stromversorgungskabels 12 überschreitet. Die Stromtragfähigkeit S des Stromversorgungskabels 12 wird im Wesentlichen von der Art der Verlegung des Stromversorgungskabels 12 im Kraftfahrzeug, dem Material des leitenden Kerns des Stromversorgungskabels 12, dessen Isolierung und des Querschnittes bestimmt, welcher 1,5 mm² beträgt. Dieser Querschnitt führt dazu, dass das Stromversorgungskabel 12 bei einem Stromfluss, welcher 20 A oder mehr beträgt, irreversibel beschädigt wird.
Bei einer Außentemperatur T die großer oder gleich 40°C ist, wird eine Blockerkennungszeit 42 gewählt, deren Wert 80 ms beträgt. Falls die Außentemperatur T kleiner oder gleich –20°C ist, wird für die Blockerkennungszeit 42 ein Wert von 250 ms gewählt. Bei Außentemperaturen T, die zwischen –20°C und +40°C liegen, wir die Blockerkennungszeit 42 linear mit der Außentemperatur T angepasst. So führt beispielsweise eine Außentemperatur T von +10°C zu einem Wert der Blockerkennungszeit 42 von 165 ms. Alternativ oder in Kombination hierzu wird die Betriebsspannung Ub, die an dem Elektromotor 8 anliegt, zur Berechnung der Blockerkennungszeit 42 herangezogen. Falls die Betriebsspannung Ub ansteigt, beispielsweise 14 V übersteigt, wird die Blockerkennungszeit 42 auf einen Wert von 100 ms gesetzt. Wenn zusätzlich die Außentemperatur T größer als +10°C ist wird als Wert der Blockerkennungszeit 42 eine Zeit von 80 ms gewählt. Demgegenüber wird bei einer Betriebsspannung Ub von 10 V als Wert der Blockerkennungszeit 42 eine Zeit von 200 ms herangezogen. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Stellantriebs 9, des Stromversorgungskabels 12 und weiterer Komponenten des Kraftfahrzeugs vermieden.
In einem Zeitstartschritt 44 wird die Blockerkennungszeit 42 gestartet. Daran anschließend wird in einem Abschalt- und Begrenzungsschritt 46 der Verbraucher 18 abgeschaltet. Hierfür sendet das Steuergerät 20 über das Bussystem 24 ein Signal an den Verbraucher 18, welches eine Reduzierung des Stromverbrauchs des Verbrauchers 18 bewirkt. Beispielsweise wird die Spiegelheizung abgeschaltet, wobei das dem Verbraucher 18 zugeordnete Steuergerät in einem Betriebsmodus verbleibt. Ferner wird in dem Abschalt- und Begrenzungsschritt 46 der über das Stromversorgungskabel 12 zu dem Elektromotor 8 fließende elektrische Strom von dem Steuergerät 20 begrenzt. Dies erfolgt insbesondere mittels eines Kraftbegrenzungsmoduls des Steuergeräts 20, das die von dem Stellantrieb 9 auf die Fensterscheibe 4 ausgeübte Kraft steuert. In einem dritten Überprüfungsschritt 48 wird erneut die Drehzahl n des Elektromotors 8 kontrolliert. Sollte diese wiederum größer als der Schwellwert sein, der zum Ermittlungsschritt 40 führte, so wird in einem Aktivierungsschritt 50 erneut der Verbraucher 18 aktiviert, falls dies vorgesehen ist. Ferner wird die Strombegrenzung des Elektromotors 8 bzw. dessen Kraftbegrenzung aufgehoben und erneut der erste Überprüfungsschritt 32 ausgeführt.
Wenn die Drehzahl n des Elektromotors 8 unterhalb des Schwellwerts liegt, wird in einem vierten Überprüfungsschritt 52 die seit dem Zeitstartschritt 44 verstrichene Blockerkennungszeit 42 überprüft. Ist diese größer als der in dem Ermittlungsschritt 40 ermittelte Wert für die Blockerkennungszeit 42, so tritt ein zweites Stoppereignis 54 ein und die Bestromung des Elektromotors 8 wird beendet. Falls die seit des Zeitstartschritts 44 verstrichene Blockerkennungszeit 42 kleiner als der in dem Ermittlungsschritt 40 ermittelte Wert ist, wird diese in einem Zeitzahlschritt 56 hochgezählt und erneut der dritter Überprüfungsschritt 48 ausgeführt. Beispielsweise wird bei dem Zeitzählschritt 56 eine bestimmte Wartezeit realisiert.
Während die Verstellbewegung 30 andauert, also in der Zeit zwischen dem Startereignis 28 und dem ersten Stoppereignis 34 bzw. dem zweiten Stoppereignis 54, wird der Elektromotor 8 stets (also im Wesentlichen ohne Unterbrechung) über das Stromversorgungskabel 12 bestromt. Zusätzlich zu dem hier gezeigten Verfahren 26 kann auch ein Einklemmschutz zur Reduzierung von Einklemmkräften vorgesehen sein, die auf ein die Schwergängigkeit 38 verursachendes Objekt wirken.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Fensterheber
4: Fensterscheibe
6: Kraftfahrzeugtür
8: Elektromotor
9: Stellantrieb
10: Verstellweg
12: Stromversorgungskabel
12a: bordnetzseitiges Stromkabel
12b: motorseitiges Stromkabel
14: Bordstromnetz
14a: Knotenpunkt
14b: Hauptstrang
16: Batterie
18: Verbraucher
20: Steuergerät
22: Taster
24: Bussystem
25: Temperaturfühler
26: Verfahren
28: Startereignis
30: Verstellbewegung
32: erster Überprüfungsschritt
34: erstes Stoppereignis
36: zweiter Überprüfungsschritt
38: Schwergängigkeit
39: Stillstand
40: Ermittlungsschritt
42: Blockerkennungszeit
44: Zeitstartschritt
46: Abschalt- und Begrenzungsschritt
48: dritter Überprüfungsschritt
50: Aktivierungsschritt
52: vierter Überprüfungsschritt
54: zweites Stoppereignis
n: Istdrehzahl
U: Bordnetzspannung
Ub: Betriebsspannung
T: Außentemperatur
S: Stromtragfähigkeit

Claims

Verfahren (26) zum Betrieb eines elektromotorischen Stellantriebs (9) einer Verstelleinrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Fensterheber, bei dem nach Eintreten eines Stillstands (39) des Elektromotors (8) aufgrund einer Schwergängigkeit (38) im Zuge einer in eine Richtung erfolgenden Verstellbewegung (30) der Elektromotor (8) für die Dauer einer Blockerkennungszeit (42) bestromt und nach Ablauf der Blockerkennungszeit (42) abgeschaltet wird, wenn der Elektromotor (8) weiterhin stillsteht, wobei die Blockerkennungszeit (42) in Abhängigkeit der Stromtragfähigkeit (S) eines Stromversorgungskabels (12) des Elektromotors (8) unter Heranziehung eines Umgebungsparameters (T) und/oder einer Betriebsspannung (Ub) ermittelt wird.
Verfahren (26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Betriebsspannung (Ub) eine vergleichsweise kurze Blockerkennungszeit (42) und bei einer zweiten Betriebsspannung (Ub) eine vergleichsweise lange Blockerkennungszeit (42) eingestellt wird, wobei die erste Betriebsspannung (Ub) höher als die zweite Betriebsspannung (Ub) ist.
Verfahren (26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Umgebungsparameter (T) die Außentemperatur des Kraftfahrzeugs herangezogen wird.
Verfahren (26) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Außentemperatur (T) eine vergleichsweise kurze Blockerkennungszeit (42) und bei einer zweiten Außentemperatur (T) eine vergleichsweise lange Blockerkennungszeit (42) eingestellt wird, wobei die erste Außentemperatur (T) größer als die zweite Außentemperatur (T) ist.
Verfahren (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Blockerkennungszeit (42) ein weiterer vom Stromversorgungskabel (12) versorgter Verbraucher (18) abgeschaltet wird.
Verfahren (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockerkennungszeit (42) zwischen 80 ms und 250 ms variiert wird.
Verfahren (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Elektromotor (8) über das Stromversorgungskabel (12) zugeführte elektrische Strom während der Blockerkennungszeit (42) begrenzt wird.
Verfahren (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Querschnitt des Stromversorgungskabels (12) von 1,5 mm² und/oder als maximal Stromaufnahme des Elektromotors (8) ein elektrischer Strom von 26 A gewählt wird.
Elektromotorischer Stellantrieb (9) einer Verstelleinrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Fensterheber, dessen Elektromotor (8) im Zuge einer in eine Richtung erfolgenden Verstellbewegung (30) nach Eintreten eines Stillstands (39) des Elektromotors (8) aufgrund einer Schwergängigkeit (38) für die Dauer einer Blockerkennungszeit (42) bestromt ist, wobei nach Ablauf der Blockerkennungszeit (42) dessen Bestromung unterbrochen ist, wenn der Elektromotor (8) weiterhin stillsteht, und wobei die Blockerkennungszeit (42) in Abhängigkeit der Stromtragfähigkeit (S) eines Stromversorgungskabels (12) des Elektromotors (8) unter Heranziehung eines Umgebungsparameters (T) und/oder einer Betriebsspannung (Ub) ermittelt ist.
Elektromotorischer Stellantrieb (9) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromversorgungskabel (12) einen Querschnitt von 1,5 mm² und/oder der Elektromotor (8) eine maximale Stromaufnahme von 26 A aufweist.