DE19751676C2

DE19751676C2 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Erkennen von Einklemmereignissen bei elektromotorisch betriebenen Vorrichtungen

Info

Publication number: DE19751676C2
Application number: DE1997151676
Authority: DE
Inventors: Andreas Thimm; Joachim Roskam; Erich Pattloch
Original assignee: ENKO HARDWARE und SOFTWARE ENT; Sci Worx GmbH
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2017-11-22
Also published as: DE19751676A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Erken nen von Einklemmereignissen bei elektromotorisch betriebenen Vorrichtungen, insbesondere von Fensterhebern und Schiebedächern in Kraftfahrzeugen. Die Anordnung besitzt eine erste Einrichtung zum Ermitteln von Motorstromwerten in Abhängigkeit von der Position der Vorrichtung, eine zweite Einrichtung zum Ermitteln der Position der Vorrichtung, und eine dritte Einrichtung zum Detektieren einer Mo torblockierung, die positionsabhängig jeweils den zugehörigen ermittelten Motor stromwert mit einem zugehörigen abgespeicherten Referenzwert vergleicht.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird im folgenden am Beispiel eines Fensterhebers erläutert.

Zum Erkennen, ob die bewegte Fensterscheibe einen Endanschlag erreicht hat, oder ob ein Gegenstand zwischen dem Fenster und dem Fensterrahmen einge klemmt wird, ist es bekannt, die Stromaufnahme des Motors zu beobachten. Bei dem Auftreffen auf einen Widerstand nimmt der Motor mehr Stromauf als bei einem normalen Schließvorgang. Der Anstieg des absoluten Motorstroms kann somit als Erkennungsmerkmal dienen. Jedoch ist die Stromaufnahme des Motors während des Schließvorgangs nicht immer konstant, sondern hängt von äußeren Einflüssen ab. Dies können z. B. der Abnutzungsgrad und Verschmutzungen der Fensterführung oder Temperatureinflüsse sein. Die Beobachtung des absoluten Stroms ist somit für eine zuverlässige Erkennung nicht ausreichend.

In der DE-OS 44 11 300 ist vorgeschlagen, den Motorstrom während des Schließvorgangs mehrfach zu messen und jeweils die Differenz des maximalen und des minimalen Wertes der Meßreihe zu bilden. Wenn die Differenz einen Dif ferenzgrenzwert unterschreitet, wird ein Einklemmereignis oder die Endposition erkannt. Der Grenzwert ist eine voreingestellte Konstante, die für den gesamten Positionsbereich gültig ist. Die tatsächlich richtigen Grenzwerte sind aber starken Schwankungen unterworfen, so dass das Verfahren nur bedingt zuverlässig ist.

Aus der DE-OS 33 03 590 ist bekannt, während des Schließvorgangs aufge zeichnete Leistungsdaten anhand von Referenzdaten als gespeichertes Lei stungs-Weg-Diagramm eines zuvor ungestört abgelaufenen Schließvorganges vorzunehmen. Die Referenzdaten werden ständig durch Speicherung der letzten Leistungsdaten aktualisiert. Ein Einklemmereignis wird erkannt, wenn die Diffe renz zwischen der positionsabhängigen ermittelten Leistung und dem entspre chenden Referenzwert einen Leistungsgrenzwert überschreitet. Dem Leistungs grenzwert ist eine Toleranzgrenze zugeordnet, die in der Endphase des Schließ vorgangs relativ hoch ist.

In der gattungsbildenden EP 581 509 A1 ist ein Verfahren zur Einklemmerkennung beschrieben, bei dem positionsabhängige Motorstromwerte mit vorher aufgenommenen posi tionsabhängigen Referenzmotorstromwerten verglichen werden. Ein Einklem mereignis wird erkannt, sobald ein aktueller Motorstromwert den entsprechenden Referenzmotorstromwert überschreitet. Das Problem des Verfahrens besteht darin, dass die Belastungskurve von z. B. elektrisch betriebenen Fensterhebern oder Schiebedächern nicht gleichförmig ist und die absolute Differenz schwan ken kann. Daher kann keine für den gesamten Wegverlauf gleichermaßen gel tende sichere Toleranzschwelle angegeben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum sicheren Erkennen eines Einklemmereignisses anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und das Ver fahren nach Anspruch 7 gelöst.

Bei der Schaltungsanordnung hat eine dritte Einrichtung zum Detektieren einer Motorblockierung ein Rechenwerk zum Normieren der Motorstromwerte, wobei positionsabhängige Referenzwerte als Bezugsgröße verwendet werden. Weiter hin ist ein Hochpaßfilter für die normierten Motorstromwerte und ein Schwell wertschalter vorgesehen, der ein Einklemmereignis erkennt, wenn die gefilterten normierten Motorstromwerte einen Schwellwert überschreiten.

Entsprechend erfolgt bei dem Verfahren mit den Schritten:

a) Ermitteln von Motorstromwerten in Abhängigkeit von der Position der Vor richtung;
b) Ermitteln der Position der Vorrichtung;
c) positionsabhängiger Vergleich jeweils des zugehörigen ermittelten Motor stromwertes mit einem zugehörigen abgespeicherten Referenzwert;

erfindungsgemäß ein

a) Normieren der ermittelten Motorstromwerte als Quotient jeweils eines Mo torstromwertes mit dem zugehörigen abgespeicherten Referenzwert als Bezugsgröße;
b) Hochpaßfilterung der normierten Motorstromwerte;
c) Erkennen eines Einklemmereignisses, wenn die gefilterten normierten Mo torstromwerte einen Schwellwert überschreiten.

Es ist vorteilthaft, wenn ein zweiter Schwellwertschalter vorgesehen ist, der die Filterberechnungen auslöst, wenn der normierte Motorstromwert beim Anlaufen des Motors einen Schwellwert überschreitet. Der Schwellwert kann das Produkt aus dem Mittelwert der normierten Motorstromwerte, die beim letztmaligen Be tätigen der Vorrichtung ermittelt wurden, und einem Faktor sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm des Verfahrens zum Erkennen von Einklemm ereignissen

Fig. 2 ein Diagramm des Motorstroms und des normierten Motorstroms in Abhängigkeit von der Position der Vorrichtung und der Umgebungstemperatur;

Fig. 3 die Charakteristik des Filters in Abhängigkeit von der Steilheit des Eingangssignals;

Fig. 4 ein Diagramm des Motorstroms und des normierten Motorstroms bei dem Anlauf des Motors.

Ausführungsbeispiel

Grundlage des Verfahrens und der Vorrichtung zum Erkennen eines Einklemmereignisses ist die Verwendung einer Referenzkurve, die als Motorstromkurve in Abhängigkeit der Position der Vorrichtung für einen ungestörten Schließvorgang bei definierten Umgebungsbedingungen (vorzugsweise Raumtemperatur) aufgezeichnet wurde. Diese Kurve steht als Referenz im Speicher zur Verfügung. Die Positionswerte können entsprechend der Drehrichtung des Motors durch vorzeichenrichtiges Aufsummieren der Signale eines magnetischen oder optischen Drehzahlgebers ermittelt werden.

Das Verfahren zur Erkennung eines Einklemmereignisses ist als Flußdiagramm in der Fig. 1 dargestellt. Als Eingangswerte werden das Signal eines am Motor angebrachten Hallgebers, eine Größe zur Motor-Drehrichtungserkennung sowie der Motorstrom benötigt. Diese Werte werden kontinuierlich gemessen. Bei Detektion einer Flanke des Hallsignales wird entsprechend der Motor-Drehrichtung eine neue Position durch vorzeichenrichtiges Aufsummieren der Flanken ermittelt. Liegt die aktuelle Position in dem Bereich, in welchem eine Einklemmkraft erkannt werden soll, wird der Quotient aus gemessenem Stromwert und zugehörigem Referenzwert gebildet. Liegt der Wert erstmals oberhalb der oben beschriebenen Konstanten K₁.X wird das digitale Filter initialisiert und die Filterung für die folgenden Werte durchgeführt.

Überschreitet das Ausgangssignal den festgelegten Schwellwert, wird ein Einklemmereignis erkannt.

Die Fig. 2 zeigt den Verlauf des Motorstroms in Abhängigkeit von der Position der Vorrichtung für verschiedene Umgebungstemperaturen. Auffällig sind die starken Abweichungen der einzelnen Kurven voneinander, welche aus einer Veränderung der Reibeigenschaften resultieren. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Differenzen nicht alleine durch einen konstanten Offset beschrieben werden können. Deshalb ist es vorteilhaft, die Motorstromwerte auf die Referenzwerte an den zugehörigen Positionswerten zu normieren. Durch die Quotientenbildung ergeben sich näherungsweise konstante Verläufe, die im unteren Teil der Fig. 2 dargestellt sind. Ein weiterer Vorteil der Normierung liegt darin, daß besonders bei tiefen Temperaturen auftretende, durch den mechanischen Aufbau verursachte Stromschwankungen gedämpft werden, da diese auch in der Referenzkurve an derselben Position auftreten. Dieses Phänomen ist z. B. im Punkt A der Fig. 2 deutlich zu erkennen. Die Wahrscheinlichkeit der fehlerhaften Detektion eines Einklemmereignisses wird somit verringert.

Ein Einklemmereignis bewirkt einen relativ starken Anstieg der Quotientenkurve über der Position. Um dieses steile Ansteigen von gewöhnlichen, im Vergleich dazu aber langsameren Schwankungen unterscheiden zu können, werden die berechneten Quotientenwerte durch ein digitales Filter weiterverarbeitet, dessen Ausgangssignal von der Steigung des Eingangssignales abhängt. Die Fig. 3 zeigt die Charakteristik des Filters in Abhängigkeit der Steilheit des Eingangssignals. Der Schwellwert für das Filter- Ausgangssignal, bei dessen Überschreiten ein Einklemmereignis erkannt wird, kann entsprechend der minimal zu detektierenden Kraft/Weg-Rate und der dabei erlaubten maximalen Überkraft festgelegt werden. Um einen optimalen Störabstand zu erreichen ist es vorteilhaft, den Schwellwert in Abhängigkeit des Quotienten im Gleichlauf festzulegen.

Im Unterschied zu dem bislang beschriebenen Gleichlaufbereich sind im Anlaufbereich des Motors weitere Anforderungen an das Verfahren zur Einklemmschutzerkennung zu stellen. Der Anlauf kann durch Verwendung einer Pulsweitenmodulations- (PWM) Ansteuerung als Sanftstart ausgelegt werden. Das vorgegebene, mit der Zeit veränderliche PWM-Tastverhältnis folgt dem Verlauf einer Exponentialfunktion. So ist gewährleistet, daß der Quotient Motorstrom/Referenzwert im Anlaufbereich den entsprechenden Wert im Gleichlauf an der zugehörigen Position nicht überschreitet, wie in der Fig. 4 skizziert ist. Erreicht der Quotient einen bestimmten Wert K₁.X, wird das oben beschriebene digitale Filter initialisiert und die Filterung für die folgenden Werte durchgeführt. Der Wert X entspricht einem gemittelten Quotienten, der beim letztmaligen Verfahren der Fensterscheibe ermittelt wurde. K₁ bezeichnet eine festzulegende Konstante. Beim Einwirken einer Überkraft kommt es im Vergleich zum ungestörten Anlaufen zu einem früheren Erreichen des Grenzwertes. Da der Strom weiterhin ansteigt, wird dieses Einklemmereignis ebenfalls erkannt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Erkennen von Einklemmereignissen bei elektromotorisch betriebenen Vorrichtungen, insbesondere von Fensterhebern und Schiebedächern in Kraftfahrzeugen, mit
einer ersten Einrichtung zum Ermitteln von Motorstrom werten in Abhängigkeit von der Position der Vorrich tung,
einer zweiten Einrichtung zum Ermitteln der Position der Vorrichtung, und
einer dritten Einrichtung zum Detektieren einer Motor blockierung, die positionsabhängig jeweils den zugehö rigen ermittelten Motorstromwert mit einem zugehörigen abgespeicherten Referenzwert vergleicht,
dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung hat:

a) ein Rechenwerk zum Normieren der ermittelten Motor stromwerte als Quotienten jeweils eines Motorstromwer tes mit dem zugehörigen abgespeicherten Referenzwert als Bezugsgröße;
b) ein Hochpaßfilter für die normierten Motorstromwerte;
c) einen Schwellwertschalter zum Erkennen eines Einklemm ereignisses, wenn die gefilterten normierten Motor stromwerte einen Schwellwert überschreiten.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Schwellwertschalter zum Auslösen der Filter berechnungen, wenn der normierte Motorstromwert im Anlauf vorgang einen Schwellwert überschreitet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der Filterschwellwert das Produkt aus dem Mittel wert der normierten Motorstromwerte, die beim letztmaligen Betätigen der Vorrichtung ermittelt wurden, und einem Fak tor ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Normieren und das Fil tern nur dann durchgeführt wird, wenn die Position der Vor richtung in einem Bereich ist, in dem Einklemmereignisse erkannt werden sollen.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung zur Bestimmung der Position der Vorrichtung ein Hallsensor ist und die Position in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung durch Summieren oder Subtrahieren der Anzahl von Flanken des Hallsensor-Signals bestimmt wird.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein elek trischer Fensterheber ist.

7. Verfahren zur Erkennung von Einklemmereignissen bei elek tromotorisch betriebenen Vorrichtungen, insbesondere von Fensterhebern und Schiebedächern in Kraftfahrzeugen, mit folgenden Schritten:

a) Ermitteln von Motorstromwerten in Abhängigkeit von der Position der Vorrichtung;
b) Ermitteln der Position der Vorrichtung;
c) Positionsabhängiger Vergleich jeweils des zugehörigen ermittelten Motorstromwertes mit einem zugehörigen abgespeicherten Referenzwert;

gekennzeichnet durch

a) Normieren der ermittelten Motorstromwerte als Quotient jeweils eines Motorstromwertes mit dem zugehörigen abgespeicherten Referenzwert als Bezugsgröße;
b) Hochpaßfilterung der normierten Motorstromwerte;
c) Erkennen eines Einklemmereignisses, wenn die gefilter ten normierten Motorstromwerte einen Schwellwert über schreiten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch

a) Ermitteln von positionsabhängigen Motorstromwerten bei der Herstellung der Vorrichtung unter definierten Um gebungsbedingungen;
b) Abspeichern der ermittelten Motorstromwerte als Refe renzwerte.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Filtern der normierten Motorstromwerte erst dann durchgeführt wird, wenn ein normierter Motorstromwert im Anlaufvorgang des Motors einen Schwellwert überschreitet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschwellwert das Produkt aus dem Mittelwert der nor mierten Motorstromwerte, die beim letztmaligen Betätigen der Vorrichtung ermittelt wurden, und einem Faktor ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekenn zeichnet, daß das Normieren und das Filtern nur dann durch geführt wird, wenn die Position der Vorrichtung in einem Bereich ist, in dem Einklemmereignisse erkannt werden sol len.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Hallsensor zur Bestimmung der Position der Vorrichtung vorgesehen ist und die Position in Abhän gigkeit von der Bewegungsrichtung durch Summieren oder Sub trahieren der Anzahl von Flanken des Hallsensor-Signals bestimmt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die Vorrichtung ein elektrischer Fenster heber ist.