DE202008004451U1

DE202008004451U1 - Verstelleinrichtung

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Publication number: DE202008004451U1
Application number: DE200820004451
Authority: DE
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: WO2009121518A1; DE112009000306A5

Abstract

Verstelleinrichtung (19) zum Verstellen eines motorisch angetriebenen Stellelements (20), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stellelement (20), mit einem mit dem Stellelement (20) verbundenen Motor (22), mit einem Sensormittel (24) zur Erfassung eines die Belastung des Motors (22) charakterisierenden Betriebsparameter (3) und mit einer Steuereinrichtung (26), die mit dem Motor (22) und dem Sensormittel (24) verbundenen ist, wobei die Steuereinrichtung (26) dafür eingerichtet ist,
– den Verlauf (5) eines die Belastung des Motors charakterisierenden Betriebsparameters (3) in Abhängigkeit eines den Stellweg (s) charakterisierenden Stellparameters zu erfassen,
– den Verlauf (5) des Betriebsparameters (3) auf das Vorliegen eines Einklemmfalles durch das Vergleichen eines Messwerts des Betriebsparameters (3) mit einem vorgegebenen Auslöseschwellwert zu überprüfen und bei einer Über- oder Unterschreitung des Auslöseschwellwerts durch den Messwert der Motor (22) anzuhalten und/oder reversierend anzutreiben,
– in einer Anlaufphase nach dem Einschalten des Motors (22) aus dem Verlauf (5) des Betriebsparameters (3) auf...

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zum Verstellen eines motorisch angetriebenen Stellelements, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Unter einem Stellelement eines Kraftfahrzeugs wird vorliegend jedes in einem Kraftfahrzeug beweglich angeordnete Element verstanden, welches von einem Motor gegenüber einem feststehenden Teil des Kraftfahrzeug, wie insbesondere der Karosserie verfahren, bewegt, geöffnet oder geschlossen werden kann. Ein derartiges Stellelement ist beispielsweise eine Seitenscheibe, ein Schiebedach, eine elektrisch betätigbare Tür oder eine Heckklappe. Auch ein elektrisch betätigbarer Fahrzeugsitz stellt ein derartiges Stellelement dar.
Gerät ein Hindernis in den Stellweg eines derart angetriebenen Stellelements, so muss aus Sicherheitsgründen ein Einklemmen dieses Hindernisses verhindert werden. Die Drehmomente der verwendeten Antriebe sind nämlich groß genug, um im Falle des Einklemmens eines Körperteiles ernsthafte Verletzungen zu verursachen.
Aus diesem Grund ist in einem modernen Kraftfahrzeug einem Gefährdungsbereich eines verstellbaren Stellelements in der Regel ein Einklemmschutzsystem zum rechtzeitigen Erkennen eines Hindernisses, insbesondere eines menschlichen Körperteils, zugeordnet, so dass ein Einklemmfall rechtzeitig festgestellt und beispielsweise durch ein Stoppen oder Reversieren des Antriebs eine entsprechende Gegenmaßnahme eingeleitet wird.
Aus der DE 10 2005 000 753 A1 ist es hierzu bekannt, stellwegsabhängig den Wert eines die Belastung des Motors charakterisierenden Betriebsparameters zu erfassen, den jeweils aktuellen Wert des Betriebsparameters mit jeweils einem dem Stellweg zugeordneten, vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen und bei Über- oder Unterschreiten des Schwellwerts durch den jeweils aktuellen Wert des Betriebsparameters den Motor abzuschalten und/oder reversierend anzutreiben. Mit anderen Worten wird entlang des Stellwegs aus einer unvorhergesehenen Änderung eines Betriebsparameters des Motors, z. B. der Drehzahl, des Drehmoments oder des Motorstroms, auf einen Einklemmfall geschlossen.
In der DE 197 19 338 C2 wird ein Verfahren angegeben, wobei zur Gewährleistung eines Einklemmschutzes das Anlaufverhalten einer Schließvorrichtung hinsichtlich des Ausgleichs eines Antriebsspiels und hinsichtlich der Schwergängigkeit bestimmt wird. Insbesondere wird hierzu der stellwegsabhängige Verlauf des Motorstroms als Betriebsparameter erfasst.
Dabei wird berücksichtigt, dass insbesondere in der Anlaufphase eines Stellvorgangs des Stellelements, d. h. in der Phase nach dem Einschalten des Motors, und insbesondere bei einem Schließvorgang, der unmittelbar auf einen Öffnungsvorgang folgt, zunächst ein Ausgleich eines Antriebsspiels, ein so genannter „Spielausgleich”, erfolgt, wobei die mechanischen Komponenten der Motor/Getriebeanordnung verspannt werden. Diese Anlaufphase des Motors endet, wenn das Antriebsspiel aufgebraucht ist und das Stellelement als Last bewegt wird. Aufgrund der in der Anlaufphase schwankenden Motorströme kann nur schwierig zwischen einer Lastzunahme nach erfolgtem Spielausgleich und einem Einklemmfall unterschieden werden. Dadurch kann es in der Anlaufphase des Stellvorgangs unerwünschterweise zu einer Fehlsteuerung des Stellelements kommen, beispielsweise zu einem Fehlreversieren des Antriebs, obwohl kein tatsächlicher Einklemmfall vorliegt. Gemäß der DE 197 10 338 C2 wird dieses Problem dadurch gelöst, dass erst nach Erreichen eines stellwegsabhängigen Aktivierungswertes der Einklemmschutz aktiviert und der weitere Verlauf des Betriebsparameters bis zum Erreichen einer gleichförmigen Bewegung unter Berücksichtigung vorangegangener Messwerte und davon abhängig der Schwellwert vorgegeben wird.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinrichtung für ein weiterentwickeltes oder alternatives Verfahren zum Ver stellen eines motorisch angetriebenen Stellelements, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, anzugeben, wobei dem insbesondere in der Anlaufphase eine Fehlsteuerung des Stellelements hinsichtlich einer Einklemmfallerkennung möglichst vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Demnach umfasst die Verstelleinrichtung ein Stellelement, einen Motor zum Antrieb des Stellelements, ein Sensormittel zur Erfassung des Verlaufs eines die Belastung des Motors charakterisierenden Betriebsparameters und eine Steuereinrichtung, die mit dem Motor und dem Sensormittel verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, den Verlauf des Betriebsparameters auf das Vorliegen eines Einklemmfalles durch das Vergleichen eines Messwerts des Betriebsparameters mit einem vorgegebenen Auslöseschwellwert zu überprüfen und bei einer Über- oder Unterschreitung des Auslöseschwellwerts durch den Messwert der Motor anzuhalten und/oder reversierend anzutreiben, in einer Anlaufphase nach dem Einschalten des Motors aus dem Verlauf des Betriebsparameters auf einen Wendepunkt zu schließen und den dem Wendepunkt zugeordneten Wert des Stellparameters zur Anpassung der Überprüfung auf das Vorliegen eines Einklemmfalles heranzuziehen.
Somit wird ein Einklemmfall festgestellt, indem der Verlauf eines die Belastung des Motors charakterisierenden Betriebsparameters entlang eines den Stellweg charakterisierenden Stellparameters erfasst wird, wobei ein Messwert des Betriebsparameters mit einem vorgegebenen Auslöseschwellwert verglichen wird und bei einer Über- oder Unterschreitung des Auslöseschwellwerts durch den Messwert der Motor angehalten und/oder reversierend angetrieben wird. Dabei wird in der an sich schwierigen Anlaufphase nach dem Einschalten des Motors aus dem Verlauf des Betriebsparameters auf einen Wendepunkt geschlossen und der dem Wendepunkt zugeordnete Wert des Stellparameters zu einer Anpassung der Überprüfung auf das Vorliegen eines Einklemmfalles herangezogen.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass es insbesondere während einer motorischen Verstellung des Stellelements in einer Anlaufphase zu Belas tungsschwankungen des Motors aufgrund des mechanischen Spielausgleichs kommt. Im Rahmen eines Einklemmschutzsystems, welches eine unerwartete Belastungsänderung als einen Einklemmfall interpretiert, kann es hierdurch zu einer unerwünschten Fehlsteuerung des Stellelements kommen.
Die Erfindung geht weiter von der Überlegung aus, dass ein mechanisches Antriebssystem aus Stellelement/Getriebe/Motor in der Anlaufphase aus dem Wechsel zwischen Spielausgleich und Beschleunigung des Stellelements ein Schwingungsverhalten zeigt, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist, in dem bei konstanter Motorspannung der Motor stationär läuft und das Stellelement mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird.
Weiter erkennt nun die Erfindung, dass insbesondere bei einem Anlauf aus einer Gegenrichtung, wobei zunächst ein Spielausgleich stattfindet, der Motor zunächst bis zum Aufbrauch des Spiels beschleunigt wird, anschließend durch die Mitnahme des Stellelements abgebremst und schließlich in den stationären Zustand gelangt. Umfangreiche Untersuchungen haben nun gezeigt, dass der Übergang zwischen der Beschleunigungs-/Abbremsphase in die stationäre Phase durch einen Wendepunkt im Verlauf des Betriebsparameters markiert wird. Gerade ab dem Wendepunkt kann es aufgrund des Wechsels zwischen Spielausgleich und Beschleunigung des Stellelements zu einem Schwingungsverhalten kommen, bis der Gleichgewichtszustand erreicht ist, in dem das Stellelement mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. Gerade solche Schwingungen sind die Ursache für die mittels des Betriebsparameters beobachtbaren Belastungsschwankungen, aus denen ein herkömmliches Einklemmschutzsystem oftmals irrtümlich auf einen Einklemmfall schließt.
Weitere Untersuchungen haben nun ergeben, dass ein Wendepunkt nur im Falle des problematischen Anlaufens des Motors aus einer Gegenrichtung auftritt. Da der Wendepunkt, wie bereits erwähnt, den Übergang der Abbremsphase in die stationäre Phase markiert, ist somit im Falle des Auftretens eines Wendepunktes ein Einklemmfall vor diesem ausgeschlossen. Vor dem Wendepunkt kann somit die Auslöseschwelle ohne Gefahr fest vorgegeben oder dem Verlauf des Be triebsparameters nachgeführt werden, indem beispielsweise vorangehende Messwerte des Betriebsparameters zu einer Anpassung des aktuellen Auslöseschwellwerts herangezogen oder der Auslöseschwellwert zu dem tatsächlichen Verlauf des Betriebsparameters in einem vorgegebenen Abstand parallel geführt wird. Ab dem Wendepunkt beginnt der problematische Verlauf hinsichtlich eines rechtzeitigen Erkennens eines realen Einklemmfalles ohne die Gefahr einer Fehlreversierung. Auch ist der Wendepunkt ein Indiz dafür, wann voraussichtlich ein gleichbleibender Verlauf des Betriebsparameters erreicht sein wird.
Die Erfindung realisiert nun, dass ein Fehlsteuern des Stellelements bei einer möglichst hohen Sicherheit zur Erkennung eines Einklemmfalles vermieden werden kann, wenn ab dem Wendepunkt, d. h. ab dem dem Wendepunkt zugeordneten Wert des Stellparameters die Überprüfung auf das Vorliegen eines Einklemmfalles vorsorglich angepasst wird.
Diese Anpassung kann beispielsweise durch einen künstlichen Offset erfolgen, der der Auslöseschwelle bzw. dem jeweiligen Auslöseschwellwert hinzugefügt wird, so dass gewissermaßen für eine Übergangszeit die Gefahr für eine Fehlsteuerung aufgrund eines Schwingungsverhaltens vermieden wird. Auch kann im Falle eines Nachführens des Auslöseschwellwerts, wonach der jeweils aktuelle Auslöseschwellwert aus dem bisherigen Verlauf des Betriebsparameters abgeleitet und insofern der Verlauf des Auslöseschwellwerts dem tatsächlichen Verlauf des Betriebsparameters angepasst wird, die Anpassung dadurch vorgenommen werden, dass der bekannte Verlauf des Auslöseschwellwerts bis zum Wendepunkt an diesem punktgespiegelt künstlich vorgegeben wird. Dabei wird ausgenutzt, dass in der Regel ein Kurvenverlauf in der Nähe eines Wendepunktes eine gewisse Symmetrie aufweist. Auch könnte ab dem Wendepunkt für einen gewissen Zeitraum ein fester Auslöseschwellwert vorgegeben werden. Schließlich ist es auch noch vorstellbar, aus der Lage des Wendepunktes ein Kriterium für einen Einschaltwert des Stellparameters abzuleiten, ab welchem das Schwingungsverhalten abgeklungen ist. Ab diesem Einschaltwert kann dann der Einklemmschutz sicher eingeschaltet bzw. aktiviert sein.
Weitere Untersuchungen haben nun überraschend gezeigt, dass bei einen Anlauf aus einer Gleichrichtung, wobei also kein Spielausgleich erfolgt, sondern das Stellelement sofort beschleunigt wird, der Verlauf des Betriebsparameters keinen Wendepunkt zeigt. Wird demnach innerhalb eines beispielsweise fest vorgegebenen Stellwegs nach dem Anlaufen des Motors kein Wendepunkt festgestellt, so deutet eine unerwartete Unter- oder Überschreitung eines vorgegebenen Auslöseschwellwerts durch den erfassten Wert des Betriebsparameters auf einen tatsächlichen Einklemmfall hin. Das Einklemmschutzsystem braucht in diesem Fall keiner Anpassung unterzogen werden bzw. kann ab dem vorgegebenen Wert des Stellparameters aktiviert werden, für den Fall, dass kein Wendepunkt erkannt ist.
Als Betriebsparameter, der die Belastung des Motors während eines Stellvorgangs charakterisiert, wird beispielsweise der Motorstrom erfasst. Alternativ wird beispielsweise ein lastabhängiger Drehparameter erfasst, wie beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit oder Drehzahl oder ein hiervon ableitbares Drehmoment des Motors.
Zweckmäßigerweise wird als Betriebsparameter die Drehzahl des Motors erfasst. Die Drehzahl des Motors gibt die Anzahl der Umdrehungen des Motors pro Zeit an. Die Drehzahl nimmt mit einer steigenden Belastung des Motors ab, so dass der Auslöseschwellwert, ab welchem auf einen Einklemmfall interpretiert wird, gegenüber einem zu erwartenden Wert des Betriebsparameters abgesenkt ist. Wird der vorgegebene Auslöseschwellwert durch den tatsächlich erfassten Wert des Betriebsparameters unterschritten, so wird auf einen Einklemmfall interpretiert. Die Erfassung der Drehzahl ist insbesondere vorteilhaft, da zur Drehzahlbestimmung auf technisch ausgereifte Drehgeber, wie beispielsweise einem Hall-Sensor, zurückgegriffen werden kann. Dabei ist der Motorwelle ein Ringmagnet mit abwechselnder Polung aufgebracht, so dass über die Periodizität des erfassten Hall-Signals die Anzahl der Umdrehungen pro Zeit und somit die Drehzahl abgeleitet werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Verlauf des Betriebsparameters in Abhängigkeit von der Anzahl der Umdrehungen des Motors erfasst.
D. h., dass als der den Stellweg des Stellelements charakterisierende Stellparameter die Anzahl der zurückgelegten Umdrehungen des Motors erfasst wird. Aus diesem Stellparameter kann zugleich die Drehzahl als Betriebsparameter abgeleitet werden. Damit ist zur Erfassung des Betriebsparameters und zur Erfassung des Stellparameters nur ein einziges Sensormittel erforderlich. Für eine direkte Erfassung des Stellwegs sind hingegen weitere und insbesondere teuere Sensoren, wie Positionssensoren oder Abstandssensoren erforderlich.
Vorzugsweise wird auf den Wendepunkt durch einen inkrementellen Vergleich der in einem zeitlichen Abstand erfassten Betriebsparameter geschlossen. Konkret heißt das, dass die Differenz zweier aufeinander folgender Messwerte des Betriebsparameters beobachtet, und im Falle des Erreichens eines Extremums in diesem Differenzwert auf das Vorhandensein des Wendepunkts geschlossen wird. Mathematisch könnte zusätzlich auch die zweite Ableitung gebildet werden, und in dem Fall, in dem die zweite Ableitung den Wert Null erreicht, der Wendepunkt definiert werden. Durch den inkrementellen Vergleich der Messwerte kann die stellwegabhängige Lage des Wendepunkts mittels diskreter Messwerte angenähert werden, wie sie in der Regel vorliegen.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem Verlauf des Betriebsparameters auf einen Extremwert geschlossen und aus dem dem Extremwert zugeordneten Wert des Stellparameters ein Orientierungswert für den Stellparameter vorhergesagt, bis zu welchem der Wendepunkt zu erwarten ist. Ein Extremwert kann durch Differenzenbildung aus real ermittelten Messwerten des Betriebsparameters relativ leicht ermittelt werden. Da ein solcher Extremwert im Falle eines Anlaufs des Motors aus einer Gegenrichtung den Beginn der Abbremsphase einläutet, in welcher das Stellelement nach Aufbrauch des Spiels ergriffen wird, kann hieraus ein Wert vorhergesagt werden, bis zu welchem der Wendepunkt auftreten wird. Beispielsweise kann aus der Überlegung, dass ein mechanisches Antriebssystem aus Stellelement/Getriebe/Motor insbesondere nach einem Einschaltvorgang wie eine Feder/Masse-Anordnung betrachtet werden kann, eine gewisse Symmetrie zwischen der Beschleunigungs- und der Abbremsphase abgeleitet werden. Aus dieser Betrachtung heraus ergibt sich, dass der Orientierungswert beispielsweise aus dem dem Extremwert zugeordneten Wert des Stellparameters mittels eines Proportionalitätsfaktors ermittelt werden kann. Insbesondere kann der Orientierungswert als der doppelte Wert des dem Extremwert zugeordneten Wertes des Stellparameters angenommen werden.
Wird ein Orientierungswert vorhergesagt, so kann in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung der Verlauf des Betriebsparameters auf das Vorhandensein des Wendepunktes überprüft werden und im Falle eines Wendepunktes vor dem Erreichen des Orientierungswerts ab dem dem Wendepunkt zugeordneten Wert des Stellparameters der vorgegebene Auslöseschwellwert um einen Offset-Wert angepasst werden. Wird kein Wendepunkt ermittelt, so bleibt das Einklemmschutzsystem entweder unangepasst oder wird zumindest beim Erreichen des Orientierungswerts aktiviert. Wird kein Wendepunkt ermittelt, so deutet dies nämlich – wie eingangs erwähnt – darauf hin, dass der Anlauf des Motors in einer Gleichrichtung erfolgte, so dass kein Schwingverhalten zu erwarten ist.
Die Ermittlung des Wendepunktes durch zweifache Differenzenbildung zwischen tatsächlich erfassten Messwerten der Betriebsparameter kostet grundsätzlich Zeit. Auch bei einer äußerst raschen Analyse mittels eines schnellen Mikroprozessors entsteht eine Zeitverzögerung, bis eine Aussage über das Vorhandensein eines Wendepunktes vorliegt. Das reale Geschehen ist während dieser Zeitspanne bereits weiter fortgeschritten. Auch ist es teilweise schwierig, aus den tatsächlich erfassten Messwerten ein klares Kriterium für das Vorliegen eines Wendepunktes abzuleiten. Dies ist insbesondere bei schwachen Signalen der Fall und insbesondere bei Vorhandensein eines gewissen Rauschpegels.
In einer anderen Alternative wird daher bevorzugt aus dem Orientierungswert ein Erwartungswert für den dem Wendepunkt zugeordneten Stellparameter vorhergesagt und bei Erreichen des Erwartungswerts der vorgegebene Auslöseschwellwert um einen Offset-Wert angepasst. Da im Falle eines Anlaufs aus Gegenrichtung der Extremwert die Abbremsphase des Motors einläutet, kann aus der Lage des Extremwerts wie erwähnt – auf den Orientierungswert geschlossen werden, bis zu dem der Wendepunkt zu erwarten ist. Da weiter der Verlauf des Betriebsparame ters bezüglich des Wendepunktes als in etwa symmetrisch betrachtet werden kann (es liegt eine Punktsymmetrie vor), kann daher die Lage des Wendepunkts zwischen dem Orientierungswert und dem Wert des Stellparameters für den Extremwert angegeben werden. Insbesondere kann der Erwartungswert für den Wendepunkt als mittig zwischen dem dem Extremwert zugeordneten Wert des Stellparameters und dem Orientierungswert gelegen angenommen werden. Diese Variante geht im Falle der Ermittlung eines Extremwerts von einem tatsächlich folgenden Wendepunkt aus und ändert insofern vorsorglich am Erwartungswert den Auslöseschwellwert um den Offset-Wert, selbst dann, wenn gar kein tatsächlicher Wendepunkt auftritt.
Wurde ein Wendepunkt tatsächlich ermittelt oder dessen Erwartungswert vorhergesagt, und infolge dessen der Auslöseschwellwert um den Offset-Wert angepasst, so wird zweckmäßigerweise der Offset-Wert im weiteren Verlauf wieder exponentiell zurückgenommen. Innerhalb einer vorgebbaren Zeitkonstante gelangt damit das Einklemmschutzsystem wieder in den normalen Betriebszustand zurück. Die Zeitkonstante für das Abklingen des Offset-Wertes ist dabei insbesondere so zu wählen, dass ein zu erwartendes Schwingverhalten abgeklungen ist.
Mit dem Sensormittel wird insbesondere der Verlauf des Betriebsparameters in Abhängigkeit von dem Stellparameter erfasst. Ein derartiges Sensormittel kann optischer, akustischer, magnetischer oder elektromagnetischer Bauart sein und zur Erfassung eines Drehparameters z. B. der Antriebswelle oder einer weiteren vom Motorgetriebenen Achse zugeordnet sein. Vorzugsweise ist das Sensormittel ein Hall-Sensor. Die Verwendung eines Hall-Sensors bietet sich insbesondere auch deshalb an, da er im Kraftfahrzeugbereich als ein bewährter und robuster Sensor häufig zur Drehzahlbestimmung eines Antriebsmotors eingesetzt wird, so dass gegebenenfalls auf einen bereits vorhandenen Hall-Sensor zurückgegriffen werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen typischen Verlauf eines die Belastung eines Motors charakterisierenden Betriebsparameters über einen Stellparameter während einer Anlaufphase aus Gegenrichtung ohne Einklemmfall,
2 einen typischen Verlauf eines die Belastung des Motors charakterisierenden Betriebsparameters über einen Stellparameter während einer Anlaufphase aus Gegenrichtung mit Einklemmfall,
3 einen typischen Verlauf eines die Belastung des Motors charakterisierenden Betriebsparameters über einen Stellparameter während einer Anlaufphase aus Gleichrichtung ohne Einklemmfall,
4 einen typischen Verlauf eines die Belastung des Motors charakterisierenden Betriebsparameters über einen Stellparameter während einer Anlaufphase aus Gleichrichtung mit Einklemmfall,
5 einen schematischen Verlauf eines die Belastung des Motors charakterisierenden Betriebsparameters über einen Stellparameter während einer Anlaufphase aus Gegenrichtung mit eingezeichnetem Verlauf des zugeordneten Auslöseschwellwerts,
6 schematisch den zu 5 gehörigen Verlauf der Anpassung des Auslöseschwellwerts,
7 einen alternativen Verlauf der Anpassung des Auslöseschwellwerts gemäß 6, und
8 schematisch eine Fahrzeugtür mit einer Verstelleinrichtung zum Verstellen einer elektrisch betätigbaren Fensterscheibe.
In 1 sind in einer Grafik entlang einem Stellparameter 1 während einer Anlaufphase eines Motors die Messwerte für einen die Belastung des Motors charakterisierenden Betriebsparameter 3 aufgetragen. Der ein Stellelement eines Kraftfahrzeugs antreibende Motor läuft dabei aus einer Gegenrichtung an, d. h. es wird bis zum tatsächlichen Ergreifen des Stellelements als Last zunächst mechanisches Spiel aufgebraucht.
Neben dem resultierenden Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 ist der Verlauf der aus den einzelnen Messwerten durch Differenzenbildung ermittelten ersten Ablei tung 6 eingetragen. Als Stellparameter 1 wird die Anzahl der zurückgelegten Umdrehungen des Motors, d. h. ein Stellweg, herangezogen. Als Betriebsparameter 1 wird die Drehzahl erfasst.
In einer ersten Phase beschleunigt der Motor bis zu einer maximalen Drehzahl, da er ohne Gegenlast zunächst Spiel aufbraucht. Im Maximum ist das mechanische Spiel aufgebraucht und der Motor sieht als Last das zu bewegende Stellelement. Folglich nimmt die Drehzahl nach Erreichen des Maximums ab. Als Folge einer gewissen mechanischen Elastizität resultiert nach dem Auflaufen auf das Stellelement ein gewisses Schwingverhalten, was in dem Verlauf 5 zwischen dem Maximum und dem Erreichen eines stationären Zustands am rechten Bildrand sehr gut erkennbar ist. Im stationären Zustand dreht der Motor mit konstanter Umdrehung eine konstante Last.
Es wird ersichtlich, dass der Verlauf 5 nach Erreichen des Maximums einen Wendepunkt an der eingezeichneten Position 8 aufweist. An dieser Position 8 hat die Ableitung 6 ein lokales Minimum.
In 2 ist die gleiche Messung für den Fall eines Anlaufes des Motors aus einer Gegenrichtung gezeigt, wobei nun jedoch das ergriffene Stellelement gegen ein eingestelltes Hindernis läuft. Nach dem Start beschleunigt zunächst der Motor wiederum bis auf eine Maximaldrehzahl, wobei er mechanisches Spiel aufbraucht. Nach Ergreifen des Stellelements wird der Motor abgebremst. Das ergriffene Stellelement läuft danach auf ein eingestelltes Hindernis auf. Folglich wird der Motor, nachdem das Stellelement das Hindernis erreicht hat, weiter abgebremst. Aus dem Verlauf 5 wird am rechten Bildrand ersichtlich, dass die Drehzahl schließlich gegen Null tendiert. Es handelt sich somit um einen typischen Einklemmfall.
Auch in diesem Fall wird aus dem Verlauf 5 ersichtlich, dass nach Erreichen des Maximums die Position 8 eines Wendepunkts gegeben ist. Auch hier erreicht die Ableitung 6 ein lokales Minimum.
In 3 ist in gleicher Darstellung nun der Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 gegenüber dem Stellparameter 1 gezeigt, wobei nun der Motor aus einer Gleichrichtung anläuft. D. h. es wird kein mechanisches Spiel aufgebraucht. Gewissermaßen treibt der Motor das Stellelement hintereinander in dieselbe Richtung an.
Man entnimmt dem Verlauf 5 des Betriebsparameters 3, dass der Motor in diesem Fall vom Startpunkt an kontinuierlich mit dem ergriffenen Stellelement auf eine konstante Drehzahl beschleunigt. Aus dem Verlauf der Ableitung 6 wird zudem ersichtlich, dass dem Verlauf 5 des Betriebsparameters kein Wendepunkt zuzuordnen ist.
In 4 ist nun der gleiche Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 in einem Anlauf aus Gleichrichtung dargestellt, wobei das ergriffene Stellelement gegen ein eingestelltes Hindernis anläuft.
Man erkennt, dass der Motor nach dem Start wiederum zunächst unter Mitnahme des Stellelements bis zu einem gewissen Wert beschleunigt, dann aber bei Auflaufen des Stellelements auf das Hindernis abgebremst wird, wobei die Enddrehzahl am rechen Bildrand schließlich gegen null tendiert. Auch hier ist im Unterschied zu 2 aus dem Verlauf der Ableitung 6 kein Wendepunkt zu entnehmen.
Zusammenfassend wird aus den 1 bis 4 ersichtlich, dass ein Wendepunkt im Verlauf des Betriebsparameters während der Anlaufphase eine Entscheidungsmöglichkeit hinsichtlich eines Anlaufens aus einer Gleichrichtung oder aus einer Gegenrichtung bietet. Bei einem Anlaufen aus Gegenrichtung zeigt sich sowohl mit Hindernis als auch ohne Hindernis stets ein Wendepunkt. Bei einem Anlaufen aus Gleichrichtung ist kein Wendepunkt erkennbar. Weiter ist erkennbar, dass vor einem Wendepunkt kein Einklemmfall liegen kann. Denn dort wird mechanisches Spiel aufgebraucht bis das Stellelement ergriffen ist.
Es wird demnach verständlich, dass sich das Kriterium eines Wendepunkts zum Anpassen einer Auslöseschwelle eignet, die beispielsweise zum Erkennen eines Einklemmfalles gesetzt ist. Vorliegend würde zunächst die Auslöseschwelle mit einem gewissen Abstand unterhalb des Verlaufes 5 des Betriebsparameters 3 angeordnet sein. Fällt unerwarteterweise der Betriebsparameter 3, d. h. die Drehzahl unterhalb des Auslöseschwellwerts, so wird auf einen Einklemmfall geschlossen, und der Motor entweder gestoppt oder reversierend angetrieben. Aus 1 wird sofort ersichtlich, dass eine derart aufgebaute Einklemmfallerkennung durch das nach dem Wendepunkt eintretende Schwingverhalten in Schwierigkeiten gerät. Denn die jeweiligen eigentlich unerwarteten Abnahmen des Betriebsparameters 3 infolge des Schwingverhaltens können fehlerhafterweise als ein Einklemmfall interpretiert werden. Wird aber in den Verläufen 5 des Betriebsparameters 3 die Position 8 eines Wendepunktes identifiziert, so kann auf einen Anlauf aus Gegenrichtung geschlossen werden und dem Schwingverhalten durch eine entsprechende Anpassung der Auslöseschwelle begegnet werden.
In 5 ist nun eine Vorgehensweise für den Fall eines Anlaufes aus einer Gegenrichtung dargestellt. Man erkennt wiederum den typischen Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 entlang des Stellparameters 1. Als Betriebsparameter 3 ist dabei die Drehzahl n und als Stellparameter 1 der aus der Anzahl der Umdrehungen abgeleitete Stellweg s aufgetragen.
Man erkennt zunächst, dass in der Phase Δs1 der Motor zunächst bis zu einer Maximaldrehzahl unter Spielaufbrauch beschleunigt. Danach geht vorliegend die Drehzahl n in eine Plateauphase über, die bei gewissen mechanischen Konstellationen auftreten kann. Diese Phase ist mit Δs2 bezeichnet. Der Plateauphase Δs2 schließt sich nun eine Abbremsphase Δs3 + Δs4 an, in welcher der Motor das Stellelement ergreift und infolge dessen abgebremst wird. Infolge dessen nimmt der Betriebsparameter 3 respektive die Drehzahl n ab. An die Phase Δs4 schließt sich die Phase Δs5 an, innerhalb derer der Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 ein gewisses Schwingverhalten zeigt. Am rechten Bildrand wird dann allmählich die stationäre Phase erreicht, in der die Drehzahl n konstant bleibt. Zusätzlich zu dem Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 ist ein Verlauf 9 für den jeweils geltenden Auslöseschwellwert eingezeichnet. Würde der Betriebsparameter 3 respektive die Drehzahl n unerwartet unterhalb diese Auslöseschwelle fallen, so würde auf einen Einklemmfall geschlossen und der Motor gestoppt bzw. reversierend angetrieben werden. Vorliegend ist der Auslöseschwellwert zunächst durch einen Abstand 10 gegenüber dem relaen Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 gegeben. Man erkennt den jeweiligen Abstand 10 zwischen dem Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 und dem Verlauf 9 des Auslöseschwellwerts. Bei einem Anlauf aus Gegenrichtung kann bis zum Erreichen eines Wendepunktes, erwartet bei s3, kein Einklemmfall auftreten.
Entlang dem Stellparameter 1 sind einzelne Werte des Stellwegs s eingetragen. s0 bezeichnet den Startpunkt. An der Stelle s1 hat die Drehzahl n etwa ihren Maximalwert erreicht. An der Stelle s2 endet die Plateauphase, und die Drehzahl n nimmt infolge des Mitführens des Stellelements ab. Aus den Werten von s1 und s2 werden nun die Werte s3 und s4 vorhergesagt. Dabei stellt der Wert s4 einen Orientierungswert für den Stellparameter dar, bis zu dem ein Wendepunkt zu erwarten ist.
Dabei wird zunächst das Extremumg des Verlaufs 5 des Betriebsparameters 3 durch Differenzenbildung ermittelt. Das Extremum befindet sich etwa an der Stelle s1. Die für die Abbremsung relevante Phase Δs3 + Δs4 wird ab dem Wert s2, d. h. ab dem Ende der Plateauphase Δs2, angenommen. Dabei wird aus der Lage des Extremums an der Stelle s1 die Breite der Abbremsphase vorhergesagt. Der Abbremsweg wird dabei als Δs3 + Δs4 = s2 + Δs1 fingiert. Dabei sei darauf hingewiesen, dass 5 nicht maßstabsgerecht, sondern lediglich schematisch die tatsächlich gewählten Bedingungen und Abstände wiedergibt.
Aus dem derart ermittelten Orientierungswert s4 ist nun eine fiktive Position s3 für die zu erwartende Lage eines Wendepunkts im Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 vorhergesagt. Bei dieser Position s3 des vorhergesagten Wendepunkts wird die Auslöseschwelle angepasst. Man erkennt dies an dem geänderten Abstand 10 zwischen dem Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 und dem Verlauf 9 des Auslöseschwellwerts. Der Abstand wird insbesondere ab der Position s3 des fiktiven Wendepunkts vergrößert und nimmt dann allmählich zum rechten Bildrand wieder ab.
Mit anderen Worten wird der kritische Verlauf um den Wendepunkt vorhergesagt und unter einer vernünftigen Annahme ein realistischer Verlauf der Auslöseschwelle vorgegeben. Dadurch kann bei einer möglichst hohen Sicherheit ohne die Gefahr eines Fehlreversierens in einer Anlaufphase möglichst frühzeitig ein Einklemmfall erkannt werden.
Aus 6 ist die vorgenommene Anpassung deutlich erkennbar. Dabei entsprechen die eingezeichneten Markierungen hinsichtlich des Stellwegs s denen aus 5. Über den Stellparameter 1 ist hierbei eine fiktive Kraft F – auch mit 12 bezeichnet – aufgetragen, deren Verlauf 13 erkennbar wird. Als fiktive Kraft wird hier beispielhaft der geschwindigkeitsabhängige Anteil der Kraft verstanden, die durch den Anlauf aus Gegenrichtung hervorgerufen wird. Der Motor wird anfänglich unter Spielaufbrauch beschleunigt und läuft mit der fiktiven Kraft gegen das Stellelement auf. Bis zum Erreichen eines Gleichgewichts wird das Stellelement beschleunigt. Aus dem tatsächlichen Verlauf 5 des Betriebsparameters bis zum Erreichen des Wendepunktes kann diese fiktive Kraft ermittelt werden. Die fiktive Kraft 12 bis zur Position s3 des Wendepunkts kann aus dem Abbremsverhalten entnommen werden. Um einen entsprechend angepassten Wert wird hier bereits die Auslöseschwelle 9 abgesenkt. Bis zum Erreichen des Orientierungswerts s4 wird dieser gewonnene Verlauf eines Offset-Wertes an dem Wendepunkt gespiegelt und somit künstlich fortgesetzt. Der Offset-Wert bzw. die fiktive Kraft 12 nimmt dementsprechend symmetrisch bis zum Erreichen des Orientierungswerts s4 zu. Entsprechend ist in 5 der Abstand 10 zwischen dem Verlauf 5 des Betriebsparameters 3 und dem Verlauf 9 des Auslöseschwellwerts vergrößert.
Nach Erreichen des Orientierungwerts 4 wird der angehobene Offset-Wert exponentiell abklingend allmählich wieder zurückgenommen.
In einer alternativen Ausgestaltung des Offset-Wertes wird an der Stelle des Wendepunktes s3 im Abstand 10 zur Auslöseschwelle ein zusätzlicher Offset 15 eingebracht. Dies wird aus 7 deutlich erkennbar. Nach Erreichen des Orientie rungswerts s4 wird der Offset-Wert wiederum exponentiell abklingend zurückgenommen.
Der jeweils in den 6 und 7 gezeichnete Verlauf 13 ist identisch für die angenommene fiktive Kraft F bzw. 12 sowie für den eingesetzten Offset-Wert. Diese unterscheiden sich lediglich durch einen gewissen Proportionalitätsfaktor.
In 8 ist schematisch eine Fahrzeugtür 17 dargestellt, die eine Verstelleinrichtung 19 zum Verstellen eines als Fenster gegebenen Stellelements 20 umfasst. Dazu weist die Verstelleinrichtung 19 einen Motor 22 auf, der mit dem Stellelement 20 mechanisch gekoppelt ist.
Die Verstelleinrichtung 19 umfasst weiter ein Sensormittel 24, welches die Drehzahl des Motors 22 misst und beispielsweise als ein Hall-Sensor ausgebildet ist. Der Motor 22 wird mittels einer Steuereinrichtung 26 gesteuert, die über einen Mikrokontroller 27 verfügt.
Die Steuereinrichtung 26 insgesamt ist zur Durchführung des soeben beschriebenen Verfahrens zur Adaption des Auslöseschwellwerts während der Anlaufphase des Motors 22 sowohl in einer Gleich- als auch in einer Gegenrichtung ausgebildet. Dabei wird beispielsweise der Mikrokontroller 27 zur Erfassung der Drehzahl-Werte und zur Bildung einer numerischen Ableitung vorgesehen.

1: Stellparameter
3: Betriebsparameter
5: Verlauf des Betriebsparameters
6: erste Ableitung (numerisch)
8: Position Wendepunkt
9: Verlauf der Auslöseschwelle
10: Abstand
12: Fiktive Kraft
13: Verlauf Kraft/Abstand
15: Offset-Wert
17: Fahrzeugtür
19: Verstelleinrichtung
20: Stellelement
22: Motor
24: Sensormittel
26: Steuereinrichtung
27: Mikrocontroller
F: Kraft
Δs: Stellwegsabschnitte
s: Stellweg
n: Drehzahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005000753 A1 [0005]
- DE 19719338 C2 [0006]
- DE 19710338 C2 [0007]

Claims

Verstelleinrichtung (19) zum Verstellen eines motorisch angetriebenen Stellelements (20), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stellelement (20), mit einem mit dem Stellelement (20) verbundenen Motor (22), mit einem Sensormittel (24) zur Erfassung eines die Belastung des Motors (22) charakterisierenden Betriebsparameter (3) und mit einer Steuereinrichtung (26), die mit dem Motor (22) und dem Sensormittel (24) verbundenen ist, wobei die Steuereinrichtung (26) dafür eingerichtet ist, – den Verlauf (5) eines die Belastung des Motors charakterisierenden Betriebsparameters (3) in Abhängigkeit eines den Stellweg (s) charakterisierenden Stellparameters zu erfassen, – den Verlauf (5) des Betriebsparameters (3) auf das Vorliegen eines Einklemmfalles durch das Vergleichen eines Messwerts des Betriebsparameters (3) mit einem vorgegebenen Auslöseschwellwert zu überprüfen und bei einer Über- oder Unterschreitung des Auslöseschwellwerts durch den Messwert der Motor (22) anzuhalten und/oder reversierend anzutreiben, – in einer Anlaufphase nach dem Einschalten des Motors (22) aus dem Verlauf (5) des Betriebsparameters (3) auf einen Wendepunkt zu schließen und – den dem Wendepunkt zugeordneten Wert (8) des Stellparameters (1) zur Anpassung der Überprüfung auf das Vorliegen eines Einklemmfalles heranzuziehen.
Verstelleinrichtung (19) nach Anspruch 1, wobei das Sensormittel (24) zur Erfassung der Drehzahl (n) des Motors (22) ausgebildet ist.
Verstelleinrichtung (19) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (26) ausgebildet ist, auf den Wendepunkt durch einen inkrementellen Vergleich der in einem zeitlichen Abstand erfassten Betriebsparameter (3) zu schließen.
Verstelleinrichtung (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (26) ausgebildet ist, – auf den Verlauf (5) des Betriebsparameters (3) auf einen Extremwert zu schließen und – aus dem dem Extremwert zugeordneten Wert des Stellparameters (1) einen Orientierungswert für den Stellparameter (1) vorherzusagen, bis zu welchem der Wendepunkt zu erwarten ist.
Verstelleinrichtung (19) nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung (26) ausgebildet ist, – den Verlauf (5) des Betriebsparameters (3) auf das Vorhandensein des Wendepunktes zu überprüfen und – im Falle eines Wendepunktes vor dem Erreichen des Orientierungswerts bei dem dem Wendepunkt zugeordneten Wert des Stellparameters (1) den vorgegebenen Auslöseschwellwert um einen Offset-Wert (15) anzupassen.
Verstelleinrichtung (19) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuereinrichtung (26) ausgebildet ist, – aus dem Orientierungswert ein Erwartungswert (s3) für den dem Wendepunkt zugeordneten Stellparameter (1) vorherzusagen und – bei Erreichen des Erwartungswerts (s3) der vorgegebene Auslöseschwellwert um einen Offset-Wert (15) anzupassen.
Verstelleinrichtung (19) nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (26) ausgebildet ist, den Offset-Wert (15) im weiteren Verlauf exponentiell zurückzunehmen.
Versteileinrichtung (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (26) ausgebildet ist, den Auslöseschwellwert für den nächsten Messwert des Betriebsparameters (3) als Abstand zu dem aktuell bestimmten Messwert nachzuführen.
Versteileinrichtung (19) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Steuereinrichtung (26) ausgebildet ist, den Auslöseschwellwert nach der Anpassung um den Offset-Wert (15) bis zum Erreichen des Orientierungswerts bezüglich des bisherigen nachgeführten Verlaufs spiegelsymmetrisch fortzuführen.
Verstelleinrichtung (19) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Steuereinrichtung (26) ausgebildet ist, den Orientierungswert aus dem dem Extremwert zugeordneten Wert des Stellparameters (1) mittels eines Proportionalitätsfaktors zu ermitteln.
Verstelleinrichtung (19) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Steuereinrichtung (26) ausgebildet ist, den Erwartungswert (s3) als mittig zwischen dem dem Extremwert zugeordneten Wert des Stellparameters (3) und dem Orientierungswert gelegen vorzugeben.