DE10048602A1 - Device and method for detecting a jamming situation on moving surfaces on the motor vehicle - Google Patents
Device and method for detecting a jamming situation on moving surfaces on the motor vehicleInfo
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Abstract
Description
Beim Schließen von Fenstern oder Schiebedächern in Kraftfahrzeugen kann es zum versehentlichen Einklemmen kommen. Daher sind die elektrischen Antriebe mit einem Einklemmschutz ausgestattet. Sich verschärfende gesetzliche Vorschriften besagen, daß vor Erreichen einer beim Einklemmen auftretenden vorgebbaren Höchstkraft ein Reversieren des Antriebes zu erfolgen hat, um den eingeklemmten Körper wieder freizugeben.When closing windows or sunroofs in motor vehicles, it can to accidentally get caught. Hence the electric drives equipped with a pinch protection. Tightening legal Regulations state that before reaching a pinching predeterminable maximum force to reverse the drive to the to release the jammed body.
Bei heute typischerweise eingesetzten Antrieben für Fensterscheiben und Schiebedächern an Kraftfahrzeugen werden meist Gleichstrommotoren eingesetzt, die über Schneckengetriebe die Fensterscheiben bzw. die Schiebedächer bewegen. Auf der Antriebswelle zwischen Antriebsmotor und Getriebe - beispielsweise ausgeführt als ein selbsthemmendes Schneckengetriebe - befindet sich ein zweipoliger Ringmagnet, ferner wird mittels eines digital arbeitenden Hallelementes die Drehzahl des Antriebsmotors ermittelt und mittels eines weiteren digital arbeitenden Hallelementes dessen Drehrichtung. Zur Bestimmung der Drehzahl wird in der Regel die Zeit ermittelt, die zwischen zwei Flankenwechseln eines Signales eines als Hallelement arbeitenden Sensors vergeht. Aus der Abfolge der Flanken der Impulse des weiteren Sensorelementes ergibt sich die Drehrichtung des Antriebsmotors und der Antriebswelle. Mit dieser Anordnung wird ein Einklemmen üblicherweise durch den Vergleich mit einem typischen Verlauf eines Drehzahleinbruches Δn detektiert, woraufhin ein Reversieren des Antriebsmotors erfolgt.In drives typically used today for window panes and Sunroofs on motor vehicles are mostly used with DC motors, which move the window panes or sunroofs via worm gears. On the drive shaft between the drive motor and transmission - for example designed as a self-locking worm gear - there is one bipolar ring magnet, furthermore by means of a digital working Hall element determines the speed of the drive motor and by means of a another digitally working Hall element whose direction of rotation. For determination The speed is usually determined by the time between two Edge change of a signal of a sensor working as a Hall element passes. From the sequence of the edges of the pulses of the further sensor element the direction of rotation of the drive motor and the drive shaft results. With this An arrangement is usually pinched by comparison with one typical course of a drop in speed Δn is detected, whereupon a The drive motor is reversed.
Eine Steigerung der gesetzlichen Anforderungen an einen Einklemmschutz gemäß der vorstehend aus dem Stande der Technik bekannten Antriebs- und Auswerteanordnung hat den Nachteil zur Folge, daß zur Detektion einer Einklemmsituation und zum Einleiten eines Reversiervorganges am Antriebsmotor bei steifster Testfederauslegung und typischer Auslegung des Fensterhebers lediglich eine halbe bis eine ganze Antriebsmotorumdrehung zur Verfügung steht. Eine Verwendung höherpoliger Ringmagnete würde zwar die Auflösung steigern, ginge jedoch mit dem Nachteil einher, daß der notwendige Rechenaufwand etwa linear mit der Anzahl der Pole des Ringmagneten ansteigt, was sich direkt auf den bereitzustellenden Aufwand und die Kosten auswirkt und den Vorteil der höheren Auflösungsmöglichkeiten wieder aufwiegt.An increase in legal requirements for anti-trap protection the drive and known from the prior art Evaluation arrangement has the disadvantage that for the detection of a Pinching situation and to initiate a reversing process on Drive motor with the stiffest test spring design and typical design of the Window lifters only a half to a full drive motor revolution Available. The use of multi-pole ring magnets would Increase resolution, but would be accompanied by the disadvantage that the necessary Computational effort increases approximately linearly with the number of poles of the ring magnet, which has a direct impact on the effort and costs to be provided and outweighs the advantage of the higher resolution options.
Durch die gesteigerte Abtastung kann es darüber hinaus zu numerischen Problemen kommen, die ihre Ursache in der Zahlendarstellung endlicher Wortlänge in elektronischen Rechnern haben.The increased sampling can also lead to numerical Problems come up that their cause is finite in the number representation Have word length in electronic computers.
Eine andere Möglichkeit, Signale zu erzeugen und abzutasten, böte die Verwendung von Zahnrädern, doch reicht der zur Verfügung stehende Bauraum in der Regel für deren Einbau nicht aus.Another way to generate and sample signals would be the Use of gears, but the available space is sufficient usually not sufficient for their installation.
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung erfolgt eine hoch auflösende Positionserfassung von Antriebselementen mittels analog arbeitender Sensoren, an die sich eine einfache Signalauswertung durch zweimalige Differenzierung mit direkter Entscheidungsfindung über eine Vergleichsoperation anschließt. Der Einsatz von nur wenig Bauraum beanspruchenden analogen Sensoren wie beispielsweise analogen magnetischen Widerständen, erlaubt den Verzicht auf digital arbeitende Hallsensoren, die nur ein beschränktes Auflösungsvermögen aufweisen. So weisen analog arbeitende Sensoren wie beispielsweise magnetische Widerstände, eine bessere Temperaturstabilität auf, sie liefern ferner ein größeres Ausgangssignal. Durch die bei magnetischen Widerständen geringere Abhängigkeit des erzeugbaren Signales vom Luftspalt zwischen Sensor und Ringmagnet folgt aus der höheren Empfindlichkeit eine erzielbare Genauigkeit, die ein Auflösungsvermögen der Winkelpositionen eines Antriebselementes - sei es ein Antriebsmotor oder eine Antriebswelle - von Δϕ < 1°. Für die Detektion einer Einklemmsituation ist ein solches Auflösungsvermögen als völlig ausreichend anzusehen.With the solution proposed according to the invention there is a high-resolution Position detection of drive elements using analog sensors which is a simple signal evaluation using two differentiations direct decision making following a comparison operation. The Use of analog sensors, which take up little space, such as for example, analog magnetic resistors, allows the waiver digitally working Hall sensors that have a limited resolution exhibit. For example, analog sensors such as magnetic sensors Resistances, better temperature stability, they also provide a larger one Output. Due to the lower with magnetic resistors Dependence of the signal that can be generated on the air gap between the sensor and Ring magnet results from the higher sensitivity an achievable accuracy, which is a resolution of the angular positions of a drive element it is a drive motor or a drive shaft - of Δϕ <1 °. For detection In a pinching situation, such a resolution is as complete sufficient to look at.
Mittels analoger Sensoren wie beispielsweise der magnetischen Widerstände, die mit geringpoligen Ringmagneten zusammenarbeiten, läßt sich extrem preisgünstig der Motorwinkel oder der Antriebswellenwinkel ϕ messen, aus dessen zweimaliger Differenziation die Drehbeschleunigung ermittelt werden kann. So wird eine erheblich aufwendigere und teurere direkte Messung der Drehgeschwindigkeit oder der Drehbeschleunigung von Antriebswelle und Antriebsmotor vermieden.Using analog sensors such as the magnetic resistors that Working with low-pole ring magnets can be extremely inexpensive measure the motor angle or the drive shaft angle ϕ, from the Twice differentiation the spin acceleration can be determined. So becomes a considerably more complex and expensive direct measurement of the Rotational speed or the rotational acceleration of the drive shaft and Drive motor avoided.
Die mittels einer gestuft ablaufenden Differenziation erzielten Ergebnisse, die die aus dem Eingangssignal ϕ ermittelten Drehbeschleunigungswerte liefern, erlaubt ein Vergleich der erhaltenen Drehbeschleunigungswerte mit einem adaptierten Vergleichswert im Rahmen einer sich an die kontinuierliche Signalaufbereitung anschließenden Vergleichsoperation. Der adaptierte Vergleichswert wird bevorzugt unter Berücksichtigung des Eingangssignales ϕ, der Motortemperatur ϑ, der Fenster oder Dachposition x sowie der anliegenden Spannung UA bestimmt. Damit trägt der Vergleichswert sowohl den Betriebsparametern am Antriebsmotor als auch Umgebungseinflüssen wie beispielsweise der Außentemperatur, Rechnung.The results obtained by means of a graduated differentiation, which deliver the rotational acceleration values determined from the input signal ϕ, allow a comparison of the rotational acceleration values obtained with an adapted comparison value in the context of a comparison operation following the continuous signal processing. The adapted comparison value is preferably determined taking into account the input signal ϕ, the motor temperature ϑ, the window or roof position x and the applied voltage U A. The comparison value thus takes into account both the operating parameters on the drive motor and environmental influences such as the outside temperature.
Gemäß des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur Detektion einer Einklemmsituation erfolgt eine Erfassung des Eingangssignales ϕ mittels analoger Sensoren, bevor das Eingangssignal ϕ nach einer Analog/Digitalwandlung in digitaler Form vorliegt und einer Signalweiterverarbeitung unterworfen wird, in der das Eingangssignal ϕ eine zweimalige Differenziation erfährt. Die auf solche Art erhaltene Drehbeschleunigung wird mit einem adaptierten Vergleichswert verglichen. Ist die erhaltene Drehbeschleunigung kleiner als der Vergleichswert, so liegt eine Einklemmsituation vor, so daß der jeweilige Antriebsmotor reversiert wird und die Einklemmsituation aufgehoben wird.According to the proposed method for detecting a Pinching situation, the input signal ϕ is recorded by means of analog Sensors before the input signal ϕ after an analog / digital conversion in is in digital form and is subjected to signal processing, in which experiences a differentiation of the input signal.. Those on such The rotational acceleration obtained is compared with an adapted comparison value compared. If the rotational acceleration obtained is less than the comparison value, there is a pinching situation so that the respective drive motor reverses and the pinching situation is lifted.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend detaillierter erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It shows:
Fig. 1 Die Antriebs- und Steuerungskomponenten zur Bewegung von Fenster- und Dachflächen an einem Kraftfahrzeug, Fig. 1, the drive and control components for moving the window and roof surfaces of a motor vehicle,
Fig. 2 mittels digitaler Hallsensoren aufgenommene Impulse und Impulsflankenabfolgen für Drehzahl, Rechts- und Linkslauf, Fig. 2, by digital Hall sensors recorded pulses and pulse edge sequences for speed, right and left rotation
Fig. 3 eine Signalverarbeitung zur Ermittlung der Drehbeschleunigung aus einer Winkelmessung, Fig. 3 shows a signal processing for detecting the rotational acceleration from an angle measurement,
Fig. 4 eine quantisierte Winkelmessung und Fig. 4 is a quantized angle measurement and
Fig. 5 eine digitale Signalverarbeitung mittels quantisierter Winkelmessung. Fig. 5 is a digital signal processing by means of quantized angle measurement.
Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt die Antriebs- und Steuerungskomponenten, die zur Bewegung von Fensterflächen und Schiebedächern in Kraftfahrzeugen Verwendung finden.The illustration in Fig. 1 shows the drive and control components, which are used for moving windows and sliding roofs in motor vehicles.
Ein Antriebsmotor 1 ist über eine Antriebswelle 3 mit einem Getriebe 2 verbunden, welches beispielsweise als selbst hemmendes Schneckengetriebe ausgeführt sein kann. Mittels des Getriebes 2 erfolgt die Übertragung der Drehbewegung des Antriebsmotors 1 an die jeweilige Fensterscheibe oder das jeweilige Schiebedach, welches sich daraufhin translatorisch bewegt. Auf der Antriebswelle 3 befinden sich einerseits ein Ringmagnet 4, andererseits sind dieser Sensorelemente 5, 6 zugeordnet, von denen eines die aktuelle Drehzahl, das andere die Drehrichtung der Antriebskomponenten Antriebsmotor 1 und Antriebswelle 3 detektiert.A drive motor 1 is connected via a drive shaft 3 to a gear 2 , which can be designed, for example, as a self-locking worm gear. The transmission 2 transmits the rotary movement of the drive motor 1 to the respective window pane or the respective sunroof, which then moves in a translatory manner. On the drive shaft 3 there is a ring magnet 4 on the one hand, on the other hand sensor elements 5 , 6 are assigned to them, one of which detects the current speed, the other the direction of rotation of the drive components drive motor 1 and drive shaft 3 .
Die von den Sensoren 5, 6 erfaßten Signale werden einer Signalverarbeitung zugeführt, die aus einer Auswerteeinheit 7 und einer dieser nachgeschalteten Elektronik 8 bestehen.The signals detected by the sensors 5 , 6 are fed to a signal processing system which consists of an evaluation unit 7 and electronics 8 connected downstream of the latter.
Werden als Sensorelemente 5, 6 digitale Hallsensoren verwendet, so ergeben sich für die beiden, den Antriebskomponenten 1, 3 jeweils zugeordneten Sensoren die in Fig. 2 dargestellten Impulsabfolgen, sowohl die Drehzahl als auch die Drehrichtung der Antriebskomponenten 1, 3 betreffend. Aus der Beziehung n = 1/ΔT wird die Zeit ermittelt, welche zwischen zwei Flankenwechseln 11, 12 eines Impulses 10 vergeht; zur Bestimmung der Drehzahl dient das Sensorelement 5, während mittels des weiteren Sensorelementes 6 die Drehrichtung der Antriebskomponenten wie beispielsweise Antriebswelle 3 und Antriebsmotor 1 detektierbar ist.Are used as sensor elements 5, 6 digital Hall sensors, both the rotational speed and the rotational direction of the drive components 1, 3 are obtained for both the drive components 1, 3 respectively assigned sensors, the pulse sequences shown in FIG. 2, on. The time elapsing between two edge changes 11 , 12 of a pulse 10 is determined from the relationship n = 1 / ΔT; The sensor element 5 serves to determine the rotational speed, while the direction of rotation of the drive components, such as drive shaft 3 and drive motor 1, can be detected by means of the further sensor element 6 .
Gemäß Fig. 3 wird eine erfindungsgemäße Signalverarbeitung dargestellt, bei der die Drehbeschleunigung aus einem Eingangssignal 13, dem Drehwinkel ϕ ermittelt wird. Da weder die Drehbeschleunigung noch die Drehgeschwindigkeit von Antriebskomponenten wie Antriebswelle 3 und Antriebsmotor 1 kostengünstig direkt meßbar sind, wird erfindungsgemäß der Drehwinkel ϕ gemessen. Das Eingangssignal 13 Drehwinkel ϕ wird nach zweimaliger Differenziation 18, 19 als Drehbeschleunigung 24 in einer Vergleichseinheit mit einem adaptierten Schwellwert 23 verglichen. Die Bildung dieses Schwellwertes 23 erfolgt unter Berücksichtigung des Eingangssignales 13, nämlich des Drehwinkels ϕ, der Motortemperatur ϑ sowie der angelegten Spannung UA, bezeichnet mit Referenz-Bezugszeichen 21. Der adaptierte Vergleichswert 23, gebildet unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Größen, wird als fester Vergleichswert 23 bei einer ideal genauen Winkelmessung und einer ideal kontinuierlichen Signalverarbeitung als ausreichend genau angesehen.Referring to FIG. 3, a signal processing according to the invention is shown, in which the rotational acceleration of an input signal 13, the rotation angle φ is determined. Since neither the rotational acceleration nor the rotational speed of drive components such as drive shaft 3 and drive motor 1 can be directly measured inexpensively, the angle of rotation ϕ is measured according to the invention. After two differentiations 18 , 19, the input signal 13 rotation angle ϕ is compared as an acceleration 24 in a comparison unit with an adapted threshold value 23 . This threshold value 23 is formed taking into account the input signal 13 , namely the angle of rotation ϕ, the motor temperature ϑ and the applied voltage U A , designated by reference reference symbol 21 . The adapted comparison value 23 , formed taking into account the abovementioned variables, is regarded as a fixed comparison value 23 with an ideally accurate angle measurement and ideally continuous signal processing as sufficiently precise.
Fig. 4 zeigt den typischen Verlauf der angelegten Spannung 21 UA, aufgetragen über dem Drehwinkel ϕ des Antriebsmotors 1, für einen analog arbeitenden magnetischen Widerstand, der erfindungsgemäß als Sensorelement 5, 6 der Antriebswelle unter dem Antriebsmotor 1 unmittelbar zugeordnet werden kann. Die mit solchen analogen Sensoren 5, 6 realisierbare quantisierte Winkelmessung läßt ein Auflösungsvermögen von weniger als 1°, also Δϕ < 1°, zu. Die verwendeten magnetischen Widerstände als Sensorelemente 5, 6 eingesetzt, weisen neben einem Auflösungsvermögen von weniger als 1° eine besserer Temperaturstabilität sowie ein größeres Auflösungsvermögen auf. Ferner ist ein besseres Auflösungsvermögen durch eine geringerer Abhängigkeit vom Luftspalt zwischen Sensor 5, 6 und dem Magneten 4 auf der jeweiligen Antriebskomponente 1 bzw. 3 gegeben. Die mittels des eingesetzten magnetischen Widerstandes als Sensorelemente 5, 6 erzielbare Auflösung von Δϕ < 1° reicht für eine sichere Detektion einer Einklemmsituation aus, sofern das Winkelsignal 13, nämlich ϕ eine geeignete Bandbegrenzung durch einen Tiefpaß besitzt. Fig. 4 shows the typical course of the applied voltage 21 U A , plotted against the angle of rotation ϕ of the drive motor 1 , for an analog magnetic resistor, which according to the invention can be directly assigned to the drive shaft under the drive motor 1 as sensor element 5 , 6 . The quantized angle measurement that can be implemented with such analog sensors 5 , 6 permits a resolution of less than 1 °, that is, Δϕ <1 °. The magnetic resistors used as sensor elements 5 , 6 have, in addition to a resolution of less than 1 °, better temperature stability and a greater resolution. Furthermore, a better resolution is given by a lower dependence on the air gap between sensors 5 , 6 and the magnet 4 on the respective drive component 1 or 3 . The resolution of Δϕ <1 ° which can be achieved by means of the magnetic resistance used as sensor elements 5 , 6 is sufficient for reliable detection of a pinching situation, provided that the angle signal 13 , namely ϕ, has a suitable band limitation due to a low-pass filter.
Bei einer gemäß Fig. 5 erfolgenden digitalen Verwirklichung einer
Signalverarbeitungsstrecke, die einer Tiefpaßfilterung entspricht - ist ein linearer
Zusammenhang zwischen der durch einen Sensor 5, 6 per Ausgangssignal ϕd
ermittelbaren Genauigkeit, unter Berücksichtigung der Quantisierung ϕd eines
A/D-Wandlers 14, dem das analoge Eingangssignal 13 ϕ zugeführt wird und der
am Abtast-/Halteglied 15 einstellbaren Abtastzeit 17 besteht. Wenn die Auflösung
sinkt, nimmt auch die Bandweite ab, wodurch wiederum die verfügbare Abtastzeit
steigt. Der Zusammenhang zwischen Auflösung am Sensor 5, 6 und der Abtastzeit
17 läßt sich am besten anhand folgender Gegenüberstellung verdeutlichen:
In the case of a digital implementation of a signal processing path, which corresponds to low-pass filtering, as shown in FIG. 5, there is a linear relationship between the accuracy that can be determined by a sensor 5 , 6 per output signal ϕ d , taking into account the quantization ϕ d of an A / D converter 14 , which is supplied with the analog input signal 13 ϕ and the sampling time 17 which can be set on the sample / hold element 15 . As the resolution decreases, the bandwidth decreases, which in turn increases the available sampling time. The relationship between the resolution at the sensor 5 , 6 and the sampling time 17 can best be illustrated using the following comparison:
Gemäß des Signalflußplanes, wie in Fig. 5 dargestellt, erfolgt die Quantisierung des Eingangssignales 13, nämlich des Drehwinkels ϕ, von analoger in digitaler Form in einem A/D-Wandler 14, von dem das digitale Signal 16 sowohl einer ersten Differenziationsstufe 18 als auch einer Vergleichseinheit 23 zugeführt werden kann, die einen adaptierten Vergleichswert 23 ermittelt, mit dem die aus nochmaliger Differenziation 19 hervorgehende Drehbeschleunigung 24 resultiert, verglichen wird. Neben dem Eingangssignal 13, nämlich des Drehwinkels ϕ wird der Vergleichseinheit 23 die Temperatur ϑ, sowie die angelegte Motorspannung UA zugeführt, die eine Bestimmung eines jeweils adaptierten Vergleichswertes 23 zulassen, mit dem das aus der zweimaligen Differenziation 18, 19 hervorgegangene digitale Signal 24 die Drehbeschleunigung repräsentierend, verglichen werden kann. According to the signal flow plan, as shown in Fig. 5, the quantization of the input signal 13 , namely the angle of rotation ϕ, takes place from analog in digital form in an A / D converter 14 , of which the digital signal 16 both a first differentiation stage 18 and can be supplied to a comparison unit 23 , which determines an adapted comparison value 23 with which the rotational acceleration 24 resulting from repeated differentiation 19 is compared. In addition to the input signal 13 , namely the angle of rotation ϕ, the comparison unit 23 is supplied with the temperature ϑ and the applied motor voltage U A , which permit determination of a respectively adapted comparison value 23 with which the digital signal 24 resulting from the two differentiations 18 , 19 Representing spin, can be compared.
11
Antriebsmotor
drive motor
22
Getriebe
transmission
33
Antriebswelle
drive shaft
3.13.1
Rechtslauf
clockwise
3.23.2
Linkslauf
CCW
44
Ringmagnet
ring magnet
55
Sensorelement (Drehzahl)
Sensor element (speed)
66
Sensorelement (Drehrichtung)
Sensor element (direction of rotation)
77
Auswerteeinheit
evaluation
88th
Elektronik
electronics
99
Zeitspanne
Period of time
1010
Impuls
pulse
1111
ansteigende Flanke
rising edge
1212
abnehmende Flanke
decreasing flank
1313
Eingangssignal ϕ
Input signal ϕ
1414
A/D-Wandler
A / D converter
1515
Abtast-Halteglied
Sample and hold
1616
quantisiertes Signal ϕd
quantized signal ϕ d
1717
einstellbare Abtastzeit
adjustable sampling time
1818
erste Differenzierungsstufe
first level of differentiation
1919
zweite Differenzierungsstufe
second level of differentiation
2020
Motortemperatur ϑ
Motor temperature ϑ
2121
angelegte Spannung UA
applied voltage U A
2222
adaptierter Vergleichswert
adapted comparison value
2323
Vergleichseinheiten
comparison units
2424
Drehbeschleunigung
spin
Claims (9)
ein Eingangssignal (13) ϕ wird mittels analoger Sensoren (5, 6) erfaßt,
das Eingangssignal (13) ϕ wird digitalisiert, bevor aus einer digitalen Differentiation (18, 19) eine Drehbeschleunigung (24) erhalten wird,
die Drehbeschleunigung (24) wird mit einem adaptierten Vergleichswert (23) verglichen, der als Funktion von Eingangssignal (13) ϕ, der Temperatur (20) ϑ eines Antriebes (1) und der angelegten Spannung UA (21) ermittelt wird.7. Method for detecting a pinching situation with the following method steps:
an input signal ( 13 ) ϕ is detected by means of analog sensors ( 5 , 6 ),
the input signal ( 13 ) ϕ is digitized before a rotational acceleration ( 24 ) is obtained from a digital differentiation ( 18 , 19 ),
the rotational acceleration ( 24 ) is compared with an adapted comparison value ( 23 ), which is determined as a function of the input signal ( 13 ) ϕ, the temperature (20) ϑ of a drive ( 1 ) and the applied voltage U A ( 21 ).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |