DE10108975A1

DE10108975A1 - Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors

Info

Publication number: DE10108975A1
Application number: DE10108975A
Authority: DE
Inventors: Rainer Jehn
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2002-09-05
Also published as: US20020117982A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors, bei dem dessen Anschlusskontakte jeweils über die Umschaltkontakte steuerbarer Umschalter wahlweise an einer der beiden Pole einer Versorgungsspannungsquelle anschließbar sind und zur Reversierung des Elektromotors die Umschalter umgeschaltet werden. DOLLAR A Es ist bekannt, bei Stellantrieben zur Bewegung von fremdkraftbetätigten Fenstern, Trennwänden oder Schiebedächern in Kraftfahrzeugen eine Reversierung des Elektromotors vorzunehmen, falls ein Anlauf gegen ein Hindernis - beispielsweise im Fall eines Einklemmfalles - auftritt. Da die Reversierung relaisgesteuert durchgeführt wird und vor einer Umschaltung der Relaiskontakte der Anker solcher Relais bewegt werden muss, dauert dieser Umschaltvorgang wenigstens 1,5 msek, mit der Folge, dass während dieser Zeitdauer das von dem Elektromotor erzeugte Drehmoment bzw. die Einklemmkraft bei Fensterhebern weiter erhöht wird. DOLLAR A Um eine schnellere Abschaltung bei Auftritt eines solchen Einklemmfalles zu realisieren, wird gleichzeitig mit Beginn der Reversierung mittels eines elektronischen Schalters der Laststromkreis vor Umschaltung der Relais abgeschaltet und erst wieder eingeschaltet, wenn die die Reversierung durchführenden Relais umgeschaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors, bei dem dessen Anschlusskontakte jeweils über die Umschaltkontakte eines steuerbaren Umschalters wahlweise an einen der beiden Pole einer Ver sorgungsspannungsquelle anschließbar sind und zur Reversierung des Elektromotors die Umschalter umgeschaltet werden.

Aus der DE 31 35 888 A1 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem ein Stellmotor als elektrische Stellvorrichtung mittels zweier Relais in den Rechts- oder Linkslauf steuerbar sind, indem mit den Relaiswicklungen verbundene Halbleiterschalter mit Steuersignalen versorgt werden.

Solche Stellvorrichtungen dienen insbesondere zur Bewegung von fremd kraftbetätigten Fenstern, Trennwänden oder Schiebedächern in Kraftfahr zeugen zwischen einer Öffnungsendstellung und einer Schließendstel lung, wobei zusätzlich eine durch Sicherheitsvorschriften definierte Schließkraftbegrenzung bei Anlauf gegen ein Hindernis derart realisiert ist, dass bei einer Detektion eines solchen Hindernisses die Bewegung an gehalten oder reversiert wird.

In solchen Systemen ist es daher wichtig, bei Auftreten eines solchen Ein klemmfalles den Stellmotor möglichst schnell abzuschalten bzw. zu rever sieren, um dadurch die Einklemmkraft zu verringern. Die oben bekannte relaisgesteuerte Stellvorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass bei einer Reversierung die mechanischen Relaiskontakte bei einer Reversie rung bewegt müssen, was jedoch die Bewegung des Relais-Ankers voraussetzt und damit insgesamt sehr lang dauert, wenigstens 1,5 msek, während der die Einklemmkraft weiter erhöht wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, das Verfah ren der eingangsgenannten Art dahingehend weiterzubilden, dass bei Auftreten eines Einklemmfalles eine schnelle Abschaltung des Elektro motors bewirkt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Hiernach wird der über die Relaiskontakte geführte Laststromkreis mittels eines elektronischen Schalters mit Beginn der Steuerung zur Reversie rung abgeschaltet und erst nach Umschaltung zur Beendigung der Rever sierung, also wenn die Umschalter umgeschaltet wurden, eingeschaltet. Durch die wesentlich schnellere Reaktion des Halbleiterschalters im ver gleich zu dem Umschalter wird eine schnelle Abschaltung des Laststrom kreises sichergestellt. Als elektronischer Schalter wird dabei vorzugsweise ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor eingesetzt.

Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Figuren näher erläutert und dargestellt werden. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 Spannungs/Strom-Zeitdiagramme zur Erläuterung der Funk tionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 gezeigte Elektromotor M, einsetzbar als Stellmotor für die Bewegung von fremdkraftbetätigten Fenster, Trennwänden oder Schiebe dächer in Kraftfahrzeugen ist, über seine beiden Anschlussklemmen K₁ und K₂ über Relaiskontakte zweier Relais R₁ und R₂ mit den Polen einer Spannungsversorgungsquelle V_B verbindbar. Die Relaisspulen der beiden Relais R₁ und R₂ sind jeweils über einen elektronischen Schalter, insbe sondere eines Transistors T₁ und T₂ ebenfalls an die genannte Span nungsversorgungsquelle V_B anschließbar, wobei die Steuerelektroden dieser beiden Transistoren T₁ und T₂ mit einer Steuereinheit µP verbunden sind, um entsprechende von der Steuereinheit µP erzeugte Steuer signale St₁ und St₂ für diese Transistoren zu erzeugen.

In Fig. 1 ist der Transistor T₁ leitend gesteuert, so dass hierdurch der Anschlusskontakt K₁ des Elektromotors M über den Relaiskontakt in Stel lung 1 mit dem Plus-Pol der Spannungsversorgungsquelle V_B verbunden ist, während der Transistor T₂ sich im gesperrten Zustand befindet, wo durch der Relaiskontakt des Relais R₂ in seiner Ruhestellung (Stellung 2) liegt, so dass der zweite Anschlusskontakt K₂ des Elektromotors M mit einem Schaltungsknoten P verbunden ist.

Dieser Schaltungsknoten P liegt über einen elektronischen Schalter, ins besondere einen Feldeffekttransistor F₁ auf Masse, so dass im durchge steuerten Zustand dieses Feldeffekttransistors F₁ der Elektromotor M eine erste Drehrichtung (Pfeil 1) aufweist. Der dadurch erzeugte Laststrom I_L wird mittels eines zwischen dem ersten Anschlusskontakt K₁ des Elektro motors M und dem Relaiskontakt des Relais R₁ geschalteten Shunt W_S erfasst und der Steuereinheit µP zugeführt und dort ausgewertet. Um den Feldeffekttransistor F₁ in den leitenden Zustand zu steuern, wird von die ser Steuereinheit µP ein entsprechendes Steuersignal St₃ erzeugt, das über einen von zwei Widerständen W₁ und W₂ aufgebauten Spannungs teiler an die Elektrode dieses Feldeffekttransistors F₁ angelegt wird.

Schließlich weist die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auch zwei Frei laufkreise für den Elektromotor M auf, die mit einer ersten Diode D₁ den Schaltungsknoten P mit dem ersten Anschlusskontakt K₁ des Elektromo tors M verbindet, und einer zweiten Diode D₂, die den Schaltungsknoten P mit dem zweiten Anschlusskontakt K₂ des Elektromotors M verbindet. Damit wird bei einer Abschaltung des Elektromotors M, wenn also die Re laiskontakte der beiden Relais R₁ und R₂ in die Stellung 2 geschaltet sind, der dabei induzierte Strom in Abhängigkeit von der Drehrichtung des E lektromotors M von der Diode D₁ oder der Diode D₂ abgebaut. Durch die sen Kurzschluss der beiden Anschlusskontakte K₁ und K₂ wird der Elekt romotor M in seiner Bewegung gehemmt.

Um den Elektromotor M in die zweite Drehrichtung (Pfeil 2) zu steuern, wird das Relais R₂ in seine Arbeitsstellung gesteuert, so dass nunmehr dessen Relaiskontakt den zweiten Anschlusskontakt K₂ des Elektromotors M mit dem Plus-Pol der Versorgungsspannungsquelle V_B verbindet. Hier zu wird der Transistor T₂ durch die Steuereinheit µP mit einem entspre chenden Steuersignal St₂ in den leitenden Zustand gesteuert, während das Relais R₁ stromlos bleibt, so dass hierdurch dessen Relaiskontakte in der Ruhestellung 2 verbleibt.

Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit den Diagrammen gemäß der Fig. 2 erläutert werden.

Läuft der Elektromotor M gegen ein Hindernis an, erhöht sich dessen Laststrom I_L mit der Folge eines zunehmenden Spannungsabfalles an dem Shunt-Widerstand W_S. Erreicht dieser Spannungsabfall einen vorge gebenen Grenzwert, erzeugt die Steuereinheit µP zu einem Zeitpunkt t₁ ein entsprechendes Steuersignal St₃, um damit den Feldeffekttransistor F₁ zu sperren und infolgedessen den Laststromkreis des Elektromotors M abzuschalten. Aufgrund dieses Abschaltsignales zum Zeitpunkt t₁ (siehe Fig. 2a) wird der Laststrom I_L kurz nach diesem Zeitpunkt t₁ abgeschal tet, wie dies in Fig. 2f dargestellt ist. Gleichzeitig mit diesem Zeitpunkt t₁ beginnt der Reversierungsvorgang, indem die beiden Relais R₁ und R₂ derart umgesteuert werden, dass der Elektromotor M von der ersten Dreh richtung (Pfeil 1) in die zweite Drehrichtung (Pfeil 2) wechselt.

Hierzu erzeugt die Steuereinheit µP gemäß Fig. 2b ein Steuersignal St₁ um den Transistor T₁ zu sperren, um damit das Relais R₁ in seine Ruhe stellung (Stellung 2) zu schalten. Hierdurch nimmt, wie in Fig. 2c darge stellt, der Haltestrom I_H1 des Relais R₁ aufgrund des induktiven Wider standes der Relaisspule exponentiell ab und unterschreitet zu einem spä teren Zeitpunkt t₁' den Haltestrom I_A des Relais mit der Folge, dass erst zu diesem Zeitpunkt der Relaiskontakt abfällt. Zu diesem Zeitpunkt t₁' ist je doch bereits der Laststrom I_L mittels des Feldeffekttransistor F₁ abge schaltet.

Um die Drehrichtung des Elektromotors M umzudrehen, muss dessen zweite Anschlussklemme K₂ mit dem Plus-Pol der Versorgungsspan nungsquelle V_B verbunden werden, indem mittels eines entsprechenden Steuersignales St₂ gemäß Fig. 2d der Transistor T₂ leitend gesteuert wird, wodurch der Relaisstrom I_R2 des Relais R₂ exponentiell - wie in Fig. 2e dargestellt - so lange ansteigt, bis zum Zeitpunkt t₁" der Anzugsstrom I_A erreicht wird, mit der Folge, dass der Anker des Relais R₂ den Relaiskon takt in die Arbeitsstellung, also in Stellung 1 schaltet, wodurch nunmehr der zweite Anschlusskontakt K₂ des Elektromotors M mit dem Plus-Pol der Spannungsversorgungsquelle V_B verbunden wird. Der Relaisstrom steigt so lange an, bis er den Wert des Haltestroms I_H2 erreicht hat.

Nachdem die Umschaltung der beiden Relais R₁ und R₂ zum Zeitpunkt t₁" abgeschlossen ist, wird in einem nachfolgenden Zeitpunkt t₂ gemäß Fig. 2a ein Steuersignal an den Feldeffekttransistor F₁ angelegt, der diesen wieder leitend schaltet, wodurch der Laststromkreis des Elektromotors M zum Zeitpunkt t₂' wieder geschlossen ist.

Da gleichzeitig mit dem Abschaltsignal St₁ an den Transistor T₁ auch ein Abschaltsignal St₃ dem Feldeffekttransistor F₁ zugeführt wird, erfolgt die Abschaltung des Laststromkreises des Elektromotors M nicht erst im Um schaltzeitpunkt t₁' des Relais R₁, sondern schon vor diesem Zeitpunkt, wodurch sofort nach der Detektion eines Anlaufes des Elektromotors M gegen Hindernis - beispielsweise ein Einklemmfall - der Laststromkreis sofort abgeschaltet wird. Sobald auch das zweite Relais im stromlosen Zustand umgeschaltet hat, wird durch Ansteuerung des Feldeffekttransis tors F₁ der Laststromkreis wieder eingeschaltet. Dabei ist die Zeitdauer zwischen dem Abschaltzeitpunkt t₁ und dem Einschaltzeitpunkt t₂ dieses Feldeffekttransistors F₁ anhand der Kennwerte der verwendeten Relais R₁ und R₂ zu bestimmen, da dieser Feldeffekttranistor F₁ so lange abge schaltet bleiben muss, bis einerseits die Umschaltung abgeschlossen ist und andererseits darf diese Zeitdauer auch nicht länger sein als die Relais R₁ und R₂ für die Stromwendung benötigen. Die in Fig. 2 dabei aufge führten Zeitpunkte stehen in folgender Relation: t_{1 <} t₁' < t₁" < t₂.

Die Detektion eines Anlaufes gegen ein Hindernis wird in dem Ausfüh rungsbeispiel gemäß Fig. 1 durch Detektion des Laststromes I_L detek tiert. Zur Detektion eines Hindernisses kann gleichfalls auch die Drehzahl des Elektromotors festgestellt werden, um bei Abfall der Drehzahl unter einen bestimmten Schwellwert auf ein solches Ereignis zu schließen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors (M), bei dem dessen An schlusskontakte (K₁, K₂) jeweils über die Umschaltkontakte steuerbarer Umschalter (R₁, R₂) wahlweise an einen der beiden Pole einer Versor gungsspannungsquelle (V_B) anschließbar sind und zur Reversierung des Elektromotors (M) die Umschalter (R₁, R₂) umgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass mit Beginn der Steuerung zur Reversierung des Elektromotors (M) gleichzeitig einer der beiden Pole der Versorgungs spannungsquelle (V_B) mittels eines elektronischen Schalters (F₁) von den Umschaltkontakten beider Umschalter (R₁, R₂) getrennt und erst nach Umschaltung zur Beendigung der Reversierung dieser Pol wieder mittels des elektronischen Schalters (F₁) mit den Relaiskontakten verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Um schalter (R₁, R₂) als Relais und der elektronische Schalter (F₁) als Halb leiterschalter insbesondere als Transistor ausgebildet sind.