DE102005030600A1

DE102005030600A1 - Einklemmschutzerkennung auf Prinzip von Vergleich des Duty Cicle einer PWM Regelung

Info

Publication number: DE102005030600A1
Application number: DE102005030600A
Authority: DE
Inventors: Günter Franzan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-11
Also published as: US20070003258A1; US7346272B2; FR2894094A1

Abstract

Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einklemmschutzerkennung bei verschiebbaren Fenster- und Türelementen zu schaffen, durch welche eine schnellere und stabilere Einstellung auf aktuelle physikalische Gegebenheiten während einer Systembetätigung erzielt werden kann, erfolgt im erfindungsgemäßen System eine Ansteuerung des Motors (1) mit in Echtzeit generierten Parametern. Dabei findet eine Regeleinheit, vorzugsweise ein PID-Regler, Einsatz, um die Geschwindigkeit im System während eines Lernlaufes und auch während des Betriebseinsatzes konstant zu halten und rechtzeitige Einklemmerkennung zu gewährleisten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung eines Verschiebeelementes wie beispielsweise ein Fahrzeugfenster, ein Schiebedach, eine Heckklappe, eine Fahrzeugtür oder dgl., mittels eines Motors, vorzugsweise eines Gleichstrommotors, wobei mittels eines Lernlaufs abgespeicherte Parameterwerte, vorzugsweise in Form einer Kennlinie, mit in Echtzeit während der Betätigung des Motors generierten und zur Steuerung desselben erforderlichen Parameterwerten verglichen werden und in Abhängigkeit davon der Motor gestoppt bzw. dessen Drehrichtung umgekehrt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 und ein Verfahren zur Generierung von Parameterwerten eines Lernlaufs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Automatische Verschiebeelemente kommen in unterschiedlichsten Anwendungsgebieten zum Einsatz, um dem Benutzer ein komfortables und einfaches Bedienen von Fenstern, Türen und anderen Verschließvorrichtungen zu ermöglichen. Dabei findet zumeist ein Gleichstrommotor Einsatz, welcher über eine entsprechende Mechanik dem Antrieb des Verschiebeelementes dient. Vor allem im Fahrzeugbereich haben automatische Fensterheber und Schiebedächer, sowie Türen und Heckklappen weite Verbreitung gefunden und zählen bei der überwiegenden Anzahl von Neuwägen bereits zur serienmäßigen Ausstattung.

Besonders im automotiven Bereich ist aber auch das Gefahrenpotenzial von elektrischen Fensterhebern oder Schiebedächern bereits wohlbekannt, da in diesem Zusammenhang bereits zahlreiche Unfälle zu verzeichnen sind, über welche in den Medien auch ausführlich berichtet wurde.

Befindet sich beispielsweise ein Gegenstand oder ein Körperteil zwischen Fahrzeugrahmen und elektrisch angetriebener Fensterscheibe oder Türe, kann dieser aufgrund der nicht unbeträchtlichen stellmotorischen Antriebskraft eine Beeinträchtigung oder Quetschung erfahren. Kinder oder Hunde, aber auch erwachsene Personen können durch die versehentliche Betätigung von elektrischen Schließvorrichtungen zu Schaden kommen und die Unfälle im Extremfall sogar tödlich enden. Als verhängnisvoll hat sich hier vor allem eine Hochlaufautomatik erwiesen, bei welcher ein kurzes Antippen eines Schalters genügt, um eine Fensterscheibe selbsttätig zu öffnen oder zu schließen. Untersuchungen zufolge kann bereits eine Schließkraft von 100Nm bei Einwirkung auf den menschlichen Hals lebensbedrohlich sein, für kleine Kinder wird schon eine Gefahrengrenze von 30Nm angegeben.

Die Erfahrungen der letzten Jahrzehnte haben es daher notwendig gemacht, Vorrichtungen zur Schließkraftbegrenzung bzw. zum Einklemmschutz zu schaffen, um die Schließbewegung motorisch angetriebener Elemente wie Fenster und Türen im Bedarfsfalle zu stoppen und derartige Unglücksfälle zu verhindern. Obwohl eine EU-Verordnung eine Begrenzung der Schubkraft von Fensterhebern auf 100Nm festlegt, streben viele Automobilhersteller freiwillig eine Begrenzung auf 10 Nm an, um so jede Art von Quetschungen an Fingern oder anderen Gliedmaßen mit Gewissheit auszuschließen.

Zu diesem Zwecke wird ein auftretender Widerstand gegen die Schließbewegung der Fensterscheibe von einem Steuergerät registriert und in der Folge die von einem Motor angetriebene Schließbewegung gestoppt oder bei intelligenter Steuerung sogar mittels Umkehrung der Motorlaufrichtung reversiert, sodass der eingeklemmte Gegenstand oder Körperteil sofort wieder freigegeben wird. Die Schließbewegung der Fensterscheibe oder der Türe währt also nur so lange, bis sich ein Hindernis in den Weg stellt.

Das Erkennen eines Widerstandes geschieht zumeist mittels rechnerunterstützter Auswertung des Motorstroms. Behindert ein Gegenstand die Bewegung der Fensterscheibe, so wird der Motor langsamer und der Motorstrom steigt. Das Steuergerät, welches den Motorstrom misst, unterbricht in solchem Falle die Stromzufuhr oder veranlasst ein Zurückfahren des Verschiebeelementes bzw. der Fensterscheibe in die entgegengesetzte Richtung, indem über eine geeignete Schaltung die Polarität an den Anschlüssen des Gleichstrommotors vertauscht wird.

Auch an die Softwarekomponenten von Regeleinheiten sind besondere Anforderungen gesetzt, da die Regelung nicht nur ein reales Hindernis erkennen, sondern dieses auch von einem Defekt wie etwa einer Vereisung oder einer Schwergängigkeit der angetriebenen Fensterscheibe aufgrund von Schmutzverklebung unterscheiden soll. Da in letzterem Falle eine Überwindung des auftretenden Widerstandes stattfinden soll und die Regeleinheit nicht von wechselnden Betriebs- und Umweltbedingungen in die Irre geführt werden soll, bedarf es exakt arbeitender und intelligenter Software-Lösungen.

Zum Antrieb von Fensterhebern, Schiebedächern, Heckklappen und anderen bewegbaren Elementen (im folgenden pauschal Verschiebeelemente genannt) finden üblicherweise Gleichstrommotoren Einsatz. Dabei ist an einer Welle des Motors ein mindestens zweipoliges Magnetrad befestigt, anhand dessen Rotation über Hallsensoren eine Umsetzung der Motordrehbewegung in ein Hallsignal erfolgt, welches wiederum zur Geschwindigkeitsberechnung herangezogen wird. Beim Hallsensor handelt es sich um ein Halbleiterelement, das infolge von Stromfluss und einem äußeren Magnetfeld eine Spannung erzeugt, wobei diese Spannung mit der Stärke des Stromflusses und der magnetischen Flussdichte wächst.

Da das Hallsignal sein Spannungsniveau umso schneller wechselt, je schneller die Welle des Motors sich dreht, kann die Geschwindigkeit des Verschiebeelementes während seiner translatorischen Öffen- oder Schließbewegung ermittelt werden. Die Geschwindigkeit des Motors ist dabei abhängig von der anliegenden Spannung und der erforderlichen Kraft, welche der Motor zur gewünschten Bewegung des Verschiebeelementes aufbringen muss. Infolge von wechselnden Betriebsbedingungen wie Temperatur, Getriebeumsetzungen und diverser Reibwiderstände, vor allem jener durch Gummidichtungen verursachten, ändert sich die erforderliche Kraft zur Bewegung des Verschiebeelementes, was bei konstanter Spannung am Motor eine Geschwindigkeitsänderung des Systems bewirkt.

Da es seitens der Industrie gewünscht wird, die Verschiebeelementgeschwindigkeit während der gesamten Öffen- und Schließbewegung konstant zu halten, wird die am Motor angelegte Spannung entsprechend verändert. Praktisch bedeutet dies, dass die Spannung äquivalent erhöht werden muss, je mehr erforderliche Kraft der Motor benötigt, um die gewünschte Geschwindigkeit auch unter geänderten Bedingungen beizubehalten. Zu diesem Zweck wird das System über eine Pulsweiten-Modulation (PWM) getaktet. Die den Motor speisende Eingangsspannung wird dabei bei einer hohen Frequenz von üblicherweise 20 kHz in kurzen variablen Zyklen aus- und eingeschaltet. Diese Zyklen werden als Schaltperiode T_s bezeichnet, wobei das Verhältnis von Einschaltzeit t_ein zur Ausschaltzeit t_aus während einer solchen Schaltperiode T_s beliebig verändert werden kann.

Wird die Einschaltzeit t_ein vergrößert, so ergibt sich ein größerer arithmetischer Mittelwert der Ausgangsspannung und damit ein größerer Ausgangsstrom. In der Fachsprache spricht man hier auch von einem „Duty Cycle", wobei bei gleich langer Einschaltzeit t_ein und Ausschaltzeit t_aus ein Duty Cycle von 50% vorliegt, was bedeutet, dass auch die Eingangsspannung halbiert ist. Beträgt die Einschaltzeit t_ein nur ein Viertel der Schaltperiode T_s, so spricht man von einem Duty Cycle von 25% und demzufolge einem Anliegen von nur einem Viertel der Eingangsspannung am Motor. Der Duty Cycle und somit die Leistung des Motors ist von 0 bis 100% stufenlos regelbar.

Bei bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik wird über Spannung und Drehzahl des Motors die erforderliche Verschiebekraft, die der Motor benötigt, um das Verschiebeelement zu bewegen, errechnet und in einem nichtflüchtigen Speicher abgespeichert. Zu diesem Zweck wird ein Lernlauf unter Taktung mittels konstanter PWM durchgeführt, um die im System auftretenden verschiedenen Reibungskräfte über den Bewegungsbereich des Verschiebeelementes zu ermitteln. Die Reibungskräfte resultieren vor allem aus dem Kontakt des Verschiebeelementes mit Dichtungen und anderen mechanischen Übergängen.

Die Notwendigkeit eines Lernlaufes für jedes einzelne Schließsystem besteht deshalb, weil sich jedes mechanische System trotz Normung und Serienfertigung als einzigartig erweist und eine individuelle Charakteristik besitzt, wodurch es sich in seiner Bewegung aufgrund von Fertigungstoleranzen in der Mechanik auch nicht gleich verhält. So wird vor der ersten Inbetriebnahme eines neuen Systems also ein einmaliger Lernlauf durchgeführt und die erhaltenen charakteristischen Daten als Reibkraft- bzw. Verschiebekraft-Kennlinie abgespeichert, um dann für alle weiteren Schließbewegungen des Verschiebeelementes im regulären Betrieb als Referenz zu dienen.

Bei allen zukünftig erfolgenden Schließbewegungen wird die erforderliche Taktung der PWM durch komplizierte Berechnungen anhand von Motorspannungen und den relativ dazu abgelegten Referenzdaten über die während des Lernlaufes erhaltenen Verschiebekräfte ermittelt, um einen Ausgleich der zu verschiedenen Zeitpunkten anliegenden unterschiedlichen mechanischen Kräfte zu ermöglichen. Ein Vergleich der Referenzdaten mit den aktuell auftretenden Kräften während einer Schließbewegung des Verschiebeelementes erlaubt schließlich die Erkennung eines eingeklemmten Gegenstandes oder Körperteiles und die Einleitung geeigneter Steuerimpulse, um die Schließbewegung anzuhalten oder durch Umpolung der Motorlaufrichtung umzukehren. Praktisch wird also das Überschreiten einer bestimmten zulässigen Verschiebekraft rechnerisch registriert und der Antrieb des Motors entsprechend angesteuert, um den eingeklemmten Gegenstand wieder freizugeben. Dabei werden die Duty Cycles zur Steuerung des Motors mit konstanter Geschwindigkeit anhand der im Lernlauf erhaltenen Kennlinienwerte zufolge der Verschiebekräfte errechnet und nicht anhand der aktuellen Geschwindigkeit, die real im System auftritt.

Da der Lernlauf lediglich eine Simulation des Bewegungsablaufes des Verschiebeelementes darstellt, wie er eben unter Lernlaufbedingungen (in Labor, Werkstätte, etc.) abläuft, jedoch keine aktuellen Betriebsbedingungen und auftretenden Umwelteinflüsse zum Zeitpunkt aller anschließend an den Lernlauf unter realen Umweltbedingungen erfolgenden Verschiebebewegungen berücksichtigen kann, ist auch keine realistische Adaption der Geschwindigkeit an neue Gegebenheiten möglich.

Der Nachteil bei diesem Verfahren liegt unter anderem darin, dass die beim Lernlauf erhaltenen Referenzdaten auch für alle zukünftig erfolgenden Bewegungen des Verschiebeelementes als Bezug dienen und die Geschwindigkeit des Systems stets in starrer Weise entsprechend der beim Lernlauf erfolgten Berechnung wiedergegeben wird. Da die Mechanik des Systems einer Alterung und wechselnden Umwelt- und Betriebsbedingungen wie etwa vermehrter Staub- und Temperaturexposition unterliegt, kann die Geschwindigkeit des Verschiebeelementes nicht konstant gehalten werden und erweist sich auf unterschiedlichen Streckenabschnitten des Verschiebeweges als unstetig. Dadurch gestaltet es sich auch als schwierig, eine exakte Schließkraftbegrenzung festzulegen, sodass vom Verschiebeelement eingeklemmte Gliedmaßen trotz Vorsehung eines Einklemmschutzes unter Umständen bereits leichte Quetschungen erleiden können. Mit der Unstetigkeit der Verschiebebewegung geht ebenfalls eine unerwünschte akustische und optische Charakteristik einher.

Des weiteren kann der Algorithmus zur Datenerkennung nicht alle Betriebsbereiche und physikalischen Gegebenheiten, wie etwa Änderungen zufolge der mechanischen Alterung, zuverlässig widerspiegeln und erfordert zur Simulation derselben vergleichsweise aufwändige Einstellungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden, und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verschiebeelementes zu schaffen, durch welche eine schnellere und stabilere Einstellung auf aktuelle physikalische Gegebenheiten während einer Systembetätigung erzielt werden kann. Des weiteren soll durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung eine gleichmäßige Geschwindigkeit des Verschiebeelementes zu jedem Zeitpunkt seiner Bewegung, unabhängig von aktuellen Betriebsbedingungen gewährleistet werden. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen soll eine Einklemmschutzerkennung bereitgestellt werden, welche sich durch direkte und realistische Datenverwertung auszeichnet, um im Gefahrenfalle ein rasches und effektives Reagieren der Verschiebemechanik zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 und ein Verfahren zur Generierung von Parameterwerten eines Lernlaufs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 gelöst.

Während bei Motorsteuerungen nach dem Stand der Technik gespeicherte Parameterwerte, nämlich die oben beschriebene Verschiebekraft-Kennlinie, herangezogen wurden, um den Motor über komplizierte Berechnungen anzusteuern, sodass dieser mit konstanter Geschwindigkeit läuft, erfolgt die Regelung der Geschwindigkeit des Motors im erfindungsgemäßen Verfahren mit in Echtzeit generierten Parameterwerten, welche die tatsächlich erforderlichen Verschiebekräfte berücksichtigen.

Die Geschwindigkeit des Motors wird unter Berücksichtigung der zum Zeitpunkt der Motorbetätigung am Verschiebelement tatsächlich auftretenden mechanischen Kräfte konstant gehalten, wobei die in Echtzeit generierten Parameterwerte das Ergebnis der die Konstanthaltung der Geschwindigkeit bewirkenden Geschwindigkeitsregelung sind und zur Steuerung des Motor dienen.

Dabei findet eine Regeleinheit, vorzugsweise ein PID-Regler Einsatz, welcher die Drehgeschwindigkeit des Motors während des Lernlaufes und auch während des Betriebseinsatzes konstant hält. Durch diese Regeleinheit kann die Leistung des Motors und damit die Schließgeschwindigkeit des Verschiebeelementes nunmehr an wirksame höhere Reibwiderstände, welche im Falle eines Auto-Fensterhebers vor allem zu Beginn und am Ende einer einsetzenden Schließbewegung zufolge der Berührung der Fensterscheibe mit Fensterscheiben-Dichtlippen auftreten, schnell und zuverlässig angepasst werden. Die Regeleinheit veranlasst dabei eine Steuereinheit zur Generierung der zur Motorsteuerung erforderlichen Parameterwerte. Auf diese Weise kann ein den Anforderungen entsprechender Duty Cycle bereitgestellt werden.

Es versteht sich, dass anstelle des PID-Reglers ebenfalls auch andere Regelsysteme wie etwa Proportional- und Integralregler samt deren Modifikationen oder eigens für eine spezifische Problemstellung entworfene Regelkreise zum Zwecke der Geschwindigkeitsregulierung eingesetzt werden können, ohne von der erfindungsgemäßen Idee abzuweichen.

Gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 2 werden die in Echtzeit generierten Parameterwerte zur Leistungsansteuerung des Motors in Form von Duty Cycle-Werten festgehalten, welche entsprechend der streckenweisen Schwer- oder Leichtgängigkeit des Verschiebeelementes zufolge des Reibungswiderstandes vorzugsweise als Duty Cycle-Kennlinie abgespeichert werden. Beim Duty Cycle handelt es sich, wie bereits oben ausgeführt, um das Verhältnis von Einschaltzeit des Motors zur Ausschaltzeit des Motors bzw. exakter ausgedrückt, das Verhältnis der Einschaltzeit t_ein zur Schaltperiode T_s, wobei eine Schaltperiode T_s einen Zyklus von Ausschaltzeit t_aus und Einschaltzeit t_ein umfasst. Mittels entsprechender, variierender Taktung des Motors kann so trotz unterschiedlicher erforderlicher Verschiebekräfte eine stets gleichlaufende Geschwindigkeit des Verschiebeelementes während seiner Betätigung erzielt werden. Mit dieser Homogenisierung der Geschwindigkeit gehen auch akustische Vorteile einher, das Schließgeräusch des Verschiebeelementes klingt nunmehr gleichmäßiger. Ebenso wirkt der Anblick eines gleichmäßig schnell geführten Verschiebeelementes vor allem im Falle von Auto-Fensterscheiben für die Optik gefälliger.

Zufolge den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3 wird der Motor bei Überschreiten einer definierten Differenz zwischen den abgespeicherten Parameterwerten und den in Echtzeit generierten Parameterwerten angehalten und vorzugsweise eine Umkehr seiner Antriebsbewegung bewirkt. Auf diese Weise kann ein vom Verschiebeelement eingeklemmter Gegenstand oder Körperteil auf direkte und zuverlässige Weise erkannt werden.

Durch den Vergleich einer aktuell erhaltenen Duty Cycle-Kennlinie mit der bereits im Lernlauf hinsichtlich einer konstanten Gewindigkeit korrekt abgespeicherten Kennlinie kann also ein auftretendes Hindernis in der Bewegungsbahn des Verschiebeelementes schneller und zuverlässiger erkannt werden. Da nunmehr keine Berechnung von erforderlichen Verschiebekräften zufolge von Reibwiderständen durchgeführt werden muss, kann der durch den PWM-Regler eingestellte Duty Cycle direkt mit den Werten aus der im Lernlauf erhaltenen Kennlinie verglichen werden.

Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 handelt es sich bei den mittels Lernlauf abgespeicherten Parameterwerten ebenfalls um das Verhältnis von Einschaltzeit des Motors zur Ausschaltzeit des Motors, also um Duty Cycle-Werte bzw. eine Duty Cycle-Kennlinie. Das direkte Vergleichen von Duty Cycle-Werten bzw. -Kennlinien erlaubt eine direkte Datenauswertung unter Verwendung eines einfacheren Algorithmus als bei bisherigen bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik. Die Wunschgeschwindigkeit des Systems kann beliebig festgesetzt werden, wobei für besondere Anwendungsfälle gegebenenfalls auch eine atypische und willkürliche Geschwindigkeitscharakteristik generiert werden kann.

Bereits bei Durchlaufen des Lernlaufs wird die Geschwindigkeit des Systems zufolge den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 geregelt, um sie konstant zu halten und solcherart eine hinsichtlich der Schließgeschwindigkeit des Verschiebeelementes realistische Charakteristik zu erhalten, welche für alle weiteren Schließbewegungen als Referenz dient. Bei allen auf den Lernlauf folgenden, weiteren Schließbewegungen des Verschiebeelementes wird die Geschwindigkeit wiederum über die Regeleinheit konstant gehalten und der aktuell erhaltene Duty Cycle mit dem abgespeicherten Duty Cycle von einem Kennlinienhandler direkt verglichen.

Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 6 und 7 richten sich auf eine Vorrichtungsanordnung zur Verwirklichung des geschilderten Verfahrens, wobei Anspruch 6 vorsieht, dass der den Motor taktenden Steuereinheit eine Regeleinheit vorgeschalten ist, welche einen Betrieb des Motors mit konstanter Geschwindigkeit bewirkt, wobei ein Kennlinienhandler vorgesehen ist, welcher stets die für die Motorsteuerung ausschlagebenden Parameterwerte der Steuereinheit mit den in einem nichtflüchtigen Speicher abgespeicherten Parameterwerten vergleicht. Der Kennlinienhandler ist zu allen anderen Steuer- und Regeleinheiten übergeordnet angeordnet und kann die Leistungsansteuerung des Motors im Bedarfsfalle jederzeit direkt kontrollieren, um die beschriebenen Maßnahmen eines Stoppen des Motors oder einer Umkehr der Antriebsbewegung durchzuführen.

Zufolge den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 umfasst die bezeichnete Regeleinheit einen PID-Regler. Durch Vorsehung eines permanent aktiven PID-Reglers kann eine gewünschte Geschwindigkeit des Verschiebeelementes selbst nach Veränderung der Mechanik infolge Alterung oder geänderter Betriebsbedingungen immer den Umständen entsprechend angeglichen und zu jedem Zeitpunkt konstant gehalten werden. Entsprechend den zu Anspruch 1 gemachten Ausführungen versteht sich, dass anstelle des PID-Reglers ebenfalls auch andere Regelsysteme eingesetzt werden können, ohne von der erfindungsgemäßen Idee abzuweichen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt einen einfacheren und direkten Algorithmus zur Datenerrechnung und die Qualität des Einklemmschutzes kann über die Genauigkeit der Geschwindigkeitsregelung mittels des PID-Reglers eingestellt werden. Dies bedeutet, dass auf Geschwindigkeitsänderungen zufolge eines Einklemmvorganges umso schneller reagiert werden kann, je genauer der PID-Regler eingestellt ist. Etwaige Quetschungen von Gliedmaßen können durch akkurate Einstellung der Regeleinheit zuverlässig ausgeschlossen werden.

Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 8 bis 11 beschreiben ein den vorhergehenden Ansprüchen entsprechendes Verfahren zur Generierung von Parameterwerten eines Lernlaufs.

Zufolge den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 wird die Geschwindigkeit des Motors während des Vorganges der Kennlinienermittlung mittels einer Regeleinheit, vorzugsweise einem PID-Regler, konstant gehalten. Im Unterschied zum Stand der Technik, wo ein über den Verfahrensweg des Verschiebeelementes verlaufendes Kräfteprofil abgespeichert wird, um daraus erst einen gültigen Duty Cycle zu errechnen, wird also beim erfindungsgemäßen System schon während des Lernlaufs ein den auftretenden Reibungskräften entsprechender Duty Cycle bei bereits konstant gehaltener Geschwindigkeit erstellt. In der Folge werden gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 9 mehrere Duty Cycle-Werte korrespondierend mit unterschiedlichen Teilbereichen des Verfahrensweges, welchen das Verschiebeelement während seiner Schließbewegung zurücklegt, ermittelt. Dabei wird jeweils ein Mittelwert jener Parameterwerte berechnet, die zur Ansteuerung des Motors bei Konstanthaltung seiner Geschwindigkeit erforderlich sind. Hierzu wird am Ende jedes Teilbereiches die Differenz zwischen aktuellem Parameterwert und dem zuvor abgespeicherten Parameterwert im nichtflüchtigen Speicher abgespeichert.

Zufolge den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 10 wird die Gesamtheit aller abgespeicherten Parameterwerte, bei welchen es sich gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 11 ebenfalls um Duty Cycle-Werte handelt, als Kennlinie im nichtflüchtigen Speicher abgespeichert. Auf diese Weise erhält man praktisch einen fix und fertig vordefinierten Duty Cycle zur Ansteuerung des Motors mit konstanter Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der spezifischen mechanischen Eigenschaften des Systems.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Regelungskreises
2 eine Taktung des Systems mittels Pulsweiten-Modulation (PWM)
3 eine schematische Darstellung eines „Duty Cycles"
In 1 wird ein Regelkreis dargestellt, wie er im erfindungsgemäßen Verfahren Einsatz findet. Dabei sind ein Motor 1, eine Regeleinheit 2 und ein Kennlinienhandler 3 ersichtlich. Der Motor 1 dient in diesem System zum Antrieb eines Verschiebeelementes 4 über eine zwischengeschaltete (nicht dargestellte) Mechanik. Bei den Verschiebeelementen 4 handelt es sich um öffen- und schließbare Fenster, Türen oder sonstige Verschließelemente, wobei im vorliegenden Anwendungsfall der Einsatz des erfindungsgemäßen Systems im Kraftfahrzeugbereich, vor allem anhand von automatischen Fensterhebern oder Schiebedächern beschrieben wird. Ebensogut kann das erfindungsgemäße System jedoch auch in anderen Einsatzgebieten wie etwa im Gebäude- und Gartenbereich, bei Garagentoren oder allgemein bei automatisierten Verschließvorrichtungen angewandt werden und sich als vorteilhaft erweisen.
Aus dem dargestellten Zusammenhang ist ersichtlich, dass der Motor 1 über die Steuereinheit 2, zumeist mittels Pulsweiten-Modulation (PWM) getaktet wird (siehe 2). Die Leistungssteuerung mittels PWM erlaubt es, die seitens des Motors 1 erforderliche Verschiebekraft und -geschwindigkeit zur Bewegung des Verschiebeelementes 4 willkürlich zu steuern. Hierzu wird die den Motor speisende Eingangsspannung in bekannter Weise bei einer hohen Frequenz in kurzen Schaltperioden T_s aus- und eingeschaltet. Über ein Vergrößern der Einschaltzeit t_ein wird ein größerer arithmetischer Mittelwert der Ausgangsspannung und damit ein größerer Ausgangsstrom erzielt. Über dieses als „Duty Cycle" bezeichnetes Verhältnis ist die Leistung des Motors von 0 bis 100 stufenlos regelbar. In 2 ist rein beispielhaft eine diesbezügliche Ansteuerung als Rechtecksignal 8 dargestellt, wobei die Einschaltzeit t_ein hier 50% der Schaltperioden T_s ausmacht und man folglich auch von einem Duty Cycle von 50% spricht.
Erfindungsgemäß wird eine Regeleinheit 9 eingesetzt, welche die Geschwindigkeit im System während eines Lernlaufes und auch während des Betriebseinsatzes konstant hält. Als Regeleinheit wird im Ausführungsbeispiel aufgrund seiner optimalen und schnellen Regelungscharakteristiken ein PID-Regler vorgeschlagen, es kann jedoch ebenso auch ein Regler anderer Art eingesetzt werden. Der PID-Regler reagiert schnell und zuverlässig auf wirksame höhere Reibwiderstände, welche am Verschiebeelement 4 vor allem zu Beginn und am Ende einer einsetzenden Schließbewegung zufolge der mechanischer Übergänge auftreten und passt die Leistung des Motors in der Weise an, dass eine konstante Schließgeschwindigkeit des Verschiebeelementes 4 gewährleistet ist.
Der Lernlauf muss vor der ersten Inbetriebnahme eines neuen Systems durchgeführt werden, da jedes einzelne mechanische System zufolge der Fertigung stets eine gewisse Bandbreite an ungewissen Parametern und eine individuelle Charakteristik besitzt. Die erhaltenen, für das jeweilige mechanische System charakteristischen Parameterwerte zufolge der Reibwiderstände werden als Duty Cycle-Kennlinie 5 in einem nicht-flüchtigen Speicher 10 abgespeichert, um allen zukünftigen Schließbewegungen des Verschiebeelementes 4 während des Betriebseinsatzes als Referenz zu dienen.
Eine solche Duty Cycle-Kennlinie 5 ist in 3 beispielhaft abgebildet. Dabei wird der gesamte Verschiebeweg, über den das Verschiebeelement 4 bei seiner Betätigung verfahren wird, in kleine Teilbereiche 6 unterteilt und innerhalb jeder dieser Teilbereiche 6 ein Mittelwert des bereits oben beschrieben erforderlichen Duty-Cycles errechnet. Somit wird für jede Position des Verschiebeelementes 4 auf seinem Verschiebeweg ein Leistungswert berechnet, mit dem der Motor 1 angesteuert werden muss, um die jeweiligen Reibwiderstände bei Einhaltung einer konstanten Verschiebegeschwindigkeit zu überwinden und das Verschiebeelement 4 in die vorgesehene Endposition zu bewegen. Am Ende jedes Teilbereiches 6 wird die Differenz zwischen dem aktuellen Duty Cycle-Wert und dem jeweiligen vorhergehenden Duty Cycle-Wert abgespeichert, sodass schließlich aus der Gesamtanzahl der an den vordefinierten Positionen erhaltenen Duty Cycle-Werte eine Kennlinie 5 resultiert.
Nach Absolvierung des Lernlaufes ist es nun bei allen zukünftigen Betätigungen des Verschiebeelementes 4 die Aufgabe des Kennlinienhandlers 3, diese abgespeicherten Duty Cycle-Werte mit den aktuellen auf den jeweiligen Teilbereichen 6 auftretenden Duty Cycle-Werten zu vergleichen. Durch das Überschreiten einer festgesetzten, zulässigen Abweichung von der gespeicherten Duty Cycle-Kennlinie 5 und somit vom im Lernlauf erhaltenen Regelfall wird ein vom Verschiebeelement 4 eingeklemmtes Hindernis vom Kennlinienhandler 3 sofort erkannt. In solchem Falle werden vom Kennlinienhandler 3 geeignete Maßnahmen zur Bereinigung der Einklemmgefahr initiiert. Diese Maßnahmen können entweder ein Stoppen des Motors 1 oder eine Umkehr seiner Antriebsbewegung umfassen, sowie auch geeignete akustische oder optische Signale.
Die Bezugsziffer 7 in 3 bezeichnet hierbei die Startposition, bei welcher der Vergleich vom aktuellen Duty Cycle mit der Duty Cycle-Kennlinie 5 beginnt.
Auch während sämtlicher dem Lernlauf folgenden Schließbewegungen des Verschiebeelementes 4 ist es die Aufgabe des PID-Reglers, die Geschwindigkeit konstant zu halten. Während bei bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik über Spannung und Drehzahl des Motors 1 die erforderliche Verschiebekraft, die der Motor 1 benötigt, um das Verschiebeelement 4 zu bewegen, errechnet und mit abgespeicherten Verschiebekräften verglichen wird, ist beim erfindungsgemäßen System eine solche Berechnung der Verschiebekraft nicht mehr notwendig, da der PID-Regler die Geschwindigkeit des Motors 1 permanent kontrolliert.
Der durch die Steuereinheit 2 erzeugte Duty Cycle, der aufgrund der Regeleinheit 9 erstellt wird, kann nun direkt mit den Werten aus der im Lernlauf erhaltenen Duty Cycle-Kennlinie verglichen werden.
Auf diese Weise kann eine gewünschte Geschwindigkeit des Verschiebeelementes 4 selbst nach Veränderung der Mechanik infolge Alterung oder wechselnder Betriebsbedingungen immer entsprechend angeglichen werden.
Nunmehr kann die Sensibilität der Einklemmerkennung über die Genauigkeit der Geschwindigkeitsregelung mittels des PID-Reglers eingestellt werden.
Mit der zuverlässigen Regulation der Geschwindigkeit geht ein günstigeres, weil gleichmäßigeres Schließgeräusch des Verschiebeelementes 4 einher.

1: Motor
2: Steuereinheit
3: Kennlinienhandler
4: Verschiebelement
5: Duty Cycle-Kennlinie
6: Teilbereiche
7: Startposition
8: Rechtecksignal
9: Regeleinheit
10: Speicher

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines Verschiebeelementes (4) wie beispielsweise ein Fahrzeugfenster, ein Schiebedach, eine Heckklappe, eine Fahrzeugtür oder dgl., mittels eines Motors (1), vorzugsweise eines Gleichstrommotors, wobei mittels eines Lernlaufs abgespeicherte Parameterwerte, vorzugsweise in Form einer Kennlinie, mit in Echtzeit während der Betätigung des Motors (1) generierten Parameterwerten verglichen werden und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs der Motor (1) gestoppt bzw. dessen Drehrichtung umgekehrt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Motors (1) unter Berücksichtigung der zum Zeitpunkt der Motorbetätigung am Verschiebelement tatsächlich auftretenden mechanischen Kräfte konstant gehalten wird und die in Echtzeit generierten Parameterwerte das Ergebnis der die Konstanthaltung der Geschwindigkeit bewirkenden Geschwindigkeitsregelung sind und zur Steuerung des Motor dienen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den in Echtzeit generierten Parameterwerten um das Verhältnis von Einschaltzeit des Motors (1) zur Ausschaltzeit des Motors (1) (Duty Cycle) handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer definierten Differenz zwischen den abgespeicherten Parameterwerten und den in Echtzeit generierten Parameterwerten der Motor angehalten wird und vorzugsweise eine Umkehr seiner Antriebsbewegung bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den mittels Lernlauf abgespeicherten Parameterwerten um das Verhältnis von Einschaltzeit des Motors (1) zur Ausschaltzeit des Motors (1) (Duty Cycle) handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Durchlaufen des Lernlaufs die Geschwindigkeit des Systems konstant gehalten wird.
Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verschiebeelementes (4) wie beispielsweise ein Fahrzeugfenster, ein Schiebedach, eine Heckklappe, eine Fahrzeugtür oder dgl., mittels eines Motors (1), vorzugsweise eines Gleichstrommotors, einer Steuereinheit (2) zur Motortaktung und einem Kennlinienhandler (3) sowie einem nichtflüchtigen Speicher (10), in welchem im Zuge eines Lernlaufs erhaltene Parameterwerte, vorzugsweise in Form einer Kennlinie, abgespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinheit (2) eine Regeleinheit (9) vorgeschalten ist, welche einen Betrieb des Motors (1) mit konstanter Geschwindigkeit bewirkt, wobei der Kennlinienhandler (3) stets die für die Motorsteuerung ausschlagebenden Parameterwerte der Steuereinheit (2) mit den im nichtflüchtigen Speicher (10) abgespeicherten Parameterwerten vergleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (9) einen PID-Regler umfasst.
Verfahren zur Generierung von Parameterwerten eines Lernlaufs zum Einsatz in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, sowie zum Einsatz in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Motors (1) mittels einer Regeleinheit (2), vorzugsweise einem PID-Regler, konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensweg des Verschiebeelementes (4) in mehrere Teilbereiche (6) unterteilt wird, innerhalb welcher ein Mittelwert jener Parameterwerte berechnet wird, die zur Ansteuerung des Motors (1) bei Konstanthaltung dessen Geschwindigkeit erforderlich sind, wobei am Ende des Teilbereichs (6) die Differenz zwischen aktuellem Parameterwert und dem zuvor abgespeicherten Parameterwert im nichtflüchtigen Speicher (10) abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit aller abgespeicherten Parameterwerte als Kennlinie (5) im nichtflüchtigen Speicher (10) abgespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Parameterwerten um das Verhältnis von Einschaltzeit des Motors (1) zur Ausschaltzeit des Motors (1) (Duty Cycle) handelt.