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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum rechnergestützten Erkennen
des Einklemmens eines Objekts beim Verstellen eines Bauteils eines
Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines Verstellantriebs, wobei auf die Verstellkraft
bezogene Messwerte mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen
werden, bei dessen Erreichen ein Verlangsamen, Stoppen bzw. Reversieren
der Verstellbewegung veranlasst wird.
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Bei
der Fremdkraft-betätigten
Verstellung von Bauteilen in Kraftfahrzeugen, wie insbesondere bei elektrisch
betriebenen Fensterhebern oder Schiebedächern, ist zur Begrenzung der
vom Verstellantrieb erzeugten Überschusskraft
ein Einklemmschutzsystem vorgeschrieben. Dieses Einklemmschutzsystem
erkennt im Idealfall unmittelbar einen Einklemmfall, indem es während eines
Verstellvorgangs in vorgegebenen Positionen aktuell ermittelte Verstellkraftwerte
mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht. Steigt die vom Motor
aufgebrachte Verstellkraft über
diesen Schwellenwert an, so deutet dies auf ein Hindernis im Verstellweg des
Bauteils hin, und es wird auf ein „Einklemmen” entschieden;
die Bewegung des Bauteils wird dann gestoppt, vorzugsweise wird
der Motor auch reversiert.
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Das
Einklemmschutzsystem wirkt während
des Verstellvorgangs zumindest innerhalb eines Teilbereichs des
Verstellwegs, z. B. wenn sich ein Schiebefenster auf eine vorgegebene
Distanz der Schließposition nähert, wobei
zumindest in diesem Teilbereich des Verstellwegs in vorgegebenen,
kurz aufeinanderfolgenden Positionen aktuelle Kraftwerte oder damit
korrelierte Größen, wie
Werte der Fensterscheiben-Geschwindigkeit, der Motor-Drehzahl, des Motor-Stroms
etc., ermittelt werden, und entsprechende Werte als „Kraftwerte” mit dem
Schwellenwert verglichen werden.
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Aus
der
DE 199 08 658
A1 ist eine Schließvorrichtung
mit Sicherheitsfunktion, insbesondere für ein Kraftfahrzeugfenster,
bekannt, bei welcher zur Unterscheidung zwischen externen Be schleunigungskräften und
Kräften,
die beim Einklemmen eines Körperteils
auftreten, vorgesehen ist, den Schwellenwert für die Kraft in Abhängigkeit
von einer zu einem früheren
Zeitpunkt gemessenen Kraft zu variieren. Dadurch soll ein Fehlauslösen der
Einklemmschutzvorrichtung vermieden werden, wenn beispielsweise
beim Passieren eines Schlaglochs eine abrupte Abnahme sowie Zunahme
der Schließkraft
auftritt, die nicht mit einem tatsächlichen Einklemmvorgang in
Zusammenhang steht.
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Wird
der Schwellenwert überschritten,
so wird bei den bekannten Systemen durch zeitliche Verzögerungen
in der elektrischen Schaltung, wie etwa durch eine Schaltverzögerung von
Ansteuer-Relais, sowie allgemein durch die mechanische Trägheit des
Verstellsystems und auch das darin enthaltene mechanische Spiel
die Verstellbewegung nicht unmittelbar gestoppt oder reversiert,
sondern für
eine kurze Zeit weitergeführt,
d. h. es wird der Einklemmvorgang fortgesetzt, bevor die Verstellbewegung
gestoppt und ggfs. eine Bewegungsumkehr eingeleitet wird. Diese
Klemm-Fortführung
führt je
nach der Steife des eingeklemmten Objekts (z. B. eines Armes einer
Person) zur Erhöhung
der Einklemmkraft. Diese Erhöhung
der Einklemmkraft hängt
naturgemäß davon
ab, wie schnell der Bauteil, z. B. die Fensterscheibe oder das Schiebedach,
vor dem Klemmvorgang bewegt wurde, und wie lange die Klemm-Fortführung dauert.
Diese Erhöhung
der Einklemmkraft, auch überschwingende
Einklemmkraft genannt, hängt
aber auch von der Steife des eingeklemmten Objekts ab, wie bereits
vorstehend angedeutet wurde. Eine solche Variation der Klemmkraft
ist unerwünscht.
Im Idealfall sollten für
ein optimal abgestimmtes System konstante Klemmkräfte unterstellt
werden können,
um einerseits den gegebenen Sicherheitsvorschriften zu entsprechen
und andererseits einen möglichst
großen
Sicherheitsabstand zu einem potentiellen falschen Stoppen und Reversieren
der Bewegung des Kraftfahrzeug-Bauteils sicherzustellen. Jede Schwankung
der Klemmkraft, wie erwähnt
unter anderem auch abhängig von
der Steife des Objekts, reduziert jedoch diesen Sicherheitsabstand.
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Die
Reduktion des Sicherheitsabstandes wurde in der Vergangenheit zumeist
akzeptiert, und es wurden keine Maßnahmen zur Kompensation des
beschriebenen Phänomens
angewandt. Es wurde jedoch bereits vorgeschlagen, zur Kompensation
den Schwellenwert um einen Betrag zu verstellen, der linear von
der Versorgungsspannung abhängt.
Diese Änderung
des Schwellenwerts beruht auf der Erkenntnis, dass die Änderung
der Verstellgeschwindigkeit des jeweiligen Kraftfahrzeug-Bauteils
in erster Linie durch unterschiedliche Bordnetzspannungen im Kraftfahrzeug
verursacht werden. Jedoch ist auch bei diesem Vorgehen nur eine
ungenügende
Kompensation der Klemmkraft-Schwankungen möglich, da die Variation der
Verstellgeschwindigkeit nur zum Teil durch Schwankungen der Bordnetzspannung,
also der Versorgungsspannung, verursacht wird. In der Folge wurden
daher, da andere Einflussgrößen unterschiedliche
Verstellgeschwindigkeiten bewirken, wie beispielsweise Schwankungen
in der Schwergängigkeit
des mechanischen Systems, die insbesondere auch durch Temperaturschwankungen
bedingt sind, auch vorgeschlagen, derartige Geschwindigkeitsänderungen
zu berücksichtigen.
Grundsätzlich
sind solche Schwankungen in der Einklemmkraft aufgrund von Geschwindigkeitsänderungen
auf Basis davon zu kompensieren, dass die Ursache, nämlich Geschwindigkeit oder
Spannung, der Größe nach
praktisch unmittelbar bekannt ist. Dies ist jedoch bei Einklemmkraft-Schwankungen
aufgrund von unterschiedlich steifen Objekten (auch als unterschiedliche
Federraten bezeichnet) nicht der Fall.
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Oft
werden Klemmkraftmessungen für
Einklemmschutzsysteme nur mit Objekten gleicher Steife, also gleicher
Federrate, gemessen, insbesondere mit 10 N/mm. Der Grund dafür ist, dass
dieser Feder-Wert
in der Europäischen
Richtlinie 2000/EC explizit gefordert wird. Erfolgt die Messung
nur mit gleich steifen Objekten, ergibt sich die Problemstellung
unterschiedlicher Klemmkräfte
nicht. In der Praxis können
die eingeklemmten Objekte jedoch verschieden steif sein. Deshalb,
und auch im Hinblick auf die immer häufiger geforderte Einhaltung
der US-Richtlinie FMVSS 188, Abschnitt S5, wird jedoch
zunehmend die Anforderung gestellt, auch Federraten von 20 N/mm
und 65 N/mm abzudecken.
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In
diesem Fall wurden in der Vergangenheit die Systeme für das härteste Objekt
ausgelegt (also z. B. für
65 N/mm) und niedrigere Klemmkräfte
für geringere
Federraten akzeptiert. Daraus ergibt sich jedoch eine nachteilige
geringere Stabilität
des Systems gegenüber
Fehlauslösung
des Einklemmschutzes, auch Fehlreversieren genannt.
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In
der
WO 2006/010349
A1 wird vorgeschlagen, vorangehende Messwerte einer auf
die auftretende Verstellkraft bezogenen Größe zu berücksichtigen. Dabei werden zur
Identifizierung der Art und Form des Klemmkörpers Differenzen von jeweils
zwei auf die Stellkraft bezogenen Messwerten gebildet, welche mit
unterschiedlichen Faktoren gewichtet und anschließend zu
einem Summenwert aufaddiert werden. Dieser Summenwert stellt eine
die Klemmkraft kennzeichnende Größe dar,
welche mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird.
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Aus
der
DE 199 41 475
A1 ist ein zweistufiges Verfahren zur Anpassung des Einklemmschutzes
an verschiedene Federraten bekannt, wobei zunächst die Differenz vom jeweils
aktuellen und vom unmittelbar vorhergehenden Drehzahlwert des Verstellantriebs
als Maß für die Klemmkraft
berechnet wird; die Summe dieser Differenzen wird sodann mit einem
Schwellenwert verglichen. Bei Überschreiten
dieses Schwellenwertes wird der zeitliche Verlauf der Differenzen-Summe
verfolgt und mit einem anderen, empirisch festgelegten zeitabhängigen Schwellenwert
verglichen. Erst das Überschreiten
dieses zeitabhängigen
Schwellenwertes wird als Einklemmfall bewertet. Auch hier wird demnach
eine Differenzen-Summe
mit einem Schwellenwert verglichen.
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In
der
EP 716 492 A1 ist
schließlich
beschrieben, fortlaufend eine Reihe von n + 1 zuletzt erfassten auf
die Stellkraft bezogenen Messwerten in einem ersten Speicher abzuspeichern,
in einem zweiten Speicher eine Reihe von n Differenzen zwischen
den jeweils im ersten Speicher abgespeicherten Messwerten und dem zuletzt
abgespeicherten Messwert abzuspeichern und jeden Differenzwert dieser
Reihe mit einem zugehörigen
Schwellenwert einer zugeordneten, in einem ROM fest abgespeicherten
Reihe zu vergleichen. Hier werden somit Differenzen der Messwerte
mit Schwellenwerten verglichen.
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Demgemäß ist im
Stand der Technik hinsichtlich eines von der Steife des eingeklemmten
Körpers
abhängigen
Schwellenwerts für
die Verstellkraft lediglich bekannt, den vorangehenden Verlauf der
auf die Feststellkraft bezogenen Messgröße zu berücksichtigen, indem paarweise
Differenzen von den in bestimmten Abständen erfassten Messwerten gebildet
werden; die Steife des Einklemm-Objekts
geht jedoch nicht direkt in die Relation zwischen den auf die Verstellkraft
bezogenen Messwerten und dem Schwellenwert ein, wodurch nur eine
grobe Anpassung des Schwellenwerts an die Steifigkeit des Objekts
möglich
ist.
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Es
ist nun Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und einen
verbesserten Einklemmschutz insofern vorzusehen, als auch verschieden
steife Objekte, d. h. unterschiedliche Federraten, im Einklemmfall selbsttätig berücksichtigt
werden sollen, so dass einerseits der gewünschte Sicherheitsabstand sichergestellt und
andererseits ein Fehlreversieren oder Fehlstoppen möglichst
vermieden werden kann.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung wie in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert vor. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei
der vorliegenden Technik wird ein für die Steife des Objekts charakteristischer
Federraten-Korrekturterm zur Korrektur der Relation zwischen Verstellkraft
und Schwellenwert ermittelt und beim Vergleich berücksichtigt.
Dieser Korrekturterm wird insbesondere als auf die Steigung der
Verstellkraft-Kurve bezogener Korrekturterm ermittelt. Dem liegt
zugrunde, dass im Fall des Einklemmens von vergleichsweise weichen
Objekten ein relativ flacher Verlauf, d. h. flacher Anstieg der
Klemmkraft-Kurve vorliegt, jedoch bei relativ steifen Objekten ein
relativ steiler Anstieg der Einklemmkraft gegeben ist, so dass hier
das Überschwingen
nach Erreichen des Schwellenwerts relativ rasch zu einem hohen Kraftwert
führt,
bis ein Stoppen bzw. Reversieren greift und die Klemmkraft wieder
sinkt. Um einen derart hohen Scheitelwert nach Feststellen des Einklemmfalls zu
vermeiden, d. h. das „Überschwingen” auf einen
geringeren Wert zu reduzieren, wäre
daher der Schwellenwert entsprechend niedriger festzulegen; anstatt
dessen kann auch die mit dem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichende
Klemmkraft oder Verstellkraft für
den Vergleich erhöht
werden, so dass auch in diesem Fall der Schwellenwert bereits früher erreicht
wird. In beiden Fällen
kann somit die Verstellbewegung früher gestoppt und gegebenenfalls
ein Reversieren eingeleitet werden, verglichen mit der Situation
gemäß Stand
der Technik, d. h. ohne eine solche Federraten-”Kompensation”.
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Eine
vielfach günstige
Vorgangsweise wird demgemäß erhalten,
wenn bei der Ermittlung des Korrekturterms die erste Ableitung der
Messwerte-Kurve berechnet und der Korrekturterm zur Ermittlung eines
kompensierten Schwellenwerts vom vorgegebenen Schwellenwert subtrahiert
wird. Der so erhaltene differenzielle Korrekturterm kann vom vorgegebenen
Schwellenwert abgezogen werden, so dass der Schwellenwert bei einem
entsprechend steilen Anstieg der Klemmkraft oder Verstellkraft-Kurve früher erreicht
wird als bei einem flacheren Anstieg, wobei die Steife des Objekts
oder Federrate in diesem Anstieg (der Steigung) ihren Niederschlag
findet.
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Der
vorgenannte differenzielle Korrekturterm kann jedoch auch, anstatt
die Auslöseschwelle
zu verändern,
direkt in die Kraftgleichung einbezogen werden, d. h. der durch
die Ableitung erhaltene Korrekturterm wird zur Ermittlung von auf
die Verstellkraft bezogenen „kompensierten” (korrigierten)
Werten zu den zunächst erhaltenen,
auf die Verstellkraft bezogenen Messwerten hinzuaddiert.
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Die
Kompensation kann dabei im jeweiligen Fall – bei Berechnung eines „kompensierten” Schwellenwerts
ebenso wie bei einem „kompensierten” Kraftwert – durch
direkte Addition bzw. Subtraktion des Korrekturterms bewirkt werden
oder aber auch dadurch, dass der Ableitungs-Term bei einem Korrektur-Multiplikator in
negativer oder positiver Weise berücksichtigt wird. Dabei kommt
auch ein jeweiliger vorgegebener Proportionalitätsfaktor bei der Berechnung
des Korrekturterms zur Anwendung.
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Ein
differenzieller Term in der Schwellenwertberechnung oder aber Kraftgleichung
kann in manchen Fällen
dazu führen,
dass der negative Einfluss potentieller Gleichlaufstörungen des
mechanischen Systems verstärkt
wird. In diesem Fall ist auch die Möglichkeit gegeben, den Korrekturterm
durch Integration der Verstellkraft bzw. von damit korrelierten
Werten in einem Integrationsintervall von Beginn des Einklemmens
an zu ermit teln. Dieser alternativen Ausführungsform liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass ein Klemmvorgang bis zu einer festgelegten Klemmkraft,
z. B. 100 N, umso länger
dauert, je weicher das geklemmte Objekt ist, und desto größer auch
das Integral wird. Demzufolge ergibt sich auch hier, dass bei einem
schnellen Anstieg ein niedrigerer – kompensierter bzw. korrigierter – Schwellenwert
und bei einem relativ weichen Objekt ein relativ hoher – korrigierter – Schwellenwert
erhalten wird. Auch hier wird im Übrigen selbstverständlich der
jeweilige integrierte Wert mit einem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor
zu multiplizieren sein.
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Von
Vorteil ist es überdies,
die vorgenannte Integrationsmethode mit der Methode, bei der die
erste Ableitung der Verstellkraft in der Zeit für die Ermittlung eines angepassten
Schwellenwerts herangezogen wird, zu kombinieren, wobei dann die
Beeinträchtigung
durch tendenzielle Gleichlaufstörungen
des mechanischen Systems in Grenzen gehalten werden kann. In diesem
Fall sind jeweils (nämlich
für den
Ableitungs-Term und für
den Integrations-Term) vergleichsweise kleinere Proportionalitätsfaktoren
vorzugeben, um das gewünschte Korrektur-Ergebnis insgesamt
zu erzielen.
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Es
sei festgehalten, dass anstatt der berechneten Verstell- oder Schließkraft auch
selbstverständlich damit
korrelierte Größen, wie
etwa die Motordrehzahl, der Motorstrom oder dazu proportionale Werte,
herangezogen werden können.
Die vorliegende Vorrichtung, die mit Rechenmitteln zum Berechnen
der Verstellkraft des Verstellantriebs, mit Mitteln zur Vorgabe
des Schwellenwerts und mit Vergleichsmitteln zum Vergleichen der
berechneten Kraft mit dem Schwellenwert versehen ist, zeichnet sich
entsprechender Weise durch Korrekturmittel zum Berechnen eines für die Steife
des Objekts charakteristischen Federraten-Korrekturterms und zum
Korrigieren der Relation zwischen der Verstellkraft und dem Schwellenwert
aus. Dabei sind, für
eine einfache Korrekturterm-Berechnung, die Korrekturmittel eingerichtet,
den Korrekturterm auf Basis der Steigung einer dem Verlauf der berechneten
Verstellkraft angebenden Kurve zu ermitteln. Hierbei ist es weiters
von besonderem Vorteil, wenn die Korrekturmittel ein Differenziermodul
zur Berechnung der ersten zeitlichen Ableitung der Verstellkraft-Kurve
sowie Verknüpfungsmittel
zum Multiplizieren der Ableitung bzw. eines diese Ableitung enthaltenden
Terms mit einem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor, für die Ermittlung des Korrekturterms,
aufweisen. Die Korrekturmittel können
hier einfach mit den Verknüpfungsmitteln
verbundene Subtrahiermittel zum Subtrahieren des so erhaltenen Korrekturterms
vom vorgegebenen Schwellenwert aufweisen. Auf diese Weise wird ein
korrigierter, „kompensierter” Schwellenwert
ermittelt, der entsprechend niedriger ist, je stärker die Verstellkraft-Kurve
ansteigt.
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Andererseits
kann auch die berechnete Kraft selbst in Entsprechung zur Steigung
der Kurve „korrigiert” werden,
wobei dann die Korrekturmittel mit den Verknüpfungsmitteln verbundene Addiermittel
zum Addieren des durch die Ableitung erhaltenen Korrekturterms zur
berechneten Kraft aufweisen.
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Wie
vorstehend erwähnt,
ist u. U. eine Beeinträchtigung
des Korrekturergebnisses auf der Basis von differenziellen Korrekturtermen
zufolge etwaiger Gleichlaufstörungen
des mechanischen Systems gegeben, und um dem auszuweichen, ist es
auch günstig,
wenn die Korrekturmittel ein Integriermodul zur Berechnung eines
integrierten Werts der berechneten Kraft in einem vorgegebenen Integrationsintervall
sowie Verknüpfungsmittel
zum Multiplizieren des integrierten Werts bzw. eines diesen integrierten
Wert enthaltenden Terms mit einem Proportionalitätsfaktor, für die Ermittlung des Korrekturterms,
aufweisen. Mit den Verknüpfungsmitteln
können
einfach Addiermittel zum Addieren des Korrekturterms zum vorgegebenen
Schwellenwert verbunden sein.
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Es
sei festgehalten, dass alternativ zur Integration auch ein Tiefpassfilter
eingesetzt werden kann, was eine kostengünstigere Umsetzung erlaubt.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
wird erhalten, wenn die Korrekturmittel zusätzlich ein Differenziermodul
zur Berechnung der ersten zeitlichen Ableitung der Verstellkraft-Kurve sowie Verknüpfungsmittel
zum Multiplizieren der Ableitung bzw. eines die Ableitung enthaltenden
Terms mit einem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor, für die Ermittlung des Korrekturterms
aufweisen, wobei mit den Verknüpfungsmitteln Subtrahiermittel
zum Subtrahieren des durch die Ableitung erhaltenen Korrekturterms
vom vorgegebenen Schwellenwert verbunden sind.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen,
auf die sie jedoch nicht beschränkt
sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Es
zeigen:
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1 in
einem schematischen Diagramm den Kraftverlauf einer Einklemmsituation
bei unterschiedlich steifen Objekten;
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2 ein
Blockschaltbild der Vorrichtung zum Erkennen des Einklemmens eines
Objekts in Verbindung mit einem Verstellantrieb;
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3 ein
Blockschaltbild eines Teils dieser Vorrichtung gemäß 2;
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die 4 und 5 Diagramme
mit schematisch dargestellten Kraftverläufen, wobei in 4 zwei mit
Hilfe von Differenzial-Korrekturwerten korrigierte Schwellenwert-Verläufe, für zwei verschiedene
Federraten, und in 5 mit Hilfe eines Integrations-Korrekturwerts
korrigierte Schwellenwerte, hier für zwei verschiedene Federraten,
dargestellt sind;
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6 ein
Blockschaltbild eines anderen Teils der Vorrichtung gemäß 2,
für das
Vorsehen eines differenziellen Korrekturterms bei der Verstellkraft-Berechnung;
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7 ein
Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs einer Verstellkraft
beim Einklemmen ohne bzw. mit einer Kraftwert-Korrektur mit Hilfe eines differenziellen
Korrekturwerts; und
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8 ein
schematisches Diagramm zur Veranschaulichung der Beschränkung der
Kompensation bzw. Korrektur auf den Bereich zwischen den vorgegebenen
weichsten und den härtesten
einzuklemmenden Objekten.
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In 1 ist
für drei
verschieden steife Objekte der Kraftverlauf bei einer Einklemmsituation
veranschaulicht, wobei die jeweilige Kraft F (in N) über der
Zeit t (in ms) aufgetragen ist; im Einzelnen stellt dabei die Kurve 1 den
Kraftverlauf im Fall einer Federrate von 65 N/mm dar, die Kurve 2 – die gegenüber der
Kurve 1 flacher, mit einem etwas weniger steilen Anstieg,
verläuft – den Kraftverlauf
bei einer Feder rate von 20 N/mm und die Kurve 3 – die den
am wenigsten steilen Anstieg hat – den Kraftverlauf bei einer
Federrate von 10 N/mm. Weiters ist ein vorgegebener, konstanter
Schwellenwert FR dargestellt, wobei dann,
wenn die jeweilige Verstellkraft 1, 2 oder 3 diesen
Schwellen- oder Referenzwert FR erreicht
bzw. überschreitet,
ein Stopp- und Reversiervorgang für den die Kraft bewirkenden
Motorantrieb, beispielsweise für
einen Fensterheber oder ein Schiebedach eines Kraftfahrzeugs, eingeleitet
wird. Die dabei gegebene Schaltverzögerung, beispielsweise zufolge Ansteuer-Relais,
aber auch der mechanischen Trägheit
des Systems und des mechanischen Spiels, führt jedoch dazu, dass der Motorantrieb
und damit das Fenster oder Schiebedach etc. noch eine kurze Zeit
weiterläuft,
bevor bei einem Scheitelwert, z. B. 4 für die Kurve 1 in 1,
der Reversiervorgang tatsächlich
beginnt und die Verstellkraft wieder sinkt, wie aus 1 ersichtlich
ist.
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Die
drei für
verschiedene Federraten charakteristischen Verstellkraft-Kurven 1, 2 und 3 in 1 zeigen
dabei, dass diese Klemmfortführung,
das „Überschwingen” der Klemmkraft,
von der Steifheit des eingeklemmten Objekts, also von der Federrate,
abhängt,
wobei ersichtlich ist, dass der Scheitel wert 4, bei dem
das Überschwingen
der Einklemmkraft beendet wird, umso höher liegt, je steiler die Steigung
der Klemmkraft-Kurve 1, 2 oder 3 ist.
Ersichtlich ist aus 1 auch, dass dann, wenn das
gesamte System hinsichtlich Schwellenwertvorgabe auf das steifste
(härteste)
Objekt ausgelegt wird, also beispielsweise im gezeigten Fall auf
65 N/mm, und demgemäß der Schwellenwert
um ca. 20 N tiefer angesetzt wird, es zu unnötigen Reversierungen etwa bei
Objekten mit einer Federrate von 10 N/mm kommen könnte.
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Bei
der vorliegenden Technik wird nun darauf aufgesetzt, aufgrund des
unterschiedlichen Verlaufs des Kraftanstiegs die Federrate des eingeklemmten
Objekts zu „erkennen” und mit
dieser Information den Schwellenwert FR und/oder
die gemessene Verstellkraft F zu adaptieren, also die Relation zwischen
dem Schwellenwert und der gemessenen Kraft entsprechend zu korrigieren
oder zu „kompensieren”. In der
Folge wird bei einem steifen Objekt zeitlich früher die Klemmerkennung ausgelöst, wozu
entweder der Schwellenwert mit Hilfe eines Korrekturterms herabgesetzt
oder aber die gemessene Kraft mit Hilfe eines Korrekturwerts für die Vergleichszwecke
erhöht
wird, wobei sich durch die zwar stärkere, aber früher beginnende
folgende Krafterhöhung
im Auslauf dann wieder ein vergleichbarer Scheitelwert wie bei weicheren
Objekten ergibt.
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Um
nun eine entsprechende Anpassung des Erkennungs- und Auslösezeitpunkts
t
a zu erreichen, kann beispielsweise die
erste zeitliche Ableitung des ansteigenden Verlaufs der Kraftkurve
gebildet und zur Herleitung eines Korrekturterms herangezogen werden,
der mit dem vorgegebenen Schwellenwert linear verknüpft wird.
Diese Verknüpfung
kann etwa wie folgt erfolgen:
oder
je nachdem, ob die Kompensation
als Faktor oder als bloß addierter
Term wirken soll.
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Anstatt
der berechneten Schließkraft
F(t) können
in der Ableitung selbstverständlich
auch damit korrelierte Größen, wie
die Motordrehzahl oder der Motorstrom, herangezogen werden.
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In
den vorstehenden Beziehungen (1) bzw. (1') ist
- FR,korr(t)
- die korrigierte Auslöseschwellenkraft,
d. h. der korrigierte Schwellenwert, zum Zeitpunkt t
- FR(t)
- die unkompensierte
Auslöseschwellenkraft,
wie sie im Stand der Technik vorgegeben wird, zum Zeitpunkt t (wie
erwähnt
kann die Auslöseschwelle
abhängig
von Spannungsschwankungen bzw. Geschwindigkeitsschwankungen adaptiert
werden, so dass eine Abhängigkeit
von der Zeit vorliegen kann)
- F(t)
- die berechnete Schließkraft zum
Zeitpunkt t,
- k1
- ein Proportionalitätsfaktor
(Gewichtungsparameter), der systemabhängig ist, im Vorhinein empirisch
oder durch Messen bestimmt werden kann und den Kompensationseinfluss
bestimmt, und
- k1'
- ein entsprechender
Proportionalitätsfaktor
für den
Fall, dass der Korrekturterm als „addierter” (genau genommen subtrahierter)
Term wirken soll.
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Der
in den Gleichungen (1) bzw. (1')
enthaltene differenzielle Korrekturterm kann zu einer Verstärkung der
nachteiligen Wirkung von möglichen
Gleichlaufstörungen
des jeweiligen mechanischen Systems führen. Demgemäß wird ein
alternativer bzw. eventuell auch ergänzender Ansatz zur Erkennung
der Federrate insofern vorgeschlagen, dass die jeweilige Form des
Kraftanstiegs dadurch berücksichtigt
wird, dass ein Integral des Kraftanstiegs berechnet wird. Je weicher
nämlich
das geklemmte Objekt ist, desto länger dauert der Klemmvorgang,
wie aus
1 ersichtlich ist, und desto
größer wird
daher der Integralwert. Das Ergebnis der Integration wird wieder
dafür herangezogen,
die Klemmkraft- oder Auslöseschwelle,
also den vorgegebenen Schwellenwert F
R zu
adaptieren, nun jedoch durch tatsächlich additives Berücksichtigen
des Korrekturterms, um so den Schwellenwert umso mehr zu erhöhen, je
weicher das geklemmte Objekt ist. Diese Schwellenwert-Adaptierung
kann beispielsweise mit den nachfolgenden Beziehungen angeschrieben
werden:
oder
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Darin
haben die Bezeichnungen FR,korr und FR die bereits vorstehend angegebene Bedeutung;
mit k2 bzw. k2' sind wieder systemabhängige Proportionalitätsfaktoren
(Gewichtsparameter) bezeichnet; tklemm bezeichnet
das jeweilige Integrationsintervall (vgl. auch 5);
und Fext bezeichnet die Abweichung der errechneten
Schließkraft
F von der erwarteten Schließkraft
zum Zeitpunkt t. Diese Abweichung, die auch im Diagramm von 1 zum
Ausdruck kommt, kann jedoch auch, wie sich nachstehend anhand des
Blockschaltbildes gemäß 2 ergibt,
auch nachfolgend ermittelt werden, so dass anstatt Fext in
den Beziehungen (2) bzw. (2')
einfach die errechnete Schließkraft
F eingesetzt werden kann.
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Das
Integrationsintervall wird vorteilhafterweise derart gewählt, dass
es der Zeit des Klemmens mit der niedrigsten Federrate entspricht.
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Wieder
bezeichnen die Beziehungen (2) und (2') die zwei Möglichkeiten, die sich dadurch
ergeben, dass der Korrekturterm als Faktor oder aber als addierter
Term berücksichtigt
wird.
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Die
beiden vorstehend angeführten
Korrekturterm-Ermittlungen können
auch miteinander kombiniert werden, wie sich aus den nachfolgenden
Beziehungen (3) bzw. (3')
ergibt:
bzw.
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Zu
erwähnen
ist hier, dass im Fall der Beziehungen (3) bzw. (3'), also im Fall der
kombinierten Korrektur, die jeweiligen Korrekturterme k1,
k2 bzw. k1', k2' kleiner zu wählen sein
werden als im Fall dass nur die eine oder andere Korrekturtermbestimmung,
gemäß den Beziehungen
(1) bzw. (1') oder
aber gemäß (2) bzw.
(2'), erfolgt.
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Anstatt
der vorstehend erläuterten
Schwellenwert-Adaptierung kann auch die Anpassung direkt bei der
Einklemmkraft erfolgen, d. h. die berechnete Klemmkraft für den Vergleich
mit dem Schwellenwert entsprechend korrigiert („kompensiert”) werden.
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Bezeichnet
- Fkorr(t)
- die kompensiert berechnete
Schließkraft
zum Zeitpunkt t,
- F(t)
- die unkompensiert
berechnete Schließkraft
nach Stand der Technik zum Zeitpunkt t, und
- k3
- einen Gewichtsparameter
(Proportionalitätsfaktor),
der den Kompensationseinfluss bestimmt, so gilt
bzw.
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Dieser
Ansatz ist der ersten Anpassung, gemäß den Gleichungen (1), (1'), ähnlich.
Diese Ähnlichkeit gilt
jedoch nur für
den Einklemmfall. Berücksichtigt
man die Tatsache, dass die errechnete Schließkraft auch als Grundlage für andere
Berechnungen herangezogen wird, wie beispielsweise für den Algorithmus
zur Schlechtwegerkennung, erkennt man, dass die Auswirkung dafür unterschiedlich
ist. (Unter „Schlechtwegerkennung” ist die
Erkennung beispielsweise von Schwankungen zufolge schlechter Straßenverhältnisse,
etwa wenn Schlaglöcher
vorliegen, ein Kopfsteinpflaster gegeben und dgl. mehr, und diese
Schwankungen dementsprechend erkannt und ausgeregelt werden.)
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Auch
hier sind wieder je nachdem, ob die Kompensation als Faktor oder
aber als additiver Term wirken soll, zwei Möglichkeiten, entsprechend Beziehung
(4) bzw. (4'), gegeben.
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In
2 ist
in einem Blockschaltbild allgemein als Beispiel eine Einrichtung
5 zum
Begrenzen der Schließkraft
eines Bauteils, z. B. eines Fensters bzw. Fensterhebers (nicht näher dargestellt),
eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines als Verstellantrieb vorgesehenen
Elektromotors
6, kurz SKB-Einrichtung
5 genannt, veranschaulicht
(SKB – Schließkraftbegrenzung).
Dem Motor
6 sind Stromversorgungs- und Ansteuermittel
7 zugeordnet.
Weiters sind Mittel zum Erfassen von auf die Verstellkraft bezogenen
Messwerte vorgesehen, wobei beispielsweise ein Strom-Messkreis
8 und
ein Spannungs-Messkreis
9 vorhanden sind, die mit ihren
Ausgängen
an eine Kraftermittlungseinheit
10 gelegt sind, um die
Schließkraft
F bzw. einen darauf bezogenen Wert zu berechnen. Diese Kraftermittlung
erfolgt auf an sich herkömmliche
Weise, und wenn dabei als Basis die Erfassung von Motorstrom I und
Motorspannung U gezeigt ist, so ist dies nur beispielhaft zu verstehen,
und es sind auch andere Möglichkeiten
zur Kraftermittlung bekannt und denkbar, wie etwa auf der Basis
der Motorgeschwindigkeit; vgl. z. B. auch
FR 2 663 798 A oder die ältere
DE-Anmeldung 10 2006 059 145.3 .
Gemäß
2 wird überdies
zur Berechnung der Kraft F(t) auch die Winkelgeschwindigkeit ω(t) des
Motors
6 herangezogen. Zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit ω des Elektromotors
6,
insbesondere in Verbindung mit der Erfassung der Position des Elektromotors
6,
sind in
2 nur ganz schematisch veranschaulichte,
an sich übliche Sensoren
11,
12,
z. B. Hall-Sensoren, schematisch gezeigt, deren Ausgangssignale
an eine Signalaufbereitungseinheit
13 gelegt sind, um ein
auf die Winkelgeschwindigkeit ω bezogenes
Signal an die Einheit
10, die „Kraftberechnungs-Mittel”, anzulegen.
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Ein
Kraftwert-Signal Fext wird an einen Eingang
einer Vergleichseinheit 14 angelegt, die an ihrem anderen
Eingang einen Schwellenwert FR,korr zugeführt erhält, der
ursprünglich
von einer Vorgabeeinheit 15 herrührt. Bei Überschreiten des Schwellenwerts
gibt die Vergleichseinheit 14 ein entsprechendes Signal
an die Ansteuermittel 7 ab, um den Elektromotor 6 zu
verlangsamen bzw. zu stoppen oder sogar in der Drehrichtung umzukehren.
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Die
Kraftermittlungseinheit 10 bildet somit Rechenmittel zum
Berechnen der Verstellkraft F des Verstellantriebs 6, und
der Vergleich der Verstellkraft mit einer Auslöseschwelle, die von den Vorgabemitteln 15 in an
sich herkömmlicher
Weise vorgegeben wird, erfolgt dann in den Vergleichsmitteln 14.
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Um
nun die verschiedenen Federraten, d. h. die verschieden steifen
Objekte, die eingeklemmt werden, zu berücksichtigen, sind gemäß 2 noch
Korrektur- oder Kompensationsmittel 16 vorgesehen, um die
Relation zwischen Verstellkraft und Schwellenwert, durch Adaptieren
zumindest einer dieser beiden Größen, an die
jeweilige Federrate anzupassen.
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Im
Einzelnen enthalten im gezeigten Beispiel die Korrekturmittel 16 eine
Schwellenwert-Korrektureinheit 17 sowie andererseits eine
Verstellkraft-Korrektureinheit 18. Die Schwellenwert-Korrektureinheit 17 ermöglicht dabei
eine Adaptierung des Schwellenwerts gemäß den vorstehenden Gleichungen
(1), (1'), (2),
(2') bzw. (3), (3'), wogegen die Verstellkraft-Korrektureinheit 18 eine
Adaption der dem Vergleich zugrunde zulegenden Verstellkraft gemäß den Beziehungen
(4) bzw. (4') ermöglicht.
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Gemäß 3 enthält die Schwellenwert-Korrektureinheit 17 der
Korrekturmittel 16 einerseits ein Differenziermodul 19 und
andererseits ein Integriermodul 20, dem eine Vorgabeeinheit 21 für das Integrationsintervall
tklemm zugeordnet ist. Beiden Modulen wird
parallel die Einklemmkraft bzw. Verstellkraft F bzw. Fext (oder eine
damit korrelierte Größe) zugeführt, so
dass diese Kraft bzw. Größe laufend
einerseits differenziert und andererseits im Integrationsintervall
tklemm (s. 5) integriert
wird. Die erhaltenen differenzierten bzw. integrierten Werte werden
sodann mit Hilfe von Verknüpfungsmitteln
(Multiplikatormitteln) 22 bzw. 23 mit den jeweiligen Proportionalitätsfaktoren
k1' bzw.
k2' multipliziert,
die von entsprechenden Vorgabemodulen 24 bzw. 25 zugeführt werden.
Die Ausgänge
der Multiplikatormittel 22, 23 führen somit
die oben stehend in den Gleichungen (1') bzw. (2') enthaltenen differenziellen bzw. Integral-Korrekturterme,
welche an einen invertierenden (–)-Eingang bzw. an einem +-Eingang
von Summiermitteln 26 angelegt werden; einem weiteren +-Eingang dieser Summiermittel 26 wird
der von den Vorgabemitteln 15 vorgegebene, nach herkömmlicher
Weise ermittelte Schwellenwert FR zugeführt. Am
Ausgang der Summiermittel 26, die somit einerseits Subtrahiermittel
und andererseits Addiermittel bilden, wird der entsprechend der
Steigung der Kraftkurve 1, 2 oder 3 adaptierte Schwellenwert
FR,korr erhalten. Dieser Schwellenwert FR,korr wird den Vergleichsmitteln 14 gemäß 2 zugeführt und
dort mit der Überschusskraft
Fext verglichen, wobei diese Überschusskraft über dem
mechanischen Verhalten liegt, also den Erwartungswert übertrifft.
Das normale mechanische Verhalten wird gemäß 2 durch
eine Referenzkraft-Vorgabeeinheit 27 mittels Subtrahiermitteln 28 berücksichtigt,
um die erwartete Kraft Fext von der berechneten
Kraft F (gegebenenfalls von der in der Einheit 18 korrigierten
Kraft Fkorr) zu subtrahieren.
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Wenn
mit der Einheit 17 gemäß 3 nur
entweder die differenzielle Korrektur oder aber die Integrationskorrektur
gewünscht
wird, so kann dies einfach dadurch bewerkstelligt werden, dass der
entsprechende – andere – Proportionalitätsfaktor
k2' bzw.
k1' gleich
Null gesetzt wird.
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Bevor
nun noch näher
auf die Einheit 18 anhand der 6 eingegangen
wird, soll die Wirkungsweise der Einheit 17 anhand der 4 und 5 näher erläutert werden.
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Im
Einzelnen sind in 4 zwei Kraftkurven 30, 31 für zwei verschiedene
Federraten veranschaulicht, wie sie in einem Einklemmfall bei verschieden
steifen Objekten auftreten können.
Weiters ist im Diagramm gemäß 4 die
unkompensierte Kraftschwelle FR – hier einfachheithalber
als konstante Auslöseschwelle – veranschaulicht.
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Die
Kraftverläufe 30 und 31 beschreiben
bereits den Kraftverlauf, so wie er bei einem kompensierten System
auftritt (darum sind die Scheitelwerte gleich hoch). In 4 sind
weiters mit zwei strichlierten Linien 30', 31' die unkompensierten Kraft-Verläufe veranschaulicht.
Diese liegen beide über
den Kurven 30 und 31; der Scheitelwert der unkompensierten
10 N/mm Kurve 30' liegt
tiefer als jener der unkompensierten 65 N/mm Kurve 31'. Diese strichlierten
Kurven 30', 31' entsprächen dem
Auslösen
in den Zeitpunkten t1' bzw. t2'.
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Die
Kraft beginnt gemäß den Kurven 30', 31' über den
bei Null angenommenen Erwartungswert anzusteigen, und ohne Kompensation
würde durch
den Vergleich mit dem Schwellenwert FR zur
Zeit t1' bzw.
t2' ein Einklemmfall
erkannt werden, wobei nach dem beschriebenen Überschwingen bis zum Scheitelwert 4' zu einem Zeitpunkt
t4 der Verstellantrieb (Motor 6)
gestoppt bzw. reversiert werden würde, wodurch sich der abfallende
Ast der Kurven 30', 31' ergibt.
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Im
Einzelnen ist in 4 nun die Korrektur des Schwellenwerts
nach der Differenziermethode für
zwei verschiedene Federraten, nämlich
10 N/mm (Kurve 30) bzw. 65 N/mm (Kurve 31) samt
den zugehörigen
korrigierten Schwellenwerten 32 (für die Federrate = 10 N/mm)
und 33 (für
die Federrate = 65 N/mm) veranschaulicht.
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Durch
die beschriebene differenzielle Korrektur, mit Hilfe des Differenziermoduls 19 und
der Multiplikatormittel 22, ergibt sich eine Anpassung
oder Korrektur, auch Kompensation genannt, des Schwellenwerts FR,korr gemäß den in 4 ersichtlichen
Kurven 32 bzw. 33, wobei der Schwellenwert FR,korr im kritischen Bereich niedriger ist
(zufolge der Subtraktion des Korrekturterms) als der vorgegebene
Schwellenwert FR, so dass zu einem früheren Zeitpunkt,
z. B. t1 für die Kurve 30, bzw.
t2 für
die Kurve 31, der Einklemmfall erkannt wird und das Reversieren
des Motors 6 ausgelöst
wird. Dabei wird ein niedrigerer Scheitelwert 4 erhalten.
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In 5 sind
wieder zwei Kurven 30 (diese für eine Federrate von 10 N/mm)
und 31 (für
eine Federrate = 65 N/mm) sowie zugehörige, durch Integrieren der
Verstellkraft erhaltene korrigierte Schwellenwert-Verläufe 34 (für den Fall
der Federrate = 10 N/mm) und 35 (für eine Federrate = 65 N/mm)
veranschaulicht. Ebenfalls ist der nicht kompensierte herkömmliche,
vorgegebene Schwellenwert FR – wieder
als konstante Auslöseschwelle – veranschaulicht.
Weiters ist schematisch noch das verwendete Integrationsintervall
tklemm gezeigt, über das laufend integriert
wird, während
die Kraft gemäß der Kurve 30 oder 31 ansteigt.
Wie ersichtlich ist hier zum Auslösezeitpunkt t1 ein
höherer
Schwellenwert 34 bei weicheren eingeklemmten Objekten gegeben,
verglichen mit der niedrigeren Schwelle 35 bei härteren Objekten,
entsprechend der Kraft-Kurve 31,
zum Auslösezeitpunkt
t2, so dass auch hier das gewünschte vergleichsweise
frühere
Erkennen der Einklemmsituation bei hohen Federraten, erreicht wird.
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In 6 ist
die Verstellkraft-Korrektureinheit 18 von 2 in
einer möglichen
Ausführungsform
veranschaulicht, mit der die Verstellkraft F selbst entsprechend
der jeweiligen Federrate korrigiert („kompensiert”) wird.
Die Einheit 18 enthält
dabei wiederum ein Differenziermodul 19' (bei dem es sich theoretisch auch
um das Differenziermodul 19 von 3 handeln
kann), mit nach geschalteten Multiplikatormitteln 22' (für dessen Realisierung
ebenfalls die Multiplikatormittel 22 gemäß 3 verwendet
werden können);
weiters ist eine Proportionalitätsfaktor-Vorgabeeinheit 24' zur Vorgabe
des Faktors k3' vorgesehen, so
dass der differenzierte
Kraftwert dF / dt mit diesem Faktor k3' multipliziert sowie
anschließend
in Addiermitteln 26' zum
Kraftwert F addiert wird. Am Ausgang dieser Addiermittel 26' wird somit
der korrigierte Kraftwert Fkorr gemäß der vorstehenden
Gleichung (4') (oder
eine mit dieser Kraft Fkorr korrelierte
Größe) erhalten,
die anschließend,
nach Berücksichtigung
des erwarteten Kraftwerts, s. 2, dem Vergleich
mit dem – hier
z. B. unkompensierten Schwellenwert FR – in den
Vergleichsmitteln 14 unterzogen wird. (Die Subtraktion
des erwarteten Kraftwerts, s. Einheit 27 in 2,
kann auch schon den Korrekturmitteln 16 vorgelagert erfolgen,
weshalb in 6, wie auch in 3,
als Eingangsgröße sowohl
F als auch – alternativ – Fext angegeben ist.)
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Die
Einheit 18 kann zusätzlich
oder anstatt der Einheit 17 gemäß 2 vorgesehen
sein; vorzugsweise sind beide Einheiten 17, 18 vorhanden,
und je nach Situation werden in den entsprechenden Proportionalitätsfaktor-Vorgabemitteln 24, 25 bzw. 24' die Proportionalitätsfaktoren
k1',
k2' oder
k3' auf
Null gestellt, um die gewünschte
Form der Korrektur zu erhalten. Denkbar ist es auch, die Einheiten 17 und 18 zu
einer gemeinsamen Einheit, mit einer gemeinsamen Summierstufe 26,
zusammenzufassen, wobei über
logische Werte (nicht dargestellt) die einzelnen Signalpfade aktiv
geschaltet bzw. deaktiviert werden können. Dieser Summierstufe wäre dann,
verglichen mit der Situation gemäß 3,
auch an einem weiteren Eingang die berechnete Kraft F zuzuführen, und
der obere Differenzierzweig, mit dem Differenziermodul 19,
könnte
je nach Einstellung des Proportionalitätsfaktors mit Hilfe der Mittel 24 und
je nach Aktivierung entweder des Schwellenwert-Eingangs oder des Kraft-Eingangs in
der Summierstufe 26, zu einer Korrektur entweder des Schwellenwerts
oder der Kraft benützt
werden.
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Im
Fall der Korrektur der Verstellkraft, wie im Einzelnen in 6 gezeigt
ist, ergibt sich de facto eine Verschiebung der Kraftkurve 30' gemäß 7 (für den unkompensierten
Fall) zeitlich nach vorne, vgl. die Kurve 30 für die korrigierte
Kraft Fkorr. Diese Kurve 30 wird
aus der Kurve 30' dadurch
erhalten,
dass laufend der Korrekturterm dF / dt·k' hinzuaddiert wird, wie in
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7 dargestellt
ist. Dadurch wird wiederum die Einklemmsituation zu einem früheren Zeitpunkt
t1', verglichen
mit dem Zeitpunkt t1 im unkompensierten
Fall, erkannt, was zu einer niedrigeren tatsächlichen Verstellkraftkurve,
mit entspre chend niedrigerem Scheitelwert 4', führt.
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Die
zeitliche Vor-Verschiebung der Klemmerkennung erfolgt umso stärker, je
höher der
Anstieg der Kraftkurve ist. Daraus ergibt sich eine stärkere Absenkung
des Scheitelpunktes 4, was dem angestrebten Effekt entspricht.
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Zur
Steigerung der Systemstabilität
wird vorteilhafterweise die Schwellenwertkompensation auf jenen Bereich
begrenzt, der bei Klemmsituationen im Allgemeinen auftritt, vgl.
die schematische Darstellung von 8. Die strichlierte
Linie 40 in 8 zeigt den Kompensationsverlauf
entsprechend der Vorrichtung 18 und die Linie 41 zeigt
die vorteilhafte Begrenzung der Kompensation auf den Nutzbereich,
also z. B. auf den Bereich zwischen 65 N/mm und 10 N/mm.