DE102011111450A1

DE102011111450A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines einen rotierenden Antriebsmotor aufweisenden Antriebsaggregats, insbesondere eines Fensterhebers

Info

Publication number: DE102011111450A1
Application number: DE102011111450A
Authority: DE
Inventors: Markus Schlesiger; Roland Kalb
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-02-28
Also published as: WO2013029751A1; CN103782467B; US8991103B2; CN103782467A; US20140173984A1

Abstract

Um einen optimierten Einklemmschutz für einen elektrischen Fensterheber (5) eines Fahrzeugs zu realisieren oder allgemein bei einem mittels eines Antriebsaggregats (A) antreibbaren Verstellelement (4) die Überschusskräfte effizient zu begrenzen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Kompensationsweg des Antriebsaggregats (A) temperaturabhängig ermittelt wird, und dass eine von der Temperatur abhängige variable Schwellwertfunktion (33, 34) als Funktion des Antriebsweges oder der Antriebszeit ermittelt wird, wobei die Schwellwertfunktion (33, 34) sich einem festgelegten Schwellwert asymptotisch nähert, und wobei die Antriebskraft insbesondere in Form einer gemessenen Drehzahl eines Antriebsmotors (15) laufend ermittelt und gemäß der ermittelten Schwellwertfunktion (33, 34) überwacht wird.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Elektrotechnik und ist insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik vorteilhaft anwendbar und richtet sich speziell auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Überwachung eines elektromotorischen Antriebsaggregats für ein antreibbares Verstellelement, insbesondere eine Fensterscheibe oder ein Schiebedach, bei dem die Kraft des antreibbaren Elements zur Realisierung eines Einklemmschutzes überwacht wird.
Bei elektrischen Fensterhebern von Kraftfahrzeugen ist beispielsweise ein derartiger Einklemmschutz vorgeschrieben, der sicherstellt, dass beim Schließen eines Fahrzeugfensters im Rahmen einer Schließautomatik die vom Antrieb zu überwindende Gegenkraft überwacht und derart begrenzt wird, dass eingeklemmte Gegenstände nur mit der maximal zulässigen Kraft (von typischerweise 100 N) beaufschlagt werden können und ansonsten der Antrieb automatisch gestoppt und/oder reversiert wird.
Übliche elektrische Fensterheber bei Kraftfahrzeugen sind beispielsweise als Seilfensterheber ausgebildet, wie dies die DE 10 2010 013 597 B3 zeigt. Es ist dort ein rotierender Elektromotor mit einem Schneckengetriebe dargestellt, das eine Seiltrommel in zwei Antriebsrichtungen antreibt. Das über die Seiltrommel geführte Seil wird mittels Umlenkrollen derart geführt, dass es einen im Wesentlichen senkrecht in einer Führungsschiene geführten Mitnehmer, der seinerseits mit einer Fensterscheibe verbunden ist, in Auf- und Abrichtung, also in Schließ- bzw. Öffnungsrichtung antreibt.
Der Antrieb des Fensterhebers weist somit einen Motor, ein Getriebe, ein antreibbares Seil sowie eine Ankopplung an das antreibbare Element (Fenster- bzw. Fahrzeugscheibe) auf. Das Übersetzungsverhältnis des Schneckengetriebes kann beispielsweise 1:73 betragen und die auf das Fenster wirkende Kraft (Überschusskraft) liegt im Bereich einiger 100 N. Von dieser Kraft wird ein großer Teil für die Bewegung der Fensterscheibe in der Führung benötigt, um Reibungs- und Klemmwiderstände (Schwergängigkeiten) zu überwinden. In dem Bereich, in dem ein Einklemmschutz wirksam sein muss, nämlich während der Schließbewegung bei einer Restöffnung des Fensters zwischen 4 mm und 200 mm, ist sicher zu stellen, dass die aufgebrachte Kraft des Antriebs, die nach Abzug der mechanischen Widerstandskräfte als Klemmkraft auf einen eingeklemmten Gegenstand wirken kann, kleiner als 100 N ist. Wünschenswert sind allerdings noch geringere Klemmkräfte.
Es ist üblich, zur Realisierung eines Einklemmschutzes die durch den Antriebsmotor insgesamt übertragenen Kräfte oder Momente zu überwachen und zu begrenzen. Hierzu ist beispielsweise aus der DE 10 2010 013 597 B3 bekannt, Federelemente in die Antriebskinematik einzubauen, deren Federweg ein Maß für die übertragene Kraft beziehungsweise das übertragene Moment ist.
Aus der DE 10 231 450 A1 ist es bekannt, den Einklemmfall durch Erfassung und Auswertung des Bewegungswegverhaltens des Fensterheberantriebs zu detektieren. Dort ist insbesondere eine Vorrichtung zur Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung des elektrischen Antriebes mittels Winkelmessungen am Antriebsmotor beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Überwachung eines Antriebsaggregats, insbesondere eines Fensterhebers, zu schaffen, durch die eine möglichst zuverlässige Einhaltung einer maximal zulässigen Einklemmkraft, das heißt ein Einklemmschutz realisierbar ist. Dabei soll die Kraft möglichst minimiert werden, ohne die Funktionsfähigkeit des Antriebsaggregats im Normalfall einzuschränken.
Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
Hierzu wird gemäß der Erfindung laufend der zurückgelegte Antriebsweg des Antriebsaggregats gemessen. Unter dem Antriebsweg wird in diesem Zusammenhang auch ein durchlaufener Drehwinkel einer Welle des Antriebsaggregats, beispielsweise der Welle des Antriebsmotors, verstanden.
Somit ist, sofern die zurückgelegten Antriebswege/Winkel gespeichert und summiert beziehungsweise bei Umkehrung der Antriebsrichtung voneinander abgezogen werden, auch die absolute Position des Antriebs jeweils als Information verfügbar.
Über gleichzeitige Zeitmessungen kann zusätzlich zum zurückgelegten Antriebsweg auch die Antriebsgeschwindigkeit/Winkelgeschwindigkeit punktuell und in Durchschnittswerten ermittelt werden, ebenso wie die Beschleunigung oder Geschwindigkeitsänderungswerte/Drehzahländerungswerte pro Zeitintervall.
Üblicherweise werden Antriebswegmessungen durch Beobachtung eines Punktes der kinematischen Kette des Antriebes und seiner Ortsveränderungen vorgenommen. Dabei weist die gesamte Antriebskinematik aufgrund von Elastizitäten und mechanischem Spiel insgesamt eine Federrate und ein mechanisches Spiel auf. Dies führt dazu, dass der Antriebsmotor eine bestimmte endliche Bewegung beispielsweise einen Umdrehungswinkel oder eine Anzahl von Umdrehungen vorgeben muss, bis dass das Gesamtspiel des Antriebs überwunden ist und die elastischen Elemente der Kinematik derart gespannt sind, dass unter Überwindung der zusätzlich wirksamen Haftreibungsgrößen das anzutreibende Element (beispielsweise die Fahrzeugscheibe) sich tatsächlich in Bewegung setzt.
Diese notwendige Anfangsbewegung des Antriebsmotors wird bei Fensterhebern als sogenannte Seillose bezeichnet und ist als Kompensationsweg messbar, indem die Antriebsbewegung beziehungsweise der Drehwinkel des Antriebsmotors erfasst wird, der bis zum Beginn der Bewegung des antreibbaren Elementes notwendig ist.
Der jeweilige Kompensationsweg ist bei einem Antrieb üblicherweise unter vergleichbaren Umgebungsbedingungen reproduzierbar und kann auch ohne seine Messung bei bekannten Umgebungsbedingungen bestimmt, beispielsweise aus einer Formel berechnet oder aus einer Kennlinie abgelesen werden. Eine wesentliche Größe, von der der Kompensationsweg abhängig ist, ist die Umgebungstemperatur des Antriebsaggregats.
Die Erfindung sieht demnach vor, dass aus der Temperatur oder einer temperaturabhängigen ersten Größe der Kompensationsweg ermittelt wird. Beispielsweise kann zu diesem Zweck ein Temperatursensor in der Umgebung des Aggregats vorgesehen sein oder die Temperatur kann aus der Verlustleistung von Halbleiterelementen bestimmt werden, die beispielsweise in der Ansteuerung des Antriebs vorgesehen sind.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, das Anlaufverhalten des Antriebsmotors, das stark temperaturabhängig ist, beziehungsweise den Widerstand der Antriebskinematik für die Bestimmung der Temperatur oder direkt für die Bestimmung des Kompensationsweges heranzuziehen. Besonders aussagekräftig ist hierzu die Anfangsbeschleunigung des Antriebsmotors oder die während des Durchlaufens des Kompensationswegs maximal erreichte Drehzahl. Es können Kennlinien bestimmt und gespeichert werden, aus denen direkt aus der Temperatur oder der erreichten Maximaldrehzahl des Antriebes der entsprechende Kompensationsweg bestimmt werden kann.
Das typische Antriebsverhalten eines Antriebsaggregates der eingangs genannten Art, insbesondere eines Fensterhebers, lässt sich durch das Drehzahlverhalten über den zurückgelegten Antriebsweg oder die Antriebszeit, also die Zeitdifferenz seit dem jeweiligen Beginn der Antriebsbewegung, beschreiben. Dies wird hier nur angedeutet und bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand einer Zeichnung nachfolgend näher ausgeführt.
Die Drehzahl des Antriebsmotors steigt im Anschluss an die Ansteuerung des Antriebsmotors zunächst steil an. Im Anfangsbereich der Bewegung bestehen nur geringe Gegenkräfte, da zunächst die mechanischen Spiele der einzelnen Elemente der Antriebskinematik überwunden werden. Die Antriebsdrehzahl erreicht dabei ein Maximum und sinkt danach erneut ab, wenn die Antriebskinematik sowie der Bewegungswiderstand des anzutreibenden Elementes deren elastische Gegenkraft aufbauen. In diesem Bereich wird beispielsweise bei einem Seilfensterheber das Antriebsseil gespannt. Die Drehzahl des Antriebsmotors erreicht ein Minimum, wenn die maximale mechanische Spannung erreicht und der Antriebsmotor maximal belastet ist.
Zu diesem Zeitpunkt ist bei Verwendung eines permanenterregten Gleichstrommotors, wie dieser beispielsweise für Fensterheber in Kraftfahrzeugen verwendet wird, die minimale Drehzahl beziehungsweise ein maximaler Antriebsstrom des Antriebs erreicht und die Haftreibungskräfte werden überwunden. Das angetriebene Element, also im beschriebenen Beispiel die Fahrzeugscheibe, wird in Bewegung gesetzt. In diesem Bereich finden besonders starke und schnelle Änderungen der Antriebsgeschwindigkeit, also beispielsweise der Antriebsdrehzahl statt, so dass sich der Punkt, zu dem der Kompensationsweg durchlaufen ist, besonders sensibel durch Verfolgung von Drehzahländerungen detektieren lässt.
Zu diesem Zweck ist es praktisch möglich, über ein gewisses Zeitintervall beziehungsweise bei periodischer Erfassung über eine bestimmte Anzahl von Erfassungsperioden, insbesondere vier Erfassungsperioden, die Drehzahländerungen zu summieren und die Summe der Drehzahländerungen, die praktisch ein Veränderungsintegral über die Zeit darstellt, zu ermitteln. Als eine Bedingung für das tatsächliche Durchlaufen des Kompensationsweges kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung laufend geprüft werden, ob das gemessene Veränderungsintegral, beispielsweise die Summe der letzten vier gemessenen Drehzahländerungen, eine vorherbestimmte Mindestgröße, also ein Mindestveränderungsintegral erreicht. Das Mindestveränderungsintegral kann als feststehend angenommen, jedoch auch in Abhängigkeit von der Temperatur oder einer temperaturabhängigen zweiten Größe, beispielsweise durch Verwenden einer Rechenformel oder einer gespeicherten Kennlinie, ermittelt werden.
Zur Realisierung eines wirksamen Einklemmschutzes wird auch eine Schwellwertfunktion als Funktion des Antriebsweges oder der Antriebszeit ermittelt, deren Funktionswerte eine jeweils maximal zulässige Antriebskraft repräsentieren. Diese Schwellwertfunktion wird in Abhängigkeit von der Temperatur oder einer temperaturabhängigen dritten Größe ermittelt. Die Schwellwertfunktion ist derart gestaltet, dass sich deren Funktionswerte, beginnend bei einem ersten höheren Anfangsschwellwert (der Antriebskraft), der einem ersten Punkt im Anfangsbereich des Antriebsweges zugeordnet ist, im Verlauf des Antriebsweges oder der Antriebszeit einen zweiten, niedrigeren Schwellwert (der Antriebskraft) annähern.
Der erste Punkt des Antriebsweges kann beispielsweise noch vor Ende des Kompensationsweges oder am Ende des Kompensationsweges liegen. Diese Wegpunkte lassen sich jeweils auch auf entsprechende Zeitpunkte der Antriebszeit abbilden. In jedem Fall ist der Schwellwert der Antriebskraft zu Beginn der Bewegung des antreibbaren Elementes, also am Ende der Kompensationsweges höher als im weiteren Verlauf des Antriebsweges in der Antriebsrichtung, in der der Einklemmschutz sinnvoll ist, also bei einem Fensterheber die Schließrichtung des Fensters.
Zudem ist die Lage der Schwellwertfunktion insgesamt von der Temperatur abhängig. Dies soll in komfortabler Weise die Realisierung eines Einklemmschutzes auch bei niedrigen Temperaturen ermöglichen, bei denen üblicherweise mechanische Elemente schwergängiger sind als bei hohen Temperaturen. Dies ist insbesondere durch Klemmeffekte (Schwergängigkeiten), aber auch durch temperaturabhängige Reibungseffekte der Fall. Es führt dazu, dass bei niedrigen Temperaturen höhere Antriebskräfte benötigt werden, um ein jeweils antreibbares Element tatsächlich zu bewegen.
Da zur Realisierung eines Einklemmschutzes üblicherweise die Gesamtantriebskräfte überwacht werden, würde dieses bedeuten, dass einerseits hohe Antriebskräfte zuzulassen sind, um bei niedrigen Temperaturen das Bewegen des antreibbaren Elementes sicher zu ermöglichen. Andererseits würden jedoch die hohen zugelassenen Antriebskräfte bei hohen Umgebungstemperaturen und einem geringen Bewegungswiderstand zu unzulässig hohen Einklemmkräften führen. Deshalb wird erfindungsgemäß die Lage der Schwellwertfunktion temperaturabhängig eingerichtet.
Zusätzlich wird ein Verlauf der Schwellwertfunktion eingestellt, der zu Beginn der Antriebsbewegung höhere Kräfte zulässt als im weiteren Verlauf der Antriebsbewegung (in Schließ- bzw. Einklemmrichtung). Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass die gesamte kinematische Kette während der Bewegung des antreibbaren Elementes vom Ende des Kompensationsweges an, das heißt sobald das antreibbare Element sich bewegt, „eingefahren” wird, so dass Unregelmäßigkeiten des mechanischen Widerstandes zunehmend kleiner werden und damit die zulässige Einklemmkraft weiter minimiert bzw. begrenzt werden (Überschusskraftbegrenzung) kann, ohne eine Blockade oder ein Reversieren ausschließlich durch Reibungswiderstände und Klemmeffekte ohne Vorliegen des tatsächlichen Einklemmfalls zu riskieren.
Auch die Veränderung der Schwellwertfunktion im Verlauf des Antriebsweges oder der Antriebszeit kann in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur steiler oder weniger steil eingerichtet werden, jedoch ist diese Temperaturabhängigkeit üblicherweise geringer als die Temperaturabhängigkeit des Anfangsschwellwertes.
Gemäß der Erfindung wird also laufend eine Geschwindigkeitsgröße des Antriebsaggregats, insbesondere ein zurückgelegter Drehzahlwinkel pro Zeiteinheit eines rotierenden Antriebsmotors, ermittelt (gemessen). Spätestens nach Durchlaufen des Kompensationsweges, insbesondere auch unter der zusätzlichen Bedingung, dass das ermittelte Mindestveränderungsintegral der Geschwindigkeitsgröße erreicht ist, wird auch die Antriebskraft oder eine diese repräsentierende Größe, beispielsweise die Drehzahl des Antriebes oder der Motorstrom des Antriebsmotors, laufend ermittelt und gemäß der ebenfalls ermittelten Schwellwertfunktion überwacht.
Bei einem elektrischen Fensterheber kann entsprechend der Drehwinkel und die Drehzahl des Antriebsmotors überwacht werden. Nach Durchlaufen des Kompensationsweges wird laufend geprüft, ob die Drehzahl des Antriebs einen antriebswegabhängigen oder antriebszeitabhängigen Schwellwert unterschreitet. Ein weiteres Absinken der Drehzahl bedeutet, dass eine nicht vorgesehen Gegenkraft aktiv ist, was bei einer Schließbewegung eines Fensters darauf hindeutet, dass ein Gegenstand eingeklemmt ist. Entsprechend ist bei einer Schließbewegung zumindest in dem zu überwachenden Schließbereich des Fensters (beispielsweise einer Öffnungsbreite zwischen 4 mm und 200 mm) der Einklemmschutz aktiv geschaltet. Bei Unterschreiten der Schwellwertfunktion wird der Antriebsmotor stromlos geschaltet, gebremst oder reversiert.
Vorteilhafterweise wird der zurückgelegte Antriebsweg des Antriebsaggregats in Form eines Drehwinkels der Antriebswelle des Antriebsmotors oder einer anderen Welle eines Getriebes des Antriebsaggregates oder in Form des zurückgelegten Weges eines Schub- oder Zugelementes des Antriebsaggregates erfasst. Dabei wird üblicherweise der Drehwinkel der Antriebswelle erfasst. Es kann jedoch auch der Drehwinkel einer anderen Welle, beispielsweise in einem Schneckengetriebe eines Fensterheberantriebs, oder der Weg eines innerhalb des Antriebsaggregats linear bewegten Elementes erfasst werden.
Geeigneterweise kann weiter vorgesehen sein, dass der Drehwinkel der Antriebswelle oder einer anderen Welle eines Getriebes des Antriebsaggregates mittels magnetischer Wechselwirkung eines, zweier oder mehrerer an der jeweiligen Welle oder einem mit dieser drehfest verbunden Bauteil vorgesehener magnetisch aktiver Elemente mit einem oder zwei ortsfesten magnetischen Sensor(en), insbesondere Hall-Sensor(en) oder magnetostriktiven Sensor(en), gemessen wird.
Der oder die magnetisch aktiven Elemente können in Form von ferromagnetischen Dauermagneten als Positionsgeber eingesetzt werden, deren Passieren an einem oder mehreren ortsfesten Sensoren registriert wird. Wenn die Sensoren am Umfang der Bahn der magnetischen Elemente asymmetrisch, d. h. nicht auf 180 Grad einander gegenüberliegend, sondern z. B. um 90 Grad versetzt angeordnet sind, lässt sich aus der Auswertung der Impulse und ihrer Zeitabfolge auch die Drehrichtung der Antriebswelle ermitteln. Mit wachsender Zahl der Positionsgeber lässt sich die Auflösung der Drehwinkelmessung sowie der Drehwinkelgeschwindigkeit verbessern.
Es kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Temperatur mittels eines Temperatursensors, insbesondere eines Halbleitersensors, gemessen wird. Zudem kann vorgesehen sein, dass aus den Messwerten des laufend gemessenen zurückgelegten Antriebswegs laufend die Antriebsgeschwindigkeit bestimmt wird.
In dem Fall, dass die Antriebsgeschwindigkeit laufend bestimmt wird, ist es vorteilhaft, dass die ermittelte Antriebsgeschwindigkeit auf Erreichen eines Geschwindigkeitsmaximums überwacht und der Wert des Geschwindigkeitsmaximums ermittelt wird. Zusätzlich zu dem erreichten Geschwindigkeitsmaximum kann auch derjenige Zeitpunkt ermittelt und gespeichert werden, zu dem – nach erster Ansteuerung des Antriebsmotors – das Geschwindigkeitsmaximum oder der diesem zugeordnete Antriebsweg erreicht ist.
Die Werte des Geschwindigkeitsmaximums sowie der Zeitpunkt oder Antriebsweg des Maximums können zur Bestimmung der Temperatur oder auch direkt zur Bestimmung des Kompensationsweges herangezogen werden. Hierzu ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Kompensationsweg aus einem Messwert der Temperatur oder dem ermittelten Geschwindigkeitsmaximum des Antriebsaggregats mittels einer mathematischen Formel oder gespeicherter Kennlinienwerte ermittelt wird.
Auch die Veränderung der Geschwindigkeitsgröße des Antriebsaggregats zum Zeitpunkt, in dem der Antrieb den Kompensationsweg durchlaufen hat, ist temperaturabhängig. Aus dem Veränderungsintegral der Geschwindigkeitsgröße, insbesondere der Summe von Drehzahländerungen in einer bestimmten Zeiteinheit, lässt sich das Erreichen des Endes des Kompensationsweges zuverlässig schließen. Wird dieser Wert überwacht, so kann dieser zu einer Bestätigung des Durchlaufens des Kompensationsweges herangezogen werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht außerdem vor, dass die Schwellwertfunktion als Funktion des Antriebsweges oder der Antriebszeit aus einem Messwert der Temperatur oder dem ermittelten Geschwindigkeitsmaximum des Antriebsaggregats mittels einer mathematischen Formel oder gespeicherter Kennlinienwerte ermittelt wird.
Dabei ist die gesamte Lage der Schwellwertfunktion temperaturabhängig, wobei der Funktionswert der maximal zulässigen Gesamtantriebskraft oder einer diese repräsentierenden Größe im Verlaufe des Antriebsweges und/oder der Antriebszeit vorteilhaft abnimmt. Hierzu ist vorgesehen, dass ein fester Parameter der Schwellwertfunktion aus einem Messwert der Temperatur oder dem ermittelten Geschwindigkeitsmaximum des Antriebsaggregats mittels einer mathematischen Formel oder gespeicherter Kennlinienwerte ermittelt wird. Zudem wird die Schwellwertfunktion der Antriebskraft durch Addition des festen Parameters und einer von einem ersten, höheren Funktionswert an einem ersten Punkt im Anfangsbereich des Antriebsweges auf einen zweiten, niedrigeren Funktionswert, insbesondere monoton, fallenden Korrekturfunktion gebildet.
Wird die Drehzahl des Antriebs als Indikator für die Antriebskraft überwacht, so wird eine temperaturabhängige Drehzahlschwelle festgelegt, von der eine entsprechende antriebswegabhängige oder antriebszeitabhängige monoton (gegen den Wert Null) fallende Korrekturfunktion abgezogen wird. Die tatsächliche antriebswegabhängige oder antriebszeitabhängige Drehzahlschwelle (als Differenzfunktion) liegt damit unterhalb des vom Antriebsweg unabhängigen, nur von der Temperatur abhängigen Drehzahlschwellwertes und nähert sich diesem im Verlauf des Antriebsweges an.
Spezieller kann hierzu vorgesehen sein, dass sich die Korrekturfunktion dem zweiten niedrigeren Funktionswert, insbesondere dem Funktionswert Null, asymptotisch, insbesondere in Form einer fallenden Exponentialfunktion, nähert. Alternativ zu einer Exponentialfunktion kann auch eine andere sich entsprechend einem festen Wert asymptotisch monoton fallend nähernde Funktion, beispielsweise die Kehrwertfunktion, gewählt werden.
Bei der Anwendung für einen elektrischen Fensterheber ist vorgesehen, dass die Schwellwertfunktion derart parametrisiert ist, dass die maximal zugelassene Einklemmkraft, das heißt die Differenz zwischen dem jeweiligen Schwellwertfunktionswert und der zum Bewegen der antreibbaren Fahrzeugscheibe benötigten Kraft über den Antriebsweg stetig zwischen 100 N und 60 N variiert. Damit werden nicht nur die gesetzlichen Voraussetzungen eingehalten, sondern es wird eine komfortabel niedrige Einklemmkraft realisiert.
Es ist dabei vorgesehen, dass nicht nur eine Überwachung der Antriebskraft ermöglicht ist. Vielmehr wird, sobald die Antriebskraft im Verlauf des Antriebswegs oder der Antriebszeit den Wert der Schwellwertfunktion übersteigt, die Ansteuerung des Antriebs beeinflusst. Dies erfolgt insbesondere derart, dass der Antrieb gestoppt, gebremst oder reversiert wird.
Im Falle der Anwendung auf einen Fensterheber eines Kraftfahrzeuges kann vorgesehen sein, dass der Einklemmschutz, das heißt die tatsächliche Limitierung der Antriebskraft und/oder das Anhalten und Reversieren des Antriebes in Abhängigkeit von der tatsächlichen Position des Fensters und der Antriebsrichtung des Fensters aktiviert wird. Der Einklemmschutz kann derart eingestellt sein, dass dessen Aktivierung nur bei einer Schließbewegung des Fensters und nur bei einem Restabstand zum oberen Blockeinlauf zwischen 4 mm und 200 mm erfolgt.
In der Praxis kann das Einhalten der Schwellwertfunktion einerseits direkt durch Überwachung der Antriebsdrehzahl realisiert werden. Andererseits kann überwacht werden, ob die tatsächlich gemessene Drehzahl einen antriebswegabhängigen oder antriebszeitabhängigen Schwellwertfunktionswert unterschreitet. Es kann jedoch auch der Antriebsstrom und antriebsweg- oder zeitabhängig die Überschreitung eines jeweils geltenden Stromschwellwertes überwacht werden.
Bezüglich der Vorrichtung zur Ansteuerung eines Antriebsmotors, insbesondere eines Fensterhebers, wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 18. Hierzu ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die mit einem Geschwindigkeitssensor verbunden und mit Mitteln zur Ermittlung der Temperatur aus einem Drehzahlverlauf des Antriebsmotors versehen und/oder mit einem Temperatursensor verbunden ist. Auf eine Bedienanforderung hin stellt die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur eine zeitlich und/oder vom durchlaufenen Antriebsweg abhängige Schwellwertfunktion der Antriebskraft des Antriebsaggregats ein, bei deren Überschreitung der Antrieb abgeschaltet oder reversiert wird. Als Geschwindigkeitssensor ist insbesondere ein Drehzahlsensor des Antriebsaggregats vorgesehen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Kraftfahrzeugtür mit einem Fensterheber und einem halb offenen Fenster,
2 schematisch den Aufbau des Fensterheberantriebs,
3 schematisch das Messprinzip zur Erfassung des Antriebsweges in Form eines Drehwinkels der Antriebswelle des Antriebsmotors,
4 Kennlinien zum Verhalten der Antriebsdrehzahl n gegenüber dem Antriebsdrehmoment M,
5 Kennlinien des Drehzahlverhaltens beim Antrieb des Fensterhebers in Abhängigkeit von der Zeit nach Ansteuerung des Antriebs und der Temperatur,
6 das Drehzahlverhalten des Antriebs sowie mögliche Schwellwertfunktionen zur Limitierung der Einklemmkraft, und
7 Kennlinien betreffend die Drehzahl n und die Drehzahländerungen aufgetragen über die Zeit nach Ansteuerung des Antriebs.
Die Kennliniendarstellungen der 5, 6 und 7 sind als qualitative Darstellungen anzusehen. Auf der Abszisse ist jeweils die Zeit t nach der ersten Ansteuerung des Antriebsmotors aufgetragen. Diese hängt monoton und über weite Strecken auch linear mit dem durchlaufenen Antriebsweg zusammen. Wird die jeweilige Funktion nicht gegenüber der Antriebszeit, sondern gegenüber dem Antriebsweg aufgetragen, so ergibt sich qualitativ eine ähnliche Kurvenform. Die in der Beschreibung gemachten Angaben können entweder in Bezug auf die jeweils durchlaufene Zeit t oder den entsprechend durchlaufenen Antriebsweg gemacht werden und sind qualitativ einander entsprechend.
1 zeigt eine Kraftfahrzeugtür 1 mit einem Fahrzeugfenster 2, das eine Fensteröffnung 3 und eine Fensterscheibe 4 aufweist. Die Breite d der Fensteröffnung 3 verringert sich bei einer Schließung des Fahrzeugfenster 2 auf Null, wenn die Fensterscheibe 4 in die obere Führung der Fensteröffnung 3 (oberer Block) einläuft und dann blockiert.
In der 1 ist zudem schematisch ein Fensterheber 5 mit einem Mitnehmer 6, der mit der Fensterscheibe 4 verbunden und in einer nicht näher dargestellten Führung geführt ist, veranschaulicht. Der Mitnehmer 6 kann in den beiden durch den Doppelpfeil 7 repräsentierten Richtungen, nämlich der Schließrichtung nach oben und der Öffnungsrichtung nach unten bewegt werden. Der Mitnehmer 6 ist mit einem Antriebsseil 8 verbunden, das zwischen zwei Umlenk- oder Führungsrollen 9, 10 über eine Seiltrommel 11 geführt ist. Die Seiltrommel 11 ist antreibbar, so dass mittels des Seils 8 der Mitnehmer 6 und somit das Fensters 4 in Offen- und Schließrichtung verstellbar ist.
In der 2 ist die Seiltrommel 11 beziehungsweise ein mit dieser verbundenes Schneckenrad 12a dargestellt, das mit einer drehfest auf einer Antriebs- oder Motorwelle 13 sitzenden Schnecke 12b kämmt. Die Motorwelle 13 ist in einem schneckenseitigen Lager 14 und in einem Antriebsmotor 15 gelagert. Der Antriebsmotor 15 ist ein elektrischer Gleichstrommotor, der aus dem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges mit einer Betriebsspannung zwischen 9 V und 16 V betrieben wird und als permanenterregter Elektromotor ausgestaltet ist. Das dargestellte Schneckengetriebe 12a, 12b bewirkt eine Untersetzung der Motordrehzahl um einen Faktor 1:73. Der Motor 15 wird mittels einer Steuereinrichtung 16 mit Strom und Spannung versorgt und angesteuert. Durch entsprechende Ansteuerung des Motors 15 kann somit der Fensterheber 5 in Öffnungs- und Schließrichtung betrieben werden.
Der Antriebsmotor 15 und dessen Motor- bzw. Antriebswelle 13, das Schneckengetriebe 12 mit dessen Schneckenrad 12a und der wellenfesten Schnecke 12b sowie die Seiltrommel 11 und das Antriebsseil 8 sind die wesentlichen Bestandteile des mit A bezeichneten elektromotorischen Antriebsaggregats für die Fahrzeugscheibe (Verstellelement) 4.
Die Steuereinrichtung 16 ist zudem in dem dargestellten Beispiel mittels einer Leitung 17 mit einem Temperatursensor 18 verbunden, der als spezialisierter Temperatursensor, beispielsweise als thermoelektrisches Element ausgeführt sein kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass lediglich an elektronischen Bauteilen, die für andere Zwecke verwendet werden, die Verlustleistung gemessen und daraus die Temperatur ermittelt wird.
Zudem ist die Steuereinrichtung 16 über eine weitere Leitung 19 mit einem Sensor (Positionssensor) 20 verbunden, der eine Antriebsposition erfasst. In dem dargestellten Beispiel wird an einem auf der Motorwelle 13 drehfest angeordneten Ringmagnet 21 mittels des ortsfesten Sensors 20, der beispielsweise als Hallsensor oder als magnetostriktiver Sensor ausgeführt sein kann, die Zahl der Umdrehungen der Antriebswelle 13 gezählt und registriert. Es kann dabei auch die Drehrichtung unterschieden werden, so dass bei mehreren hintereinander ausgeführten Bewegungen des Fensterhebers 5 durch Summierung und Differenzbildung von zurückgelegten Winkelbeträgen eine Endposition stets angegeben werden kann. Diese wird in einer Positionsberechnungseinheit 22 bestimmt und gespeichert. Der Positionssensor 20 kann auch ein gängiger optischer Sensor oder ein kapazitiver Sensor sein.
Die Positionsberechnungseinheit 22 weist zudem eine Zeitbasis oder eine Verbindung zu einer bestehenden Zeitbasis auf, so dass aufgrund der laufenden Positionsbestimmungen auch eine Geschwindigkeit des Antriebs, insbesondere in dem dargestellten Beispiel eine Winkelgeschwindigkeit der Antriebs- bzw. Motorwelle 13 oder mit anderen Worten eine Drehzahl laufend bestimmt werden kann. Auch diese kann periodisch gespeichert werden, so dass Drehzahlen und auch Veränderungen von Drehzahlen für weitere Berechnungen zur Verfügung stehen.
Zwischen dem Antriebsmotor 15 und der Steuereinrichtung 16 ist optional auch eine Strommesseinrichtung 23 angeordnet, die den Motor- oder Laststrom I des Motors 15 erfasst und für eine Analyse bereitstellt. Hierzu ist die Strommesseinrichtung 23 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 16 mittels einer Leitung 24 verbunden.
In der 3 ist dargestellt, wie mittels zweier verschiedener ortsfester Sensoren 20a, 20b gegenüber dem rotierenden Ringmagnet 21, der beispielhaft ein magnetisch aktives Element 25 aufweist, nicht nur die Drehgeschwindigkeit des Ringmagnet 21, sondern auch dessen Drehrichtung bestimmt werden kann. Der erste Sensor 20a misst dabei eine Intensität I₁ während der zweite Sensor 20b eine Intensität 12 misst. Bei Ausführung der Sensoren 20a, 20b als sensitive Flächen eines Hall-Sensors (Hall-IC) sind die dargestellten Pulse bereits digitalisierte Rechteckimpulse.
Im rechten Teil der 3 ist dazu die durch die Sensoren 20a, 20b gemessene Intensität, beispielsweise als Stromstärke I_1,2 gegen die Zeit t aufgetragen, wobei deutlich wird, dass ein Impuls in dem jeweiligen Sensor 20a, 20b, der durch das passierende magnetisch aktive Element 25 erzeugt wird, beim Sensor 20a jeweils eher erscheint als beim Sensor 20b. Dies erlaubt den Schluss, dass sich der beispielsweise 2-polige Ringmagnet 21 im Uhrzeigersinn, also in Richtung des Pfeils 26 bewegt.
Es wird gemäß dem Ausführungsbeispiel bei der vorliegenden Erfindung laufend die Drehzahl des Antriebsmotors 15 beziehungsweise der Antriebswelle 21 gemessen und überwacht, da im Gleichgewichtszustand einer annähernd gleichförmigen Bewegung einer Fahrzeugscheibe 4 in einer entsprechenden Führung innerhalb der Fahrzeugtür die Bewegungsgeschwindigkeit nahezu konstant mit begrenzten Abweichungen ausfällt. Hieraus folgt, dass auch die Drehzahl des Antriebes in diesem Bereich gleichförmig ist. Es wird zur Realisierung eines Einklemmschutzes die Drehzahl auf Unterschreiten einer vorzugsweise vom Antriebsweg oder wahlweise auch von der Antriebszeit abhängigen Schwellwertfunktion überwacht. Wird diese Schwelle unterschritten, so deutet dies auf das Vorliegen eines zusätzlich aufgetretenen Widerstandes und damit auf das Vorliegen eines Einklemmfalles hin.
Die 4 zeigt anhand eines Kennlinienfeldes für jeweils konstante Versorgungsspannungen U1, U2, U3 und jeweils für eine feste Temperatur, wie die Drehzahl n des Antriebsmotors 15 mit einem Drehmoment M des Antriebsmotors 15 zusammenhängt, das direkt in eine auf den Fensterheber wirkende Kraft umgerechnet werden kann. Bei Wahl einer höheren Versorgungsspannung U_n und entsprechend bei sonst gleichen Umgebungsbedingungen steigt die Drehzahl n und damit der Motorstrom I_M des Antriebsmotors 15, wie in 4 dargestellt.
Anstelle der Überwachung der Drehzahl n auf Unterschreiten einer festgelegten Schwellwertfunktion kann somit ebenso der Motorstrom I_M des Antriebsmotors 15 auf Überschreiten einer entsprechenden Schwellwertfunktion des Stromes überwacht werden.
Die Erfindung befasst sich speziell mit einer realistischen, jedoch optimierten Bestimmung einer Schwellwertfunktion, die ein sensibles Abschalten im Einklemmfall erlaubt, dabei die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur ermöglicht und zudem eine große Akzeptanzbreite von Antriebskraftänderungen im Bereich der Überwindung der Seillosen bis zum Bewegen der Fahrzeugscheibe 4 sowie im Anfangsbereich der Scheibenbewegung ermöglicht.
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei zunächst anhand der 5 der Drehzahlverlauf eines Antriebsmotors 15 eines Fensterhebers 5 in verschiedenen Temperaturfällen bei Durchlaufen eines Antriebsweges über die Zeit t beschrieben. Dabei zeigt in der 5 die unterste Kurve 27 einen Drehzahlverlauf bei einer Temperatur von beispielsweise –30°C, die mittlere Kurve 28 zeigt den Verlauf bei +20°C und die oberste Kurve 29 den Verlauf bei +80°C.
Die Kurve 27 zeigt bei t = 0 eine Drehzahl n = 0 zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Bedienanforderung an den Fensterheber 5 erfolgt und der Antriebsmotor 15 erstmals angesteuert wird. Die Drehzahl n steigt an, wobei zunächst der Rotor und somit die Motorwelle 13 des Antriebsmotors 15 beschleunigt wird und alle mechanischen Spiele in der kinematischen Kette des Fensterhebers 5 überwunden werden.
Zum Zeitpunkt t₁ erreicht die Drehzahl n ein Maximum, um dann beim Anwachsen von mechanischen Widerständen in der kinematischen Kette wieder abzufallen. Es sind dies Reibungswiderstände und beispielsweise elastische Widerstände, also elastische Verformungen, Dehnungen oder Stauchungen von einzelnen Teilen der kinematischen Kette. Diese somit gewissermaßen als Federelemente wirkenden Teile der kinematischen Kette werden ein Stück weit verformt oder im Sinne einer Feder gespannt und der mechanische Widerstand steigert sich, so dass die Drehzahl in Folge der Erhöhung der Last weiter gesenkt wird.
Zum Zeitpunkt t₃ wird gemäß der Kurve 27 ein Minimum der Drehzahl n erreicht worauf die Drehzahl n nach Überwindung von Haftreibungswiderständen der anzutreibenden Fahrzeugscheibe 4 erneut ansteigt. In dieser Phase werden teilweise elastische Verformungen (Aufladungen) der kinematischen Kette zusätzlich entspannt, so dass sich ein Überschwinger 30 der Drehzahl n ergibt, bis diese in einen konstanten Bereich 31 einläuft, der der gleichförmigen Bewegung der Fahrzeugscheibe 4 bis zum Einlaufen in den oberen Block, das heißt in die obere Türdichtung, zum Zeitpunkt t₄ mit entsprechender Abbremsung des Antriebsmotors 15 entspricht.
Im Vergleich zu der Kurve 27 wird bei der einer höheren Umgebungstemperatur entsprechenden Kurve 28 im Drehzahlmaximum zum Zeitpunkt t'₁ eine höhere Drehzahl n erreicht, da die typischerweise eher und stärker bei tiefen Temperaturen auftretenden Klemmkräfte und Reibungskräfte in der kinematischen Kette bei höherer Umgebungstemperatur, beispielsweise bei 20°C, geringer sind. Auch die Haftreibung der zu bewegenden Fahrzeugscheibe 4 kann bei höheren Temperaturen geringer sein, so dass das Absinken der Drehzahl n bis zur Überwindung der Seillosen und zum Anlaufen der Fahrzeugscheibe 4 weniger extrem ist als gemäß der Kurve 27. Entsprechend ist die Seillose auch bei höheren Temperaturen üblicherweise schon nach zu einem vergleichsweise früheren Zeitpunkt t₂ überwunden und die tatsächliche Bewegung der Fahrzeugscheibe 4 beginnt früher.
Die dritte Kurve 29 verläuft vergleichsweise steil vom Ursprung des Koordinatensystems zu einem Drehzahlmaximum etwa bei t''₁, das einer vergleichsweise hohen Drehzahl n entspricht, was auf geringe Reibung zurückzuführen ist. Auch die Klemmkräfte sind praktisch vernachlässigbar, so dass die Fahrzeugscheibe 4 praktisch ohne ein Absinken der Drehzahl n verzugsfrei mitgenommen wird. Die Drehzahlkurve läuft damit praktisch monoton in eine horizontale Linie ein.
Die jeweiligen Schwellwertkurven für die Überwachung der Drehzahl n auf einen Einklemmfall liegen jeweils unterhalb der Kurven 27, 28, 29, wobei die Überwachung der Kraft/Drehzahl erst ab der tatsächlichen Bewegung der Fahrzeugscheibe 4 sinnvoll wird. Beispielhaft ist eine Drehzahl n₁ als konstante Schwellwertfunktion gestrichelt dargestellt, mittels deren bei einer Temperatur von 20°C der Drehzahlverlauf, der üblicherweise ohne einen Einklemmfall der Kurve 28 folgt, überwacht werden kann. Da sichergestellt werden muss, dass im Anfangsbereich zeitlich direkt nach dem Zeitpunkt t₂, wenn noch Überschwinger der Drehzahl n zu erwarten sind, nicht durch diese Überschwinger die Schwellwertfunktion unterschritten wird, ist ein gewisser Abstand der Schwelle n₁ zur Kurve 28 einzuhalten. Dies bedingt bei einer konstanten Schwellwertfunktion im späteren Verlauf, das heißt zum Ende der Schließbewegung hin, allerdings eine Akzeptanz von hohen Einklemmkräften, die dazu führen, dass im Einklemmfall erst bei einer relativ hohen Einklemmkraft abgeschaltet wird.
Der Erfindung liegt daher grundsätzlich der Gedanke zugrunde, dass keine konstante Schwellwertfunktion eingesetzt wird, sondern dass sich im Gegensatz zum Verlauf der konstanten Schwellwertfunktion n₁ die stattdessen gewählte Schwellwertfunktion zur späteren Phase des Schließvorgangs der tatsächlichen Kurve 28 annähert.
Das erfindungsgemäße Verfahren befasst sich damit, wie einerseits die Lage der Schwellwertkurve insgesamt bestimmt werden kann und wie ein asymptotischer Verlauf zwischen einem anfänglich niedrigeren Schwellwert der Drehzahl n und einem zum Ende der Bewegung höheren Schwellwert sinnvoll gewählt werden kann.
6 zeigt den schon in 5 dargestellten Drehzahlverlauf der Kurve 28 mit einem ausgeprägten Drehzahlmaximum 32, einem darauf folgenden Minimum 37 zum Zeitpunkt t₂, einem Überschwinger 38 und einer Stabilisierung der Drehzahl n bei einem Wert n₂. Als untere Schwelle der Drehzahl ist asymptotisch die Drehzahl n₁ vorgesehen, die geringer ist als n₂. Die Drehzahl (Drehschwellzahlwert) n₁ ist ebenso wie die Drehzahl bzw. der Drehzahlschwellwert n₂ in der 6 als horizontale gestrichelte Linie angedeutet. Ein Absinken der tatsächlichen Drehzahl n unter die Schwelle n₁ soll in demjenigen Bereich, in dem der Einklemmschutz aktiviert ist, verhindert werden.
Der Schwellwert n₁ wird zur Festlegung der Schwellwertfunktion individuell aus der gemessenen Temperatur bestimmt mittels Berechnung oder Zuordnung aus einer Kennlinie. Der Wert n₁ kann allerdings auch aus der im Maximum 32 erreichten Maximaldrehzahl mittels einer Kennlinie zugeordnet werden oder aus der Maximaldrehzahl kann alternativ zunächst die Temperatur ebenfalls durch eine Kennlinie bestimmt werden, worauf aus der so bestimmten Temperatur der Drehzahlschwellwert n₁ bestimmt werden kann.
Um die tatsächliche Schwellwertfunktion 33, 34 zu bestimmen, wird von dem bestimmten konstanten Wert n₁ eine Exponentialfunktion a·e^–bt oder rein wegabhängig a·e^–bx abgezogen, wobei t die Antriebszeit, x der zurückgelegte Antriebsweg bedeutet, wobei x auch in einer Winkeleinheit des zurückgelegten Antriebswinkels der Antriebswelle 13 gemessen sein kann. Dabei kann sowohl der Parameter a als auch der Parameter b temperaturabhängig sein und aus einer Kennlinie der zuvor bestimmten Temperatur zugeordnet werden.
In 6 sind zwei mögliche Schwellwertfunktionen 33, 34 dargestellt, die beide derart gewählt sind, dass die systembedingten Unregelmäßigkeiten, die bei der Drehzahl n direkt nach der Zeit t₂ auftreten, nicht zu einem Ansprechen des Einklemmschutzes führen. Bei den dargestellten Schwellwertfunktionen 33, 34 ist somit zu Beginn der Bewegung der Fahrzeugscheibe 4 noch eine größere Abweichung der Überschusskraft zugelassen als im weiteren Verlauf der Bewegung. Mit andern Worten adaptiert sich der Einklemmschutz beziehungsweise durchläuft eine Lernfunktion.
In 7 ist zusätzlich zu einer Drehzahlkurve 35 eine weitere Kurve 36 dargestellt, die ihrer Natur nach Drehzahländerungen des Antriebsmotors 15 pro Zeiteinheit darstellt, wobei gemäß der Erfindung vorteilhaft über vier unmittelbar zurückliegende Zeitzyklen die Drehzahländerungen dn/dt (t) jeweils aufaddiert werden können. Es zeigt sich, dass zum Zeitpunkt t₂, der dem tatsächlichen Bewegungsbeginn einer anzutreibenden Fahrzeugscheibe 4 entspricht, die Kurve 36 (dn/dt) ein besonders ausgeprägtes Maximum aufweist, das schärfer ausgeprägt ist als das Minimum der Drehzahlkurve n(t). Hieraus ergibt sich, dass der Zeitpunkt t₂ des Bewegungsbeginns der Fahrzeugscheibe 4 auch und gegebenenfalls einfacher aus einer Kurve bestimmbar ist, in der aufsummierte oder integrierte Drehzahländerungen dn/dt dargestellt sind. Diese Kurve 36 stellt den Verlauf eines Veränderungsintegrals der Geschwindigkeitsgröße, nämlich der Winkelgeschwindigkeit, über jeweils vier unmittelbar zurückliegende Zeiteinheiten dar.
Zum Auslösen des Einklemmschutzes oder zur Bestimmung der Schwellwertfunktion 33, 34 und der Anfangspunktes kann der auf die beschriebene Weise bestimmte Zeitpunkt t₂ herangezogen werden. Es kann auch eine kombinierte Funktion herangezogen werden, die aus einer Summierung der Drehzahlkurve n(t) und der Veränderungsintegralkurve oder aus einer Differenz dieser beiden Kurven besteht, um anhand einer solchen kombinierten, besonders markant im Bereich des Zeitpunkts t₂ geformten Funktion den Bewegungsbeginn der Fahrzeugscheibe oder das Ende des Durchlaufens des Kompensationsweges detektieren zu können.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugtür
2: Fenster
3: Fensteröffnung
4: Fahrzeugscheibe
5: Fensterheber
6: Mitnehmer
7: Schließ-/Öffnungsrichtung
8: Antriebsseil
9, 10: Führungs-/Umlenkrolle
11: Seiltrommel
12a: Schneckenrad
12b: Schnecke
13: Antriebs-/Motorwelle
14: Lager
15: Antriebsmotor
16: Steuereinrichtung
17, 19: Leitung
18: Temperatursensor
20: Positionssensor
20a, b: Sensor
21: Ringmagnet
22: Positionsberechnungseinheit
23: Strommesseinrichtung
24: Leitung
25: magnetisch aktives Element
26: Pfeil/Bewegungsrichtung
27–29: Drehzahlverlaufskurven
30: Überschwinger
31: konstanter Bereich
32: Drehzahlmaximum
33, 34: Schwellwertfunktionen
35: Drehzahlkurve
36: Drehzahländerungen pro Zeit
A: Antriebsaggregat
I_1,2: Intensität/Strom
U_1,2,3: Versorgungsspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010013597 B3 [0003, 0005]
DE 10231450 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines elektromotorischen Antriebsaggregats (A) für ein antreibbares Verstellelement (4), insbesondere eines Fensterhebers (5), zur Einhaltung einer maximal zulässigen Einklemmkraft des Verstellelements (4), bei dem – der zurückgelegte Antriebsweg und/oder die Antriebszeit des Antriebsaggregats (A) laufend gemessen und in Abhängigkeit von der Temperatur oder einer temperaturabhängigen ersten Größe ein Kompensationsweg des Antriebsaggregats (A) ermittelt wird, – insbesondere zusätzlich in Abhängigkeit von der Temperatur oder einer temperaturabhängigen zweiten Größe ein Mindestveränderungsintegral einer Geschwindigkeitsgröße des Antriebsaggregats (A) ermittelt wird, – in Abhängigkeit von der Temperatur oder einer temperaturabhängigen dritten Größe eine Schwellwertfunktion (33, 34) als Funktion des Antriebsweges oder der Antriebszeit ermittelt wird, deren Funktionswerte eine jeweils maximal zulässige Antriebskraft repräsentieren und sich beginnend bei einem ersten höheren Anfangsschwellwert, der einem ersten Punkt im Anfangsbereich des Antriebsweges oder der Antriebszeit zugeordnet ist, im Verlauf des Antriebswegs oder der Antriebszeit einem zweiten niedrigeren Schwellwert annähern, – die Geschwindigkeitsgröße des Antriebsaggregats (A) laufend ermittelt und insbesondere zusätzlich deren Veränderungsintegral bestimmt wird, und – nach Durchlaufen des ermittelten Kompensationsweges und insbesondere zusätzlich dem Erreichen des ermittelten Mindestveränderungsintegrals der Geschwindigkeitsgröße die Antriebskraft oder eine diese repräsentierende Größe laufend ermittelt und gemäß der ermittelten Schwellwertfunktion überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zurückgelegte Antriebsweg des Antriebsaggregats (A) in Form eines Drehwinkels dessen Antriebswelle (13) oder einer anderen Welle eines Getriebes (12) des Antriebsaggregates (A) oder in Form des zurückgelegten Weges eines Schub- oder Zugelementes (8) des Antriebsaggregates (A) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel der Antriebswelle (13) oder einer anderen Welle eines Getriebes (12) des Antriebsaggregates (A) mittels magnetischer Wechselwirkung eines oder mehrerer an der jeweiligen Welle (13) oder einem mit dieser drehfest verbundenen Bauteil (21) vorgesehener, magnetisch aktiver Elemente (25) mit einem oder zwei ortsfesten magnetischen Sensor(en) (20a, 20b), insbesondere Hall-Sensor(en) oder magnetostriktiven Sensor(en), gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur mittels eines Temperatursensors (18), insbesondere eines Halbleitersensors, gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messwerten des laufend gemessenen zurückgelegten Antriebswegs laufend die Antriebsgeschwindigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Antriebsgeschwindigkeit auf Erreichen eines Geschwindigkeitsmaximums (32) überwacht und der Wert des Geschwindigkeitsmaximums (32) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsweg aus einem Messwert der Temperatur oder dem ermittelten Geschwindigkeitsmaximum (32) des Antriebsaggregats (A) mittels einer mathematischen Formel oder gespeicherter Kennlinienwerte ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mindest-Veränderungsintegral einer Geschwindigkeitsgröße des Antriebsaggregats (A) aus einem Messwert der Temperatur oder dem ermittelten Geschwindigkeitsmaximum (32) des Antriebsaggregats (A) mittels einer mathematischen Formel oder gespeicherter Kennlinienwerte ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwertfunktion (33, 34) für die Antriebskraft, insbesondere die diese repräsentierende Drehzahl, als Funktion des Antriebsweges aus einem Messwert der Temperatur oder dem ermittelten Geschwindigkeitsmaximum (32) des Antriebsaggregats (A) mittels einer mathematischen Formel oder gespeicherter Kennlinienwerte ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, – dass ein fester Parameter der Schwellwertfunktion (33, 34) für die Antriebskraft, insbesondere der diese repräsentierende Drehzahlschwellwertfunktion, aus einem Messwert der Temperatur oder dem ermittelten Geschwindigkeitsmaximum (32) des Antriebsaggregats (A) mittels einer mathematischen Formel oder gespeicherter Kennlinienwerte ermittelt wird, und – dass die Schwellwertfunktion (33, 34) durch Addition oder Subtraktion des festen Parameters und einer von einem ersten höheren Funktionswert am ersten Punkt im Anfangsbereich des Antriebsweges auf einen zweiten niedrigeren Funktionswert, insbesondere monoton, fallenden Korrekturfunktion gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion sich dem zweiten niedrigeren Funktionswert, insbesondere dem Funktionswert Null, asymptotisch, insbesondere in Form einer fallenden Exponentialfunktion, nähert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwertfunktion derart parametriert ist, dass die maximal zugelassene Einklemmkraft in Form der Differenz zwischen dem jeweiligen Schwellwertfunktionswert der Antriebskraft und der zum Bewegen des antreibbaren Elementes (4), insbesondere Fahrzeugfensters, benötigten Kraft über den Antriebsweg nach dem Durchlaufen des Kompensationsweges stetig zwischen 100 N und 60 N variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsgröße die Antriebsgeschwindigkeit ist und periodisch oder laufend Geschwindigkeitsänderungen der Antriebsgeschwindigkeit ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelte Geschwindigkeitsänderungen zur Ermittlung eines Veränderungsintegrals jeweils über einen bestimmten Zeitraum addiert oder integriert werden und der Wert des Veränderungsintegrals überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Antriebs beeinflusst wird, insbesondere derart, dass der Antrieb gestoppt, gebremst oder reversiert wird, wenn die Antriebskraft im Verlauf des Antriebswegs den Wert der Schwellwertfunktion übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskraft aus der gemessenen Antriebsgeschwindigkeit, insbesondere der Drehzahl des Antriebsmotors, oder einer gemessenen, von dem Antriebsmotor (15) aufgenommenen elektrischen Leistung oder aus dem gemessenen Motorstrom ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als diejenige die Antriebskraft repräsentierende Größe die Drehzahl des Antriebsmotors (15) direkt überwacht wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (16) zur Ansteuerung eines elektromotorischen Antriebsaggregats (A) eines Verstellelementes (4) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Fensterhebers (5), die mit einem Geschwindigkeitssensor (20a, 20b, 21, 25), insbesondere einem Drehzahlsensor, des Antriebsaggregats (A) verbunden und mit Mitteln zur Ermittlung der Temperatur aus dem Drehzahlverlauf versehen und/oder mit einem Temperatursensor (18) verbunden ist, und die auf eine Bedienanforderung hin in Abhängigkeit von der Temperatur eine zeitlich und/oder in Abhängigkeit vom Antriebsweg veränderliche Schwellwertfunktion (33, 34) der Antriebskraft des Antriebsaggregats (A) einstellt, bei deren Überschreitung der Antrieb abgeschaltet oder reversiert wird.