DE10325888B4

DE10325888B4 - Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung für ein fremdbetätigtes Stellglied

Info

Publication number: DE10325888B4
Application number: DE2003125888
Authority: DE
Inventors: Ping Ran
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2023-06-07
Also published as: DE10325888A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Verstelleinrichtung für ein fremdbetätigtes Stellglied, bei dem eine Steuereinheit, der eine Speichereinheit zugeordnet ist, eine Antriebseinheit ansteuert, um eine Verstellkraft für eine Schließ- oder Öffnungsbewegung zu erzeugen, wobei die Steuereinheit bei einer Schließbewegung jeweils in aktuellen Positionen einen Schließkraftverstellwert (Fhoch) ermittelt und diesen mit einen zuvor bei einer Öffnungsbewegung ermittelten korrespondierenden und in der Speichereinheit gespeicherten Öffnungskraftverstellwert (Fab) vergleicht und in Abhängigkeit dieses Vergleichs entschiedet, ob eine Überschusskraftbegrenzung (ÜKB) aktiviert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verstelleinrichtung für ein fremdbetätigtes Stellglied, bei dem eine Steuereinheit, der eine Speichereinheit zugeordnet ist, eine Antriebseinheit ansteuert, um eine Verstellkraft für eine Schließ- oder Öffnungsbewegung zu erzeugen.
Stand der Technik
Fremdbetätigte Stelleinrichtungen werden beispielsweise in der Fahrzeugtechnik für elektromechanisch betätigte Fensterheber seit langem eingesetzt. Das Öffnen bzw. Schließen von Fenstern wird vom Fahrer durch einen Tastendruck ausgelöst. Der Antriebsmotor des Fensterhebers bewegt die Fensterscheibe automatisch in die jeweilige Endposition. Aus Sicherheitsgründen ist es unbedingt erforderlich, dass bei einer Schließbewegung eine Sicherheitseinrichtung wirksam wird, die einen Personenschaden, der beispielsweise durch Einklemmen von Gliedmassen zwischen Fensterscheibe und Fensterrahmen verursacht werden kann, verhindert. Derartige Sicherheitseinrichtungen, sog. Überschusskraftbegrenzungen, zählen häufig bereits zur Grundausstattung von Kraftfahrzeugen und sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.
In der DE 33 03 590 A1 wird ein elektromotorisch angetriebener Fensterheber beschrieben, der eine Sicherheitsschaltung gegen das Einklemmen von Fingern und dergleichen bei der Fensterschließbewegung enthält. Die Sicherheitsschaltung umfasst einen Datenspeicher, in dem das Leistungs-Weg-Diagramm eines Bewegungsablaufs einer ungestörten Fensterschließbewegung gespeichert ist. Die Schaltung enthält ferner Mittel, um die in der Anfangsphase jeder Schließbewegung momentanen Leistungsbedarf zu ermitteln. Mit diesen Daten wird in einer Recheneinheit das gespeicherte Leistungs-Weg-Diagramm korrigiert. Diesem Leistungs-Weg-Diagramm ist eine Toleranzvorgabe zugeordnet. Wird diese Toleranzvorgabe überschritten, ist die Recheneinheit so programmiert, dass der Antriebsmotor still gesetzt bzw. umgepolt wird und seine Drehrichtung umgekehrt.
Um eine gleichbleibende Empfindlichkeit einer Sicherungsabschaltung einer fremdkraftbetätigten Schließeinrichtung zu gewährleisten, wird in der DE 100 44 312 A1 bei einer Schließbewegung fortlaufend eine Mittelung von Schließkräften durchgeführt und diese Referenz für die Abschaltfunktion verwendet.
Bei einem elektromotorisch betriebenen Fensterscheibenheber gibt es Sonderbetriebsfälle, bei denen die Überschusskraftbegrenzung deaktiviert werden muss. Um beispielsweise die Fensterscheibe in der Schließposition wind- und geräuschdicht in der Gummidichtung des Fensterrahmens zu positionieren, wird in einem Schließabstand von etwa vier Millimeter die Überschusskraftbegrenzung ausgeschaltet und die Fensterscheibe mit erhöhtem Anpressdruck in die Dichtung gepresst. Eine kurzzeitige Deaktivierung der Überschusskraftbegrenzung ist auch am Beginn jeder Verstellbewegung erforderlich, da der Antriebsmotor haftreibungsbedingt Losbrechmomente überwinden muss.
Eine Deaktivierung der Überschusskraftbegrenzung kann aber bei einem Schließvorgang zu einer Verletzungsgefahr führen, wenn im Antriebsstrang ein mechanisches Spiel vorhanden ist. In der Praxis ist ein mehr oder weniger großes Spiel bei jedem Fensterheber vorhanden. Es ist üblich, dass die Umsetzung der Rotationsbewegung des Antriebsmotors in eine Linearbewegung der Fensterscheibe durch ein Getriebe erfolgt. Das Getriebe kann beispielsweise eine mit einem Schneckenrad kämmende Schneckenwelle enthalten, das spielbehaftet ist. Die Übertragung auf das Führungsgestänge erfolgt meist über eine Seiltrommel, einem Bowdenzug und Führungsrollen. Auch diese Antriebsteile sind mit einem Spiel behaftet, das sich mit zunehmender Gebrauchsdauer vergrößert. Um den Anschlagstoß bei der Schließbewegung abfangen zu können, sind im Seilzug häufig Zugfedern angeordnet, die beim Start eines Bewegungsvorganges auch zu Schwingungen neigen.
Startet nun der Antriebsmotor aus einer spielbehafteten Startposition, so kann auf grund der beim Hochfahren kurzzeitig deaktivierten Überschusskraftbegrenzung und der kaum wirksamen Gegenkraft ein im Schließspalt befindliches Gliedmaß, beispielsweise eine Hand oder ein Finger, verletzen.
Elektrische Fensterheber, die bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, müssen anderseits auch robust ausgeführt sein, da sie stark schwankenden Betriebsbedingungen ausgesetzt sind. Der Fensterheber muss auch dann zuverlässig funktionieren, wenn das Fahrzeug über eine raue Fahrbahn fährt. Selbstverständlich muss die Schließposition auch bei der Fahrt wind- und geräuschdicht verschlossen bleiben.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Verstelleinrichtung für ein fremdbetätigtes Stellglied anzugeben, bei dem auch im Falle eines mechanischen Spiels im Antriebsstrang die Verletzungsgefahr reduziert wird, ohne dass dadurch die Robustheit der Stelleinrichtung sich verschlechtert.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit, bei einer ausgelösten Schließbewegung einen Vergleich zwischen einem Öffnungskraftverstellwert, der zuvor bei einer Öffnungsbewegung ermittelt wurde und einem aktuell ermittelten Schließkraftverstellwert durchführt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Antriebseinheit das Ende des mechani sche Spiels erkennt und aus dem Spiel nicht mit einer unangemessen hohen Kraftentwicklung startet. Dadurch verringert sich das Verletzungsrisiko, da es nicht zu unzulässig hohen Einklemmkräfte im Schließspalt kommt. Da die Ermittlung der Schließ- und der Öffnungskräfte fortlaufend durch die Steuerung des Antriebs, in der Regel bei jeder Scheibenbewegung durchgeführt wird, adaptiert sich das Antriebssystem auch an unterschiedliche Gegebenheiten in der Scheibenführung. Der Einfluss von Temperatur und Feuchte auf die Reibungsverhältnisse zwischen Fensterscheibe und Gummi werden dadurch erfasst. Ist beispielsweise die Führung der Fensterscheibe in der Gummidichtung auf Grund von Verschmutzung oder bedingt durch Vereisung besonders schwergängig, so passt sich die Versteileinrichtung an diese aktuell vorherrschenden Betriebsbedingungen an. Ferner erkennt das Antriebssystem auch eine Vergrößerung des mechanischen Spiels, die sich häufig nach einer langen Betriebsdauer einstellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aktiviert die Steuereinheit die Überschusskraftbegrenzung, wenn der Schließkraftverstellwert größer oder gleich dem Öffnungskraftverstellwert ist. Dieser Betriebsfall entspricht einem Schließvorgang, der aus einer Position startet, die zuvor durch eine Abwärtsbewegung der Fensterscheibe angefahren wurde. In diesem Fall liegt zu Beginn der Schließbewegung das volle mechanische Spiel vor. Da das Antriebssystem die zu dieser Position gehörenden tatsächlichen und zurückliegenden Verstellkräfte berücksichtigt, ist ausgeschlossen, dass auf Grund des vorhandenen Spiels unzulässig hohe Einklemmkräfte im Spalt zwischen Fenster und Rahmen auftreten können.
Startet der Antrieb aber aus einer Position, die innerhalb eines oberen und unteren Grenzwertes des mechanischen Spiels liegt, so ist der ermittelte Öffnungskraftverstellwert sehr klein. Um in diesem Fall ein unerwünschtes Öffnen der Fensterscheibe zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuereinheit in diesem Fall den Vergleich mit ei nem, durch Parameter des Steuerungsprogramms vorgebbaren, Öffnungskraftverstellgrenzwert durchführt.
Für den Fall, dass der Öffnungskraftverstellwert größer als der Schließkraftverstellwert ist, wird von der Steuerung die Überschusskraftbegrenzung dann aktiviert, wenn eine maximale Spielbegrenzung überschritten wird. Durch diese Maßnahme wird ausgeschlossen, dass die Überschusskraftbegrenzung zu spät aktiviert wird. Dadurch wird die Verletzungsgefahr reduziert. Die maximale Spielbegrenzung ist durch Parameter im Programm der Steuerung vorgebbar.
Die Ermittlung eines Schließkraftverstellwertes bzw. Öffnungskraftverstellwertes kann sehr einfach unter Verwendung eines Positionssignals der Antriebseinheit erfolgen. Ein entsprechend programmierter Mikroprozessor kann aus Signalen einer Rotorpositionserfassung und vorgegeben Antriebsparametern aktuelle Verstellkräfte berechnen.
Hierbei ist es günstig wenn das Positionssignal durch einen mit der Antriebseinheit gekoppelten Impulsgeber gewonnen wird.
Wenn die Steuereinheit die Schließkraftverstellwerte und die Öffnungskraftverstellwerte in äquidistanten Punkten der Verstellstrecke ermittelt, liegt stets eine vollständige und aktuelle Information über eine Stellbewegung vor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand eines elektromotorisch betriebenen Fensterhebers für ein Kraftfahrzeug unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
In dieser zeigen:
1 ein Schließkraft-Szenario bei einem Hindernis im Schließspalt ohne mechanisches Spiel.
2 ein Schließkraft-Szenario bei dem der Antrieb in einem Spiel startet und auf ein Hindernis im Schließspalt aufläuft.
3 ein Schließkraft-Szenario bei dem der Antrieb in einer Zwischenlage im mechanischen Spiel startet und gegen ein Hindernis im Schließspalt anläuft.
4 ein Schließkraft-Szenario bei dem der Antrieb gegen einen erhöhten Widerstand die Schließbewegung durchführt.
5 eine Kraftfahrzeugtür mit teilweise geöffneter Fensterscheibe zu dem in 1 dargestellten Schließkraft-Szenario; durch Pfeile ist symbolisch angedeutet, auf welche Art und Weise die Ausgangslage für die Schließposition angefahren wurde.
6 eine Kraftfahrzeugtür mit teilweise geöffneter Fensterscheibe zu den in den 2 bis 4 dargestellten Schließkraft-Szenarien; durch Pfeile ist symbolisch angedeutet, auf welche Art und Weise die Ausgangslage für die Schließposition angefahren wurde.
Ausführung der Erfindung
In den 1 bis 4 ist jeweils die Motorkraft und die Position der Fensterscheibe qualitativ in Abhängigkeit der Zeit skizziert. Das Antriebssystem ermittelt die Motorkraft Fhoch (F_ACT) und Fab indirekt aus einem Messsignal eines Inkremen talgebers und aus Motorparametern, welche dem Programm der Steuereinheit durch eine Initialisierung vorgegeben werden. Die in der Speichereinheit gespeicherten Öffnungskraftverstellwerte Fab sind mit F_RF bezeichnet. Der Positionsverlauf ist durch die Kurve ACT_POS dargestellt.
Die Steuereinheit kann beispielsweise in Form eines Ein-Chip-Mikrocontrollers realisiert sein. Der Inkrementalgeber kann optoelektronisch arbeiten, oder durch Hall-Sensoren gebildet sein.
Die 1 zeigt den Ablauf für eine Fensterscheibe, welche in einer in 5 skizzierten Aufwärtsbewegung auf ein im Spalt befindliches Hindernis trifft. Wie die Pfeile in 5 symbolisieren, erfolgt die Annäherung an das Hindernis im Schließspalt durch eine Schließbewegung die ruckweise angefahren wurde. Der Motor wird im Zeitpunkt t1 gestartet. Die Überschusskraftbegrenzung (ÜKB) ist eingeschaltet. Im Zeitpunkt t2 erkennt das Antriebssystem das zwischen Fensterrahmen und Fensterscheibe eingeklemmte Hindernis. Da die Überschusskraftbegrenzung (ÜKB) aktiv ist, wird die Drehrichtung des Motors aufgrund der erkannten Gegenkraft F reversiert; der Fensterheber öffnet die Fensterscheibe.
Die 2 zeigt das Ablauf-Szenario eines Schließvorgangs eines Fensterscheibenhebers mit einem mechanischen Spiel im Antriebsstrang. Wie in 6 symbolisch durch einen Pfeil angedeutet, wird die Position der Fensterscheibe von unten angefahren und die Schließbewegung nach einem kurzzeitigen Absenken im mechanischen Spiel des Antriebs gestoppt. Wie aus dem Diagramm in 2 zu ersehen ist, wird im Zeitpunkt t1 der Motor aus dieser Position (die im mechanischen Spiel liegt) in Schließrichtung gestartet. Im Punkt B führt die Steuerung gemäß der Erfindung einen Vergleich durch und prüft, ob der Schließkraftverstellwert größer oder gleich dem Öffnungskraftverstellwert ist. Da dies vorliegend der Fall ist, wird die Überschusskraftbegrenzung (ÜKB) im Zeitpunkt t2 aktiviert. Zum Zeitpunkt t3 steigt die vom Motor generierte Verstellkraft stark an, da die Fensterscheibe im Schließspalt auf das Hindernis trifft und das Antriebssystem die erhöhte Klemmkraft erkennt und die Drehrichtung des Motors umkehrt. Die Drehrichtungsumkehr bildet sich im Spitzenwert der Motorkraft F_ACT in 2 ab. Die Fensterscheibe bewegt sich anschließend in Richtung Öffnen.
Die 3 zeigt ein zu 2 ähnliches Ablauf-Szenario eines Schließvorgangs. Auch hier ist im Antriebsstrang ein mechanisches Spiel vorhanden. Im Unterschied zu 2 erfolgt hier aber das Absenken der Fensterscheibe so, dass die Abwärtsbewegung der Scheibe am unteren Maximalwert des mechanischen Spieles stoppt. Die Ausgangsposition der Fensterscheibe wird wie in 6 durch Pfeile symbolisiert angefahren. Wird nun aus dieser Position eine Aufwärtsbewegung eingeleitet, so hat der Antrieb im vorliegenden Fall das volle mechanische Spiel vor sich. Zum Zeitpunkt t1 wird der Schließvorgang ausgelöst. Gemäß der Erfindung führt die Steuerung im Zeitpunkt t2 einen Vergleich zwischen einem ermittelten Schließkraftverstellwert und einem zuvor bei einer Abwärtsbewegung der Scheibe ermittelten Öffnungskraftverstellwert durch. Auch hier ist der Schließkraftverstellwert größer dem Öffnungskraftverstellwert und die Überschusskraftbegrenzung (ÜKB) wird aktiviert. Der Antrieb läuft in Schließrichtung weiter bis er zum Zeitpunkt t3 auf einen erhöhten Widerstand trifft. Da die Überschusskraftbegrenzung (ÜKB) in diesem Zeitpunkt bereits aktiviert ist, wird die Drehrichtung des Motors umgekehrt und die Fensterscheibe läuft in die Richtung der Öffnungsstellung.
In 4 ist ein Ablauf-Szenario dargestellt, bei dem eine sich abwärts bewegende Fensterscheibe gegen einen erhöhten Widerstand, beispielsweise hervorgerufen durch eine Verschmutzung oder durch ein kurzzeitiges Klemmen in der Scheibenführung, und anschließend auf das Hindernis im Spalt trifft. In diesem Fall ist der von der Steuerung ermittelte Öffnungskraftverstellwert größer als ein mit dieser Position korrespondierender Schließkraftverstellwert. In diesem Fall wird gemäß der Lehre des Patentanspruchs 4 die Überschusskraftbegrenzung (ÜKB) dann aktiviert, wenn eine durch das Programm der Steuerung vorgebbare maximale Spielbegrenzung überschritten wird. Dieser Grenzwert des Spiels ist im Zeitpunkt t2 der 4 erreicht. Der weitere Ablauf entspricht im Wesentlichen dem unter 3 Gesagten. Die Fensterscheibe wird in Richtung Schließposition bewegt und trifft zum Zeitpunkt t3 wieder auf das im Spalt zwischen Fensterrahmen und Fensterscheibe befindliche Hindernis. Auch hier wird der Antrieb durch die bereits aktive Überschusskraftbegrenzung (ÜKB) reversiert und die Scheibe beginnt mit einer Öffnungsbewegung.
Der Gegenstand der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung in Fahrzeugen beschränkt, sondern auch in anderen technischen Gebieten anwendbar, wie beispielsweise für Tore in Hallen oder Räumen, Einfriedungen oder Fahrstühlen oder bei Schutzvorrichtungen von Maschinen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Verstelleinrichtung für ein fremdbetätigtes Stellglied, bei dem eine Steuereinheit, der eine Speichereinheit zugeordnet ist, eine Antriebseinheit ansteuert, um eine Verstellkraft für eine Schließ- oder Öffnungsbewegung zu erzeugen, wobei die Steuereinheit bei einer Schließbewegung jeweils in aktuellen Positionen einen Schließkraftverstellwert (Fhoch) ermittelt und diesen mit einen zuvor bei einer Öffnungsbewegung ermittelten korrespondierenden und in der Speichereinheit gespeicherten Öffnungskraftverstellwert (Fab) vergleicht und in Abhängigkeit dieses Vergleichs entschiedet, ob eine Überschusskraftbegrenzung (ÜKB) aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Überschusskraftbegrenzung aktiviert, wenn der Schließkraftverstellwert (Fhoch) größer oder gleich dem Öffnungskraftverstellwert (Fab) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle, dass der Öffnungskraftverstellwert (Fab) kleiner als ein Öffnungskraftverstellgrenzwert (Fabgrez) ist, die Steuereinheit den Vergleich mit diesem Öffnungskraftverstellgrenzwert (Fabgrez) durchführt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle dass der Öffnungskraftverstellwert (Fab) größer als der Schließkraftverstellwert (Fhoch) ist, die Überschusskraftbegrenzung (ÜKB) aktiviert wird, wenn eine vorgebbare maximale Spielbegrenzung überschritten wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit bei der Ermittlung des Schließkraftverstellwertes bzw. des Öffnungskraftverstellwertes ein Positionssignal der Antriebseinheit verwendet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionssignal durch einen mit der Antriebseinheit gekoppelten Impulsgeber gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung eines Schließkraftverstellwertes und eines Öffnungskraftverstellwertes in äquidistanten Positionen einer Schließ- oder Öffnungsbewegung durchgeführt wird.