DE19806099A1 - Verfahren zum Betreiben eines Lagesensors - Google Patents

Description

Stand der Technik

Aus der DE-OS 42 32 950 ist eine Vorrichtung zur Lageregelung eines bewegbaren Teils mit einer elektromotorischen Antriebseinheit bekannt, die durch eine signalverarbeitende Anordnung gesteuert wird. In der Antriebseinheit ist ein inkrementeller Lagesensor zur Bestimmung der Ist-Position des bewegbaren Teils angeordnet. Der inkrementelle Lagesensor besteht aus einem auf einer Motorankerwelle angeordneten Magnetrad mit mehreren unterschiedlich magnetisierten Segmenten sowie gestellfest angeordneten Magnetfeldsensoren als Signalaufnehmern, die die am jeweiligen Ort des Magnetfeldsensors vorherrschende Magnetisierung in Nord- oder Südrichtung in Signale mit zwei unterschiedlichen Pegeln umwandeln. Zwischen zwei Pegelwechseln eines der Magnetfeldsensoren findet eine Relativbewegung des Magnetrades zum Magnetfeldsensor in der Größe eines Segmentes statt. Durch Zählung der unterschiedlichen aufeinanderfolgenden Pegel und Inkrementierung oder Dekrementierung des Zählers abhängig von der Drehrichtung der Motorankerwelle wird die Ist-Position des Stellteils relativ zu einer Kalibrierposition ermittelt.

Wird die Energieversorgung der Magnetfeldsensoren etwa aus Gründen der Energieeinsparung abgeschaltet, wenn die Motorankerwelle ruht, können Fehlzählungen auftreten. Dadurch wird die inkrementelle Bestimmung der Stell­ teil-Istposition fehlerhaft, so daß eine Rekalibrierung der Positionsermittlung erforderlich wird.

Vorteile der Erfindung

Das Verfahren nach Anspruch 1 hat den Vorteil, daß Änderungen des Pegels auch bei dem Außerbetriebsetzen des Magnetfeldsensors, etwa durch Abschalten seiner Energieversorgung, korrekt erfaßt werden. Aufgrund einer bei vielen Magnetfeldsensoren auftretenden Schalthysterese entspricht der abgegebene Pegel bei sehr kleinen Komponenten der Magnetfeldstärke in der vom Magnetfeldsensor erfaßten Raumrichtung nach einem Vorzeichenwechsel nicht dem tatsächlichen Vorzeichen der Komponente, sondern bis zum Überschreiten einer spezifischen Feldstärkenschwelle dem inversen Vorzeichen, also dem Vorzeichen, das die Komponente vor dem Vorzeichenwechsel hatte.

Ein solcher Vorzeichenwechsel tritt ein, wenn sich ein Übergangsbereich (der einen Hysteresebereich bedingt) unterschiedlich magnetisierter Abschnitte des ersten Teils an dem Magnetfeldsensor vorbeibewegt. Wird die Relativbewegung des ersten Teils zum zweiten Teil in dem Hyteresebereich gestoppt und der Magnetfeldsensor außer Betrieb gesetzt, so wird unter Umständen vor dem Außerbetriebsetzen ein falscher Pegel abgegeben. Bei Wiederinbetriebnahme des Magnetfeldsensors fehlt der Hystereseeffekt, und der Pegel wird richtig, dem wahren Vorzeichen der Magnetfeldkomponente entsprechend, abgegeben. Aufgrund dieses Effektes bleibt ein magnetisierter Abschnitt des ersten Teils in der Erfassung durch den Magnetfeldsensor unberücksichtigt, und die aus der Erfassung abgeleiteten Größen sind fehlerbehaftet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, derartige Schalthysteresen bei Außerbetriebsetzen des Magnetfeldsensors zu detektieren. Bei der Auswertung der Pegel kann eine adäquate Reaktion darauf erfolgen, da ermittelt werden kann, ob der Pegelwechsel gültig ist, d. h. auf die Änderung des Magnetfeldes aufgrund der Bewegung des ersten Teils relativ zum zweiten Teil zurückzuführen ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.

Wird ein gültiger Pegelwechsel bei einem Außerbetriebsetzen des wenigstens einen Magnetfeldsensors festgestellt, so wird vorteilhaft die durch die signalverarbeitende Anordnung bestimmte relative Lage des ersten zum zweiten Teil entsprechend dem Pegelwechsel korrigiert. Insbesondere bei inkrementeller Erfassung der Abschnitte, also relativ zu vorangegangenen Erfassungen, können sich die Fehlerfassungen durch Außerbetriebsetzen des Magnetfeldsensors in einem Hysteresebereich bei häufiger Abschaltung addieren und zu beträchtlichen Abweichungen bei der Lagebestimmung führen, was in der Regel nicht tolerabel ist. Durch die vorgeschlagene Korrektur kann der zusätzliche Aufwand einer fest installierten Absolutwert-Lagebestimmung unterbleiben.

Die Auswertung der Pegel des Magnetfeldsensors zur Lagebestimmung kann besonders einfach erfolgen, wenn die Wechsel der Pegel erfaßt und bei einem Pegelwechsel ein Zähler abhängig von der relativen Bewegungsrichtung des ersten zum zweiten Teil inkrementiert oder dekrementiert, d. h. um eins erhöht oder erniedrigt wird. Der Zähler repräsentiert dann die relative Position des bewegten Teils zu einer Ausgangsposition und kann für eine inkrementelle Lagebestimmung ausgewertet werden. Die Pegelwechsel können durch einen oder mehrere einfache digitale Zähler der signalverarbeitenden Anordnung, oder auch programmgesteuert gezählt werden.

Der Einsatz von zwei Magnetfeldsensoren, die das Magnetfeld des ersten Teils erfassen, bietet den Vorteil einer Redundanz der Lagebestimmung. Bei bestimmten geometrischen Konfigurationen der Abschnitte und der Magnetfeldsensoren ergibt sich darüber hinaus die Möglichkeit, daß die Bewegungsrichtung der beiden Teile zueinander durch Auswertung der Phasenverschiebung der Pegel der beiden Magnetfeldsensoren bestimmt wird.

Die Verwendung zweier Magnetfeldsensoren ermöglicht unter bestimmten Umständen auch auf einfache Weise die Erkennung von Fehlern bei der Bestimmung der relativen Lage der beiden Teile zueinander. Wenn die Abstände der Grenzen der magnetisierten Abschnitte nicht dem Abstand der beiden Magnetfeldsensoren entsprechen, und bei beiden Magnetfeldsensoren während des Außerbetriebsetzens ein Pegelwechsel aufgetreten ist, wird die bestimmte Lage der beiden Teile zueinander als ungültig angesehen. Dieser Fall kann unter den genannten Voraussetzungen nämlich nur dann auftreten, wenn eine Verstellung durch äußeren Eingriff erfolgt ist oder Fehler in der Auswertelogik aufgetreten sind. Da die Magnetfeldsensoren außer Betrieb waren, ist nicht mehr sichergestellt, daß die inkrementell ermittelte Lage die tatsächliche Lage der beiden Teile zueinander angibt. Als Reaktion kann eine Neukalibrierung der inkrementellen Lagebestimmung vorgesehen sein. Ist dagegen bei genau einem der beiden Magnetfeldsensoren ein Pegelwechsel aufgetreten, wird vorteilhaft eine Positionskorrektur entsprechend dem angenommenen gültigen Pegelwechsel vorgenommen. In diesem Fall ist mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Schalthysterese bei dem Magnetfeldsensor, dessen Pegel gewechselt hat, auszugehen.

Vorzugsweise findet das Verfahren Anwendung, wenn der Lagesensor in einer elektromotorischen Motor-Getriebe-An­ triebseinheit, insbesondere zur Verstellung von Stellteilen in Kraftfahrzeugen wie Fenstern und Schiebe- Hebe-Dächern, angeordnet ist. Das erste Teil des Lagesensors ist als Magnetrad auf der Motorankerwelle drehfest befestigt, während das zweite Teil beispielsweise in Form einer Elektronikplatine mit einem Magnetfeldsensor gestellfest an einem Gehäuse der elektromotorischen Antriebseinheit angeordnet ist, und der Lagesensor die Rotation des Magnetrades und damit der Motorankerwelle relativ zum Stator des Motors bestimmt. Denkbar ist auch die stationäre Anordnung des ersten Teils als Magnetgeber an dem Gehäuse der Antriebseinheit und ein mit der Motorankerwelle rotierender Magnetfeldsensor. Insbesondere bei abgeschaltetem Stromgenerator müssen die Magnetfeldsensoren, die einen hohen Energieverbrauch haben, außer Betrieb gesetzt werden, um die Batterie des Kraftfahrzeugs zu schonen. Das Verfahren stellt in diesem Fall sicher, daß die Lagesensoren korrekt arbeiten.

Besonders vorteilhaft ist das Betreiben des Lagesensors gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn aus der Rotation der Motorankerwelle relativ zum Stator des Motors die Position des von der Antriebseinheit bewegten Stellteils ermittelt wird. Während bislang zur Rekalibrierung der Position Mikroschalter an Endanschlägen des Stellteils oder andere Mittel zur Absolutpositionsbestimmung vorgesehen waren, kann die Zahl von Fehlzählungen deutlich vermindert werden. Dadurch sind weniger Rekalibrierläufe erforderlich, und anstelle der Rekalibrierung durch Mikroschalter können andere, weniger aufwendig umzusetzende Verfahren zur Rekalibrierung angewendet werden. Denkbar ist etwa die Rekalibrierung durch Bewegung gegen einen Endanschlag und Erfassung des Motorstroms. Unter Umständen kann die Rekalibrierung auch ganz entfallen. Falls dennoch weiterhin Mikroschalter verwendet werden müssen, unterliegen diese geringerem Verschleiß und haben höhere Standzeiten. Außerdem wird der Bedienkomfort erhöht, da der Zeitaufwand für die Rekalibrierung deutlich gesenkt wird.

Ferner ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens günstig, wenn die Pegel zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung und/oder der Bewegungsrichtung der Bewegung des ersten und zweiten Teils relativ zueinander und/oder einer über das bewegte Teil übertragenen Kraft ausgewertet werden. Da Lageänderungen vom Lagesensor genauer erfaßt und diese Größen von den Lageänderungen der Teile zueinander abhängen, ist der Fehler bei ihrer Bestimmung kleiner.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einer Weiterbildung eine sehr genaue Positionierung der Teile zueinander auf die Positionen, die durch die Hysteresebereiche zwischen den magnetisierten Abschnitten des ersten Teils vorgegeben sind, indem die Teile wiederholt um im Vergleich zur Größe der Hysteresebereiche kleine Schritte zueinander bewegt werden, der wenigstens eine Magnetfeldsensor außer Betrieb und nach einer vorgebbaren Zeitspanne wieder in Betrieb gesetzt wird, solange, bis der vor dem Außerbetriebsetzen gespeicherte Pegel des Magnetfeldsensors nicht mehr mit dem nach dem Wiederinbetriebsetzen abgegebenen Pegel übereinstimmt. In diesem Fall erfaßt der Magnetfeldsensor einen Hysteresebereich des ersten Teils. Bei n unterschiedlich magnetisierten Abschnitten auf einem rotierendem Magnetrad gibt es n Hysteresebereiche; bei Verwendung von m Magnetfeldsensoren können damit bis zu n_*m Positionen mit hoher Genauigkeit, die die normale Auflösung des Lagesensors weit übersteigt, eingestellt werden. Während die Auflösung normalerweise nicht besser als die Größe eines magnetisierten Abschnittes ist, liegt sie hier in der Größenordnung des Hysteresebereiches, der in der Regel deutlich kleiner ist.

Die Bewegung der Teile zueinander um im Vergleich zur Größe der magnetisierten Abschnitte kleine Schritte kann beispielsweise durch sehr kurze Betriebsimpulse der die Teile antreibenden Vorrichtung bewirkt werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung beruht auf der erfinderischen Erkenntnis, daß es bei dem Außerbetriebsetzen des wenigstens einen Magnetfeldsensors durch Abschaltung seiner Energieversorgung je nach Zustand der Sensorausgänge zu einem Pegelwechsel kommen kann, der jedoch nicht auf einem tatsächlichen Vorzeichenwechsel am Ort des Sensors beruht. Vielmehr ist dieser Pegelwechsel auf Schwingungen, ausgelöst durch die Abschaltung und kapazitive und induktive Widerstände der Ansteuerelektronik oder der Lagesensoren selbst zurückzuführen. Dieser Effekt tritt insbesondere auf, wenn die Magnetfeldsensoren, beispielsweise Hallsensoren, sogenannte Open-Kollektor-Ausgänge aufweisen. Erfindungsgemäß werden deshalb während eines Außerbetriebsetzens des Magnetfeldsensors bei Stillstand des ersten Teils zum zweiten Teil die Pegel, die der signalverarbeitenden Anordnung von dem Magnetfeldsensor zugeführt werden, als ungültig gewertet und beispielsweise in der inkrementellen Lagebestimmung nicht berücksichtigt. Damit ist sichergestellt, daß nur solche Pegelwechsel gezählt werden, die auf eine Bewegung des Magnetrades zurückgehen.

In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens wird die signalverarbeitende Anordnung programmgesteuert betrieben. Bei einem Pegelwechsel wird der normale Programmbetrieb, der vorzugsweise durch einen Mikrocontroller in der signalverarbeitenden Anordnung ausgeführt wird und neben der Lagebestimmung diverse andere Aufgaben umfassen kann, unterbrochen und ein Unterbrechungs-Unterprogramm ausgeführt (Interrupt), in dem der Pegelwechsel ausgewertet wird. Nach Auswertung des Pegelwechsels wird der normale Programmbetrieb wieder aufgenommen. Durch die Trennung von normalem Programmbetrieb und Auswertung der Pegelwechsel im Unterbrechungs-Unterprogramm ist die Auswertung der gültigen Pegelwechsel sichergestellt; auch während der Bearbeitung komplexer Programmteile geht kein gültiger Pegelwechsel verloren. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren leicht im Unterbrechungs-Unterprogramm implementiert werden.

Eine besonders einfache Ausführungsform dieses Verfahrens sieht vor, daß vor dem Außerbetriebsetzen des Magnetfeldsensors eine Kennung gesetzt wird, daß die Kennung nach dem Wiederinbetriebsetzen rückgesetzt wird, und daß ein Pegelwechsel bei gesetzter Kennung nicht ausgewertet wird. Das Unterbrechungs-Unterprogramm prüft, ob eine Kennung gesetzt ist, und berücksichtigt den Pegelwechsel abhängig davon, ob die Kennung gesetzt ist, als gültig oder ungültig. In letzterem Fall wird der Pegelwechsel nicht in einer inkrementellen Positionsbestimmung berücksichtigt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und in Verbindung mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel.

Zeichnung

Es zeigen die Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, Fig. 2a und 2b ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Fig. 2a und 2b und die Fig. 4a bis 4c Ablaufdiagramme einer zweiten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Vorrichtung umgesetzt, die in der Fig. 1 dargestellt ist. Eine elektromotorische Antriebseinheit 10 mit einem Elektromotor 12 treibt über ein Getriebe 14 ein Stellteil 16 an. Bei dem Stellteil kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahr­ zeug-Schiebe-Hebe-Dach, ein Kraftfahrzeugfenster, eine Sitzverstellung, eine Spiegelverstellung, eine Lüftungsklappe z. B. in Klimaanlagen handeln oder dergleichen. Der Elektromotor 12 weist eine Motorankerwelle 13 auf, die relativ zum Stator 11 des Elektromotors 12 rotiert. Eine signalverarbeitende Anordnung 20 steuert und/oder regelt den Elektromotor 12 nach Maßgabe von Stellbefehlen, die von einem Bedienelement 22 vorgegeben werden, über eine Treiberschaltung 18. Die Treiberschaltung 18 versorgt den Elektromotor 12 mit Energie und beeinflußt seine Geschwindigkeit durch Änderung der Energiezufuhr, beispielsweise durch Taktung, sowie seine Drehrichtung nach Maßgabe eines von der signalverarbeitenden Anordnung 20 übermittelten Steuersignals 24.

Der Elektromotor 12 weist einen Lagesensor 26 aus einem ersten Teil 28, das auf der Motorankerwelle 13 des Elektromotors 12 drehsteif angeordnet ist, und einem zweiten Teil 30 in Form einer Elektronikplatine auf, die ebenso wie der Stator 11 an einem nicht näher dargestellten Motorgehäuse angeordnet ist.

Das erste Teil 28 ist als Magnetrad ausgebildet, das zwei in unterschiedlichen Richtungen magnetisierte Abschnitte 28a und 28b hat. In den Übergangsbereichen zwischen den magnetisierten Abschnitten 28a und 28b befinden sich Hysteresebereiche 29. Auf der Elektronikplatine 30 als zweitem Teil sind zwei Hall-Sensoren 32 und 34 als Magnetfeldsensoren in einem Winkel von 90° in Umfangsrichtung des Magnetrades 28 angeordnet. Die Hall-Sensoren 32, 34 erzeugen Sensorsignale 36, 38 mit Pegeln abhängig vom Vorzeichen der Komponente des Magnetfeldes in einer Raumrichtung, die durch die Flächennormale von Sensorflächen der Hall-Sensoren 32, 34 vorgegeben ist. Ein Vorzeichenwechsel der Magnetfeldkomponenten in Richtung der Flächennormale findet statt, wenn sich einer der beiden Hysteresebereiche 29 an einem Hallsensor 32, 34 vorbeibewegt. Die Sensorsignale 36, 38 sind über eine Eingangsschnittstelle 39 der signalverarbeitenden Anordnung 20 zugeführt. Beide Hall-Sensoren 32, 34 werden von einer Sensortreiberschaltung 42 über Leitungen 44, 46 mit Energie versorgt. Die signalverarbeitende Anordnung 20 beeinflußt die Sensortreiberschaltung 42 über ein Betriebssignal 48 und vermag die Hall-Sensoren 32, 34 durch Abschaltung ihrer Energiezufuhr außer Betrieb und wieder in Betrieb zu setzen.

Die in der Fig. 1 gezeigte Vorrichtung arbeitet nach dem in den Fig. 2a und 2b in Form eines Flußdiagramms dargestellten Verfahren zum Betreiben des Lagesensors 26. In der Fig. 2a ist dargestellt, wie der Lagesensor 26 zur Erfassung der Lage des Magnetrades 26 relativ zu der Elektronikplatine 30 und damit zum Stator 11 des Elektromotors 12 betrieben wird: Von der signalverarbeitenden Anordnung werden die Pegel der Sensorsignale 36, 38 über die Eingangsschnittstelle 39 im Schritt 51 des Verfahrens eingelesen. Im Schritt 53 wird von der Eingangsschnittstelle 39 überprüft, ob sich einer der beiden Pegel geändert hat. Dies ist der Fall, wenn sich das Magnetrad 28 relativ zu den Hallsensoren 32, 34 bewegt und ein Vorzeichenwechsel der von dem betroffenen Hallsensor erfaßten Magnetfeldkomponente stattgefunden hat. Dann löst die Eingangsschnittstelle 39 eine Unterbrechung des normalen Programmbetriebs des Mikrocontrollers 21 in der signalverarbeitenden Anordnung 20 (Interrupt) im Schritt 55 aus, indem sie einen H-Pegel an einen IRQ-Eingang des Mikrocontrollers 21 legt. Der Mikrocontroller 21 führt im Schritt 56 ein Unterbrechungs-Unterprogramm aus, bei der ein dem betroffenen Hallsensor 32 oder 34 zugeordneter Zähler von der signalverarbeitenden Anordnung 20 abhängig von der Drehrichtung des Elektromotors 12 inkrementiert oder dekrementiert wird. Nach Beendigung der Auswerteroutine nimmt der Mikrocontroller 21 in der signalverarbeitenden Anordnung 20 den normalen Programmbetrieb an der Stelle wieder auf, an der er zuvor durch das IRQ-Signal unterbrochen wurde. Das Verfahren verzweigt wieder zum Schritt 51.

Die den Hallsensoren 32, 34 zugeordneten Zähler sind als Variablen in einem Speicher 47 der signalverarbeitenden Anordnung 20 realisiert. Der Zählerstand ist normiert auf eine Kalibrierlage des Magnetrades 28, die einem Endanschlag des Stellteils 16 entspricht. Damit repräsentiert der Zählerstand die Lage des Magnetrades 28 zu den gestellfest an der elektromotorischen Antriebseinheit angeordneten Hallsensoren 32, 34, und damit der Motorankerwelle 13 zum Stator 11 des Elektromotors 12. Durch den Lagesensor 26 wird somit die Rotation der Motorankerwelle 12 erfaßt. Ferner wird durch Auswertung der Zähler die Position des Stellteils 16 bestimmt.

Um die Leistungsaufnahme der Antriebseinheit 10 klein zu halten, werden die Hallsensoren ggf. nach Ablauf einer Wartezeit bei Stillstand der Motorankerwelle 12 nach dem in der Fig. 2b dargestellten Verfahren außer Betrieb gesetzt. Im Schritt 57 werden die von den beiden Hallsensoren 32, 34 abgegebenen Pegel über die Eingangsschnittstelle 39 eingelesen und in dem Speicher 47 der signalverarbeitenden Anordnung 20 abgespeichert. Im Schritt 59 wird die Sensortreiberschaltung 42 von der signalverarbeitenden Anordnung 20 über das Betriebssignal 48 zum Abschalten der Energieversorgung der Hallsensoren 32 und 34 veranlaßt.

Die Energieversorgung der Hallsensoren 32 und 34 wird im Schritt 60 wieder eingeschaltet, wenn eine Aufweckbedingung erfüllt ist, beispielsweise wenn der Motor wieder in Betrieb genommen werden soll. Im Schritt 61 werden von der signalverarbeitenden Anordnung 20 die von den Hallsensoren 32, 34 nach der Wiederinbetriebnahme abgegebenen Pegel erneut erfaßt und eingelesen. Im Schritt 62 werden jeweils die gespeicherten und die erneut erfaßten Pegel für beide Hallsensoren 32 und 34 miteinander verglichen. Stimmen der erfaßte und der gespeicherte Pegel bei dem Hallsensor 32 und dem Hallsensor 34 nicht überein, verzweigt das Verfahren zum Schritt 67. Da die Segmente 28a und 28b jeweils 180° groß sind, die Hallsensoren 32, 34 jedoch mit einem Winkel von 90° in Umfangsrichtung angeordnet sind, kann dieser Fall nur bei einer Störung auftreten, da sich nicht beide Hallsensoren 32 und 34 gleichzeitig in einem Hysteresebereich 29 des Magnetrades 28 befinden können. Die Störung kann beispielsweise durch eine mechanische Zwangsverstellung während des Außerbetriebsetzens der Hallsensoren 32, 34 verursacht sein; denkbar ist aber auch der Einfluß von Störungen bei der Pegelauswertung. Unabhängig von der Ursache muß in diesem Fall von der Entnormierung der Lagebestimmung ausgegangen werden. Deshalb wird im Schritt 67 eine Kalibrierung der Positionserfassung des Stellteils 16 durch Bewegung an einen nicht näher dargestellten Mikroschalter durchgeführt, der betätigt ist, wenn sich das Stellteil in der Kalibrierposition befindet, und bei dessen Betätigung die Zählerstände der beiden Zähler auf vorgegebene Kalibrierwerte gesetzt werden. Nach Abschluß der Kalibrierung wird im Schritt 68 der normale Betrieb der signalverarbeitenden Anordnung aufgenommen.

Stellt sich bei der Abfrage 62 heraus, daß nicht bei beiden Hallsensoren 32, 34 ein Pegelwechsel stattgefunden hat, wird im Schritt 63 abgefragt, ob sich der vom Hallsensor 32 abgegebene Pegel geändert hat. Falls das der Fall ist, wird der Pegelwechsel im Schritt 66 als gültiger Pegelwechsel gewertet und die bestimmte relative Lage des Magnetrades 28 zu den Hallsensoren 32, 34 korrigiert, indem der dem Hallsensor 32 zugeordnete Zähler abhängig von der Umdrehungsrichtung des Motors vor Außerbetriebsetzen des Hallsensors inkrementiert oder dekrementiert wird. Der Pegelwechsel beruht in diesem Fall mit hoher Wahrscheinlichkeit darauf, daß der betroffene Hall-Sensor 32 einem Hysteresebereich 29 zwischen den beiden magnetischen Abschnitte 28a und 28b des Polrades 28 gegenüberliegt. Nach der Lagekorrektur im Schritt 66 verzweigt das Verfahren auch hier weiter zum Schritt 68.

Stimmen im Schritt 63 die Pegel beim Hallsensor 32 überein, werden im Schritt 64 die Pegel beim Hallsensor 34 miteinander verglichen. Bei Nichtübereinstimmung wird im Schritt 65 der Zählerstand des dem Hallsensor 34 zugeordneten Zählers korrigiert; danach wird zum Schritt 68 verzweigt. Auch in der Abfrage 64 wird zum Schritt 68 verzweigt, wenn der gespeicherte und der erfaßte Pegel des Hallsensors 34 nach Wiederinbetriebnahme übereinstimmen.

Die Zähler des Lagesensors 26 werden, wie oben bereits dargelegt, von der signalverarbeitenden Anordnung 20 zur Bestimmung der Position des Stellteils 16 ausgewertet. Darüber hinaus werden die Pegel der Hall-Sensoren 32, 34 und/oder die ihnen zugeordneten Zählerstände auch zur Bestimmung der Geschwindigkeit, der Beschleunigung, der Drehrichtung des Drehteils und des über das Drehteil übertragenen Drehmomentes ausgewertet. Die bestimmten Werte dieser Größen können beispielsweise zur Realisierung eines Verfahrens, das das Einklemmen eines Gegenstandes oder Körperteils durch das Stellteil 16 erkennt, Verwendung finden.

Über diese Anwendung im Normalbetrieb hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu angewendet werden, das Stellteil in exakt definierte Positionen zu bewegen. Die derartig ansteuerbaren Sollpositionen sind dabei durch die Anordnung der Hallsensoren 32, 34 und die Hysteresebereiche 29 des Magnetrades 28 vorgegeben. Als Sollposition wählbar sind diejenigen geometrisch möglichen Konfigurationen, bei denen ein Hysteresebereich 29 sich unmittelbar in der Nähe eines der Hallsensoren 32, 34 befindet; eine dieser Sollpositionen, im folgenden Hysterese-Sollposition genannt, wird also durch Vorgabe eines Hysteresebereichs 29 des Magnetrades 28 und eines der beiden Hallsensoren 32 oder 34 sowie eines Soll-Zählerstandes für den ausgewählten Hallsensors 32 oder 34 für eine Grobpositionierung in die Nähe der Hysterese-Sollposition definiert.

Bei Vorgabe einer dieser Hysterese-Sollpositionen durch das Bedienelement 22 an die signalverarbeitende Anordnung 20 wird zur Bewegung in die Hysterese-Sollposition das in der Fig. 3 dargestellte Verfahren ausgeführt. Nach dem Start des Verfahrens im Schritt 70 ermittelt die signalverarbeitende Anordnung im Schritt 71 Soll-Zählerstände der den Hallsensoren 32, 34 zugeordneten Zählern für die vorgegebene Hysterese-Sollposition und veranlaßt, falls die Zählerstände nicht mit den Ist-Zählerständen übereinstimmen, im Schritt 72 eine Bewegung des Elektromotors 12.

Während der Bewegung des Elektromotors wertet die signalverarbeitende Anordnung 20 die Pegel der Hall-Sensoren 32 und 34 wie oben beschrieben zur Erfassung der Position des Stellteils 16 und der Lage des Magnetrades 28 aus. Im folgenden Schritt 74 wird durch die signalverarbeitende Anordnung überprüft, ob die Ist-Zählerstände mit den Soll-Zählerständen übereinstimmen. Die Soll-Zählerstände sind so gewählt, daß der anzusteuernde Hysteresebereich 29 gerade noch nicht im Erfassungsbereich des gewählten Hallsensors 32 oder 34 ist. Stimmen die Soll- und Ist-Zählerstände nicht überein, so wird der Elektromotor 12 im Schritt 72 weiter bewegt, andernfalls werden die Pegel der beiden Hall-Sensoren 32 und 34 im Schritt 76 gespeichert und darauf im Schritt 78 die Hall-Sensoren 32 und 34 außer Betrieb gesetzt. Nach einer vorgebbaren Verzögerungszeit werden die Hallsensoren 32 und 34 im Schritt 80 wieder in Betrieb genommen. Die Verzögerungszeit ist so gewählt, daß Hystereseeffekte der Hallsensoren 32, 34 mit großer Wahrscheinlichkeit eliminiert werden; gegebenenfalls kann auch eine Entmagnetisierung der Hallsensoren 32, 34 vorgesehen sein. Im Schritt 82 werden die Pegel der Hallsensoren 32 und 34 erneut erfaßt und mit den gespeicherten Pegeln verglichen. Falls ein Pegelwechsel bei dem für die Hysterese-Sollposition gewählten Hallsensor 32 oder 34 während der Ruhephase aufgetreten ist und bei dem anderen Hallsensor 34 oder 32 nicht, so ist die Motorankerwelle 13 des Elektromotors 12 so positioniert, daß der Grenzbereich zwischen den beiden magnetischen Abschnitten 28a und 28b genau unter diesem Hallsensor 32 oder 34 zu liegen gekommen ist. Falls kein Pegelwechsel aufgetreten ist, steuert die signalverarbeitende Anordnung 20 den Elektromotor 12 im Schritt 84 für eine sehr kurze Zeit an. Diese Zeit ist so gewählt, daß sich die Motorankerwelle 13 um im Vergleich zur Größe der Hysteresebereiche 29 kleine Schritte bewegt. Danach verzweigt das Verfahren zurück zum Schritt 76. Durch dieses Verfahren ist es also möglich, die Motorankerwelle 13 des Elektromotors 12 und somit das Stellteil 16 in die Hysterese-Sollpositionen mit einer durch die Größe der Hysteresebereiche 29 vorgegebenen Auflösung zu positionieren.

In der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist darüber hinaus eine weitere, in den Fig. 4a bis 4c dargestellte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umgesetzt. Die Auswertung der Pegelwechsel der Hallsensoren 32, 34 durch die signalverarbeitende Anordnung 20 erfolgt, wie oben bereits beschrieben, durch einen Interrupt-gesteuerten Programmbetrieb. Das in der Fig. 4a dargestellte Verfahren stellt sicher, daß keine Fehlimpulse während eines Außerbetriebsetzens der Hall-Sensoren 32, 34 bei Stillstand der Motorankerwelle 13 und damit des Magnetrades 28 versehentlich als gültige Pegelwechsel gezählt werden. Vor dem Außerbetriebsetzen wird deshalb der in der Fig. 4 gezeigte Verfahrensschritt 100 durchlaufen, mit dem eine Kennung 101 im Speicher 47 der signalverarbeitenden Anordnung 20 niedergelegt wird. Anschließend werden die Hall-Sensoren 32, 34 im Schritt 102 über die Sensortreiberschaltung 42 durch Abschalten ihrer Energieversorgung stillgelegt.

In der Fig. 4b ist ein Ausschnitt eines Unterbrechungs-Unter­ programms dargestellt, das vom Mikrocontrollers 21 bei Auslösung einer Unterbrechung (Interrupt) durch die Eingangsschnittstelle 39 beim Eintreffen eines Pegelwechsels ausgeführt wird. Im ersten Schritt 104 nach dem Start des Unterbrechungs-Interruptprogramms wird abgefragt, ob die Kennung 101 gesetzt ist. Nur wenn die Kennung nicht gesetzt ist, wird das Verfahren gänzlich durchlaufen, andernfalls verzweigt das Verfahren sofort zum Ende 106 des Unterbrechungs-Unterprogramms. Dadurch ist sichergestellt, daß Störungen auf den Leitungen zur signalverarbeitenden Anordnung 20 oder auch beim Abschalten der Hall-Sensoren 32, 34 auftretende Schwingungen nicht als gültige Pegelwechsel gezählt werden und eine falsche Position des Stellteils 16 durch die signalverarbeitende Anordnung 20 ermittelt wird.

Zur Wiederinbetriebnahme der Hall-Sensoren 32, 34 wird das in der Fig. 4c dargestellte Verfahren ausgeführt. Im Schritt 108 werden die Hall-Sensoren 32, 34 wieder mit Spannung versorgt. Erst nach Ablauf einer Zeitspanne vom Einschalten der Spannungsversorgung an, die so gewählt ist, daß die Hallsensoren wieder betriebsbereit ist, wird die Kennung 101 im Schritt 110 rückgesetzt. Erst dann wird auch der Elektromotor 12 wieder betätigt. Bei der nächsten Auslösung eines Interrupts des Mikrocontrollers 21 wird der Pegelwechsel wieder als gültig berücksichtigt.

Claims (17)

1. Verfahren zum Betreiben eines Lagesensors (26) aus wenigstens zwei zueinander bewegbaren Teilen (28, 30) dessen erstes Teil (28) wenigstens zwei in unterschiedlichen Richtungen magnetisierte Abschnitte (28a, 28b) und dessen zweites Teil (30, 11) wenigstens einen Magnetfeldsensor (32, 34) aufweist, der das Magnetfeld des ersten Teils (28) erfaßt und in Signale mit zwei Pegeln abhängig vom Vorzeichen der Komponente des Magnetfeldes in einer festgelegten Raumrichtung umwandelt, die einer signalverarbeitenden Anordnung (20) zugeführt werden, von der die Pegel zur Bestimmung der relativen Lage des ersten Teils (28) zum zweiten Teil (30, 11) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem Außerbetriebsetzen des wenigstens einen Magnetfeldsensors (32, 34) bei Stillstand des ersten Teils (28) relativ zum zweiten Teil (30, 11) der von dem Magnetfeldsensor (32, 34) abgegebene Pegel gespeichert wird, daß bei einem Wiederinbetriebsetzen des Magnetfeldsensors (32, 34) der Pegel erneut erfaßt und mit dem gespeicherten Pegel verglichen wird, und bei Nichtübereinstimmung des gemessenen mit dem gespeicherten Pegel dies als ein gültiger Pegelwechsel gewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte relative Lage des ersten (28) zum zweiten Teil (30, 11) entsprechend dem angenommenen gültigen Pegelwechsel korrigiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechsel der Pegel erfaßt und bei einem Pegelwechsel ein Zähler abhängig von der Richtung der Bewegung des ersten (28) relativ zum zweiten Teil (30, 11) inkrementiert oder dekrementiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnetfeldsensoren (32, 34) das Magnetfeld des ersten Teils (28) erfassen und die Pegel beider Magnetfeldsensoren (32, 34) vor dem Außerbetriebsetzen gespeichert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Positionskorrektur vorgenommen wird, wenn bei genau einem der beiden Magnetfeldsensoren (32, 34) ein Pegelwechsel aufgetreten ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte relative Lage als ungültig gewertet wird, wenn die Grenzen der sich unter den beiden Magnetfeldsensoren (32, 34) befindenden Abschnitte (28a, 28b) nicht wie die beiden Magnetfeldsensoren (32, 34) beabstandet sind und bei beiden der Magnetfeldsensoren (32, 34) ein Pegelwechsel aufgetreten ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld von Hallsensoren (32, 34) als Magnetfeldsensoren (32, 34) erfaßt wird und daß die Raumrichtung die durch die Hallsensoren (32, 34) sensierte Magnetfeldrichtung ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Teile (28) relativ zum anderen (30, 11) rotiert.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagesensor (26) in einer elektromotorischen Motor-Getriebe-Antriebseinheit (10), insbesondere zum Verstellen von Stellteilen (16) in Kraftfahrzeugen wie Fenstern oder Schiebe-Hebe-Dächern, angeordnet ist, daß das erste Teil (28) des Lagesensors (26) als Magnetrad (26) auf der Motorankerwelle (13) drehfest angeordnet ist, daß das zweite Teil (30, 11) des Lagesensors (26) gestelltfest am Gehäuse der elektromotorischen Motor-Getriebe-Antriebseinheit (10) angeordnet ist, und daß durch den Lagesensor (26) die Rotation der Motorankerwelle (13) relativ zum Stator (11) des Elektromotors (12) bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Rotation der Motorankerwelle (13) relativ zum Stator (11) des Elektromotors (12) die Position des Stellteils (16) bestimmt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegel zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung und/oder der Bewegungsrichtung der Bewegung des ersten (28) und zweiten Teils (30, 11) relativ zueinander und/oder einer über das bewegte Teil (28) übertragenen Kraft ausgewertet werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Teile wiederholt im Übergangsbereich (29) der unterschiedlichen magnetisierten Abschnitte (28a, 28b) um im Vergleich zur Größe des Übergangsbereiches (29) kleine Schritte zueinander bewegt werden,
• - und daß der wenigstens eine Magnetfeldsensor (32, 34) außer Betrieb und nach einer vorgebbaren Zeitspanne wieder in Betrieb gesetzt wird, bis der vor dem Außerbetriebsetzen abgegebene Pegel des wenigstens einen Magnetfeldsensors (32, 34) nicht mehr mit dem nach dem Wiederinbetriebsetzen abgegebenen Pegel übereinstimmt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Außerbetriebsetzens des Magnetfeldsensors (32, 34) bei Stillstand des ersten (28) relativ zum zweiten Teil (30, 11) die der signalverarbeitenden Anordnung (20) vom wenigstens einen Magnetfeldsensor (32, 34) zugeführten Pegel als ungültig gewertet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die signalverarbeitende Anordnung (20) programmgesteuert ist und bei einem Pegelwechsel der normale Programmbetrieb der signalverarbeitenden Anordnung unterbrochen wird (Interrupt), daß der Pegelwechsel durch die signalverarbeitende Anordnung in einem Unterbrechungs-Unter­ programm ausgewertet wird, und daß der normale Programmbetrieb nach Auswertung des Pegelwechsels wieder aufgenommen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Außerbetriebsetzen eine Kennung gesetzt wird und die Kennung nach dem Wiederinbetriebsetzen rückgesetzt wird, und daß ein Pegelwechsel bei gesetzter Kennung nicht ausgewertet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Magnetfeldsensor (32, 34) durch Abschalten seiner Energieversorgung (44, 46) außer Betrieb gesetzt wird und durch Einschalten seiner Energieversorgung (44, 46) wieder in Betrieb gesetzt wird, und daß eine Zeitspanne vom Einschalten der Energieversorgung an vorgegeben ist, nach deren Ablauf erfaßte Pegelwechsel als gültig gewertet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne so gewählt ist, daß der Magnetfeldsensor nach Ablauf der Zeitspanne wieder betriebsbereit ist.