EP2122098B1 - Verfahren zur ansteuerung eines stellelements - Google Patents
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- EP2122098B1 EP2122098B1 EP07866241.8A EP07866241A EP2122098B1 EP 2122098 B1 EP2122098 B1 EP 2122098B1 EP 07866241 A EP07866241 A EP 07866241A EP 2122098 B1 EP2122098 B1 EP 2122098B1
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Definitions
- the invention relates to a method for controlling an actuating element of a motor vehicle.
- the invention further relates to an adjustment system for controlling an actuating element.
- an adjustment system for an actuating element of a motor vehicle for example in a window lifting system
- This can be, for example, a closed position or end position of the actuating element.
- the window pane of a vehicle door in the closed state must be moved to an end position, wherein the holding force of the window pane relative to the adjacent seal must be large enough to balance the weight of the window pane and the associated supporting parts and keep the window stable and tightly closed , In particular, this wind noise during driving to be avoided. Even with a sunroof stability and tightness are crucial criteria that determine the necessary holding power.
- the adjustment element designed for adjusting is usually moved with a maximum torque of the associated drive in the mechanical end position.
- the maximum torque of the drive must be sufficiently large so that the actuator during the movement of opposing forces, for example, by rubber seals exerted resistors on a window pane against the adjustment overcome.
- a drive parameter in particular a torque is detected in dependence on the position of the actuating element, and is closed at an irregular deviation from the normal behavior to a pinching.
- an association between the size of the drive parameter and the position of the control element must be specified, as due to mechanical inadequacies along the displacement variations of the drive parameter can be expected during normal operation.
- the resistances exerted by the mechanism can be different depending on the position, depending on the position.
- it is important for the functionality of the anti-trap protection that the real position of the control element is known. This is usually from the revolutions of the drive closed to the real position, which requires a calibration over a reference position.
- the drive is switched off after reaching the end position after a predetermined period of time and assigned the end position as the reference position of the adjustment.
- the actuator is usually moved with the maximum torque of the drive in the final position and the drive off.
- the actuator remains up to an independent, partial relaxation of the system, for example by restoring forces during shutdown or by a derivation of surges by the system components or their absorption within the system tolerances stand substantially with the last-applied torque of the drive as a holding torque in the final position.
- a strong holding torque in the stationary state disadvantageously exerts a load on the components of the system, since counterforce forces are built up by the holding torque, which, if they are not or only insufficiently degraded, act as deformation forces on the components.
- Currently used components made of cost-effective materials, such as plastics are sensitive to long-term stationary mechanical effects and can be plastic despite toughness and breaking strength be deformed. In an adjustment system, this can lead to faster wear and disadvantageous noise during operation.
- adjustment systems with a pinch protection of the operation described above can be affected by claimed components necessary for the identification of a Einklemmfalles position assignment of the control element despite regular calibration.
- the EP 091018 B discloses the features of the preamble of claim 1.
- the invention has for its object to provide a method for controlling an actuating element, which overcomes the disadvantages of the prior art.
- a second object of the invention is to provide an adjustment system for a control element of a vehicle, which is durable and which works precisely.
- the first object is solved by the features of claim 1.
- a force variable is to be interpreted as a physical variable which underlies a force as a variable, in particular a force or force component itself or a variable composed of a force and another variable, for example a torque or a pressure.
- the invention is based on the consideration that the holding torque of the end position in a control of the conventional type is usually greater than the holding torque required for the optimal situation-dependent holding function.
- the holding torque can be reduced by a controlled relaxation of the system components in the end position, without the predetermined for the given position system properties, such as tightness or holding force are affected.
- a presetting and / or limiting the drive torque to the target value of the holding torque for the steady state of the control element in the end position usually no solution, since in the region of the end position before reaching this high torque of the Drive may be required, for example, to overcome there local counter forces. Thus, the end position would not be reached in the regular case.
- the central advantage of the invention is that for an actuating element, which is movable in a defined end position, the holding forces determining variables are adapted to a variable setpoint at a given time, so that a relaxation of the system while maintaining the holding function of the control element achieved at any time.
- the setpoint can be specified for a defined end position by a function of external state variables.
- the set of these external state variables may include, for example, characteristics of the materials of the system components and their thermal reaction behavior. For example, thermoplastic materials are less resilient at higher temperatures than at low temperatures.
- the set of external state variables may include mechanical coupling constants of the system components describing how an external mechanical disturbance propagates between the system components and how the system as a whole reacts to such when, for example, the system is subjected to vibratory forces.
- these and other influences can be decisive for the desired value.
- the relevant force variable in adaptation to the target value is specifically adjustable. A fixed pre-adjustment of this size, for example, the torque as a holding torque, is eliminated.
- the method is developed in such a way that the force magnitude acting on the adjusting element after adjustment in the defined position is determined after a prescribable period of time.
- the corresponding force magnitude can be partially reduced by autonomous relaxation over the system components. This ensures that the corrections to be triggered are at least smaller and at most the same size as without a relaxation time.
- a force acting on the actuator force magnitude such as a resistance force is equal in magnitude equal to the force exerted by the actuator force that is transmitted from the drive to the actuator. This follows from the third Newton's law and makes it possible to equalize the force acting on the actuator force magnitude of the corresponding force size of the drive. In the following, therefore, an acting on the actuator force magnitude with the corresponding force exerted by the actuator force magnitude are discussed synonymous with each other.
- the drive when the setpoint is exceeded, the drive is driven by the determined force magnitude by a tolerance amount to the system voltage. This makes it possible to take into account mechanical variations of the adjustment system, which are manufacturing, material or installation-related.
- a torque is advantageously determined as a force variable, since the drive of such a drive unit is characterized by a known torque or can be detected in a known manner.
- the torque is derived for this purpose with known motor characteristic and constant drive voltage in particular from the speed. If, however, the adjusting element can be moved, for example, on magnetic rails by a linear motor, it is preferable to consider linear force components as force variables.
- the force variables associated with the adjusting element in the defined end position can be determined by measuring, for example, with the aid of a number of essentially uniformly distributed sensors. For reasons of cost, however, it is advantageous to determine the force variables from drive parameters. This eliminates the need to capture the force variables by well-positioned measurement arrangements, such as about substantially gleichvärteilt arranged sensors. For such an advantageous embodiment thus eliminates the need for additional components, the system and the method is simplified.
- a characteristic of the drive force, in particular the torque, from the rotational speed of the drive can be determined.
- the force magnitude is detected via a characteristic of the drive from the known instantaneous speed.
- the characteristic in turn depends on further parameters, for example on an applied electrical drive voltage.
- force magnitude and speed are dependent on each other via a power law, in particular they are inversely proportional to each other. In logarithmic representation, this results in a parameter-dependent linear function for the characteristic curve.
- a desired value for the force magnitude in the defined end position is predetermined, which depends on the temperature of the environment and the state of motion of the entire system.
- the desired value it is advantageous to reduce the number of all possible determining parameters to such an extent that the ratio of the variation of the nominal value to the variation of one of the remaining parameters is sufficiently large in order to be resolvable as a measured variable with respect to the fluctuations of the system tolerances. All other parameters are negligible in practice. In this respect, it is advantageous to consider the global ambient temperature instead of the thermal reaction behavior of the individual components, since the relevant components and their materials are known in practice.
- a gear made of thermoplastic material which is arranged in the transmission of the drive system, easily deformed at elevated temperature, the target value of the force size, which characterizes the contact between the actuator and the seal in the end position, must be lowered.
- thermal expansion plastics can also offer increased resistance, which may also have to be considered.
- the method to take into account a movement quantity of the rest system of the adjustment system relative to the environment as a globally relevant parameter for the desired value.
- the target value for a moving vehicle is adapted to the speed.
- a higher setpoint is required due to the higher back pressure than at low speeds or at standstill to avoid wind noise.
- a dynamic adjustment of the setpoint is possible taking into account the necessary holding forces, resulting in a minimum load on the system components.
- the position of the control element which has been moved to the defined position, be slightly modified.
- Such a change in position may affect a corresponding change in the position of the drive, if this is sufficiently large so as not to be absorbed in the movement tolerances of the system.
- the force acting on the actuator residual force magnitude is determined after a relaxation by such a change in position.
- the actuating element In order to determine the position of the actuating element from drive parameters, it is also necessary to define a reference position to which the drive movement is related. The drive revolutions are preferably counted and from this the change in position relative to the reference position is detected. As a reference position, the initially defined position, in particular the end position of the actuating element, is preferably selected.
- the actuating element is moved along a guide means, in particular along a guide rail.
- the second object is achieved by an adjustment system for an actuator of a vehicle, is provided with a drive for moving the control elements and with a control module, which is set up for driving the drive according to a method of the type mentioned.
- FIG. 1 schematically an adjustment system 8 is shown, which comprises an actuating element 1, which along a guide rail 2 along an adjustment direction 3 to a defined end position 4 is movable.
- the actuator 1 is assigned a drive 5, here in the form of an electric motor, which is controlled by a control module 6.
- the drive 5 has a voltage-dependent characteristic which assigns a torque of the drive 5 to a certain speed of the drive 5.
- the actuating element 1 is moved in the direction of displacement 3.
- the resistance to movement is in equilibrium with the driving force of the actuating element 1, so that the drive 5 exerts a defined torque during the process, to which a specific rotational speed of the drive 5 is assigned.
- the position of the control element 1 is detected by the change in position relative to a reference position over the number of drive revolutions.
- the drive 5 comprises components made of a thermoplastic, so that at elevated temperature, the target value for the holding torque must be specified lower to avoid plastic deformation.
- an increased setpoint value is predetermined if the overall system is in motion and therefore due to increased dynamic pressure, a higher tightness of the actuating element 1 relative to a seal has to be achieved. Also, due to increased vibrations than in the state of rest, a higher setpoint must be specified so that the actuator 1 can be kept stable in the final position 4.
- the holding torque corresponding to the drive torque according to the method in the end position is partially reduced by system relaxation. After a relaxation time of predetermined duration, after which the self-relaxation is completed, which is read by means of a slight movement of the control element and / or the drive. Since the restoring forces of the system can be described by spring constants, from the path difference of the control element 1, the decrease in the holding torque can be calculated. For the usual conditions, the relationship between the path difference and the holding torque or the holding force is considered to be substantially linear.
- the proportionality constant is 40N / mm, for example. It is also possible to determine the characteristic curve between the path difference and the holding force loss experimentally and to specify the control module.
- the residual actual holding torque determined in this way is then compared in the control module 6 with the predetermined desired value. If both values deviate by more than a defined tolerance, the drive 5 is actuated correctively by the control module 6, so that a system voltage is possible in such a way that, after a new comparison, both values deviate from one another by at most the tolerance amount.
- a window lifting system 9 is shown for a vehicle door, in which along a guide rail 2A as an actuator, a driver 10 is movable, which can move a window 11.
- the drive 5 thereby moves the driver 10 by means of a cable drum 12, along which a cable 13 extends, which is fastened to the driver 10.
- a control module 5 is provided, which drives the drive 5 according to the aforementioned method.
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- Window Of Vehicle (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Stellelementes, eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiter ein Verstellsystem zur Ansteuerung eines Stellelements.
- Bei einem Verstellsystem für ein Stellelement eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei einem Fenster-Hebesystem, ist es in der Regel erforderlich, das zugeordnete Stellelement in eine definierte Position zu verfahren, in welcher sich das Stellelement unter vorgegebenen mechanischen Belastungen in einer stabilen Lage befindet. Dies kann beispielsweise eine Schließposition oder Endposition des Stellelements sein. So muss beispielsweise die Fensterscheibe einer Fahrzeugtür im geschlossenen Zustand in eine Endposition verfahren werden, wobei die Haltekraft der Fensterscheibe gegenüber der anliegenden Dichtung groß genug sein muss, um die Gewichtskraft der Fensterscheibe und der zugehörigen tragenden Teile auszugleichen und das Fenster stabil und dicht geschlossen zu halten. Insbesondere sind hierbei Windgeräusche während des Fahrens zu vermeiden. Auch bei einem Schiebedach sind Stabilität und Dichtigkeit entscheidende Kriterien, die die notwendige Haltekraft bestimmen. Da das Gewicht im wesentlichen durch das Schiebedach selbst abgefangen wird, ist die notwendige Haltekraft jedoch relativ geringer. Die tatsächlich anliegenden stationären Haltekräfte in Verstellsystemen dieser Art sind jedoch üblicherweise größer als die Kräfte, die für eine optimale Erfüllung der Haltefunktion erforderlich wären, da das Stellelement zum Erreichen der Endposition in aller Regel Gegenkräfte durch eine Verschlusselement oder durch eine Dichtung überwinden muss.
- In einem solchen Verstellsystem wird das zum Verstellen ausgebildete Stellelement üblicherweise mit einem maximalen Drehmoment des zugeordneten Antriebes in die mechanische Endposition verfahren. Das maximale Drehmoment des Antriebs muss hinreichend groß sein, damit das Stellelement während der Bewegung Gegenkräfte, beispielsweise durch Gummidichtungen ausgeübte Widerstände auf eine Fensterscheibe entgegen der Verstellrichtung, überwinden kann.
- Zur Ausbildung eines Einklemmschutzes sind Verstellsysteme bekannt, bei denen in Abhängigkeit von der Position des Stellelementes ein Antriebsparameter, insbesondere ein Drehmoment, erfasst wird, und bei einer irregulären Abweichung gegenüber dem normalen Verhalten auf einen Einklemmfall geschlossen wird. In diesem Fall muss eine Zuordnung zwischen der Größe des Antriebsparameters und der Position des Stellelementes vorgegeben sein, da aufgrund mechanischer Unzulänglichkeiten entlang des Verstellweges Variationen des Antriebsparameters auch während des normalen Betriebs zu erwarten sind. So können beispielsweise beim Verstellen eines Seitenfensters entlang einer vorgegebenen Bahn die durch die Mechanik ausgeübten Widerstände entgegen der Verstellrichtung positionsabhängig unterschiedlich hoch sein. Insofern ist es für die Funktionsfähigkeit des Einklemmschutzes von Bedeutung, dass die reale Position des Stellelementes bekannt ist. Hierzu wird in der Regel aus den Umdrehungen des Antriebs auf die reale Position geschlossen, was eine Kalibrierung über eine Referenzposition erforderlich macht.
- Zur Kalibrierung wird der Antrieb nach Erreichen der Endposition nach einer vorgegebenen Zeitdauer abgeschaltet und die Endposition als Referenzposition der Verstellrichtung zugeordnet. Zur Erfüllung der Haltefunktion wird das Stellelement üblicherweise mit dem maximalen Drehmoment des Antriebs in die Endposition verfahren und der Antrieb ausgeschaltet. Insbesondere im Falle eines selbsthemmenden Getriebes oder aufgrund der notwendigen Rückstellkräfte gegen einen abgeschalteten Antrieb bleibt das Stellelement bis auf eine eigenständige, partielle Relaxation des Systems, beispielsweise durch Rückstellkräfte während der Abschaltung oder durch eine Ableitung von Überspannungen durch die Systemkomponenten oder deren Absorption innerhalb der Systemtoleranzen, im wesentlichen mit dem zuletzt anliegenden Drehmoment des Antriebs als Haltemoment in der Endposition stehen.
- Ein starkes Haltemoment übt im stationären Zustand nachteiligerweise eine Belastung auf die Komponenten des Systems aus, da durch das Haltemoment Gegenkräfte aufgebaut werden, die, falls sie nicht oder nur unzureichend abgebaut werden, als Verformungskräfte auf die Bauteile einwirken. Aktuell verwendete Bauteile aus kostengünstigen Materialien, etwa Kunststoffe, sind sensitiv gegenüber langfristigen stationären mechanischen Einwirkungen und können trotz Zähigkeit und Bruchfestigkeit plastisch deformiert werden. Bei einem Verstellsystem kann dies zu einem rascheren Verschleiß und nachteilhafter Geräuschentwicklung während des Betriebs führen. Insbesondere bei Verstellsystemen mit einem Einklemmschutz der eingangs beschriebenen Funktionsweise kann durch beanspruchte Bauteile die für die Identifizierung eines Einklemmfalles notwendige Positionszuordnung des Stellelementes trotz regelmäßiger Kalibrierung beeinträchtigt werden. Bei einem irregulären oder plötzlich erhöhten Widerstand, der beispielsweise durch eine verminderte Drehzahl des Antriebs bzw. durch ein erhöhtes Drehmoment über ein Steuerungsmodul registriert wird, kann der Antrieb ohne das Vorliegen eines tatsächlichen Einklemmfalles fehlreversiert oder gestoppt werden. So kann eine Fensterscheibe, die außerhalb des Bereichs eines möglichen Einklemmfalls kurz vor dem Erreichen der Endposition die Gegenkräfte einer flächig angreifenden Gummidichtung überwinden muss und hierfür ein hohes Drehmoment benötigt, bei falscher Positionszuordnung durch Aktivierung des Einklemmschutzes angehalten werden, so dass die Endposition nicht mehr erreicht wird.
- Die
EP 091018 B - Die erste Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Eine Kraftgröße ist hierbei als eine physikalische Größe zu interpretieren, der eine Kraft als Variable zugrunde liegt, insbesondere eine Kraft oder Kraftkomponente selbst oder eine aus einer Kraft und einer anderen Größe zusammengesetzte Größe, etwa ein Drehmoment oder ein Druck.
- Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass das Haltemoment der Endposition bei einer Ansteuerung der herkömmlichen Art üblicherweise größer ist als das für die optimale situationsabhängige Haltefunktion erforderliche Haltemoment. Insofern kann durch eine kontrollierte Entspannung des Systemkomponenten in der Endposition das Haltemoment reduziert werden, ohne dass die für die vorgegebene Position vorgegebenen Systemeigenschaften, wie beispielsweise Dichtigkeit oder Haltekraft, beeinträchtigt werden.
- Für ein Verstellsystem der vorgenannten Art stellt eine Voreinstellung und/oder eine Begrenzung des Antriebsdrehmomentes auf den Sollwert des Haltemomentes für den stationären Zustand des Stellelementes in der Endposition in der Regel keine Lösung dar, da im Bereich der Endposition vor dem Erreichen dieser ein hohes Drehmoment des Antriebs erforderlich sein kann, beispielsweise um dort lokale Gegenkräfte zu überwinden. Somit würde die Endposition im regulären Fall nicht erreicht.
- Der zentrale Vorteil der Erfindung besteht darin, dass für ein Stellelement, welches in eine definierte Endposition, verfahrbar ist, die die Haltekräfte bestimmenden Größen zu einem vorgegebenen Zeitpunkt an einen variablen Sollwert anpassbar sind, so dass eine Entspannung des Systems unter Beibehaltung der Haltefunktion des Stellelementes jederzeit erreicht wird. Der Sollwert ist für eine definierte Endposition, durch eine Funktion von externen Zustandsvariablen vorgebbar. Der Satz dieser externen Zustandsvariablen kann beispielsweise Kenngrößen der Materialien der Systemkomponenten und deren thermisches Reaktionsverhalten umfassen. So sind etwa thermoplastische Werkstoffe bei höheren Temperaturen geringer belastbar als bei niedrigen. Ferner kann der Satz der externen Zustandsvariablen mechanische Kopplungskonstanten der Systemkomponenten umfassen, welche beschreiben, wie sich eine externe mechanische Störung zwischen den Systemkomponenten fortpflanzt und wie damit das System als ganzes auf eine solche reagiert, wenn beispielsweise das System Vibrationskräften ausgesetzt wird. Diese und weitere Einflüsse können für den Sollwert bestimmend sein. Durch eine gezielte Ansteuerung des Antriebs über minimale Korrekturen der Positionierung des Stellelementes ist die relevante Kraftgröße in Anpassung an den Sollwert gezielt einstellbar. Eine feste Vorabeinstellung dieser Größe, beispielsweise dem Drehmoment als Haltemoment, entfällt.
- Erfindungsgemäß ist das Verfahren derartig weitergebildet, dass die auf das Stellelement nach dem Verstellen in die definierte Position einwirkende Kraftgröße nach einer vorgebbaren Zeitdauer ermittelt wird. Während dieser sogenannten Relaxationszeit kann sich die entsprechende Kraftgröße durch selbstständige Entspannung über die Systemkomponenten partiell reduzieren. Somit wird erreicht, dass die anzusteuernden Korrekturen mindestens geringer und höchstens gleich groß ausfallen als ohne Relaxationszeit.
- Eine auf das Stellelement einwirkende Kraftgröße, beispielsweise eine Widerstandskraft, ist dem Betrage nach gleich der durch das Stellelement ausgeübten Kraft, die vom Antrieb auf das Stellelementes übertragen wird. Das folgt aus dem dritten Newtonschen Gesetz und ermöglicht es, die auf das Stellelement einwirkende Kraftgröße der entsprechenden Kraftgröße des Antriebs gleichzuordnen. Im folgenden wird daher eine auf das Stellelement einwirkende Kraftgröße mit der entsprechend durch das Stellelement ausgeübten Kraftgröße synonym zueinander diskutiert.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Antrieb bei einer Überschreitung des Sollwerts durch die ermittelte Kraftgröße um einen Toleranzbetrag zur Systementspannung angesteuert. Dies erlaubt es, mechanische Variationen des Verstellsystems, die fertigungs-, material- oder einbaubedingt sind, zu berücksichtigen.
- Ist das Stellelement über eine Antriebseinheit verfahrbar, welche sich drehbare Teile aufweist, so wird vorteilhafterweise als Kraftgröße ein Drehmoment ermittelt, da der Antrieb einer solchen Antriebseinheit durch ein bekanntes Drehmoment charakterisiert oder in bekannter Weise erfassbar ist. Das Drehmoment wird hierzu bei bekannter Motorkennlinie und konstanter Antriebsspannung insbesondere aus der Drehzahl abgeleitet. Ist dagegen das Stellelement beispielsweise auf Magnetschienen durch einen Linearmotor verfahrbar, so sind bevorzugterweise lineare Kraftkomponenten als Kraftgrößen in Betracht zu ziehen.
- Die dem Stellelement in der definierten Endposition zugeordneten Kraftgrößen können beispielsweise mit Hilfe einer Anzahl im Wesentlichen gleichverteilt angeordneter Sensoren durch Messung ermittelt werden. Aus Kostengründen ist es jedoch vorteilhaft, die Kraftgrößen aus Antriebsparametern zu ermitteln. Damit entfällt die Notwendigkeit, die Kraftgrößen durch wohlpositionierte Messanordnungen zu erfassen, etwa über im wesentlichen gleichvärteilt angeordnete Sensoren. Für eine solche vorteilhafte Ausgestaltung entfällt somit der Bedarf zusätzlicher Bauteile, das System und das Verfahren vereinfacht sich.
- Für eine Antriebseinheit, welche sich drehbare Teile aufweist, ist eine für den Antrieb charakteristische Kraftgröße, insbesondere das Drehmoment, aus der Drehzahl des Antriebs ermittelbar. Vorteilhafterweise wird die Kraftgröße über eine Kennlinie des Antriebs aus der bekannten momentanen Drehzahl erfasst. Die Kennlinie ist ihrerseits von weiteren Parametern abhängig, beispielsweise von einer angelegten elektrischen Antriebsspannung. Üblicherweise sind Kraftgröße und Drehzahl über ein Potenzgesetz voneinander abhängig, insbesondere sind sie invers proportional zueinander. In logarithmischer Darstellung ergibt sich somit für die Kennlinie eine parameterabhängige lineare Funktion.
- In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird ein Sollwert für die Kraftgröße in der definierten Endposition vorgegeben, der von der Temperatur der Umgebung und dem Bewegungszustand des Gesamtsystems abhängt. Für die Vorgabe des Sollwertes ist es vorteilhaft, die Anzahl aller möglichen bestimmenden Parameter so weit zu reduzieren, dass das Verhältnis der Variation des Sollwertes zur Variation eines der verbleibenden Parameter hinreichend groß ist, um als Messgröße gegenüber den Fluktuationen der Systemtoleranzen auflösbar zu sein. Alle anderen Parameter sind in der Praxis vernachlässigbar. Insofern ist es vorteilhaft, statt dem thermischen Reaktionsverhalten der einzelnen Bauteile die globale Umgebungstemperatur in Betracht zu ziehen, da in der Praxis die relevanten Bauteile und deren Materialien bekannt sind. So wird beispielsweise ein Zahnrad aus thermoplastischem Material, welches im Getriebe des Antriebssystems angeordnet ist, bei erhöhter Temperatur leichter verformbar, der Sollwert der Kraftgröße, die den Kontakt zwischen dem Stellelement und der Dichtung in der Endposition charakterisiert, muss abgesenkt werden. Andererseits können durch thermische Ausdehnung Kunststoffe auch erhöhten Widerstand bieten, was gegebenenfalls ebenfalls zu berücksichtigen ist.
- Weiter ist es für das Verfahren vorteilhaft, eine Bewegungsgröße des Ruhesystems des Verstellsystems gegenüber der Umgebung als global relevanten Parameter für den Sollwert zu berücksichtigen. So wird beispielsweise der Sollwert für ein sich bewegendes Fahrzeug an die Geschwindigkeit angepasst. Bei höheren Geschwindigkeiten ist aufgrund des höheren Staudrucks ein höherer Sollwert erforderlich als bei niedrigen Geschwindigkeiten oder im Stillstand, um Windgeräuschen zu vermeiden. Wird der Sollwert an die Fahrgeschwindigkeit angepasst, ist eine dynamische Angleichung des Sollwertes unter Berücksichtigung der notwendigen Haltekräfte möglich, was zu einer minimalen Belastung der Systemkomponenten führt.
- Durch eine selbstständige Entspannung kann die Position des Stellelementes, welches in die definierte Position gefahren wurde, geringfügig abgeändert werden. Eine solche Positionsänderung kann sich auf eine entsprechende Positionsänderung des Antriebes auswirken, wenn diese hinreichend groß ist, um nicht in den Bewegungstoleranzen des Systems absorbiert zu werden. Bevorzugterweise wird die auf das Stellelement wirkende restliche Kraftgröße nach einer Relaxation durch eine derartige Positionsänderung ermittelt.
- Um die Position des Stellelementes aus Antriebsparametern zu ermitteln, ist es zudem erforderlich, eine Referenzposition zu definieren, zu der die Antriebsbewegung in Bezug gesetzt wird. Bevorzugterweise werden die Antriebsumdrehungen gezählt und daraus die Positionsänderung gegenüber der Referenzposition erfasst. Als Referenzposition wird bevorzugterweise die eingangs definierte Position, insbesondere die Endposition des Stellelementes, gewählt.
- In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das Stellelement entlang eines Führungsmittels, insbesondere entlang einer Führungsschiene, bewegt. Somit wird vereinfachenderweise die Positionierung des Stellelementes durch eine Kenngröße erfassbar, da eine eindimensionale Bewegung stattfindet.
- Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem ein Verstellsystem für ein Stellelement eines Fahrzeugs, mit einem Antrieb zum Bewegen des Stellelemente und mit einem Steuerungsmodul angegeben wird, das zur Ansteuerung des Antriebs gemäß einem Verfahren der eingangs genannten Art eingerichtet ist.
- Im folgenden wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel für ein derartiges Verstellsystem erläutert. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung
- Fig. 1
- schematisch ein Verstellsystem, und
- Fig. 2
- ein Fenster-Hebesystem für ein Kraftfahrzeug.
- In
Fig. 1 wird schematisch ein Verstellsystem 8 gezeigt, welches ein Stellelement 1 umfasst, welches entlang einer Führungsschiene 2 entlang einer Verstellrichtung 3 bis in eine definierte Endposition 4 verfahrbar ist. Dem Stellelement 1 ist ein Antrieb 5 zugeordnet, hier in Form eines Elektromotors, der von einem Steuerungsmodul 6 angesteuert wird. Der Antrieb 5 weist eine spannungsabhängige Kennlinie auf, die einer bestimmten Drehzahl des Antriebs 5 ein vom Antrieb 5 ausgeübtes Drehmoment zuordnet. Bei einer Ansteuerung des Antriebs 5 über das Steuerungsmodul 6 wird das Stellelement 1 in der Verschiebungsrichtung 3 verfahren. Die Bewegungswiderstand ist dabei mit der Antriebskraft des Stellelementes 1 im Gleichgewicht, so dass der Antrieb 5 ein definiertes Drehmoment während des Verfahrens ausübt, dem eine bestimmte Drehzahl des Antriebs 5 zugeordnet ist. Die Position des Stellelementes 1 wird durch die Positionsänderung gegenüber einer Referenzposition über die Anzahl der Antriebsumdrehungen erfasst. - Nähert sich nun das Stellelement 1 der Endposition 4, so tritt es in eine Zone 7 erhöhten Bewegungswiderstands ein. Das Gleichgewicht wird gestört, die Bewegung verlangsamt sich zunächst und damit die Drehzahl des Antriebs 5. Über die Kennlinie wird ein erhöhtes Drehmoment eingestellt, mit der das Stellelement 1 nun bis in die Endposition 4 gefahren wird. Nach dem Verfahren in die Endposition 4 wirkt das erhöhte Drehmoment des Antriebs 5 zunächst als Haltemoment, da eine vollständige Entspannung durch ein rückhemmendes Getriebe des Antriebs 5 verhindert wird. Für die EndPosition 4 ist in Abhängigkeit von externen Zustandsvariablen wie der Temperatur oder dem Bewegungszustand des Gesamtsystems ein Sollwert für das Haltemoment vorgegeben, welcher geringer ist als das aktuell anliegende Haltemoment nach dem Fahren in die Endposition 4. Ein überhöhtes Haltemoment im stationären Zustand kann für die Systemkomponenten eine Belastung darstellen und einen verfrühten Materialverschleiß zur Folge haben.
- Der Antrieb 5 umfasst Komponenten aus einem Thermoplasten, so dass bei erhöhter Temperatur der Sollwert für das Haltemoment geringer vorgegeben werden muss, um plastische Verformungen zu vermeiden. Andererseits wird ein erhöhter Sollwert vorgegeben, wenn sich das Gesamtsystem in Bewegung befindet und somit aufgrund erhöhten Staudrucks eine höhere Dichtigkeit des Stellelements 1 gegenüber einer Dichtung erreicht werden muss. Auch aufgrund verstärkten Vibrationen als im Zustand der Ruhe muss ein höherer Sollwert vorgegeben werden, damit das Stellelement 1 in der Endposition 4 stabil gehalten werden kann.
- Ist das Stellelement 1 in der Endposition angehalten, wird das nach dem Verfahren in die Endposition dem Antriebsdrehmoment entsprechende Haltemoment teilweise durch Systemrelaxation abgebaut. Nach einer Relaxationszeit vorgegebener Dauer, nach der die Eigenentspannung abgeschlossen ist, was anhand einer geringfügigen Bewegung des Stellelementes und/oder des Antriebs abgelesen wird. Da die Rückstellkräfte des Systems durch Federkonstanten beschrieben werden können, ist aus der Wegdifferenz des Stellelements 1 die Abnahme des Haltemoments berechenbar. Für die üblicherweise herrschende Bedingungen ist der Zusammenhang zwischen der Wegdifferenz und dem Haltemoment bzw. der Haltekraft als im wesentlichen linear zu betrachten. Die Proportionalitätskonstante beträgt beispielsweise 40N / mm. Auch ist es möglich, die Kennlinie zwischen der Wegdifferenz und dem Haltekraftverlust experimentell zu bestimmen und dem Steuermodul vorzugeben. Das derart ermittelte verbleibende aktuelle Haltemoment wird dann in dem Steuerungsmodul 6 mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen. Bei einer Abweichung beider Werte um mehr als eine definierte Toleranz wird der Antrieb 5 vom Steuerungsmodul 6 korrektiv angesteuert, so dass eine Systementspannung derart möglich ist, dass beide Werte nach einem erneuten Vergleich um höchstens den Toleranzbetrag voneinander abweichen.
- In
Fig. 2 ist ein Fenster-Hebesystem 9 für eine Fahrzeugtür dargestellt, bei dem entlang einer Führungsschiene 2A als Stellelement ein Mitnehmer 10 bewegbar ist, der eine Fensterscheibe 11 verfahren kann. Der Antrieb 5 bewegt dabei den Mitnehmer 10 mittels einer Seiltrommel 12, entlang der ein Seil 13 verläuft, welches an dem Mitnehmer 10 befestigt ist. Weiter ist ein Steuermodul 5 vorgesehen, welches den Antrieb 5 gemäß dem vorbenannten Verfahren ansteuert. -
- 1
- Stellelement
- 2,2A
- Führungsschiene
- 3
- Verstellrichtung
- 4
- Endposition
- 5
- Antrieb
- 6
- Steuerungsmodul
- 7
- Zone erhöhten Widerstands
- 8
- Verstellsystem
- 9
- Fenster-Hebesystem
- 10
- Mitnehmer
- 11
- Fensterscheibe
- 12
- Seiltrommel
- 13
- Seil
Claims (11)
- Verfahren zur Ansteuerung eines Stellelementes (1) in einem Verstellsystem (8) eines Fahrzeugs, beispielsweise in einem Fenster-Hebesystem (9), wobei- das Stellelement (1) mittels eines Antriebs (5) in eine definierte Endposition ( 4) verfahren wird,- eine auf das Stellelement (1) in der definierten Endposition ( 4) wirkende Kraftgröße ermittelt wird,- die ermittelte Kraftgröße mit einem Sollwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überschreitung des Sollwertes durch die ermittelte Kraftgröße der Antrieb zur Systementspannung korrektiv angesteuert wird, und wobei die Ermittlung der Kraftgröße nach einer Relaxationszeit erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1,
wobei der Antrieb bei einer Überschreitung des Sollwerts durch die ermittelte Kraftgröße um einen Toleranzbetrag zur Systementspannung angesteuert wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei als Kraftgröße ein Drehmoment ermittelt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Kraftgröße aus Antriebsparametern ermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 4,
wobei die Kraftgröße aus der Drehzahl des Antriebs (5) ermittelt wird, insbesondere mittels einer Kennlinie. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei der Sollwert in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, der räumlichen Position des Stellelementes (1) und/oder des Bewegungszustandes des Systems vorgegeben wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Kraftgröße nach der Relaxationszeit aus einer geänderten Position des Antriebs (5) und/oder des Stellelements (1) abgeleitet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
wobei die räumliche Position des Stellelementes (1) durch eine Erfassung von Antriebsumdrehungen mit einer durch Kalibrierung definierten Referenz-position erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 8,
wobei die Referenzposition durch die definierte Position (z.B. 4) vorgegeben wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Stellelement (1) entlang eines Führungsmittels, insbesondere einer Führungsschiene (2), verfahren wird. - Verstellsystem (8) eines Fahrzeugs, beispielsweise Fenster-Hebesystem (9), zur Verstellung eines Stellelements (1), mit einem Antrieb (5) zur Bewegung des Stellelements (1) und mit einem Steuerungsmodul (6), das zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet ist, wonach- das Stellelement (1) mittels des Antriebs (5) in eine definierte Endposition ( 4) verfahren wird,- eine auf das Stellelement (1) In der definierten Endposition (4) wirkende Kraftgröße ermittelt wird,- die ermittelte Kraftgröße mit einem Sollwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überschreitung des Sollwertes durch die ermittelte Kraftgröße der Antrieb zur Systementspannung korrektiv angesteuert wird, und wobei die Ermittlung der Kraftgröße nach einer Relaxationszeit erfolgt.
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