ES2265097T3 - Procedimiento para detectar la posicion de un obstaculo en la trayectoria de un elemento accionado por motor. - Google Patents
Procedimiento para detectar la posicion de un obstaculo en la trayectoria de un elemento accionado por motor. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para la detección de una situación de obstáculo de un elemento móvil accionado por motor mediante la valoración de una magnitud que comprende una información de la velocidad de giro del motor, en el que partiendo de un momento actual se analizan los valores determinados de la magnitud que comprende información de la velocidad de giro de momentos de detección inmediatamente anteriores, caracterizado porque mediante una comparación de un modelo del comportamiento de variación de los valores determinados con un intervalo de valores que se extiende a varios valores, que representa una evolución en el tiempo típica para la situación de obstáculo debido a la deceleración de la velocidad de giro del motor, se detecta si existe una situación de obstáculo de este tipo.
Description
Procedimiento para detectar la posición de un
obstáculo en la trayectoria de un elemento accionado por motor.
La invención se refiere a un procedimiento para
la detección de una situación de obstáculo de un elemento móvil
accionado por motor mediante la valoración de una magnitud que
contiene una información de la velocidad de giro del motor, en el
que partiendo de un momento actual se analizan los valores
determinados de la magnitud que contiene información de la
velocidad de giro de momentos de detección inmediatamente
anteriores.
Para el servicio de un elemento accionado por
motor, por ejemplo, un motor eléctrico, se usan procedimientos con
los que pueden detectarse situaciones con presencia de un obstáculo,
por ejemplo, casos de aprisionamiento. Procedimientos de este tipo
se usan, por ejemplo, para el servicio de un motor de elevalunas
para el cierre de una luna de un automóvil. Con el procedimiento
debe garantizarse que al cerrar la luna no queden aprisionados
objetos, en particular que no se queden aprisionadas partes del
cuerpo de personas en la abertura de luna que va a cerrarse. Como
información de la velocidad de giro del motor se usa el período del
motor que se proporciona, por regla general, mediante la
disposición de un imán realizado de forma multipolar en la dirección
del contorno en el árbol del rotor del motor de accionamiento. La
polaridad correspondiente se detecta mediante un sensor Hall
estacionario o mediante una disposición estacionaria de sensores
Hall. La velocidad de giro puede determinarse a través de la
duración en tiempo de una polaridad detectada, que presenta un valor
análogo a un importe de ángulo de giro determinado del movimiento
de rotación del motor. En caso de un aprisionamiento, se prolongan
los períodos del motor, puesto que el motor es frenado por el
obstáculo. Para la detección de una situación de obstáculo de este
tipo o de un caso de aprisionamiento de este tipo se compara la
duración de cada período del motor detectado con un valor umbral
predefinido. La magnitud del valor umbral está concebida de tal
forma que en un movimiento de cierre de la luna en condiciones
normales no se sobrepase el valor umbral. Si se sobrepasa este
valor umbral, denominado también valor de desconexión, esto indica
un caso de aprisionamiento. Para la verificación de que, al
sobrepasarse el valor de desconexión, existe realmente un caso de
aprisionamiento con una probabilidad relativamente elevada, se
valora la longitud de algunos otros períodos del motor. Si éstos
también sobrepasan el valor de desconexión, se deduce que existe un
caso de aprisionamiento y se conmuta el motor para que pase a bajar
la luna.
En un procedimiento genérico descrito en la
patente de Estados Unidos 5.734.244 se van integrando las
variaciones de la fuerza o del número de revoluciones de intervalo
de medición a intervalo de medición mientras se consiga un
determinado aumento mínimo de intervalo de medición a intervalo de
medición. Si el aumento de fuerza cae durante este proceso por
debajo de un valor determinado, la integración vuelve a empezar en
el valor cero. El valor integrado se compara continuamente con un
valor umbral fijo y, cuando se sobrepasa éste, se detecta un caso
de
aprisionamiento.
aprisionamiento.
El procedimiento dado a conocer en el documento
DE19941475A1 es, por así decirlo, una mejora del procedimiento
anteriormente descrito. En éste no se deduce inmediatamente que
exista un caso de aprisionamiento al sobrepasar el valor integrado
de las variaciones del número de revoluciones el valor umbral fijo.
Por lo contrario, se sigue en lugar de ello con un segundo paso de
análisis, en el que este valor integrado se compara adicionalmente
con otro valor umbral, en este caso no constante, sino un valor
umbral que varía en función del tiempo. Al sobrepasarse este valor
umbral que varía en función del tiempo se detecta aquí un caso de
aprisionamiento.
La patente de Estados Unidos 6.051.945 indica,
finalmente, un procedimiento en el que se calcula una fuerza de
aprisionamiento a partir de la fuerza de motor, las fuerzas de
fricción que están actuando así como las magnitudes de movimiento
dinámicas. Esta fuerza de aprisionamiento se compara, a su vez, con
un valor umbral de fuerza de aprisionamiento máximo determinado y
al sobrepasarse el valor umbral se detecta un caso de
aprisionamiento.
Aunque con este procedimiento puedan detectarse
en principio en una medida satisfactoria casos de aprisionamiento
al cerrar lunas accionadas por motor en automóviles, el sistema
deduce también en otros casos que existe una situación de
aprisionamiento, es decir, siempre y cuando se cumplan las
condiciones arriba indicadas. Éstas se cumplen también si la luna
está expuesta a golpes durante el cierre, por ejemplo, al pasar por
baches en un viaje por terreno difícil. Las conmutaciones erróneas
de este tipo pueden reducirse en principio definiéndose un valor de
desconexión relativamente elevado. No obstante, en un procedimiento
de detección ajustado de esta forma, la detección de un caso de
aprisionamiento no se produce hasta un momento relativamente
tardío.
Partiendo de este estado de la técnica descrito,
la invención tiene el objetivo de mejorar un procedimiento genérico
indicado al principio de tal forma que la detección de una situación
de obstáculo, por ejemplo, un caso de aprisionamiento durante el
cierre de una luna accionada por motor tenga lugar ya en un momento
lo más temprano posible, aunque sin tener que aceptarse los
inconvenientes que se producen en el estado de la técnica conocido
de un valor de desconexión definido demasiado bajo.
Este objetivo se consigue según la invención
porque mediante una comparación de un modelo del comportamiento de
variación de los valores determinados con un intervalo de valores
que se extiende a varios valores, que representa una evolución en
el tiempo típica para la situación de obstáculo debido a la
deceleración de la velocidad de giro del motor, se detecta si
existe una situación con presencia de obstáculo de este tipo.
\newpage
En el procedimiento reivindicado el sistema
deduce que existe una situación de obstáculo si los valores
determinados de momentos de detección inmediatamente anteriores se
sitúan respecto a su comportamiento de variación de uno respecto a
otro en el tiempo en un intervalo de valores que se extiende a
varios valores de la magnitud analizada que es típico para la
situación con presencia de obstáculo que ha de ser detectada. Por lo
tanto, en el objeto de este procedimiento se realiza una
comparación con un modelo, sirviendo como base de comparación para
la situación de obstáculo no un valor umbral sino el comportamiento
de variación típico de los valores determinados al producirse una
situación de este tipo. Con una comparación con un modelo de este
tipo puede detectarse con una exactitud mucho mayor la existencia
real de una situación de obstáculo. En caso de que el procedimiento
se use para el servicio de una luna accionada por motor eléctrico de
un automóvil y si debe detectarse con este procedimiento un caso de
aprisionamiento, el intervalo de valores previsto para la
comparación simula una situación de aprisionamiento de este tipo.
Por lo tanto, el intervalo de valores de comparación representa una
evolución típica en el tiempo de los valores determinados a partir
de la magnitud que comprende información de la velocidad de giro
como medida para la deceleración de la velocidad de giro del motor
que se va produciendo. Un caso de aprisionamiento de este tipo
puede detectarse por una deceleración no lineal de la velocidad de
giro del motor y, por lo tanto, con ayuda de un período de motor que
aumenta de esta forma, que refleja el coeficiente de aumento de
fuerza a modo de
resorte.
resorte.
En principio, este procedimiento también es
adecuado para distinguir con ayuda de distintos intervalos de
valores de comparación que representan distintos modelos de
situaciones con presencia de un obstáculo de una serie de distintos
obstáculos que se caracterizan por diferentes protocolos de
variación del motor entre distintas situaciones con presencia de un
obstáculo. De esta forma puede distinguirse entre una situación de
aprisionamiento real y un obstáculo que se encuentra en la guía de
la luna. A continuación, el sistema puede reaccionar de distintas
formas en función de la situación de obstáculo detectada, por
ejemplo, mediante conmutación del motor de accionamiento en caso de
un aprisionamiento y sólo una parada del motor, que puede ser
indicado, por ejemplo, en otro caso. De esta forma puede detectarse
también la entrada de la luna en la junta superior.
Para conseguir una concordancia suficiente entre
el intervalo de valores de comparación que representa una situación
con presencia de obstáculo y la secuencia de los valores actualmente
determinados, basta en principio con que tres valores sucesivos
actualmente determinados formen parte del intervalo de valores que
define la situación de obstáculo. No obstante, por razones de
redundancia, puede ser ventajoso prever cinco a siete valores
sucesivos actualmente determinados como medida de una concordancia
suficiente.
La determinación de los valores a partir de la
magnitud que comprende información de la velocidad de giro puede
realizarse basándose en un modelo de fuerza, que tiene en cuenta
componentes del sistema y parámetros del sistema. En lugar de un
modelo de fuerza también puede usarse un modelo de energía del
sistema, pudiendo usarse este último también para la interpolación
del siguiente valor o de los siguientes valores que se han de
esperar en un caso con presencia de un obstáculo.
A continuación, la invención se describirá con
ayuda de un ejemplo de realización, haciéndose referencia a las
figuras adjuntas. Muestran:
la fig. 1, un diagrama representado en función
del tiempo de los valores determinados a partir de la magnitud que
comprende información de la velocidad de giro al producirse una
situación con presencia de obstáculo después de un servicio en
condiciones normales y
la fig. 2, un diagrama de períodos del motor
representado en función del tiempo.
En el árbol de un motor eléctrico de elevalunas
de un automóvil está dispuesto un imán cuadripolar en la dirección
del contorno. Una disposición de sensores Hall dispuesta de forma
estacionaria respecto a este imán sirve para la detección de la
polaridad del imán que está presente en el sensor Hall,
respectivamente. Por lo tanto, en este ejemplo de realización
representado, una vuelta de 360º del árbol del rotor se caracteriza
por pasar por cuatro períodos, que en lo sucesivo se denominarán
períodos de motor. La duración de un período de motor de este tipo
es, por lo tanto, una medida directa de la velocidad de giro del
motor de elevalunas.
En un proceso de cierre de la luna accionada por
el motor de elevalunas en condiciones normales, el motor de
elevalunas gira en un caso ideal de forma constante, aunque en el
caso real estará sometido a variaciones estadísticamente
distribuidas. Estas variaciones se deben al sistema de transmisión
de fuerza y/o a la fricción no constante de la luna en su guía. Un
servicio del motor de accionamiento a una velocidad de giro
constante se reconoce en la figura 2 por la duración constante de
los primeros períodos de motor T. En el momento x_{0}, la luna
que cierra la abertura de ventana toca un obstáculo, por lo que se
frena el motor de elevalunas. Esto conduce a un aumento de la
duración de los períodos de motor T que siguen a este momento
x_{0}.
Basándose en un modelo de fuerza, se almacena en
este ejemplo de realización después de cada cambio de polaridad
detectado y, por lo tanto, después de cada ciclo de período la
duración del período del motor que se ha detectado en último lugar,
respectivamente, en una memoria cíclica con, por ejemplo, cinco
posiciones de almacena-
miento.
miento.
\newpage
Basándose en un modelo de fuerza simplificado,
en un proceso de cierre de la luna en condiciones normales es
válido
\vec{F}_{ges}
= \vec{F}_{M} + \vec{F}_{g} + \vec{F}_{R} =
0,
siendo F_{M} la fuerza de motor,
F_{g} la fuerza por el peso de la luna y F_{R} la fuerza de
fricción. Las magnitudes indicadas en último lugar son constantes.
Por lo tanto, la fuerza de motor F_{M} es constante en un
servicio normal, de modo que pueda obtenerse un período de motor T
constante (véase también la figura 2). En el momento x_{0}, la
luna se topa con un obstáculo, de modo que a continuación se produce
una variación de la fuerza en el sentido que a la fuerza de motor
F_{M} original se suma la flexibilidad del objeto con el que se
ha topado, expresada como fuerza de resorte F_{F}, de modo que
resulte la siguiente
ecuación:
\vec{F}_{ges}
= \vec{F}_{M} + \vec{F}_{F} + \vec{F}_{g} + \vec{F}_{R} \neq
0,
siendo F_{ges} la fuerza total y
F_{F} la fuerza de resorte. El período de motor actual, en el que
se topa con el obstáculo, se prolonga en función de la fuerza de
resorte F_{F}. También se prolongan los períodos de motor
siguientes, concretamente sumándose la fuerza del resorte. Esto
también se puede expresar mediante el período del motor que es
constante antes del momento x_{0} y que se prolonga por la
situación de aprisionamiento en función de la fuerza de resorte.
Uniéndose los factores constantes, esto se puede expresar
como
T = K +
\frac{B}{1 - A \cdot
x}
En esta descripción de la evolución de los
períodos del motor no se tiene en cuenta la inercia de masas de la
luna. No obstante, esto se aprovecha en el presente caso justamente
de modo que en el punto de toparse la luna con el obstáculo la
constante de elasticidad que se puede determinar parece en primer
lugar más baja aumentando a medida que la luna entre más en el
obstáculo.
La ecuación arriba indicada presenta tres
incógnitas constantes (K, B, A), que pueden determinarse, no
obstante, a partir de tres puntos de apoyo en el marco de un
cálculo de punto flotante. Puesto que, no obstante, por regla
general un cálculo de coma flotante de este tipo supera la capacidad
de un microcontrolador usado en la práctica, en el ejemplo de
realización representado se valora el comportamiento de aumento del
período de motor T. En esta valoración se analizan varias
mediciones de duración de período sucesivas respecto a su
comportamiento de variación respectivo en comparación con el período
anterior, realizándose este análisis según la siguiente
ecuación
\frac{T_{m} -
T_{n}}{T_{k} - T_{m}} =
1
La afirmación que resulta de esta ecuación
muestra que el cociente diferencial de tres períodos de motor
directamente sucesivas es igual a 1 en el modelo de fuerzas
simplificado en caso de aprisionamiento. Al mismo tiempo se ve por
esta ecuación que en el caso ideal con un número de revoluciones
constante del motor y, por lo tanto, períodos de motor constantes,
esta ecuación no está definida. No obstante, como en la práctica no
se produce esta idealización, hay una dispersión del resultado, lo
cual conduce a variaciones claras de los cocientes diferenciales,
como está representado en el diagrama de la figura 1 antes del
momento x_{0}. Gracias a la definición del caso de
aprisionamiento en el presente caso porque el cociente diferencial
debe ser "1", en el caso de aprisionamiento existe un
comportamiento típico de los cocientes diferenciales resultantes.
Debido a la inercia de masas de la luna, que no se tiene en cuenta
en el modelo de fuerzas, esta está situada al principio del caso de
aprisionamiento un poco por encima de "1" y se reduce
sucesivamente con la detección de cada nuevo período de motor y los
cocientes diferenciales formados a partir de ellos. Por lo tanto, se
deposita en la memoria cíclica el cociente diferencial determinado
en último lugar, respectivamente. En la figura 1 se indica un
intervalo de valores W, en el que están representados los cocientes
diferenciales que resultan en un caso de aprisionamiento. Los
distintos cocientes diferenciales representados en este intervalo
de valores W están provistos de un intervalo de tolerancia. En caso
de una situación de aprisionamiento debe cumplirse, por lo tanto,
la condición de que en dos cocientes diferenciales sucesivos el
cociente determinado en último lugar sea menor que el anterior,
respectivamente. Además, puede considerarse otro criterio que la
diferencia del cociente diferencial de una primera pareja de
cocientes diferenciales formada por dos cocientes diferenciales
sucesivos sea mayor que la diferencia de los cocientes diferenciales
de otra pareja de cocientes diferenciales formada por el cociente
diferencial determinado en último lugar de la primera pareja de
cocientes diferenciales y el cociente diferencial formado
inmediatamente después. En el presente caso está previsto que cinco
cocientes diferenciales sucesivos deban cumplir estas condiciones
para que el sistema pueda deducir que se trata de un caso de
aprisionamiento.
La descripción de este procedimiento muestra
claramente que después de calibrar una sola vez el sistema en
cuestión, por ejemplo, un sistema de elevalunas en un automóvil
mediante definición del intervalo de valores puede detectarse de
forma sencilla y con gran seguridad un caso de aprisionamiento. Si
bien en los viajes por terreno difícil, que actúan como golpes
sobre la luna que se está cerrando, esto se hace notar en forma de
una variación breve del período del motor, los cocientes
diferenciales formados a partir de ello no cumplen las condiciones
indicadas, por lo que no corresponden al modelo descrito, por
ejemplo, en la figura 1. Por lo tanto, no se tendrán en cuenta
ningunas fuerzas que actúen sobre la luna que no se hagan notar en
un aumento de fuerza a modo de resorte en el sistema global. Puesto
que, sólo cuando se produce esto, pueden determinarse cocientes
diferenciales que bastan para detectar un caso de aprisionamiento
respecto a los criterios respectivamente anteriores arriba
indicados. Puesto que esto no depende de la fuerza absoluta, este
comportamiento no depende de la fuerza de resorte real, que
representa un caso de aprisionamiento. Por lo tanto, ya se deduce
que existe una situación de aprisionamiento cuando una pequeña
resistencia que actúa a modo de resorte actúa sobre el movimiento
de cierre de la luna. Por lo tanto, puede detectarse un caso de
aprisionamiento en un momento muy temprano, produciéndose la
detección en el presente caso, en el que se tienen en cuenta cinco
cocientes diferenciales que cumplen los criterios, ya después de un
importe de ángulo de giro del árbol de rotor de 450º.
Claims (8)
1. Procedimiento para la detección de una
situación de obstáculo de un elemento móvil accionado por motor
mediante la valoración de una magnitud que comprende una información
de la velocidad de giro del motor, en el que partiendo de un
momento actual se analizan los valores determinados de la magnitud
que comprende información de la velocidad de giro de momentos de
detección inmediatamente anteriores, caracterizado porque
mediante una comparación de un modelo del comportamiento de
variación de los valores determinados con un intervalo de valores
que se extiende a varios valores, que representa una evolución en el
tiempo típica para la situación de obstáculo debido a la
deceleración de la velocidad de giro del motor, se detecta si existe
una situación de obstáculo de este tipo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el intervalo de valores que representa
la situación de obstáculo de la magnitud analizada representa el
comportamiento de variación de la magnitud analizada que se produce
cuando el elemento accionado por motor topa con un objeto,
conduciendo esto a un coeficiente de aumento de fuerza no lineal y,
por lo tanto, a un coeficiente de aumento a modo de resorte.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque el intervalo de valores de
comparación presenta un intervalo de tolerancia.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó
3, caracterizado porque el intervalo de valores que
representa la situación de obstáculo es determinado por una caída
no lineal que aumenta con el tiempo.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la magnitud que
comprende la información de la velocidad de giro se determina como
el tiempo en el que el árbol de rotor del motor gira un importe
angular determinado.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque existe una
concordancia suficiente entre el intervalo de valores y la
secuencia de los valores actualmente detectados si al menos tres
valores sucesivos forman parte del intervalo de valores de
comparación que define la situación de obstáculo.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque los valores determinados uno tras otro,
que se necesitan para una concordancia suficiente, se almacenan
sucesivamente.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el procedimiento
se usa para la detección de un caso de aprisionamiento que supone
un obstáculo para un movimiento de cierre de una luna accionada por
motor de un automóvil.
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