WO2000014845A1 - Antriebsvorrichtung und verfahren zum verstellen eines fahrzeugteils - Google Patents

Antriebsvorrichtung und verfahren zum verstellen eines fahrzeugteils Download PDF

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WO2000014845A1
WO2000014845A1 PCT/EP1999/006510 EP9906510W WO0014845A1 WO 2000014845 A1 WO2000014845 A1 WO 2000014845A1 EP 9906510 W EP9906510 W EP 9906510W WO 0014845 A1 WO0014845 A1 WO 0014845A1
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electric motor
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determined
motor
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PCT/EP1999/006510
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Joachim Klesing
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Webasto Dachsysteme Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting a vehicle part between at least two positions according to the preamble of claim 1 and a drive device for a vehicle part adjustable between at least two positions according to the preamble of claim 13.
  • a drive device for a motor vehicle window which detects the motor speed by means of two Hall detectors and reverses the motor when a threshold value for the relative change in speed is exceeded.
  • the threshold value is constantly recalculated as a function of the detected motor voltage and the ambient temperature determined by a temperature sensor on the motor. The standstill / operating times of the motor are also taken into account in order to be able to infer the ambient temperature from the motor temperature.
  • a disadvantage of these generic speed detection systems is that due to the individual fluctuations in the characteristic curves of the motors used, the assignment of the measured motor speed to the corresponding motor torque, i.e. the corresponding action of force on the adjustable vehicle part is subject to these random fluctuations, which results in inaccuracies in the detection of a trapping event.
  • the time at which each pulse signal is input to the control unit is recorded, a value for the change in engine speed is determined from at least some of these previously measured times, and a force change value is calculated from each speed change value by multiplication by a proportionality factor. which is used in determining the value for the momentary force acting on the moving vehicle part.
  • This proportionality factor is preferably selected as a function of the engine characteristic.
  • the motor characteristic curve is preferably determined for at least one motor voltage without a driven vehicle part, with two fixed value pairs of speed and torque preferably being measured for a fixed motor voltage.
  • the proportionality factor is preferably also selected as a function of the engine temperature, the engine temperature preferably being estimated by detecting the ambient temperature and the operating time of the engine.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a drive device according to the invention
  • FIG. 2 shows a graphical representation of an exemplary temporal course of the period of the motor rotation
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the method according to the invention for determining a trapping situation
  • FlG. 4 schematically shows a vehicle roof to illustrate the method according to FIG. 3.
  • a magnetic wheel 18 with at least one south and one north pole is mounted on the shaft 12 in a rotationally fixed manner.
  • several, for example four, north and south poles can also be arranged on the magnetic wheel 18, which shortens the period of the signals accordingly.
  • Two Hall sensors 20, 22 are arranged near the magnetic wheel 18 in the circumferential direction, each of which sends a pulse signal to a control unit 24 provided with a microprocessor 36 and a memory 38 each time the north or south pole of the magnetic wheel 18 passes emit, which thus receives a signal about every quarter turn of the shaft 12.
  • the period duration results in each case from the distance between two successive signals on the same sensor 20 or 22, which are received at a distance of one full rotation of the shaft 12.
  • the period is alternately calculated from the time difference of the last two signals on the sensors 20 and 22, so that a new value of the period is available every quarter of a turn.
  • the direction of rotation can also be determined on the basis of the phase shift of the signals of the two sensors 20, 22.
  • the current position of the cover 54 can also be determined from the signals of the Hall sensors 20, 22 by feeding these signals to a counter 40 assigned to the control unit 24.
  • the direction of rotation of the electric motor 10 can be controlled by the control unit 24 via two relays 26, 28 with changeover contacts 30, 32.
  • the speed of the motor 10 will be controlled by pulse width modulation via a transistor 34 controlled by the control unit 24.
  • the microprocessor 36 determines the monthly period of the rotation of the shaft 12 and thus also of the electric motor 10. Thus, a measurement value for the period is available approximately every quarter of a revolution of the shaft 12. In order to guarantee protection against trapping between these times, a fixed time grid, e.g. after every 1 ms, estimates for the period are extrapolated from previous measured values of the period, for example using the following formula:
  • T * [k] T [i] + k • (al • T [i-1] + a2 • T [i-2] + a3 ⁇ T [i-3]) (1)
  • al, a2, a3 are parameters, i is an index that every quarter, incremented, and k is the running index of the fixed time grid, which is reset to zero for each new measurement for the period.
  • i is an index that every quarter, incremented
  • k is the running index of the fixed time grid, which is reset to zero for each new measurement for the period.
  • the parameters al, a2, a3 model the overall system of the drive device, ie motor 10, power transmission components and cover, and are determined by the spring stiffness, damping and friction of the overall system. This results in a bandpass effect with the property that spectral components of the period over time, that of Vibrations originate, are rated weaker than those resulting from a trapping event.
  • FlG. 2 schematically shows an exemplary temporal course of the measured period durations T and the period durations T * estimated therefrom. The dashed curve represents the true course of the period.
  • the speed change at time [k], based on the previous time [k-1], is then estimated from the estimated values for the period, using a motor voltage filter and a travel profile filter to determine the influences of the motor voltage and the position at which the moving vehicle part, ie the cover, just located, to eliminate the engine speed using the following formula:
  • Um [k] is the motor voltage at the time [k]
  • Vu is a motor voltage filter which simulates the dependence of the speed on the motor voltage detected by the control unit 24
  • x [k] is the position of the cover at the time [k]
  • Vr is a displacement profile filter that simulates the dependence of the engine speed on the position of the cover.
  • the motor voltage filter Vu simulates the dynamic behavior of the motor when the voltage changes.
  • the motor voltage filter Vu is preferably designed as a low-pass filter, the time constant of which is equal to the motor time constant.
  • the time constant depends on the operating case, i.e. the opening or closing of the cover 54 in the sliding or lowering direction, and the magnitude of the change in voltage.
  • the path profile filter Vr is automatically determined by a learning run after installation of the drive device in the vehicle. It is also possible to adapt to changed operating conditions - e.g. due to wear - at certain intervals during the life of the system. Instead of a single learning run, statistical averages determined from several (for example 50) learning runs can also be used for data acquisition for the path profile filter. As mentioned above, the position of the cover 54 is determined from the pulse signals of the Hall sensors 20, 22 which are summed up by means of the counter 40. The decision as to whether or not there is a jamming is made using the following formula:
  • the estimated speed changes ⁇ N * [k] are compared with a fixed lower limit that is constant over time. As soon as they exceed this lower limit, they are each multiplied by a proportionality factor Vf, which represents the steepness of the motor characteristic of the electric motor 10 (torque versus speed). The slope is approximately constant at constant motor voltage and motor temperature, but is different for each electric motor 10.
  • Vf proportionality factor
  • the ambient temperature is detected by a temperature sensor and the motor temperature is approximated by recording the operating time (instead of the ambient temperature, the motor temperature can also be detected directly by a temperature sensor on the electric motor 10).
  • the ⁇ F [k] values are added up as long as the ⁇ N * [k] values are above the specified lower limit. As soon as two consecutive ⁇ N * [k] values are below it again, the sum is set to zero. If a ⁇ N * [k] value exceeds a fixed upper limit, only the value of the upper limit is included in the sum instead of this ⁇ N * [k]. This serves to eliminate as far as possible the effects of vibrations, which lead to brief, periodic peaks in the speed change, on the detection of a trapping event. In the simplest case, this upper limit can be chosen to be constant. In order to increase the accuracy of the triggering, the upper limit can also be dependent on the current determined speed change can be selected to be variable in time, for example in such a way that the upper limit is raised with increasing current speed change.
  • the control unit 24 triggers a reversal of the electric motor 10 by actuating the relays 26, 28 via the switches 30, 32 in order to immediately release a jammed object or a jammed body part to give.
  • the trapping protection is active by the described extrapolation of the period also between two measured values of the period at fixed times, whereby a trapping event can be detected earlier, ie even with fewer cycles, which better prevents injuries or damage and thereby the safety of the drive devices ⁇ go increased.
  • a spectral analysis of the speed changes determined within a certain time window up to the time of analysis can be carried out. If certain spectral characteristics occur, in particular if a clearly pronounced peak occurs, which is not in the spectral range typical for pinching cases, triggering is prevented, even if the threshold Fmax is exceeded.
  • FIG. 3 schematically shows a second embodiment of the invention.
  • the essential difference from the first embodiment described above is that, in a first calculation 50, a second calculation 52 with its own parameter set is carried out in a first calculation 50 in parallel and independently of an inventive extrapolation of the measured period durations at specific times and the determination of estimated values for the force acting on the adjustable vehicle part and another sampling rate is carried out, which also provides a value for the current force.
  • the results of both calculations are taken into account when deciding whether the engine should be switched off or reversed. This follows from the following considerations:
  • the rigidity of the overall system is made up of the rigidity of the sliding-lifting roof mechanism, the clamped body and the vehicle body.
  • the stiffness of the pinched body depends on the type of body.
  • the rigidity of the body is heavily dependent on the place where the body is pinched. This applies in particular to the lowering movement of a cover 54 from an opening position, see FIG. 4. If a body 56 is clamped in the area of the roof center (indicated in FIG. 4 with 58), the overall system is considerably softer due to the possible deflection of the rear edge of the cover than when pinching in the edge area (indicated in Fig. 4 with 60).
  • the sampling rate means the distance between the times at which a value for the momentary force is determined. If the system works with a single fixed sampling rate, the parameter set of the calculation, in particular the threshold or limit values, and the selected sampling rate can only be optimized for a single stiffness of the overall system, although in practice depending on the type and location of the pinched Body different stiffnesses of the overall system can be decisive.
  • the second calculation 52 is preferably for the detection of slow changes in force, i.e. small stiffnesses optimized, while the first calculation 50 for the detection of rapid changes in force, i.e. great stiffness is optimized.
  • the second calculation 52 does not require extrapolation of measured values of the period, but, depending on the relevant stiffness range, at most after a new measured value has been received or only after every nth input of a measured value a new value of the momentary force applied. In principle, however, the second can, if necessary Calculation 52 use an extrapolation algorithm, the extrapolation times being selected at a greater distance than in the first calculation 50.
  • the engine temperature is taken into account when determining the speed when converting speed change into force change according to formula (3).
  • the first sampling rate is selected so that it is optimal for the detection of pinching cases with the highest system stiffness to be expected
  • the speed detection stage 62 is used jointly by the first calculation 50 and the second calculation 52.
  • the speed change .DELTA.N * using the formula (3) in the manner described above using a first value for the fixed lower limit, a first value for the fixed upper limit and a first value for the threshold value Fmax becomes the first sampling rate specified times, ie the extrapolation times [k], ascertained whether the momentary force effect exceeds this first threshold value Fmax.
  • the values of this first parameter set are optimized for the detection of pinching cases with the greatest expected system rigidity.
  • the sampling rate is selected so that it is optimal for the detection of pinching cases with the lowest expected system stiffness.
  • This second sampling rate can be chosen, for example, so that only every fourth measured value of the period T is to be taken into account.
  • the second calculation is carried out only at every fourth signal input by the Hall sensors 20, 22, ie only every fourth speed N [i] determined by the stage 62, which is based on a measured period T in the period shown in FIG 4 takes into account the sampling stage indicated by 66 (indicated by 66 in FIG. 4), which goes back to a measured period T.
  • the extrapolated from Periods T * determined speeds N * [k] are of course not taken into account anyway.
  • the second calculation 52 is therefore only carried out every fourth point in time [i].
  • the speed change ⁇ N [i] compared to the last measured value is determined. Then it is determined in an analogous manner by means of the formula (3) using a second value for the fixed lower limit, a second value for the fixed upper limit and a second value for the threshold value Fmax, whether the momentary force action exceeds this second threshold value Fmax.
  • the values of this second parameter set are optimized for the detection of pinching cases with the lowest expected system rigidity.
  • the results of the first and the second calculation are logically linked to one another in a logic stage 64.
  • this is an OR operation.
  • the motor is switched off or reversed when one of the two calculations has detected a case of jamming.
  • the decision is made at any point in time at which the first calculation 50 delivers a new result. Since new results of the second calculation 52 are available much less frequently, the last result of the second calculation 52 is always supplied to the logic stage 64.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen eines Fahrzeugteils zwischen mindestens zwei Stellungen sowie eine Antriebsvorrichtung zum Ausführen diese Verfahrens. Das Fahrzeugteil wird dabei von einem Elektromotor (10) angetrieben, ein Pulssignal wird entsprechend der Drehbewegung des Elektromotors (10) erzeugt und einer Steuereinheit (24) zum Steuern des Elektromotors (10) zugeführt, in welcher zu bestimmten Zeitpunkten aus dem Pulssignal ein Wert für die aktuelle Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil bestimmt wird. Dieser Wert wird als ein Kriterium bei der Entscheidung verwendet, ob der Elektromotor (10) abgeschaltet bzw. reversiert wird oder nicht. Vor dem Anschluß des Elektromotors (10) an das Fahrzeugteil werden an dem Elektromotor (10) Messungen zur Ermittlung der individuellen Motorkennlinie vorgenommen, wobei die so ermittelten Meßwerte bei der Bestimmung des Werts der Krafteinwirkung verwendet werden.

Description

Antriebsvorrichtung und Verfahren zum Verstellen eines Fahrzeugteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen eines Fahrzeugteils zwischen mindestens zwei Stellungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Antriebsvorrichtung für ein zwischen mindestens zwei Stellungen verstellbares Fahrzeugteil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13.
Aus der DE 43 21 264 AI ist ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung bekannt, wobei ein Elektromotor eine Kfz-Fensterscheibe antreibt. Mittels zweier um 90 Grad versetzter Hall-Sensoren, die mit einem auf der Motorwelle angeordneten Magneten zusammenwirken, wird ein Signal erzeugt, aus welchem die momentane Periodendauer der Motordrehung und damit die momentane Drehzahl des Motors zu jedem Zeitpunkt, zu dem ein solches Signal an einer Steuereinheit zum Steuern des Motors eingeht, bestimmt wird. Sobald die momentane Drehzahländerung, die sich aus der Differenz zweier aufeinanderfolgender Drehzahl-Meßwerte ergibt, einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, wird der Motor reversiert, um einen eventuell eingeklemmten Gegenstand freizugeben.
Aus der DE 195 11 581 AI ist eine ähnliche Antriebsvorrichtung bekannt, bei welcher jedoch der Schwellwert positionsabhängig variabel gewählt ist, wobei in einem Speicher für bestimmte Positionen des Verstellwegs die in einem früheren Lauf erfaßte Geschwindigkeitsänderung zwischen zwei benachbarten Positionen gespeichert ist, um daraus in Abhängigkeit von der letzten aktuell erfaßten Position und Geschwindkeit den Abschaltschwellwert für die Geschwindigkeit jeweils positionsabhängig zu berechnen.
Aus der DE-OS 29 26 938 ist bekannt, bei einem Schiebedachantrieb in gleichbleibenden zeitlichen Abständen die Motordrehzahl zu erfassen, die Differenzen aufeinander folgender Werte zu bilden, diese Differenzen aufzuaddieren, wenn sie größer als ein vorbestimmter Schwellwert sind, und ein Abschalten oder Reversieren des Motors auszulösen, sobald die aufaddierte Summe einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Aus der DE 43 12 865 AI ist eine Antriebsvorrichtung für ein Kfz-Fenster bekannt, welche die Motordrehzahl mittels zweier Hall-Detektoren erfaßt und bei Überschreiten eines Schwellwerts für die relative Änderung der Drehzahl den Motor reversiert. Dabei wird der Schwellwert in Abhängigkeit von der erfaßten Motorspannung und der durch einen Temperatursensor am Motor ermittelten Umgebungstemperatur ständig neu berechnet. Dabei werden auch die Stand/Betriebszeiten des Motors berücksichtigt, um von der Motortemperatur auf die Umgebungstemperatur schließen zu können.
Aus der DE 196 18 219 AI ist bekannt, bei einem Schiebedachantrieb die Drehzahlschwelle bzw. die Drehzahländerungsschwelle des Motors, ab welcher ein Reversieren des Motors erfolgt, aus den positionsabhängigen Drehzahldaten eines vorher erfolgten Referenzlaufs abhängig von der Postion des Deckels zu ermitteln.
Nachteilig bei diesen gattungsgemäßen die Drehzahl erfassenden Systemen ist, daß bedingt durch die indivudellen Schwankungen der Kennlinien der verwendeten Motoren auch die Zuordnung von gemessener Motordrehzahl zum entsprechenden Motordrehmoment, d.h. der entsprechenden Krafteinwirkung auf das verstellbare Fahrzeugteil, diesen zufälligen Schwankungen unterworfen ist, was Ungenauigkeiten bei der Erfassung eines Einklemmfalls zur Folge hat.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein zwischen mindestens zwei Stellungen bewegliches Fahrzeugteil sowie ein Verfahren zum Verstellen eines beweglichen Fahrzeugteils zwischen mindestens zwei Stellungen zu schaffen, mittels denen eine bessere Genauigkeit bei der Erfassung eines Einklemmfalls erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 13. Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ist vorteilhaft, daß Schwankungen der individuellen Motorkennlinie des verwendeten Elektromotors kompensiert werden können, so daß eine genauere Ermittlung des Motordrehmoments und damit der Krafteinwirkung auf das verstellbare Fahrzeugteil ermöglicht wird, wodurch die Genaugkeit der Erfassung eines Einklemmfalls verbessert werden kann.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird der Zeitpunkt des Eingangs eines jeden Pulssignals an der Steuereinheit erfaßt, aus mindestens einem Teil dieser bisher gemessenen Zeitpunkte wird jeweils ein Wert für die Änderung der Motordrehzahl bestimmt und aus jedem Drehzahländerungswert wird durch Multiplikation mit einem Proportionalitätsfaktor ein Kraftänderungswert berechnet, der bei der Bestimmung des Werts für die momentane Krafteinwirkung auf das bewegliche Fahrzeugteil verwendet wird.
Dieser Proportionalitätsfaktor wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Motorkennlinie gewählt.
Vorzugsweise wird die Motorkennlinie vor Inbetriebnahme ohne angetriebenes Fahrzeugteil für mindestens eine Motorspannung ermittelt, wobei bei fester Motorspannung vorzugsweise zwei Wertepaare von Drehzahl und Drehmoment gemessen werden.
Ferner ist der Proportionalitätsfaktor vorzugsweise auch in Abhängigkeit von der Motortemperatur gewählt, wobei die Motortemperatur vorzugsweise dadurch abgeschätzt wird, daß die Umgebungstemperatur und die Betriebsdauer des Motors erfaßt wird.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden sind zwei Ausfuhrungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
FIG. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
FIG. 2 eine graphische Darstellung eines beispielhaften zeitlichen Verlaufs der Periodendauer der Motordrehung, FIG. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Einklemmfalls, und
FlG. 4 schematisch ein Fahrzeugdach zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß Fig. 3.
Unter Bezugnahme auf FlG. 1 treibt ein Gleichstrommotor ausgebildeter Elektromotor 10 über eine Welle 12 ein Zahnritzel 14 an, welches mit zwei zug- und drucksteif geführten Antriebskabeln 16 im Eingriff steht. Zwischen dem Elektromotor 10 und dem Ritzel 14 liegt optional noch ein nicht dargestelltes Schneckengetriebe. Die beweglichen Deckel 54 von Fahrzeug-Schiebedächern, heute überwiegend als Schiebe-Hebe-Dächer oder Spoilerdächer ausgeführt, werden meistens mittels solcher Antriebskabel 16 angetrieben. Die Fensterheber einer Kfz-Tür wirken oft über eine Seiltrommel und ein glattes Seil auf das bewegbare Teil, d.h. die Scheibe. Für die folgende Betrachtung ist es gleichgültig, wie die Krafteinleitung auf das bewegliche Fahrzeugteil erfolgt. Bevorzugt wird der Deckel 54 eines Schiebe-Hebe- Daches angetrieben, der jedoch wegen der besseren Übersichtlichkeit nur in Fig. 4 dargestellt ist.
Auf der Welle 12 ist ein Magnetrad 18 mit wenigstens einem Süd- und einem Nordpol drehfest angebracht. Selbstverständlich können auch mehrere, beispielsweise je vier Nord- und Südpole am Magnetrad 18 angeordnet sein, wodurch die Periodendauer der Signale entsprechend verkürzt wird. In Umfangsrichtung um etwa 90 Grad versetzt sind nahe des Magnetrads 18 zwei Hall-Sensoren 20, 22 angeordnet, die jeweils bei jedem Durchgang des Nord- bzw. Südpols des Magnetrads 18 ein Impulssignal an eine mit einem Mikroprozessor 36 und einem Speicher 38 versehene Steuereinheit 24 abgeben, die somit etwa bei jeder Viertelumdrehung der Welle 12 ein Signal empfängt. Die Periodendauer ergibt sich jeweils aus dem Abstand zweier aufeinanderfolgender Signale an demselben Sensor 20 bzw. 22, die im Abstand einer vollen Umdrehung der Welle 12 eingehen. Wegen der 90 Grad- Anordnung der beiden Sensoren 20, 22 wird die Periodendauer abwechselnd aus der zeitlichen Differenz der beiden letzten Signale an dem Sensors 20 bzw. 22 berechnet, so daß jede Viertelumdrehung ein neuer Wert der Periodendauer zur Verfügung steht. Durch diese Art der Bestimmung der Periodendauer wirken sich Abweichungen von der exakten 90 Grad- Geometrie der Sensoranordnung nicht auf die Periodendauer aus, wie dies bei einer Bestimmung der Periodendauer aus der Zeitdifferenz zwischen dem letzten Signal des einen Sensors und des anderen Sensors der Fall wäre.
Aufgrund der Phasenverschiebung der Signale der beiden Sensoren 20, 22 kann auch die Drehrichtung bestimmt werden. Zusätzlich kann aus den Signalen der Hall-Sensoren 20, 22 auch die aktuelle Position des Deckels 54 ermittelt werden, indem diese Signale einem der Steuereinheit 24 zugeordneten Zähler 40 zugeführt werden.
Die Drehrichtung des des Elektromotors 10 kann von der Steuereinheit 24 über zwei Relais 26, 28 mit Umschaltkontakten 30, 32 gesteuert werden. Die Drehzahl des Motors 10 wird durch Pulsbreitenmodulation über einen von der Steuereinheit 24 angesteuerten Transistor 34 gesteuert werden.
Aus dem Zeitpunkt des Signaleingangs von den Hall-Sensoren 20 bzw. 22 bestimmt der Mikroprozessor 36 die monentane Periodendauer der Umdrehung der Welle 12 und somit auch des Elektromotors 10. Somit steht etwa zu jeder Viertelumdrehung der Welle 12 ein Meßwert für die Periodendauer zur Verfügung. Um auch zwischen diesen Zeitpunkten einen Einklemmschutz zu gewährleisten, werden ständig in einem festen Zeitraster, z.B. nach jeweils 1 ms, Schätzwerte für die Periodendauer aus vorangegangenen Meßwerten der Periodendauer extrapoliert, beispielsweise nach folgender Formel:
T*[k] = T[i] + k • (al • T[i-1] + a2 • T[i-2] + a3 ■ T[i-3]) (1)
wobei al, a2, a3 Parameter sind, i ein Index ist, der bei jedem Signaleingang, d.h. bei jeder Viertelperiode, inkrementiert wird, und k der Laufindex des festen Zeitrasters ist, der bei jedem neuen Meßwert für die Periodendauer auf Null rückgesetzt wird. Statt der letzten vier Meßwerte können je nach Anforderung auch mehr oder weniger Meßwerte berücksichtigt werden, z.B. nur die letzten beiden.
Die Parameter al, a2, a3 modellieren das Gesamtsystem der Antriebsvorrichtung, d.h. Motor 10, Kraftübertragungskomponenten und Deckel, und sind durch die Federsteifigkeiten, Dämpfungen und Reibungen des Gesamtsystems bestimmt. Daraus ergibt sich eine Bandpaßwirkung mit der Eigenschaft, daß spektrale Anteile des Periodenzeitverlaufs, die von Vibrationen herrühren, schwächer bewertet werden als solche, die von einem Einklemmfall herrühren. FlG. 2 zeigt schematisch einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der gemessenen Periodendauern T und der daraus abgeschätzten Periodendauern T*. Die gestrichelte Kurve stellt den wahren Verlauf der Periodendauer dar.
Aus den so bestimmten Schätzwerten für die Periodendauer wird dann die Drehzahländerung zum Zeitpunkt [k], bezogen auf den vorhergehenden Zeitpunkt [k-1], abgeschätzt, wobei ein Motorspannungsfilter und ein Wegprofilfilter verwendet werden, um Einflüsse der Motorspannung und der Position, an welcher sich das bewegliche Fahrzeugteil, d.h. der Deckel, gerade befindet, auf die Motordrehzahl zu eliminieren, wobei folgende Formel verwendet wird:
ΔN* [k] = (T* [k] - T* [k- 1 ]) / (T* [k])2 - Vu(Um[k]) - Vr(x[k]) (2)
wobei Um[k] die Motorspannung zum Zeitpunkt [k] ist, Vu ein Motorspannungsfilter ist, welches die Abhängigkeit der Drehzahl von der von der Steuereinheit 24 erfaßten Motorspannung nachbildet, x[k] die Position des Deckels zum Zeitpunkt [k] ist und Vr ein Wegprofilfilter ist, das die Abhängigkeit der Motordrehzahl von der Position des Deckels nachbildet.
Das Motorspannungsfilter Vu bildet das dynamische Verhalten des Motors bei Spannungsänderungen nach. Vorzugsweise ist das Motorspannungsfilter Vu als Tiefpaß ausgebildet, dessen Zeitkonstante gleich der Motorzeitkonstante ist. Die Zeitkonstante ist abhängig von dem Betriebsfall, d.h. vom Öffnen oder Schließen des Deckels 54 in Schiebeoder Absenkrichtung, und von der Größe der Spannungsänderung.
Das Wegprofilfilter Vr wird durch einen Lernlauf nach Einbau der Antriebsvorrichtung in das Fahrzeug automatisch ermittelt. Dabei ist während der Lebensdauer des Systems auch eine mehrfache Adaption an geänderte Betriebsbedingungen - z.B. durch Verschleiß - in bestimmten Intervallen möglich. Statt eines einzelnen Lernlaufs können auch aus mehreren (beispielsweise 50) Lernläufen ermittelte statistische Mittelwerte zur Datengewinnung für das Wegprofilfilter verwendet werden. Die Position des Deckels 54 wird, wie oben erwähnt, aus den mittels des Zählers 40 aufsummierten Impulssignalen der Hall-Sensoren 20, 22 bestimmt. Die Entscheidung, ob ein Einklemmfall vorliegt oder nicht, erfolgt anhand der folgenden Formel:
Σ (Vf ΔN*[k]) = Σ (ΔF[k]) > Fmax (3)
Die abgeschätzten Drehzahländerungen ΔN*[k] werden mit einer festgesetzten zeitlich konstanten Untergrenze verglichen. Sobald sie diese Untergrenze übersteigen, werden sie jeweils mit einem Proportionalitätsfaktor Vf multipliziert, der die Steilheit der Motorkennlinie des Elektromotors 10 (Drehmoment über Drehzahl) wiedergibt. Die Steilheit ist bei konstanter Motorspannung und Motortemperatur in etwa konstant, ist jedoch für jeden Elektromotor 10 individuell verschieden. Um diese Einflüsse zu eliminieren, wird einerseits durch einen Temperaturfühler die Umgebungstemperatur erfaßt und die Motortemperatur über die Erfassung der Betriebsdauer genähert (statt der Umgebungstemperatur kann auch die Motortemperatur durch einen Temperatursensor am Elektromotor 10 direkt erfaßt werden). Andererseits werden bei jedem Elektromotor 10 vor dem Anschließen an den Deckel 54 im Rahmen der Fertigungsendprüfung bei konstanter Motorspannung zwei Wertepaare für Drehzahl und Drehmoment ermittelt und in dem Speicher 38 abgespeichert. Aus diesen Meßwerten wird die Steigung der Motorkennlinie ermittelt, woraus der Proportionalitätsfaktor Vf berechnet wird.
Das Produkt aus ΔN*[k] und Vf entspricht der Änderung ΔF[k] der Krafteinwirkung auf die Verschiebebewegung des Deckels 54 zum Zeitpunkt [k], bezogen auf den Zeitpunkt [k-1].
Die ΔF[k]- Werte werden aufsummiert, solange die ΔN*[k]-Werte über der festgesetzten Untergrenze liegen. Sobald zwei aufeinanderfolgende ΔN*[k]-Werte wieder darunter liegen, wird die Summe auf Null gesetzt. Falls ein ΔN*[k]-Wert eine festgesetzte Obergrenze übersteigt, geht an Stelle dieses ΔN*[k] nur der Wert der Obergrenze in die Summe ein. Dies dient dazu, Einflüsse von Vibrationen, die zu kurzzeitigen periodischen Spitzen der Drehzahländerung führen, auf das Erkennen eines Einklemmfalles möglichst zu eliminieren. Diese Obergrenze kann im einfachsten Fall konstant gewählt werden. Um die Genauigkeit der Auslösung zu erhöhen, kann jedoch die Obergrenze auch in Abhängigkeit von der aktuell ermittelten Drehzahländerung zeitlich variabel gewählt werden, z.B. in der Form, daß die Obergrenze mit ansteigender aktueller Drehzahländerung angehoben wird.
Sobald die Summe der ΔF[k] eine maximal zulässige Klemmkraft Fmax übersteigt, löst die Steuereinheit 24 durch Ansteuerung der Relais 26, 28 über die Schalter 30, 32 ein Reversieren des Elektromotors 10 aus, um einen eingeklemmten Gegenstand oder ein eingeklemmtes Körperteil sofort wieder frei zu geben.
Somit ist der Einklemmschutz durch das beschriebene Extrapolieren der Periodendauern auch zwischen zwei Meßwerten der Periodendauer jeweils zu festen Zeitpunkten aktiv, wodurch ein Einklemmfall früher, d.h. noch bei geringerer Einklen mkraft, erkannt werden kann, was Verletzungen oder Beschädigungen besser vorbeugt und dadurch die Sicherheit der Antriebsvorrichtun Λgo erhöht.
Um die Fehlauslösungswahrscheinlichkeit beim Auftreten von Rüttelkräften weiter zu verringern, kann eine spektrale Analyse der innerhalb eines bestimmten Zeitfensters bis zum Analysezeitpunkt ermittelten Drehzahländerungen vorgenommen werden. Bei Auftreten bestimmter spektraler Charakteristika, insbesondere bei Auftreten eines deutlich ausgeprägten Peaks, der nicht in dem für Einklemmfälle typischen Spektralbereich liegt, wird ein Auslösen verhindert, auch wenn die Schwelle Fmax überschritten wird.
In Fig. 3 ist schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der wesentliche Unterschied zur oben beschrieben ersten Ausführungsform besteht darin, daß parallel und unabhängig zu einer erfindungsgemäßen Extrapolation der gemessenen Periodendauern zu bestimmten Zeitpunkten und der Bestimmung von Schätzwerten für die Krafteinwirkung auf das verstellbare Fahrzeugteil in einer ersten Berechnung 50 eine zweite Berechnung 52 mit einem eigenen Parametersatz und einer anderen Abtastrate durchgeführt wird, die ebenfalls einen Wert für die momentane Krafteinwirkung liefert. Für die Entscheidung, ob der Motor abgeschaltet bzw. reversiert werden soll, werden die Ergebnisse beider Berechnungen berücksichtigt. Dies ergibt sich aus folgenden Überlegungen:
Die Steifigkeit des Gesamtsystems setzt sich aus den Steifigkeiten der Schiebe-Hebe- Dachmechanik, des eingeklemmten Körpers sowie der Fahrzeugkarosserie zusammen. Einerseits hängt die Steifigkeit des eingeklemmten Körpers von der Art des Körpers ab. Andererseits ist die Steifigkeit der Karosserie stark von dem Ort abhängig, an dem der Körper eingeklemmt wird. Dies gilt insbesondere bei der Absenkbewegung eines Deckels 54 aus einer Ausstellposition, siehe Fig. 4. Wird dabei ein Körper 56 im Bereich der Dachmitte eingeklemmt (in Fig. 4 mit 58 angedeutet), so ist das Gesamtsystem aufgrund der möglichen Durchbiegung der Deckelhinterkante wesentlich weicher als bei einem Einklemmen im Randbereich (in Fig. 4 mit 60 angedeutet).
Mit Abtastrate ist im folgenden der Abstand der Zeitpunkte gemeint, zu welchen ein Wert für die momentane Krafteinwirkung bestimmt wird. Wenn das System mit einer einzigen festen Abtastrate arbeitet, können der Parametersatz der Berechnung, insbesondere die Schwell- bzw. Grenzwerte, und die gewählte Abtastrate nur für eine einzige Steifigkeit des Gesamtsystems optimiert werden, wobei jedoch in der Praxis je nach Art und Stelle des eingeklemmten Körpers unterschiedliche Steifigkeiten des Gesamtsystems maßgeblich sein können.
Durch das Durchführen einer zweiten parallelen Berechnung 52 ist es möglich, durch entsprechende Wahl der Berechnungsparameter und der der Berechnung zugrunde liegenden Abtastrate, d.h. der Wahl der Zeitpunkte, zu welchen ein neuer Wert der monentanen Krafteinwirkung berechnet wird, diese zweite Berechnung 52 für eine andere Steifigkeit zu optimieren.
Die zweite Berechnung 52 ist vorzugsweise für die Erfassung langsamer Krafteinwirkungsänderungen, d.h. kleiner Steifigkeiten, optimiert, während die erste Berechnung 50 für die Erfassung schneller Krafteinwirkungsänderungen, d.h. großer Steifigkeiten, optimiert ist.
In der Regel ist es bei der zweiten Berechnung 52 nicht erforderlich, eine Extrapolation von Meßwerten der Periodendauer durchzuführen, sondern es wird, je nach relevanten Steifigkeitsbereich, allenfalls nach Eingang eines neuen Meßwerts bzw. nur nach jedem n-ten Eingang eines Meßwerts eine Berechnung 52 eines neuen Werts der momentanen Krafteinwirkung vorgenommen. Grundsätzlich kann jedoch, falls erforderlich, auch die zweite Berechnung 52 einen Extrapolationsalgorithmus verwenden, wobei die Extrapolationszeitpunkte im einem größeren Abstand als bei der ersten Berechnung 50 gewählt sind.
Gemäß Fig. 3 wird in einer Drehzahlerfassungsstufe 62 aus den Eingangsgrößen Periodendauer T, Motorspannung, Deckelposition x sowie Motortemperatur gemäß den obigen Formeln (1) und (2) mit der ersten (höheren) Abtastrate, d.h. zu den Meßzeitpunkten [i] und den Extrapolationszeitpunkten [k], die aktuelle Drehzahländerung ΔN* bzw. die aktuelle Drehzahl N* (diese ergibt sich aus N*[k] = 1/T*[k] - Vu(Um[k]) - Vr(x[k]; statt [k] kann auch [i] stehen) bestimmt. Ferner wird die Motortemperatur bei der Drehzahlbestimmung bei der Umrechnung von Drehzahländerung in Kraftänderung gemäß Formel (3) berücksichtigt. Die erste Abtastrate ist so gewählt, daß sie für die Erfassung von Einklemmfällen mit den höchsten zu erwartenden Systemsteifigkeiten optimal ist. Die Drehzahlerfassungsstufe 62 wird von der ersten Berechnung 50 und der zweiten Berechnung 52 gemeinsam verwendet.
In der ersten Berechnung 50 wird aus der Drehzahländerung ΔN* mittels der Formel (3) in der oben beschriebenen Weise unter Verwendung eines ersten Werts für die festgesetzte Untergrenze, eines ersten Werts für die festgesetzte Obergrenze sowie eines ersten Werts für den Schwellwert Fmax zu den durch die erste Abtastrate festgelegten Zeitpunkten, d.h. den Extrapolationszeitpunkten [k], festgestellt, ob die momentane Krafteinwirkung diesen ersten Schwellwert Fmax überschreitet. Die Werte dieses ersten Parametersatzes sind für die Erfassung von Einklemmfällen mit der größten zu erwartenden Systemsteifigkeit optimiert.
In der zweiten Berechnung 52 wird die Abtastrate so gewählt, daß sie für die Erfassung von Einklemmfällen mit den niedrigsten zu erwartenden Systemsteifigkeiten optimal ist. Diese zweite Abtastrate kann z.B. so gewählt werden, daß nur jeder vierte Meßwert der Periodendauer T berücksichtigt werden soll. In diesem Fall wird die zweite Berechnung nur bei jedem vierten Signaleingang von den Hall-Sensoren 20, 22 durchgeführt, d.h. es wird nur jede vierte von der Stufe 62 ermittelte Drehzahl N[i], die auf eine gemessene Periodendauer T zurückgeht in der in Fig. 4 mit 66 angedeuteten Abtaststufe berücksichtigt (in Fig. 4 mit 66 angedeutet), die auf eine gemessene Periodendauer T zurückgeht. Die aus extrapolierten Periodendauern T* ermittelten Drehzahlen N*[k] werden natürlich ohnehin nicht berücksichtigt. Die zweite Berechnung 52 wird also nur zu jedem vierten Zeitpunkt [i] ausgeführt.
Zunächst wird dabei die Drehzahländerung ΔN[i] gegenüber dem letzten Meßwert bestimmt. Dann wird in analoger Weise mittels der Formel (3) unter Verwendung eines zweiten Werts für die festgesetzte Untergrenze, eines zweiten Werts für die festgesetzte Obergrenze sowie eines zweiten Werts für den Schwellwert Fmax festgestellt, ob die momentane Krafteinwirkung diesen zweiten Schwellwert Fmax überschreitet. Die Werte dieses zweiten Parametersatzes sind für die Erfassung von Einklemmfällen mit der kleinsten zu erwartenden Systemsteifigkeit optimiert.
Für die Entscheidung, ob ein Einklemmfall vorliegt, d.h. der Motor abgeschaltet bzw. reversiert werden soll, werden die Ergebnisse der ersten und der zweiten Berechnung in einer Logikstufe 64 miteinander logisch verküpft. Im einfachsten Fall ist das eine ODER- Verknüpfung. In diesem Fall wird also der Motor abgeschaltet bzw. reversiert, wenn eine der beiden Berechnungen einen Einklemmfall erfaßt hat. Die Entscheidung wird zu jedem Zeitpunkt, zu dem die erste Berechnung 50 ein neues Ergebnis liefert, vorgenommen. Da wesentlich seltener neue Ergebnisse der zweiten Berechnung 52 vorliegen, wird immer das letzte Ergebnis der zweiten Berechnung 52 der Logikstufe 64 zugeführt.
Durch die Verknüpfung der Ergebnisse der beiden Berechnungen 52, 54 können sowohl schnelle als auch langsame Krafteinwirkungsänderungen optimal erfaßt werden.
Bezugszeichenliste
Elektromotor 10
Welle 12
Ritzel 14
Antriebskabel 16
Magnetrad 18
Hall- Sensoren 20, 22
Steuereinheit 24
Relais 26, 28
Umschalter 30, 32
Transistor 34
Mikroprozessor 36
Speicher 38
Zähler 40 erste Berechnung 50 zweite Berechnung 52
Deckel 54
Einklemmkörper 56
Position in Dachmitte 58
Position im Dachrandbereich 60
Drehzahlerfassungsstufe 62
Logikstufe 64
Abtastungsstufe 66

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Verstellen eines Fahrzeugteils (54) zwischen mindestens zwei Stellungen, wobei das Fahrzeugteil (54) von einem Elektromotor (10) angetrieben wird, ein Pulssignal entsprechend der Drehbewegung des Elektromotors (10) erzeugt wird und einer Steuereinheit (24) zum Steuern des Elektromotors (10) zugeführt wird, in welcher zu bestimmten Zeitpunkten aus dem Pulssignal ein Wert für die aktuelle Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil (54) bestimmt wird, wobei dieser Wert als ein Kriterium bei der Entscheidung verwendet wird, ob der Elektomotor (10) abgeschaltet bzw. reversiert wird oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anschluß des Elektromotors (10) an das Fahrzeugteil (54) an dem Elektromotor (10) Messungen zur Ermittlung der individuellen Motorkennlinie vorgenommen werden, wobei die so ermittelten Meßwerte bei der Bestimmung des Werts der Krafteinwirkung verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt des Eingangs eines jeden Pulssignals an der Steuereinheit (24) erfaßt wird, aus mindestens einem Teil dieser bisher gemessenen Zeitpunkte jeweils ein Wert (ΔN*[k]) für die Änderung der Motordrehzahl bestimmt wird und aus jedem Drehzahländerungswert durch Multiplikation mit einem Proportionalitätsfaktor (Vf) ein Kraftänderungswert (ΔF*[k]) berechnet wird, der bei der Bestimmung des Werts für die momentane Krafteinwirkung auf das bewegliche Fahrzeugteil verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor (Vf) in Abhängigkeit von der Motorkennlinie gewählt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorkennlinie dadurch ermittelt wird, daß bei fester Motorspannung zwei Wertepaare von Drehzahl und Drehmoment gemessen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor (Vf) in Abhängigkeit von der Motortemperatur gewählt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Motortemperatur dadurch abgeschätzt wird, daß die Umgebungstemperatur und die Betriebsdauer des Motors (10) erfaßt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftänderungswerte aufsummiert werden, sobald die abgeschätzte Drehzahländerung einen unteren Schwellwert übersteigt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die abgeschätzte Drehzahländerung (ΔN*[k]) einen oberen Schwellwert übersteigt, statt der abgeschätzten Drehzahländerung nur der obere Schwellwert in die Summation eingeht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Schwellwert in Abhängigkeit von mindestens einem Teil der zuletzt ermittelten Drehzahländerungswerte (ΔN*[k]) gewählt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Pulssignal-Eingangszeitpunkten zu bestimmten Extrapolationszeitpunkten ([k]) der Wert für die momentane Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil (54) bestimmt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils bei Eingang eines neuen Pulssignals aus der Differenz zu mindestens einem früheren Pulssignalmeßwert ein Meßwert der aktuellen Periodendauer (T[i]) der Motordrehung bestimmt wird, wobei zu jedem Extrapolationszeitpunkt ([k]) ein Schätzwert der aktuellen Periodendauer (T*[k]) unter Berücksichtigung mindestens einer vorangegangenen gemessenen Periodendauer (T[i-1], T[i-2], T[i-3]) ermittelt wird und aus den abgeschätzten Periodendauern der Wert für die Drehzahländerung (ΔN*[k]) bestimmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (10) von der Steuerungseinheit (24) abgeschaltet oder reversiert wird, sobald der Wert der aktuellen Krafteinwirkung einen vorbestimmten Auslöseschwellwert (Fmax) übersteigt.
13. Antriebsvorrichtung für ein zwischen mindestens zwei Stellungen bewegliches Fahrzeugteil (54), mit einem Elektromotor (10) zum Antreiben des Fahrzeugteils (54) und einer Einrichtung (18, 20, 22) zum Erzeugen eines Pulssignals entsprechend der Drehbewegung des Elektromotors, das einer Steuereinheit (24) zum Steuern des Elektromotors (10) zugeführt wird, wobei die Steuereinheit (24) so ausgebildet ist, daß zu bestimmten Zeitpunkten aus dem Pulssignal ein Wert für die aktuelle Krafteinwirkung auf das Fahrzeugteil (54) bestimmt wird, wobei dieser Wert als ein Kriterium bei der Entscheidung verwendet wird, ob der Elektromotor (10) abgeschaltet bzw. reversiert wird oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) so ausgebildet ist, daß vor dem Anschluß des Elektromotors (10) an das Fahrzeugteil (54) an dem Elektromotor (10) Messungen zur Ermittlung der individuellen Motorkennlinie vorgenommen werden, wobei die so ermittelten Meßwerte bei der Bestimmung des Werts der Krafteinwirkung verwendet werden
14. Antriebsvorrichrung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) zum Ausfuhren des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 12 ausgebildet ist.
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