WO2009065699A2 - Verfahren und vorrichtung zur positionsbestimmung eines beweglichen schliessteils eines fahrzeugs - Google Patents

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    • H02P2203/09—Motor speed determination based on the current and/or voltage without using a tachogenerator or a physical encoder

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the position of a movable closing part of a vehicle.
  • Movable closing parts of vehicles such as sunroofs and windows
  • This position determination is necessary for the windows or sunroofs to stop at intended positions. It is also necessary to ensure the legal requirements with regard to anti-trap protection.
  • the position is determined by counting the commutator current ripple.
  • the counting of the commutator current ripple occurs in that the current waves, in the following called current ripple, are extracted by bandpass filtering.
  • the current is generally sampled quickly by an analog-to-digital converter, for example every 200 ⁇ sec, and then subjected to digital filtering. Since the ripple frequency is determined by the engine speed and the latter can vary greatly, the center frequency of the bandpass used must be adjusted accordingly.
  • EP 0 689 054 A1 discloses a method and a device for measuring the speed of a mechanically commutated DC motor.
  • the ripple of the current generated during the commutation is detected by means of an electronic circuit and the frequency of the ripple is evaluated as a measure of the speed.
  • For detection and signal conditioning a coupling of the measured object to the motor, and the generation of the current ripple for the, detection and measuring device via a DC path.
  • the generated signal of the current ripple is shifted in phase.
  • the phase-shifted and the non-phase-shifted signal of the current ripple are added or subtracted analogously to each other.
  • the resulting current ripple signal is evaluated in terms of its frequency, this evaluation is carried out with respect to its zero crossings.
  • EP 0 890 841 B1 discloses a method for determining the rotational speed in mechanically commutated DC motors from the time course of the ripple of the motor current occurring during the commutation.
  • the time characteristic of the ripple of the motor current are detected, determines the timing of the commutation and derived therefrom in an evaluation unit, the speed and / or the rotation angle.
  • an allowable desired time range is determined from the motor current and the motor voltage.
  • the points in time of the commutation are only taken into account by the evaluation unit if they are within the permissible setpoint time range. If no waviness of a commutation can be assigned within the permissible setpoint time range, then the evaluation unit extrapolates a probable commutation time for this desired time range from the engine state model.
  • the object of the invention is to specify a method and a device for determining the position of a closing part of a vehicle that is movable by a DC motor, in which the evaluation of the commutator current ripple is simplified.
  • a signal with an approximately constant number of samples per motor current wave is always available at the output of the analog-to-digital converter, for example with a number from 7 to 12 samples. This has the consequence that the downstream counting of the number of current ripple is simplified.
  • sampling rate does not have to be designed permanently for the highest possible engine speed, but can only be selected as high as necessary.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device for determining the position of a movable closing part of a vehicle. In the following it is assumed that this movable closing part is a window pane of the vehicle.
  • This window pane is moved by a DC motor 1 which is switched on and off by a motor control 9 becomes. Depending on the direction of rotation of the motor, the window is opened or closed.
  • the motor controller 9 supplies the switch S4 with a control signal s4 and the switch S1 with a control signal s1.
  • the control signal s4 brings the switch S4 in the conductive state.
  • the control signal sl brings the switch Sl in the conductive state.
  • the motor controller 9 supplies the switch S2 with a control signal s2 and the switch S3 with a control signal s3.
  • the control signal s2 brings the switch S2 in the conductive state.
  • the control signal s3 brings the switch S3 in the conductive state.
  • the upper terminal of the measuring resistor 2 in FIG. 1 is connected to the positive input of a differential amplifier 3.
  • the lower terminal in FIG. 1 of the measuring resistor 2 is connected to the negative input of the differential amplifier 3.
  • the output signal of the differential amplifier 3 is low-pass filtered in a low pass 4 and then converted in an analog-to-digital converter 5 into a digital signal.
  • the sampling frequency of the analog-to-digital converter 5 is specified by a control signal s5 or set via this control signal.
  • the output signal of the analog-to-digital converter 5 is fed to a filter 6. Its output is fed to a position counter 7 and an engine speed estimator 8.
  • the position counter 7 is for counting ment of the current ripple of the motor current.
  • the speed estimator 8, which has a motor model, is provided for estimating the current engine speed and for outputting the control signal s5.
  • the control signal s5 is dependent on the current engine speed or engine speed and sets the sampling frequency of the analog-to-digital converter 5 as a function of the estimated engine speed or engine speed.
  • the DC motor 1 is activated or rotated by closing the switches S 1 and S 4 or S 2 and S 3.
  • a motor current signal is provided. This is done in the embodiment shown by means of a current sensor 11, which picks up the motor current signal from the measuring resistor 2 connected to the DC motor.
  • the derived from the measuring resistor 2 motor current signal is amplified in the differential amplifier 3.
  • the amplified signal is subjected to low-pass filtering in the low-pass filter 4 and then supplied to the analog-to-digital converter 5.
  • the output signal of the A / D converter 5 is forwarded to the filter 6, which is a fixed passband bandpass filter, and to the engine speed estimator 8.
  • the motor speed estimator 8 makes an estimate of the instantaneous speed of the DC motor 1 and generates a control signal s5, by means of which the sampling frequency of the analog-to-digital converter 5 is dependent on a speed estimated value. gige sampling frequency is set. This is chosen so that regardless of the speed always about the same number of samples per motor current wave is passed to the filter 6.
  • the output signal of the filter 6 is supplied to the position counter 7, by means of which an accurate count of the number of current ripple takes place.
  • This count value represents an exact description of the instantaneous position of the movable closing part and can be used by a downstream evaluation unit, for example to stop the closing part at a predetermined position or in connection with the guarantee of legal requirements with respect to anti-pinch protection.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines von einem Gleichstrommotor beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs. Dabei wird ein Motorstromsignal vom Gleichstrommotor abgeleitet und mittels eines Analog-Digital-Wandlers in ein digitales Signal umgesetzt. Dieses wird gefiltert und an einen Positionszähler weitergeleitet, der zu einer Zählung der Stromrippel vorgesehen ist. Die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des Gleichstrommotors verändert.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs .
Bewegliche Schließteile von Fahrzeugen, beispielsweise Schiebedächer und Fensterheber, sind mit einer Positionsbestimmung ausgerüstet. Diese Positionsbestimmung ist notwenig, damit die Fenster bzw. Schiebedächer an vorgesehenen Positionen stoppen. Sie ist auch zur Gewährleistung der gesetzlichen Forderungen in Bezug auf Einklemmschutz notwendig.
In kostengünstigen Systemen erfolgt die Positionsbestimmung durch Zählen der Kommutator-Stromwelligkeit . Das Zählen der Kommutator-Stromwelligkeit geschieht dadurch, dass die Strom- wellen, im Folgenden Stromrippel genannt, durch Bandpassfilterung extrahiert werden. Dafür wird der Strom im Allgemeinen von einem Analog/Digital-Wandler schnell abgetastet, beispielsweise alle 200μsec, und dann einer digitalen Filterung unterworfen. Da die Rippel-Frequenz durch die Motordrehzahl bestimmt ist und letztere stark variieren kann, muss die Mittenfrequenz des verwendeten Bandpasses entsprechend justiert werden .
In diesem Zusammenhang gibt es im Stand der Technik zwei grundsätzliche Ansätze. Entweder erfolgt ein Einsatz eines adaptiven Bandpassfilters, dessen Koeffizienten verändert werden. Oder es werden mehrere fixe Filter mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen in Verbindung mit einem Multiplexer zur Auswahl des zur aktuellen Motordrehzahl am besten passenden Filters verwendet.
Beide vorgenannten Lösungen haben den Nachteil, dass sie eine hohe Rechenleistung benötigen. Dies wiederum erfordert den Einsatz eines Mikrocomputers mit hoher Rechenleistung und verursacht hohe Systemkosten.
Aus der Zeitschrift „Elektronik", Heft 25 vom 14.12.1984, Seite 71 - 72, ist es bekannt, die Drehzahl eines Gleichstrommotors inkremental aus der Kommutierungswelligkeit des Ankerstromes zu bestimmen und zu einer Drehzahlregelung zu verwenden. Dabei bestimmt eine Analogschaltung aus dem Motorstrom ein ungefähres Maß für die Drehzahl. Damit wird ein Spannungs/Frequenz-Wandler so angesteuert, dass seine Ausgangsfrequenz die Eckfrequenz eines Switched-Capacitor- Filters so legt, dass an dessen Ausgang die Grundschwingung aus der Kommutierungswelligkeit zur Verfügung steht.
Aus der EP 0 689 054 Al sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Drehzahlmessung eines mechanisch kommutierten Gleichstrommotors bekannt. Dabei wird die Welligkeit des Stroms, die bei der Kommutierung entsteht, mit Hilfe einer elektronischen Schaltung erfasst und die Frequenz der Wellig- keit als ein Maß für die Drehzahl ausgewertet. Zur Erfassung und Signalaufbereitung erfolgt eine Ankopplung des Messobjekts Motor an die, und die Generierung der Stromwelligkeit für die, Erfassungs- und Messeinrichtung über einen Gleichstrompfad. Das dabei generierte Signal der Stromwelligkeit wird in der Phase verschoben. Das phasenverschobene und das nicht phasenverschobene Signal der Stromwelligkeit werden analog zueinander addiert oder voneinander subtrahiert. Das so entstandene Stromwelligkeitssignal wird hinsichtlich seiner Frequenz ausgewertet, wobei diese Auswertung bezüglich seiner Nulldurchgänge erfolgt.
Aus der EP 0 730 156 Al sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors bekannt. Dabei wird das Signal am negativen Terminal des Mo- tors ausgewertet. Dieses Signal wird hochpassgefiltert, um die Wechselstromkomponenten des Signals zu separieren. Die Frequenz dieses Signals ist in den meisten Fällen proportional zur Geschwindigkeit des Motors. Dieses Signal wird einem Komparator zugeführt, der es in ein Rechteckwellensignal umwandelt. Dieses wird einem Mikroprozessor zugeführt, der dessen Frequenz ermittelt. Liegt diese unterhalb eines ersten vorgegebenen Schwellenwertes oder oberhalb eines zweiten vor- gegebenen Schwellenwertes, dann schaltet der Mikroprozessor den Motor ab und gibt ein Fehlersignal aus.
Aus der EP 0 890 841 Bl ist ein Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl bei mechanisch kommutierten Gleichstrommotoren aus dem Zeitverlauf der bei der Kommutierung auftretenden Welligkeit des Motorstroms bekannt. Bei diesem Verfahren werden der Zeitverlauf der Welligkeit des Motorstroms erfasst, die Zeitpunkte der Kommutierung bestimmt und daraus in einer Auswerteeinheit die Drehzahl und/oder der Drehwinkel abgeleitet. Parallel zur Erfassung der Welligkeit des Motorstroms von einem Motorzustandsmodell, dem die elektromechanischen Motorengleichungen zugrunde liegen, wird aus dem Motorstrom und der Motorspannung ein zulässiger Soll-Zeitbereich bestimmt. Die Zeitpunkte der Kommutierung werden nur dann von der Auswerte- einheit berücksichtigt, wenn diese im zulässigen Soll- Zeitbereich liegen. Kann innerhalb des zulässigen Soll- Zeitbereichs keine Welligkeit einer Kommutierung zugeordnet werden, dann extrapoliert die Auswerteeinheit einen wahrscheinlichen Kommutierungszeitpunkt für diesen SoIl- Zeitbereich aus dem Motorzustandsmodell.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines von einem Gleichstrommotor beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs an- zugeben, bei welchem die Auswertung der Kommutator-Stromwell- igkeit vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass unabhängig von der momentanen Drehzahl des Gleichstrommotors stets in etwa die gleiche Anzahl von Motorstrom-Abtastwerten zur Verfügung gestellt wird. Diese Motorstrom-Abtastwerte werden einem darauf abgestimmten festen Filter zugeführt und über diesen Filter an die nachfolgenden Bauteile weitergegeben. Der Einsatz eines adaptiven Bandfilters ist nicht notwendig. Auch eine Verwendung mehrerer Filter mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen in Verbindung mit einer Umschaltung zwischen diesen Filtern ist nicht notwendig. Folglich entfällt auch die Notwendigkeit der Verwendung eines aufwändigen Rechenalgorithmus zur Filterauswahl.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren steht am Ausgang des Analog- Digital-Wandlers stets ein Signal mit einer in etwa konstanten Anzahl von Abtastwerten pro Motorstromwelle zur Verfügung, beispielsweise mit einer Anzahl von 7 bis 12 Abtastwerten. Dies hat zur Folge, dass auch die nachgeschaltete Zählung der Anzahl der Stromrippel vereinfacht ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Abtastrate nicht permanent für die höchstmögliche Motordrehzahl ausgelegt werden muss, sondern immer nur so hoch wie nötig gewählt werden kann .
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand eines in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels .
Die Figur 1 zeigt eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass es sich bei diesem beweglichen Schließteil um eine Fensterscheibe des Fahrzeugs handelt.
Diese Fensterscheibe wird von einem Gleichstrommotor 1 bewegt, der von einer Motorsteuerung 9 ein- und ausgeschaltet wird. Je nach Drehrichtung des Motors wird die Fensterscheibe geöffnet oder geschlossen.
Zum Öffnen der Fensterscheibe führt die Motorsteuerung 9 dem Schalter S4 ein Steuersignal s4 und dem Schalter Sl ein Steuersignal sl zu. Das Steuersignal s4 bringt den Schalter S4 in den leitenden Zustand. Das Steuersignal sl bringt den Schalter Sl in den leitenden Zustand. Dadurch fließt ein Motorstrom von einer nicht gezeichneten Spannungsquelle durch den Schalter S4, den Motor 1, einen Messwiderstand 2 und den Schalter Sl nach Masse.
Zum Schließen der Fensterscheibe führt die Motorsteuerung 9 dem Schalter S2 ein Steuersignal s2 und dem Schalter S3 ein Steuersignal s3 zu. Das Steuersignal s2 bringt den Schalter S2 in den leitenden Zustand. Das Steuersignal s3 bringt den Schalter S3 in den leitenden Zustand. Dadurch fließt ein Motorstrom von einer nicht gezeichneten Spannungsquelle durch den Schalter S2, den Messwiderstand 2, den Motor 1 und den Schalter S3 nach Masse.
Der in der Figur 1 obere Anschluss des Messwiderstandes 2 ist mit dem positiven Eingang eines Differenzverstärkers 3 verbunden. Der in der Figur 1 untere Anschluss des Messwider- Standes 2 ist mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers 3 verbunden.
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 3 wird in einem Tiefpass 4 tiefpassgefiltert und dann in einem Analog- Digital-Wandler 5 in ein digitales Signal umgesetzt. Die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers 5 wird von einem Steuersignal s5 vorgegeben bzw. über dieses Steuersignal eingestellt .
Das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 5 wird einem Filter 6 zugeführt. Dessen Ausgangssignal wird einem Positionszähler 7 und einem Motorgeschwindigkeits- bzw. Motordrehzahlschätzer 8 zugeführt. Der Positionszähler 7 ist zur Zäh- lung der Stromrippel des Motorstroms vorgesehen. Der Drehzahlschätzer 8, welcher ein Motormodell aufweist, ist zur Abschätzung der momentanen Motorgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl und zur Ausgabe des Steuersignals s5 vorgesehen. Das Steuersignal s5 ist von der momentanen Motorgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl abhängig und stellt die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers 5 in Abhängigkeit von der geschätzten Motorgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl ein.
Mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines von einem Gleichstrommotor beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs durchführbar, bei welchem eine Zählung der Stromrippel des Motorstromes erfolgt. Dieses Verfahren arbeitet wie folgt:
Zunächst wird der Gleichstrommotor 1 durch ein Schließen der Schalter Sl und S4 oder S2 und S3 aktiviert bzw. in Drehung versetzt .
Im nächsten Schritt erfolgt eine Bereitstellung eines Motorstromsignals. Dies erfolgt beim gezeigten Ausführungsbeispiel mittels eines Stromsensors 11, der das Motorstromsignal von dem mit dem Gleichstrommotor verbundenen Messwiderstand 2 abgreift .
Das vom Messwiderstand 2 abgeleitete Motorstromsignal wird im Differenzverstärker 3 verstärkt. Das verstärkte Signal wird im Tiefpassfilter 4 einer Tiefpassfilterung unterworfen und dann dem Analog-Digital-Wandler 5 zugeführt. Das Ausgangssig- nal des Analog-Digital-Wandlers 5 wird an das Filter 6, bei dem es sich um ein Bandpassfilter mit fest vorgegebenem Durchlassbereich handelt, und an den Motordrehzahlschätzer 8 weitergeleitet .
Der Motordrehzahlschätzer 8 nimmt eine Abschätzung der momentanen Drehzahl des Gleichstrommotors 1 vor und erzeugt ein Steuersignal s5, mittels dessen die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers 5 auf eine vom Drehzahlschätzwert abhän- gige Abtastfrequenz eingestellt wird. Diese ist so gewählt, dass unabhängig von der Drehzahl stets etwa die gleiche Anzahl von Abtastwerten pro Motorstromwelle an das Filter 6 weitergegeben wird.
Das Ausgangssignal des Filters 6 wird dem Positionszähler 7 zugeführt, mittels dessen eine genaue Zählung der Anzahl der Stromrippel erfolgt. Dieser Zählwert stellt eine exakte Beschreibung der momentanen Position des beweglichen Schließ- teils dar und kann von einer nachgeschalteten Auswerteeinheit beispielsweise zu einem Stoppen des Schließteils an einer vorgegebenen Position oder in Zusammenhang mit der Gewährleistung der gesetzlichen Forderungen in Bezug auf Einklemmschutz verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Positionsbestimmung eines von einem Gleichstrommotor beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs mit fol- genden Schritten:
- Bereitstellung eines Motorstromsignals,
- Umwandlung des Motorstromsignals in ein digitales Signal mittels eines Analog-Digital-Wandlers,
- Filterung des Ausgangssignals des Analog-Digital-Wandlers und
- Weiterleitung des gefilterten Signals an einen Positionszähler, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers in Abhän- gigkeit von der Drehzahl des Gleichstrommotors verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das digitale Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers über ein einzelnes Bandpassfilter mit fest vorgegebenem Durchlassbereich an den Positionszähler weitergeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drehzahl des Gleichstrommotors mittels eines Drehzahlschätzers ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drehzahl des Gleichstrommotors unter Verwendung eines Motormodells abgeschätzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Motorstromsignal von einem Messwiderstand abgenommen und dem Analog-Digital-Wandler über einen Operationsverstär- ker und ein in Reihe zu diesem angeordnetes Tiefpassfilter zugeführt wird.
6. Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines von einem Gleichstrommotor beweglichen Schließteils eines Fahrzeugs, mit
- einem Gleichstrommotor (1),
- Mitteln (2, 11) zur Bereitstellung eines Motorstromsignals,
- einem Analog-Digital-Wandler (5) zur Abtastung des Motor- Stromsignals mit einer Abtastfrequenz,
- einem mit dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers verbundenen Filter (6) und
- einem an den Ausgang des Filters angeschlossenen Positionszähler (7) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie weiterhin
- einen Motordrehzahlschätzer (8) aufweist, der mit einem Steuereingang des Analog-Digital-Wandlers (5) verbunden ist und dem Analog-Digital-Wandler ein die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers in Abhängigkeit von der geschätzten Motordrehzahl veränderndes Steuersignal (s5) bereitstellt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Filter (6) eine Bandpass-Charakteristik mit fest vorgegebenem Durchlassbereich aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Motordrehzahlschätzer (8) ein Motormodell enthält.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zur Bereitstellung des Motorsstromsignals ei- nen Messwiderstand (2) und einen Stromsensor (11) aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stromsensor (11) über einen Differenzverstärker (3) und einen Tiefpass (4) mit dem Analog-Digital-Wandler (5) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Filter (6), der Positionszähler (7), der Motordrehzahlschätzer (8) und eine Motorsteuerung (9) Bestandteile ei- nes Mikrocomputers (10) sind.
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