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Dokumentenidentifikation DE19514257C2 18.09.2003
Titel Verfahren zur Überwachung des Bewegungsvorgangs von motorisch verstellbaren Gegenständen
Anmelder Leopold Kostal GmbH & Co KG, 58507 Lüdenscheid, DE
Erfinder Brieden, Michael, 58642 Iserlohn, DE
DE-Anmeldedatum 15.04.1995
DE-Aktenzeichen 19514257
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.07.1996
Date of publication of amended patent 18.09.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.09.2003
IPC-Hauptklasse H02H 7/085
IPC-Nebenklasse B60J 1/17   B60J 7/057   E05F 15/20   F16P 3/12   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Bewegungsvorgangs von motorisch verstellbaren Gegenständen, insbesondere von in Kraftfahrzeugen vorhandenen Fenstern und Schiebedächern, wobei ein an einer Versorgungsspannung angeschlossener Motor über Schalter und/oder über charakteristische Größen des Verstellsystems erfassende Sensoren durch eine mit Speicher- und Vergleichsgliedern versehende Datenverarbeitungseinrichtung abgeschaltet wird, wenn beim Verstellvorgang in einem Sicherheitsbereich des Verstellweges ein von der Motordrehzahl oder der Geschwindigkeit des Gegenstandes abhängiger Wert einen in Abhängigkeit dieser Werte aktualisierten Grenzwert überschreitet.

Ein derartiges Verfahren ist durch die DE 30 34 118 A1 und die DE 31 36 746 C2 für beispielsweise Fensterhebesysteme bekannt geworden, wobei dem Fh-Motor Hall-Sensoren zugeordnet sind, die pro Motorperiode einen Impuls liefern.

Die Impulse sind zur Bestimmung des zurückgelegten Weges bzw. der Position des verstellbaren - im folgenden durchgängig als Fenster bezeichneten - Gegenstandes und für die Erfassung der der jeweils aktuellen Motorperiode zugehörigen Zeit vorgesehen, wobei die Überwachung vorzugsweise in einem mittleren Bereich des Schließweges des Fensters aktiv ist. Der aktuelle Perioden-Wert wird dabei mit einem daraus abgeleiteten, das heißt laufend aktualisierten Grenzwert verglichen. Wenn der aktuelle Perioden-Wert größer als der Grenzwert ist, erfolgt eine Abschaltung bzw. Reversierung des Fh-Motors und zwar weil dadurch eine große Wahrscheinlichkeit gegeben ist, daß das Fenster durch ein Hindernis in seiner Bewegung beeinflußt bzw. blockiert ist.

Diese Art der Überwachung ist im großen und ganzen zufriedenstellend. Allerdings setzt die Überwachung erst nach einer vollen Motorperiode ein, weil erst dann ein Perioden-Wert verfügbar ist. Durch kurzzeitige Betätigungen der Bedienelemente, das heißt durch ein zeitlich unterhalb der für eine Motorperiode benötigten Zeit liegendes Einschalten des Fh-Motors kann das Fenster unbeeinflußt gegen ein im Verstellweg befindliches Objekt bewegt werden und damit unter Umständen eine Gefahr für dasselbe hervorrufen.

Da in der Anlaufphase die Motorperiode sich recht stark verändert, liegt erst nach etwa drei Motorperioden ein eingeschwungener Zustand, das heißt ein gleichmäßiger Motorlauf vor, so daß auch erst dann eine zufriedenstellende Sicherheit gegen eine übermäßige Kraftentfaltung gewährleistet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungsverfahren zu realisieren, das auch in der Anlaufphase des Motors wirksam ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in der Anlaufphase des Motors ein aus zumindest einem gegen Ende der vorangegangenen sicherheitsrelevanten Verstellung des Gegenstandes aufgetretenen, von dem zur Erfassung der Drehzahl bzw. Geschwindigkeit vorgesehenen Sensor hervorgerufenen Perioden-Wert vorausberechneter anfänglicher Perioden-Grenzwert mit dem aktuellen Perioden-Wert verglichen wird, und bei Überschreitung des anfänglichen Perioden-Grenzwertes durch den aktuellen Perioden- Wert eine Abschaltung des Motors erfolgt.

Die Erfindung unterscheidet sich in insofern vom Stand der Technik, als ein während der vorhergehenden Betätigung des Motors gespeicherter Bezugswert für die Bestimmung eines anfänglichen Perioden-Grenzwertes herangezogen wird, so daß bereits in der ersten Motorperiode der vom Sensor hervorgerufene aktuelle Perioden-Wert mit dem anfänglichen Perioden-Grenzwert verglichen werden kann.

Zur Überwachung in der Anlaufphase ist dabei vorgesehen, daß der anfängliche Perioden-Grenzwert (PGW*) vorzugsweise auf der Basis des letzten Perioden-Wertes (PWvn) der vorangegangenen Verstellung nach der Formel



PGW* = 2 × PWvn × (0,5 + e-t/τ)



mit einer zwischen dem Beginn der Motoransteuerung und dem Auftreten des ersten vom Sensor gelieferten aktuellen Perioden-Wertes (PWa) liegenden Zeit t und einer in der Größenordnung von etwa 20 ms befindlichen Zeitkonstanten τ festgelegt wird. Dieser anfängliche Perioden-Grenzwert wird vorzugsweise noch mit einem in der Größenordnung von ca. 10% liegenden Sicherheitszuschlag gewichtet.

Eine einfache Steuerung erzielt man dadurch, daß in der Anlaufphase des Motors bis zur dritten Motorperiode das bekannte Anlaufverhalten des Fh-Motors in der Form berücksichtigt wird, daß der der gerade vollendeten Motorperiode zugehörige Perioden-Wert als momentaner Perioden-Grenzwert verwendet und mit dem gerade aktuellen Perioden-Wert verglichen wird. Eine vollständige Überwachung der Anlaufphase des Fh- Motors - auch bei sehr kurzzeitiger Betätigung der Bedienelemente - wird dadurch sichergestellt, daß in der Anlaufphase des Motors der Ausschaltzeitpunkt desselben mit dem Ende einer Motorperiode synchronisiert wird. Unter kurzzeitiger Betätigung der Bedienelemente ist zu verstehen, daß die Betätigung bereits zu Beginn der Anlaufphase des Motors d. h. während der ersten Motorperiode wieder beendet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf zeichnerische Darstellungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine Überwachung eines motorischen Verstellsystems,

Fig. 2 und 3 Signalverläufe der Bedienelemente (a) sowie der Motoransteuerung (b) und der zugehörigen Perioden-Werte (c).

Das Blockschaltbild nach Fig. 1 umfaßt eine einem in einem Fensterhebesystem vorhandenen Fh-Motor 1 zugeordnete Schaltungsanordnung, die im wesentlichen eine von Bedienelementen 2 beeinflußte, insbesondere mit einem Microcomputer 3 versehene elektronische Auswert- und Steuereinheit 4 aufweist, die die gesamte Überwachung vornimmt. Über die zur Auslösung des Verstellvorgangs vorgesehenen, zum Beispiel als Taster ausgebildeten, dem Fensterhebesystem zugeordneten Bedienelemente werden die Befehle "Fenster auf" und "Fenster zu" initiiert, womit die Ansteuerung des Fh- Motors in entsprechender Richtung eingeleitet, und damit das in einer Fahrzeugtür 7 vorhandene Fenster 8 entsprechend verstellt wird. Der Microcomputer 3 steuert entsprechend der Betätigung der Bedienelemente 2 die zugehörigen, zum Beispiel als Relais ausgebildeten Leistungsschaltelemente 6 an und zwar im Sinne der Verstellfunktionen "auf" bzw. "zu". Mit entsprechender Polung wird der Fh-Motor an die über die Anschlüsse 30, 31 zugeführte Bordspannung gelegt. Ein vorzugsweise als Hall-Sensor ausgebildeter Sensor 5 gibt während jeder Motorperiode ein Signal ab, das von dem Microcomputer 3 ausgewertet wird. In der Schaltungsanordnung ist außerdem in üblicher Weise eine Spannungsstabilisierungsstufe 9 und eine Taktstufe 10 angeordnet.

Im eingeschwungenen Betrieb des Fh-Motors 1 wird jede Motorperiode durch einen Perioden-Wert PW festgehalten und daraus ein Perioden-Grenzwert PGW berechnet, der mit dem nachfolgenden Perioden-Wert verglichen wird. Das Überschreiten des aktuellen Perioden-Grenzwertes durch den nachfolgenden Perioden- Wert wird als auftretendes Hindernis erkannt, worauf eine Abschaltung und gegebenenfalls eine Reversierung des Fh-Motors erfolgt.

Bei der über die Zeit TBe andauernden, nach der Unterbrechung TBa = TMa (Bedienelemente in Ausposition und damit Fh-Motor ausgeschaltet) einsetzenden Betätigung des für die Funktion "Fenster zu" vorgesehenen Bedienelementes 2 läuft der Fh-Motor 1 an; jedoch steht dabei zunächst noch kein Perioden-Wert PW zur Verfügung, aus dem sich dann ein Perioden-Grenzwert PGW ableiten könnte.

In der Anlaufphase des über die Zeit TMe angesteuerten, die aktuelle Verstellung Va ausführenden Fh-Motors wird daher ein vorläufiger Perioden-Grenzwert PGW* für die erste Motorperiode mit Beginn des ersten vom Hall-Sensor 5 gelieferten Signalimpulses aus zumindest einem gegen Ende der vorangegangenen sicherheitsrelevanten Verstellung Vv des Fensters aufgetretenen, vom Hall-Sensor 5 gelieferten Perioden-Wert vorausberechnet, womit der Einklemmschutz also bereits innerhalb der ersten Motorperiode wirksam wird.

Da das Anlaufverhalten des Fh-Motors 1 negativ exponentiell ist, gilt näherungsweise für den anfänglichen Perioden-Grenzwert



PGW* = 2 × PWvn × (0,5 + e-t/τ)



wobei t die zwischen dem Beginn der Motoransteuerung und dem Auftreten des ersten vom Hall-Sensor 5 gelieferten aktuellen Perioden-Wertes liegende Zeit und τ eine in der Größenordnung von etwa 20 ms liegende Zeitkonstante des Fh-Motors ist. Der nach der oben erwähnten Gleichung berechnete Perioden- Grenzwert wird gegebenenfalls mit einem in der Größenordnung von etwa 10% liegenden Sicherheitszuschlag gewichtet und ergibt somit den gegebenenfalls korrigierten anfänglichen Perioden-Grenzwert PGW*.

Nach der ersten Motorperiode wird der Perioden- Grenzwert unter Berücksichtigung der Anlaufcharakteristik des Fh-Motors bis zum eingeschwungenen Zustand berechnet.

Für die zweite und dritte Motorperiode gelten dabei näherungsweise folgende Beziehungen



PWa2 = 0,83 × PWa1



PWa3 = 0,92 × PWa2 ~ 0,75 PWa1.

In der Konsequenz bedeutet dies, daß die erste Motorperiode größer als die zweite und die zweite größer als die dritte Motorperiode ist. Für die Überwachung und damit für die Abschaltung des Fh-Motors 1 wird somit in der Anlaufphase desselben der erste ermittelte Perioden-Wert PWa1 als Perioden-Grenzwert für die zweite Motorperiode und der zweite Perioden-Wert PWa2 als Perioden-Grenzwert für die dritte Motorperiode verwendet. Diese Perioden-Grenzwerte können in Abhängigkeit der jeweils herrschenden Verhältnisse mit einem in der Größenordnung von 1-1,25 liegenden Faktor korrigiert werden. Nach der dritten Motorperiode erfolgt auf jeden Fall die Berechnung des Perioden- Grenzwertes PGW mit den aus der jeweils gerade vollendeten Motorperiode hervorgehenden Perioden-Werten PW.

Verstellungen des Fensters durch kurzzeitige Betätigungen der Bedienelemente 2, das heißt solche, die kürzer als eine Motorperiode sind, können ebenfalls überwacht werden (siehe Fig. 3). Dabei wird bei Betätigungszeiten TBe', TBe" der Bedienelemente 2, die kürzer als eine Motorperiode sind, auf jeden Fall eine volle Motorperiode realisiert und zwar indem die mit Ablauf der Zeit TMe einsetzende Beendigung der Motoransteuerung mit dem Ende des vom Hall-Sensor 5 gelieferten, nach einer von der jeweiligen Ausgangslage des Hall-Sensors abhängigen Zeit t' bzw. t" einsetzenden Periodenwertes PWa' bzw. PWa" synchronisiert wird. Liegt also der vorausberechnete Perioden-Grenzwert PGW* unterhalb der ermittelten Perioden-Werte PWa' bzw. PWa", so erfolgt eine Sicherheitsabschaltung des Fh-Motors.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zu Überwachung des Bewegungsvorgangs von motorisch verstellbaren Gegenständen, insbesondere des Schließvorgangs von in Kraftfahrzeugen vorhandenen Fenstern bzw. Schiebedächern, wobei ein an einer Versorgungsspannung angeschlossener Motor über Schaltmittel und über charakteristische Größen des Verstellsystems erfassende Sensoren durch eine mit Speicher- und Vergleichsgliedern versehene Datenverarbeitungseinrichtung abgeschaltet wird, wenn beim Verstellvorgang in einem Sicherheitsbereich des Verstellweges ein von der Motordrehzahl oder der Geschwindigkeit des Gegenstandes abhängiger Wert einen in Abhängigkeit der erfaßten Werte aktualisierten Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anlaufphase des Motors ein aus zumindest einem gegen Ende der vorangegangenen sicherheitsrelevanten Verstellung des Gegenstandes aufgetretenen, von dem zur Erfassung der Drehzahl bzw. Geschwindigkeit vorgesehenen Sensor hervorgerufenen, gespeicherten, eine Zeitdauer darstellenden Perioden- Wert (PWv) vorausberechneter anfänglicher Perioden-Grenzwert (PGW*) mit dem ersten aktuellen Perioden-Wert (PWa) verglichen wird, und bei Überschreitung des anfänglichen Perioden-Grenzwertes durch den ersten aktuellen Perioden-Wert eine Abschaltung des Motors erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der anfängliche Perioden-Grenzwert PGW* auf der Basis des letzten Perioden-Wertes PWvn der vorangegangenen Verstellung nach der Formel



    PGW* = 2 × PWvn × (0,5 + e-t/τ)



    mit einer zwischen dem Beginn der Motoransteuerung und dem Auftreten des ersten vom Sensor gelieferten Signalimpulses liegenden Zeit t und einer in der Größenordnung von etwa 20 ms befindlichen Zeitkonstanten τ festgelegt wird.






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