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Dokumentenidentifikation DE10351232A1 09.06.2005
Titel Verfahren zur Blockerkennung bei einem von einem Elektromotor angetriebenen System
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Rifai, Fadi, Timisoara, RO
DE-Anmeldedatum 03.11.2003
DE-Aktenzeichen 10351232
Offenlegungstag 09.06.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.06.2005
IPC-Hauptklasse H02P 19/02
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Blockerkennung bei einem von einem Elektromotor angetriebenen System. Um mit einfachen Mitteln eine besonders zuverlässige Blockerkennung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, drehzahlabhängige Störungen des Motorstroms zur Blockerkennung auszuwerten.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Blockerkennung bei einem von einem Elektromotor angetriebenen System. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Blockerkennung.

Bei verschiedenen, von einem Elektromotor angetriebenen Systemen, wie beispielsweise Fensterhebern, Sonnendächern, Schiebetüren oder Seitenspiegeln eines Kraftfahrzeuges, spielt das Erkennen der Endpositionen oder anderer Bewegungsblockierungen der von dem Elektromotor angetriebenen Teile, also beispielsweise der Fensterscheibe, eine wichtige Rolle. Mit diesem, auch als Blockerkennung bezeichneten Verfahren, wird mit anderen Worten festgestellt, ob beispielsweise bei einem elektrischen Fensterheber bereits die Öffnungsposition oder die Schließposition erreicht wurde, ob also das Fenster vollständig geschlossen oder geöffnet ist oder ob es aus einem anderen Grund blockiert ist.

Bisher bekannte Methoden zur Blockerkennung basieren zumeist darauf, eine Messung des Motorstromes vorzunehmen und aus der Überschreitung eines Stromgrenzwertes auf eine Blockierung des Motors zu schließen. Von Nachteil bei diesen Verfahren ist, dass aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Motorstromes eine Blockerkennung nicht zuverlässig gewährleistet ist, wenn beispielsweise das Autofenster sehr kalt beziehungsweise sehr heiß ist. Zudem kommt es durch Alterung des Elektromotors zu Veränderungen in der Stromcharakteristik, so dass ein Überschreiten der festgelegten Stromgrenzwerte keine zuverlässige Blockerkennung mehr gewährleistet. Aufgrund der herstellungsbedingten Toleranzen der mechanischen Bauteile kann das System eine schwergängige Mechanik aufweisen. Dadurch erhöht sich die Last des Elektromotors und somit der Motorstrom. Wird dies nicht berücksichtigt, so kann auch dies zu fehlerhaften Blockerkennungen führen.

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Blockerkennung ist die Verwendung von am Rotor des Antriebsmotors angeordneten Magnetelementen und korrespondierend dazu angeordneten Hall-Sensoren zur Dreherkennung und/oder Drehzahlbestimmung, bei denen aus einem Ausbleiben von Sensorimpulsen auf eine Blockierung geschlossen werden kann. Dieses Prinzip kommt zum Beispiel auch beim Gegenstand der EP 0 807 256 zum Einsatz. Die Verwendung derartiger Sensoren hat jedoch negative Auswirkungen auf Größe, Preis, Komplexität, Energieverbrauch und Zuverlässigkeit der Elektromotoren.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln eine besonders zuverlässige Blockerkennung zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung nach Anspruch 5 sowie durch ein Computerprogramm nach Anspruch 8 gelöst.

Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, drehzahlabhängige Störgrößeqn des Motorstromes zur Blockerkennung zu verwenden. Während bei bekannten Verfahren zur Blockerkennung derartige Störungen stets als unerwünscht gelten und bei Messungen des Motorstromes zumeist ignoriert oder aber als Messfehler herausgefiltert werden, basiert das erfindungsgemäße Verfahren gerade auf der Auswertung dieser von dem rotierenden elektrischen Motor aufgrund seiner Nichtlinearität erzeugten Störungen auf dem zugeführten Strom. Die mit dem vorliegenden Verfahren genutzten und vom Motor verursachten Störungen auf der Stromkennlinie sind drehzahlabhängig und können als Oberwellen auf der Stromkennlinie bezeichnet werden.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass diese Störungen weitgehend temperaturunabhängig sind und auch bei Belastung, zum Beispiel im Fall einer schwergängigen Mechanik beispielsweise durch eine gefrorenen Fensterdichtung, nicht verschwinden. Darüber hinaus werden Art und Weise der Störungen von der Alterung des Motors nur unwesentlich beeinflusst. Zudem ist es, im Gegensatz zu bekannten Verfahren, möglich, beim Neustartversuch eines bereits blockierten Motors die Blockierung sehr schnell zu erkennen. Fehlblockerkennungen aufgrund von Temperatureinflüssen oder mechanischen Einflüssen sind somit weitestgehend ausgeschlossen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Vorzugsweise erfolgt die Blockerkennung dabei durch einen Vergleich des gemessenen Motorstromes mit einem Referenzwert, wobei als Referenzwert der von den Störungen bereinigte Motorstrom verwendet wird. Der gemessene Motorstrom unterscheidet sich also von dem jeweiligen Referenzwert durch einen Differenzwert, der die von der Rotation des Motors abhängigen Störungen repräsentiert.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der ermittelte Differenzwert als Entscheidungsgrundlage für das Erzeugen eines Steuersignals, insbesondere zur Abschaltung des Motorstromes, herangezogen. Besonders bewährt hat sich dabei die Verwendung der Varianz, also der absoluten quadratischen Abweichung von Motorstrom und Referenzwert, als Vergleichsergebnis. Dadurch erfolgt eine Gewichtung der aktuellen Abweichungen derart, dass kleine Abweichungen kaum ins Gewicht fallen, während große Abweichungen ganz erheblichen Einfluss auf das Endresultat haben.

Das Steuersignal wird vorzugsweise dann erzeugt, wenn der Differenzwert einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Mit anderen Worten erfolgt die Erzeugung eines Steuersignals vorzugsweise immer dann, wenn die absolute quadratische Abweichung von Motorstrom und Referenzwert sehr klein wird, insbesondere wenn sie gegen Null geht. Geht der Differenzwert gegen Null, so lässt dies auf eine konstante Belastung und einen gleichbleibenden Stromfluss des Motors bei Abwesenheit von drehzahlabhängigen Störungen schließen, so dass von dem Erreichen einer Endposition ausgegangen werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist entsprechende Mittel zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens auf.

Insbesondere umfasst die Vorrichtung eine Messeinheit zum Messen des Motorstromes, eine Filtereinheit zum Ermitteln des Referenzwertes, eine Auswerteeinheit zur Durchführung des Vergleiches von Motorstrom und Referenzwert sowie eine Steuereinheit zum Erzeugen des Steuersignals.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Messeinheit einen Analog/Digital-Wandler aufweist. Durch Umwandlung der analogen Stromsignale in eine von einem Rechner, beispielsweise einem Mikrocomputer, verarbeitbare Form, ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren besonders schnell und zuverlässig mit Hilfe eines Rechners auszuführen zu lassen. Mit anderen Worten sind dann insbesondere die Filtereinheit, die Auswerteeinheit und die Steuereinheit als Programmmodule eines geeigneten Computerprogramms ausgeführt, welches auf dem Rechner abläuft.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

2 ein den Ablauf des Verfahrens darstellendes Flussdiagramm,

3 den Verlauf von Motorstrom und Differenzwert bei einem Schließvorgang eines Fensterhebers.

1 zeigt in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Blockerkennung bei einem von einem Elektromotor 2 angetriebenen elektrischen Fensterheber 3 eines Kraftfahrzeugs.

Bei dem Elektromotor 2 handelt es sich um einen Gleichstrommotor, bei dessen Betrieb Störungen der Motorstromkennlinie entstehen. Das Auftreten dieser Störungen ist proportional zur Motordrehzahl sowie zur Anzahl der Kollektorlamellen des Motors. Insbesondere treten die Störungen immer dann auf, wenn die Stromversorgung der Motorspulen wechselt, d.h. wenn die Stromversorgung von einer Spule auf die nächste übergeht. Der Strom bricht in diesen Fällen kurz ein und steigt anschließend sofort wieder steil an. Diese Störungen überlagern als Oberwellen den Versorgungsstrom des Elektromotors 2 und werden bei einer Messung des Motorstromes mit erfasst.

Der Elektromotor 2 ist mit der Blockerkennungsvorrichtung 1 verbunden, die aus einer Messeinheit 4, einer Filtereinheit 5, einer Auswerteeinheit 6 und einer Steuereinheit 7 besteht. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Blockerkennungsvorrichtung 1 um einen Mikrocomputer.

Unmittelbar nach Start 20 des Elektromotors 2 erfolgt in einem ersten Schritt 21 ein kontinuierliches Messen des Motorstromes IM, vgl. 2. Ein zur Motorstrommessung eingesetzter Messwiderstand liefert die Messergebnisse an einen Analog/Digital-Wandler in der Messeinheit 4, die in dem Mikrocomputer integriert ist.

Nach der Signalumwandlung werden die Messsignale in der Filtereinheit 5 in einem nächsten Schritt 22 tiefpassgefiltert. Das Filter ist dabei in Form eines entsprechenden Programmmoduls implementiert. Die gemessene Motorstromkennlinie IM sowie die tiefpassgefilterte Motorstromkennlinie ITP sind in 3 als Kurven 30, 31 dargestellt.

In dem sich anschließenden Schritt 23 erfolgt die Ermittlung der absoluten quadratischen Abweichung &sgr; = |IM-ITP|2 von gemessenem Motorstrom und tiefpassgefiltertem Motorstrom in der Auswerteeinheit 6, die wiederum durch ein entsprechendes Programmmodul dargestellt ist. In 3 ist dieser Varianzwert &sgr; als dritte Kurve 32 eingezeichnet.

Unmittelbar anschließend erfolgt in einem weiteren Schritt 24 eine Grenzwertüberprüfung. Unterschreitet die absolute quadratische Abweichung &sgr; einen zuvor festgelegten oder aus dem Verlauf der Motorstromkennlinie ermittelten Grenzwert L, so wird eine entsprechende Information von der Auswerteeinheit 6 an die ebenfalls durch ein entsprechendes Programmmodul implementierte Steuereinheit 7 übergeben, die dann in einem abschließenden Schritt 25 ein Steuersignal zum Abschalten des Motorstroms erzeugt und an den Elektromotor 2 übergibt, so dass eine Abschaltung 26 erfolgt. Ergibt die Prüfung in Schritt 24, dass die absolute quadratische Abweichung &sgr; den Grenzwert L nicht unterschreitet, wird das Verfahren mit der Messung und Auswertung des nächsten Motorstromwertes IM fortgesetzt.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Blockerkennung bei einem von einem Elektromotor (2) angetriebenen System (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Blockerkennung auf eine Auswertung von drehzahlabhängigen Störungen des Motorstroms basiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten:

    – Messen (21) des Motorstromes (30),

    – Ermitteln eines Referenzwertes (31) durch Filtern der drehzahlabhängigen Störungen aus dem gemessenen Motorstrom (30),

    – Vergleichen des gemessenen Motorstromes (30) mit dem Referenzwert (31) und

    – Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gkennzeichnet, dass das Vergleichen des gemessenen Motorstromes (30) mit dem Referenzwert (31) eine Ermittlung eines Differenzwertes (32) beider Größen umfasst, der als Ergebnis des Vergleiches dient.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersignal erzeugt wird, wenn der Differenzwert (32) einen Grenzwert unterschreitet.
  5. Vorrichtung (1) zur Blockerkennung bei einem von einem Elektromotor (2) angetriebenen System (3), gekennzeichnet durch Mittel (4, 5, 6, 7) zum Auswerten von drehzahlabhängigen Störungen des Motorstroms.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5

    – mit einer Messeinheit (4) zum Messen des Motorstromes (30),

    – mit einer Filtereinheit (5) zum Ermitteln eines Referenzwertes (31) durch Ausfiltern der drehzahlabhängigen Störungen aus dem gemessenen Motorstrom (30),

    – mit einer Auswerteeinheit (6) zum Vergleichen des gemessenen Motorstromes (30) mit dem Referenzwert (31), und

    – mit einer Steuereinheit (7) zum Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (4) einen Analog/Digital-Wandler aufweist.
  8. Computerprogramm mit Rechenbefehlen zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wenn das Programm auf einem Rechner (1) ausgeführt wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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