PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202006001746U1 16.08.2007
Titel Vorrichtung zur Detektion eines Einklemmfalles
Anmelder Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Coburg, 96450 Coburg, DE
Vertreter Patentanwälte Tergau & Pohl, 90482 Nürnberg
DE-Aktenzeichen 202006001746
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 16.08.2007
Registration date 12.07.2007
Application date from patent application 04.02.2006
IPC-Hauptklasse H02H 7/08(2006.01)A, F, I, 20060204, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion eines Einklemmfalles eines Stellelements, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.

Ein modernes Kraftfahrzeug umfasst eine Reihe von Stellelementen, die mittels eines Motors angetrieben werden. Derartige insbesondere elektrisch angetriebene Stellelemente sind beispielsweise eine Seitenscheibe, ein Schiebedach oder eine Heckklappe. Auch ein elektrisch betätigbarer Kraftfahrzeugsitz stellt ein derartiges Stellelement dar.

Gerät ein Hindernis in den Stellweg eines derart angetriebenen Stellelements, so muss aus Sicherheitsgründen ein Einklemmen dieses Hindernisses verhindert werden. Die Drehmomente der verwendeten Antriebe sind nämlich groß genug, um im Falle des Einklemmens eines Körperteiles ernsthafte Verletzungen zu verursachen.

Aus diesem Grund sind eine Reihe von Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die es ermöglichen sollen, einen Einklemmfall rechtzeitig festzustellen und beispielsweise durch ein Stoppen oder Reversieren des Antriebs entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. Beispielsweise ist es bekannt, aus einer Änderung der Drehgeschwindigkeit oder des Drehmomentes des das Stellelement antreibenden Motors auf einen Einklemmfall zu schließen. Auch ist es bekannt, zur Detektion eines Einklemmfalles beispielsweise taktile Sensoren einzusetzen, die, an einem Anschlag des Stellelements angeordnet, im Einklemmfall reagieren.

Die Verwendung taktiler Sensoren ist nachteiligerweise mit Mehrkosten für die zusätzlich erforderlichen Komponenten verbunden. Die Ermittlung eines Einklemmfalles aus einem die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameter hat den Nachteil einer geringeren Zuverlässigkeit, da der Einklemmfall nicht direkt detektiert wird. Eine hohe Zuverlässigkeit ist aber unerlässlich, um ein häufiges fehlerhaftes Stoppen oder Reversieren des Antriebs zu vermeiden.

Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit einer Vorrichtung zum Erkennen eines Einklemmfalles unter Beachtung einer Motorgeschwindigkeit ist es aus der DE 103 29 103 B4 bekannt, während der Betätigung eines Stellelements eine Ist-Motorgeschwindigkeit zu ermitteln, aus einer Antriebsspannung eine Schätzmotorgeschwindigkeit zu errechnen, unter Berücksichtigung einer infolge Masseträgheit auftretenden Verzögerungszeit zwischen der Schätz-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit die Schätz-Motorgeschwindigkeit für einen Vergleich entsprechend zu korrigieren, und aus der Differenz zwischen korrigierter Schätz-Motorgeschwindigkeit und Ist-Motorgeschwindigkeit auf einen Einklemmfall zu schließen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Detektion eines Einklemmfalles eines Stellelementes anzugeben, wobei ein Einklemmfall möglichst zuverlässig erkannt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Detektion eines Einklemmfalles eines Stellelements, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, die einen Motor zur Betätigung des Stellelements, einen Sensor zur Erfassung eines die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameters und eine mit dem Sensor und dem Motor verbundene Steuereinheit zur Erkennung eines Einklemmfalles und zur Ansteuerung des Motors mittels eines Speisesignals umfasst, wobei die Steuereinheit dafür eingerichtet ist, aus dem Speisesignal jeweils einen Erwartungswert für den die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameters zu ermitteln, die zeitliche Änderung des tatsächlichen Parameterwertes zu erfassen, unter Berücksichtigung der zeitlichen Änderung den Erwartungswert mit dem tatsächlich eintretenden Parameterwert zu vergleichen, aus dem Vergleich auf einen Einklemmfall zu schließen, und bei Erfassung eines Einklemmfalles den Motor zu stoppen und/oder zu reversieren.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass in der Regel ein mittels eines Speisesignals getriebener Motor aufgrund seiner Massenträgheit auf eine Änderung des Speisesignals erst nach einer gewissen Verzögerungszeit mit einer Änderung seiner Motorgeschwindigkeit reagiert. Insofern kann ein aus dem Speisesignal abgeleiteter, die Motorgeschwindigkeit charakterisierender Parameter im Falle einer Änderung des Speisesignals nicht den tatsächlich zu erwartenden realen Parameterwert repräsentieren.

In einem zweiten Schritt geht die Erfindung von der Überlegung aus, gerade nicht die durch den jeweils verwendeten Motortypus spezifisch auftretende Ansprechzeit durch eine Korrektur des Erwartungswertes zu berücksichtigen. Vielmehr wird der Erwartungswert des die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameters direkt mit dem zeitlich zugehörigen tatsächlichen Parameterwert verglichen, wobei jedoch die zeitliche Änderung des tatsächlichen Verlaufs des die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameters berücksichtigt wird.

Umfangreiche Untersuchungen haben ergeben, dass unter Berücksichtigung der zeitlichen Änderung des tatsächlichen Verlaufs sich durch Vergleich des vorausberechneten Erwartungswerts und des tatsächlich gemessenen Parameterwertes ein Einklemmsignal ableiten lässt, welches einen Einklemmfall mit einer hohen Zuverlässigkeit anzeigt. Insbesondere werden hierdurch auch solche Einklemmfälle angezeigt, die durch die bisherigen Verfahren wegen des zur Vermeidung eines häufigen Fehlreversierens bei Schwergängigkeiten einzugehenden Kompromisses kaum detektierbar waren.

Zur Ermittlung des Erwartungswertes für den die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameter kann ein Speisesignal für den Motor herangezogen werden, welches in einem Wirkzusammenhang mit der Motorgeschwindigkeit steht. Insbesondere kann dies eine Motorspannung oder ein Motorstrom sein. Der die Motorgeschwindigkeit charakterisierende Parameter kann eine Messgröße sein, die in einem eindeutigen Zusammenhang mit der Motorgeschwindigkeit steht. Die Motorgeschwindigkeit kann beispielsweise durch eine Winkelgeschwindigkeit oder durch eine Drehzahl repräsentiert sein. Inbesondere können als derartige Parameter die Ausgangssignale verschiedener Sensoren verwendet werden, die der Antriebs- oder Abtriebsachse des Motors zugeordnet sind. Derartige Sensoren können beispielsweise optischer, akustischer, elektrischer, magnetischer oder elektromagnetischer Bauart sein.

Durch weitere umfangreiche Untersuchungen hat sich ergeben, dass sich die Zuverlässigkeit zur Detektion eines Einklemmfalles weiter erhöhen lässt, wenn die Steuereinheit dafür eingerichtet ist, durch Ermittlung der jeweiligen Differenz zwischen dem Erwartungswert und dem zugehörigen tatsächlichen Parameterwert ein Differenzsignal zu bilden, durch Differentiation des zeitlichen Verlaufs des tatsächlichen Parameterwerts ein Ableitungssignal zu bilden, durch Addition des Differenzsignals und des Ableitungssignals ein Einklemmsignal zu errechnen und durch Vergleich des Einklemmsignals mit einer Abschaltschwelle den Einklemmfalls zu erfassen.

Hierbei wird die zeitliche Änderung des Verlaufs des tatsächlichen Parameterwerts mittels des durch Differentiation gebildeten Ableitungssignals beobachtet. Zum Errechnen des Einklemmsignals wird dieses Ableitungsssignal jeweils mit der Differenz zwischen dem Erwartungswert und dem zugehörigen tatsächlichen Parameterwert verglichen. In einem statischen Fall ist beispielsweise sowohl das Differenzsignal als auch das Ableitungssignal konstant null. Verändert sich durch einen äußeren Einfluss, wie beispielsweise einem Einklemmfall, der gemessene Parameterwert, weil sich beispielsweise die Drehgeschwindigkeit des Motors ändert, so resultiert zunächst hieraus eine zeitliche Verschiebung des Verlaufs des Erwartungswerts gegenüber dem Verlauf des tatsächlichen Parameterwerts. Infolge dessen erhöht sich die Amplitude des Differenzsignals. Zusätzlich ist das Ableitungssignal von Null verschieden. Das Einklemmsignal als Addition von Ableitungssignal und Differenzsignal zeigt einen Einklemmfall an.

Durch entsprechende Normierung des Differenzsignals und des Ableitungssignals kann erzielt werden, dass das Einklemmsignal während des regulären Betriebes einen annähernd konstanten Wert beibehält, während es im Falle des Vorliegens eines Einklemmfalles einen von null verschiedenen Wert erhält. Durch geeignete Wahl der Abschaltschwelle kann die Empfindlichkeit zur Detektion des Einklemmfalles eingestellt werden.

Zur Berechnung des Erwartungswertes für den die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameter kann das jeweilige Speisesignal beispielsweise direkt der Steuereinheit entnommen oder zumindest über diese abgelesen werden. Da die Zuordnung einer Motorgeschwindigkeit zu einem vorgegebenen Speisesignal nicht trivial ist, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise dafür eingerichtet, den Erwartungswert für den die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameter mittels eines Kennfeldes aus dem Speisesignal zu berechnen. Das Kennfeld kann dabei durch eine Versuchsreihe ermittelt und beispielsweise vor einer Auslieferung der Vorrichtung in der Steuereinheit implementiert werden. Alternativ ist es auch möglich, ein rudimentäres Kennfeld in die Steuereinheit zu implementieren und dieses Kennfeld während des Betriebes den tatsächlichen Gegebenheiten anzupassen. Dies kann beispielsweise mit der Kenntnis geschehen, dass im Allgemeinen die Drehzahl des Motors proportional zur Speisespannung ist. Somit kann bei einer bekannten Zuordnung eines Wertes für die Speisespannung und einer Motordrehzahl aus einem neu gemessenen Wert einer Speisespannung die zugehörige erwartete Motordrehzahl berechnet und in dem Kennfeld implementiert werden. Auf diese Weise kann während des regulären Antriebs des Stellelements das Kennfeld den tatsächlichen Gegebenheiten angepasst werden. Die Steuereinheit ist demnach vorteilhaft dafür eingerichtet, als Speisesignal jeweils eine aktuelle Motorspannung heranzuziehen.

Ob schon grundsätzlich zur Ermittlung eines die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameters verschiedenste Sensoren herangezogen werden können, ist es vorteilhaft, als Sensor einen die Drehzahl erfassenden Hall-Sensor zu verwenden. Dabei umfasst ein derartiger Hall-Sensor einen Ringmagneten, der eine Drehachse des Motors umgibt. Der Ringmagnet ist dabei in mehrere Permanentmagnete mit abwechselnder Polung aufgeteilt. Aus der daher bei Rotation der Achse entstehenden periodischen Magnetfeldänderung resultiert eine periodische Hall-Spannung, aus deren Frequenz die Drehzahl der Achse abgeleitet werden kann. Die Verwendung eines Hall-Sensors bietet sich an, weil dieser preisgünstig und technisch ausgereift ist. Zudem wird er im Kraftfahrzeugbereich häufig zur Drehzahlbestimmung eines Antriebsmotors eingesetzt, so dass gegebenenfalls auf einen bereits vorhandenden Hall-Sensor zurückgegriffen werden kann.

Um die Fehlerquote bei der Ermittlung der Drehzahl aus den die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameter möglichst gering zu halten, ist die Steuereinheit in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dafür eingerichtet, die Drehzahl aus dem über mindestens eine volle Umdrehung des Motors gemittelten Ausgangssignals des Hall-Sensors abzuleiten. Da die für einen Hall-Sensor verwendeten Ringmagnete keine exakt baugleichen Dauermagnete beinhalten, wird auf diese Weise ein systembedingter Messfehler sicher vermieden.

Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit dafür eingerichtet, das Ableitungssignal bei Differenzbildung numerisch aus dem zeitlichen Verlauf des Parameterwerts zu ermitteln. Hierzu kann auf bekannte Prozesse von in der Steuereinheit bereits eingesetzten Mikrocomputern oder Mikroprozessoren zurückgegriffen werden.

In einer besonders vorteilhaften Variante ist die Steuereinheit dafür eingerichtet, zur numerischen Ermittlung des Ableitungssignals jeweils die Differenz der Parameterwerte im Abstand einer Vollumdrehung des Motors zu bilden. Dies entspricht einer numerischen Bildung des Ableitungssignals mit einem zeitlichen Abstand von jeweils einer Umdrehung.

Ein besonders zuverlässiges Einklemmsignal lässt sich erzielen, wenn die Steuereinheit dafür eingerichtet ist, das Differenzsignal durch jeweilige Subtraktion des Parameterwerts von dem zugehörigen Erwartungswert zu bilden und als Ableitungssignal die negierte Differenziation zu berechnen. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass ein derart gebildetes Differenzsignal und ein derart gebildetes Ableitungssignal während eines regulären Antriebs des Stellelements mit üblichen Schwankungen des Speisesignals, wie insbesondere der Motorspannung, einen zueinander komplementären Verlauf aufweisen. Dies erlaubt es insbesondere, das Einklemmsignal im Normalbetrieb leicht auf einen Mittelwert von Null zu normieren. Hierzu muss der Nulldurchgang des Differenzsignals und/oder des Ableitungssignals lediglich geeignet verschoben und die beiden Signale gegebenenfalls mit einem Faktor multipliziert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Steuereinheit ein neuronales Netz, welches dafür eingerichtet ist, die Normierung selbstlernend auszuführen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 schematisch eine Vorrichtung zur Detektion eines Einklemmfalles im Stellweg einer Scheibe einer Kraftfahrzeugtür,

2 in einem ersten Diagramm die Ermittlung eines Einklemmsignales im Falle einer periodischen Motorspannung,

3 in einem zweiten Diagramm die Ermittlung eines Einklemmsignales im Falle einer annähernd konstanten Motordrehzahl und

4 in einem dritten Diagramm die Ermittlung eines Einklemmsignales im Falle eines mehrstufigen Einklemmfalles.

In 1 ist schematisch eine Kraftfahrzeugtür 1 dargestellt, die einen Türkörper 2 mit einem daran angeordneten Rahmen 3 umfasst. Im Rahmen 3 und im Türkörper 2 ist mittels einer nicht näher dargestellten Mechanik eine Scheibe 5 geführt, die mittels eines Motors 7 über eine Antriebsmechanik 8 entlang ihres Verstellweges verstellbar ist.

Im Türkörper 2 ist weiter eine Steuereinheit 10 angeordnet, die über eine Steuerleitung 12 mit dem Motor 7 verbunden ist. Zur Ansteuerung des Motors 7 wird dieser über die Steuerleitung 12 mit einem entsprechenden Speisesignal versorgt. Zum Erkennen eines Einklemmfalles ist dem Motor 7 auf einer mit der Antriebsmechanik 8 verbundenen Drehachse ein Hall-Sensor 13 zugeordnet, dessen Sensorsignale über eine Verbindungsleitung 14 der Steuereinheit 10 zur Verfügung stehen.

Der Hall-Sensor 13 umfasst einen auf der Drehachse des Motors 7 angeordneten Ringmagneten, der aus einer Anzahl von Dauermagneten derart zusammengesetzt ist, dass sich Nord- und Südpole in Umfangsrichtung abwechseln. Aus der Frequenz des einer Hall-Spannung entsprechenden Sensorsignales des Hall-Sensors 7 kann daher die Steuereinheit 10 auf die Drehzahl des Motors 7 zurückrechnen.

Zur Detektion eines Einklemmfalles im Stellweg der Scheibe 5 berechnet die Steuereinheit 10 aus dem Speisesignal jeweils einen Erwartungswert für die Drehzahl des Motors 7. Weiter ist die Steuereinheit 10 dafür eingerichtet, eine Differenz zwischen dem errechneten Erwartungswert der Motordrehzahl und der zugehörigen tatsächlich ermittelten Motordrehzahl zu bilden. Desweiteren wird der zeitliche Verlauf der tatsächlichen Motordrehzahl differenziert und hieraus ein Ableitungssignal gebildet. Nach einer entsprechenden Normierung und einer Addition von Differenzsignal und Ableitungssignal wird hieraus ein Einklemmsignal in der Steuereinheit 10 errechnet. Überschreitet das Einklemmsignal eine vorgegebene Abschaltschwelle, so wird ein Einklemmfall detektiert. Die Steuereinheit 10 stoppt daraufhin den Motor 7 und treibt ihn reversierend an.

Zur Ermittlung des Ableitungssignales ermittelt die Steuereinheit 10 die Differenz der mittels des Hall-Sensors 7 jeweils nach einer Umdrehung gemessenen Motordrehzahl. Die zeitlich aufeinander abfolgenden Differenzsignale ergeben dann das gewünschte Ableitungssignal.

Zum besseren Verständnis der Detektion eines Einklemmfalles, wie in 1 beschrieben, zeigt 2 in einem ersten Diagramm 15 die Ermittlung eines Einklemmsignales im Falle einer sich periodisch ändernden Motorspannung. Entlang der X-Achse des ersten Diagramms 15 ist hierbei die Zeit und entlang der Y-Achse in verschiedenen Skalen jeweils die Amplitudenwerte der eingezeichneten Signale aufgetragen.

Beispielhaft ist in 2 ein sich periodisch verändernder Verlauf 17 der Motorspannung gezeigt. Diesem Verlauf 17 der Motorspannung entspricht im Falle eines masselosen Motors ein sich ebenfalls periodisch verändernder Verlauf 19 der Motordrehzahl. Der Verlauf 19 der Motordrehzahl wurde hierzu als Erwartungswert aus dem Verlauf 17 der Motorspannung berechnet. Dabei gilt die einfache Formel, dass das Verhältnis von Motordrehzahlen gleich dem Verhältnis der zugehörigen Motorspannungen ist.

Neben dem Verlauf 19 des Erwartungswertes der Drehzahl ist der Verlauf 21 der mittels eines Hall-Sensors tatsächlich ermittelten Drehzahl aufgetragen. Aufgrund der Masseträgheit eines realen Motors ist der Verlauf 21 der tatsächlichen Drehzahl gegenüber dem Verlauf 19 des Erwartungswertes der Drehzahl zeitlich verschoben.

Zum Ermitteln eines Einklemmsignales wird zunächst die Differenz zwischen dem Verlauf 19 des Erwartungswertes der Drehzahl und dem Verlauf 21 der tatsächlichen Drehzahl gebildet. Es ergibt sich ein sich ebenfalls periodisch veränderndes Differenzsignal 23. Dass es sich hierbei um ein Differenzsignal handelt, erkennt man daran, dass bei einem Kreuzungspunkt zwischen dem Verlauf 19 des Erwartungswertes der Drehzahl und dem Verlauf 21 der tatsächlichen Drehzahl das Differenzsignal 23 den Wert Null einnimmt.

Weiter wird numerisch aus dem Verlauf 21 der tatsächlichen Drehzahl ein Verlauf 25 eines Ableitungssignals gebildet, dessen Verlauf ebenfalls 2 zu entnehmen ist. Entsprechend der zeitlichen Ableitung beträgt der Wert des Ableitungssignales Null in den Maxima und Minima des Verlaufs 21 der tatsächlichen Drehzahl. Durch Normieren der Ausgangssignale ist die Größe des Differenzsignals (Verlauf 23) und des Ableitungssignals (Verlauf 25) derart bemessen, dass ihre Addition angenähert den Wert Null ergibt. Der Verlauf 26 des Einklemmsignals ergibt sich durch Addition des Verlaufes 23 des Differenzsignals und des Verlaufs 25 des Ableitungssignals.

Man erkennt deutlich, dass vor dem Eintreten eines Einklemmfalles der Verlauf 26 des Einklemmsignals um den Nullpunkt schwankt.

Rechts einer vertikal im ersten Diagramm 15 eingezeichneten Doppellinie wird nun ein Einklemmfall simuliert. Als Folge nimmt die tatsächliche Motordrehzahl ab. Dies ist deutlich an dem Verlauf 21 der tatsächlichen Drehzahl rechts der Doppellinie zu erkennen. Eine Wechselwirkung mit der Motorspannung als Speisesignal wird hierbei vernachlässigt.

Als Folge der sich verringernden tatsächlichen Drehzahl steigt die Amplitude und die Nullpunktlage des gebildeten Differenzsignals entsprechend dem dargestellten Verlauf 23 an. Auch das Ableitungssignal entsprechend dem dargestellten Verlauf 25 verändert sich, da sich beispielsweise im abfallenden Teil der Betrag der Steigung des Verlaufs 21 der tatsächlichen Drehzahl erhöht.

Der Verlauf 26 des Einklemmsignal zeigt ab dem Zeitpunkt des simulierten Einklemmfalles (rechts der vertikalen Doppellinie) einen sofort einsetzenden Anstieg mit annähernd konstanter Steigung. Hieraus wird ersichtlich, dass sich durch Vorgabe einer entsprechenden Abschaltschwelle ein Einklemmfall zuverlässig detektieren lässt. Überschreitet der Verlauf 26 des Einklemmsignals die vorgesehene Abschaltschwelle, so kann auf einen Einklemmfall detektiert werden.

In 3 ist in einem zweiten Diagramm 27 die Ermittlung des Einklemmsignals im Falle einer annähernd konstanten Motordrehzahl gezeigt. Der Einklemmfall findet im zweiten Diagramm 27 wiederum rechts einer vertikal eingezeichneten Doppellinie statt. Links dieser Doppellinie ist ein stationärer Zustand des angetriebenen Motors dargestellt. Somit ist sowohl die tatsächliche Drehzahl, dargestellt durch den Verlauf 21, als auch der Erwartungswert für die Drehzahl, dargestellt durch den Verlauf 19, konstant. Gleichfalls konstant ist die Motorspannung, was durch den Verlauf 17 erkennbar ist. Entsprechend ist das gemäß 2 ermittelte Einklemmsignal (dargestellt durch den Verlauf 26) links der eingezeichneten Doppellinie null.

Rechts der eingezeichnten Doppelline findet der Einklemmfall statt. Dies wird daraus erkennbar, dass der Verlauf 21 der tatsächlichen Drehzahl abnimmt, was aus einem sich im Stellweg des Stellelements befindlichen Hindernisses resultiert. Aufgrund des hieraus resultierenden höheren Drehmomentes des Motors und des damit verbundenen geänderten elektrischen Verhaltens fällt die Motorspannung ebenfalls ab, was deutlich an dem Verlauf 17 der Motorspannung zu erkennen ist. Folglich verringert sich hierdurch auch der aus der Motorspannung berechnete Erwartungswert der Drehzahl. Der Verlauf 19 des Erwartungswerts der Drehzahl sinkt ebenfalls nach rechts ab. Gleichwohl wird ersichtlich, dass sich zwischen der tatsächlichen Drehzahl und dem Erwartungswert der Drehzahl bei Vorliegen eines Einklemmfalles eine Differenz einstellt. Das entsprechende Differenzsignal ist dem Verlauf 23 zu entnehmen. Mit zunehmender Dauer wird die Differenz größer. Da die tatsächliche Drehzahl linear abfällt, erhält das Ableitungssignal gemäß dem Verlauf 25 einen konstanten Wert. Vorliegend wird das negierte Ableitungssignal gebildet.

Durch Addition des Ableitungssignals und des Differenzsignals wird schließlich der Verlauf 26 des Einklemmsignals ermittelt. Aus dem glatten ansteigenden Verlauf 26 des Einklemmsignals wird ersichtlich, dass sich bei Vorgabe einer entsprechenden Abschaltschwelle bei Überschreiten dieser durch das Einklemmsignal wiederum zuverlässig auf einen Einklemmfall schließen lässt.

Als Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren ist in dem zweiten Diagramm 27 zusätzlich der Verlauf 29 eines FILS-Signals dargestellt. Dabei bedeutet FILS Force Integration for Lower Spring Rates und bezeichnet die Summe aller Drehzahldifferenzen über ein vorgegebenes Integralfenster. Man erkennt deutlich, dass bei einem Wert von etwa 530 auf der X-Achse mit dem FILS-Signal kein Einklemmfall mehr detektiert werden kann. Die Ermittlung des FILS-Signals ist hierbei durch die vorgegebene Pufferlänge begrenzt. Es wird deutlich erkennbar, dass dann, wenn die vorgegebene Abschaltschwelle über der erreichbaren Schwelle des FILS-Signals liegt, mittels des Verlaufs 26 des Einklemmsignales noch zuverlässig ein Einklemmfall detektiert werden kann.

In 4 ist in einem dritten Diagremm 30 die Ermittlung eines Einklemmsignals gemäß 2 und 3 für den Fall eines stufigen Einklemmfalles dargestellt. Hierbei ist der Verlauf 21 der tatsächlichen Drehzahl entsprechend einem derartigen Einklemmfall gezeigt. Ein solcher Einklemmfall ist beispielsweise dann gegeben, wenn sich der Widerstand eines sich im Stellweg befindlichen Hindernisses aufgrund des hohen Drehmomentes des Motors stufenweise verringert. Dies ist beispielsweise bei einem Hindernis der Fall, welches aus Materialien unterschiedlicher Härte oder unterschiedlicher Zerstörschwelle aufgebaut ist. Mit anderen Worten wird das sich im Stellweg befindliche Hindernis durch das Stellelement zerdrückt. Dieser stufige Verlauf ist deutlich zu erkennen.

Weiter sind dem dritten Diagramm wiederum der Verlauf 23 des gebildeten Differenzsignals, der Verlauf 25 des gebildeten Ableitungssignals und der Verlauf 26 des hieraus durch Addition gebildeten Einklemmsignals erkennbar. Nicht dargestellt sind in 4 die zugehörige Motorspannung, aus welcher ein Erwartungswert für die Motordrehzahl ermittelt werden würde.

Zusätzlich ist zur Erkennung eines Einklemmfalles eine für den Verlauf 26 des Einklemmsignals vorgegebene Abschaltschwelle 32 eingezeichnet. Ferner ist im Diagramm 30 der Verlauf 34 eines für die Motordrehzahl vorgegebenen Abschaltwertes eingetragen. Dabei wird ein bekanntes Verfahren zur Detektion eines Einklemmfalles gemäß Stand der Technik vorausgesetzt, bei welchem zum Vermeiden eine Fehlreversierens oder einer Fehldetektion eines Einklemmfalles der vorgegebene Abschaltwert bei einem über eine gewissse Dauer wieder annähernd konstanten Drehzahl der aktuellen Drehzahl nachgeführt wird. Dies vermeidet die Fehldetektion eines Einklemmfalles durch eine Schwergängigkeit des Stellelements entlang des Stellweges.

Dargestellt ist nun derjenige Fall, in welchem eine schrittweise Zerstörung des Hindernisses nun zu einem zwischenzeitlich annähernd konstanten Verlauf der Drehzahl derart führt, dass der Abschaltwert vor seinem Erreichen durch die tatsächliche Drehzahl nachgeführt, d.h. nach unten korrigiert wird. Mit anderen Worten wird bei einem Verfahren gemäß Stand der Technik im vorliegend simulierten Fall kein Einklemmfall detektiert. Das Hindernis wird zerstört.

Anders verhält es sich bei der Detektion des Einklemmfalles mittels des ermittelten Verlaufs 26 für das Einklemmsignal. Man erkennt zunächst, dass sich auch im hier dargestellten Fall der Verlauf 26 des Einklemmsignals entsprechend der stufenförmigen Drehzahl mit einer gewissen Periodizität versehen annähernd konstant ansteigt. Bei Überschreiten der Abschaltschwelle 32 durch den Verlauf 26 des Einklemmsignals wird auf einen Einklemmfall geschlossen. Der Motor wird gestoppt und reversierend angetrieben. Auch hieraus wird ersichtlich, dass das derart ermittelte Einklemmsignal zu einer zuverlässigen Detektion eines Einklemmfalles eignet.

1
Kraftfahrzeugtür
2
Türkörper
3
Rahmen
5
Scheibe
7
Motor
8
Antriebsmechanik
10
Steuereinheit
13
Hall-Sensor
14
Steuerleitung
13
Verbindungsleitung
15
erstes Diagramm
17
Verlauf Motorspannung
19
Verlauf Erwartungswert Drehzahl
21
Verlauf tatsächliche Drehzahl
23
Verlauf Differenzsignal
25
Verlauf Ableitungssignal
26
Verlauf Einklemmsignal
27
zweites Diagramm
29
Verlauf FILS
30
drittes Diagramm
32
Abschaltschwelle
34
Verlauf Abschaltwert


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Detektion eines Einklemmfalles eines Stellelements (z.B. 5), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Motor (7) zur Betätigung des Stellelements (z.B. 5), mit einem Sensor zur Erfassung eines die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameters, und mit einer mit dem Sensor und dem Motor (7) verbundenen Steuereinheit (10) zur Erkennung eines Einklemmfalls und zur Ansteuerung des Motors (7) mittels eines Speisesignals, wobei die Steuereinheit (10) dafür eingerichtet ist,

– aus dem Speisesignal jeweils einen Erwartungswert für den die Motorgeschwindigkeit charakterisierenden Parameter zu ermitteln,

– die zeitliche Änderung des tatsächlichen Parameterwertes zu erfassen,

– unter Berücksichtigung der zeitlichen Änderung den Erwartungswert mit dem tatsächlich eintretenden Parameterwert zu vergleichen,

– aus dem Vergleich auf einen Einklemmfall zu schließen, und

– bei Erfassung eines Einklemmfalles den Motor (7) zu stoppen und/oder zu reversieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1,

wobei die Steuereinheit (10) dafür eingerichtet ist,

– durch Ermittlung der jeweiligen Differenz zwischen dem Erwartungswert und dem zugehörigen tatsächlichen Parameterwert ein Differenzsignal zu bilden,

– durch Differentiation des zeitlichen Verlaufs des tatsächlichen Parameterwerts ein Ableitungssignal zu bilden,

– durch Addition des Differenzsignals und des Ableitungssignals ein Einklemmsignal zu errechnen, und

– durch Vergleich des Einklemmsignals mit einer Abschaltschwelle den Einklemmfall zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (10) dafür eingerichtet ist, den Erwartungswert mittels eines Kennfeldes aus dem Speisesignal zu berechnen. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (10) dafür eingerichtet ist, das Kennfeld unter Berücksichtigung der Parameterwerte während des Betriebs anzupassen Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (10) dafür eingerichtet ist, als Speisesignal jeweils eine aktuelle Motorspannung heranzuziehen. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor ein die Drehzahl erfassender Hallsensor (13) ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (10) dafür eingerichtet ist, die Drehzahl aus dem über mindestens eine volle Umdrehung des Motors (7) gemittelten Ausgangssignal des Hallsensors (13) abzuleiten. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Steuereinheit (10) dafür eingerichtet ist, das Ableitungssignal durch Differenzbildung numerisch aus dem zeitlichen Verlauf des Parameterwerts zu ermitteln. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (10) dafür eingerichtet ist, zur numerischen Ermittlung des Ableitungssignals jeweils die Differenz der Parameterwerte im Abstand einer Vollumdrehung des Motors (7) zu bilden. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Steuereinheit (10) dafür eingerichtet, das Differenzsignal durch jeweilige Subtraktion des Parameterwerts von dem zugehörigen Erwartungswert zu bilden, und als Ableitungssignal die negierte Differentiation zu berechnen. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (10) dafür eingerichtet ist, das Einklemmsignal im Normalbetrieb auf einen Mittelwert von Null zu normieren. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit (10) ein neuronales Netz umfasst, welches dafür eingerichtet ist, die Normierung selbstlernend auszuführen.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com