DE60131321T2

DE60131321T2 - System zur Feststellung der Endposition eines mobilen Teiles durch Festellung des Sperrstroms

Info

Publication number: DE60131321T2
Application number: DE2001631321
Authority: DE
Inventors: Tanguy Alain Herbert
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2021-05-17
Also published as: EP1158642B1; EP1158642A1; DE60131321D1; FR2809242B1; FR2809242A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Detektion der Endposition eines durch einen Elektromotor angetriebenen beweglichen Bauteils, wenn keine Rückinformation über die Position des beweglichen Teils von beispielsweise einem mit diesem zusammenwirkenden Anschlagsensor existiert.
Für ein sich öffnendes oder ein anderes elektrisch gesteuertes, in ein Kraftfahrzeug montiertes bewegliches Bauteil, wie beispielsweise eine Türscheibe, ein Schiebedach oder eine Schiebetür, ist es bekannt, die Endposition des beweglichen Teils mittels eines mit diesem zusammenwirkenden Anschlagsensors zu detektieren, der Endpositionssignal abgeben kann.
Es kann auch vorkommen, dass keine direkt verwendbare Rückinformation existiert, aus der man erkennen kann, ob sich das sich öffnende Bauteil in der Endposition befindet oder nicht. Es ist jedoch wichtig, dass man die Ankunft des beweglichen Teils in der Endposition schnell feststellen kann, damit der Elektromotor nicht zu lange im blockierten Zustand mit Strom versorgt wird. Ein mit Strom gespeister blockierter Elektromotor wird nämlich von einer erhöhten Blockierstromintensität durchflossen, was eine schädliche Erhitzung der gesamten Elektroinstallation hervorruft. Diese Erhitzung kann schließlich genutzt werden, um eine thermische Unterbrechung auszulösen, damit die Stromversorgung des Elektromotors unterbrochen wird.
Alternativ ist in diesem Fall auch bekannt, in der elektrischen Steuervorrichtung eines derartigen beweglichen Teils mittels einer Messung des Versorgungsstroms des Elektromotors zu versuchen, das Auftreten eines Blockierstroms in der Versorgungsschaltung zu detektieren, wobei dieser Blockierstrom als Hinweis auf das Erreichen der Endposition des beweglichen Teils interpretiert wird. In diesem Fall besteht das Steuerverfahren des beweglichen Teils darin, regelmäßig die Intensität des in der Versorgungsschaltung des Elektromotors fließenden Stroms zu messen und diese mit einem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen. Die Stromversorgung wird beispielsweise automatisch unterbrochen, sobald die Intensität des gemessenen Stroms den Grenzwert übersteigt. Bei diesem auf einem vorgegebenen Grenzwert beruhenden Verfahren weist die Festlegung des Grenzwertes mehrere Schwierigkeiten auf. Der Grenzwert muss präzise bestimmt werden, denn wenn er zu hoch festgelegt wird, kann der Blockierstrom nie detektiert werden und der Motor überhitzt. Wenn im Gegensatz dazu der Grenzwert zu niedrig festgelegt wird, besteht die Gefahr, dass der Transferstrom beim Auftreten von auf das bewegliche Bauteil wirkenden mechanischen Reibungskräften kurzfristig einen erhöhten Wert oberhalb des Grenzwertes erreicht, was zu einem Anhalten des Motors führt, bevor die Bewegung des beweglichen Teils beendet werden sollte.
Für jede Versorgungsschaltung eines Elektromotors gibt es im Allgemeinen einen wohldefinierten Bereich zwischen dem Transferstrom und dem Blockierstrom. Dieser Bereich beträgt üblicherweise 4 bis 6 A. Im Gegensatz dazu besitzt der Absolutwert des Transferstroms bzw. des Blockierstroms abhängig von den Motoren, den Fahrzeugen und den Betriebsbedingungen eine große Variationsbreite. Einerseits weisen Elektromotoren der gleichen Technologie individuelle Unterscheide in den elektrischen Eigenschaften auf und die Eigenschaften ein und des selben Motors ändern sich mit seinem Alter. Andererseits hängt der typische Wert des Transferstroms von den Reibungen ab, die auf das bewegliche Teil während dessen Bewegung ausgeübt werden, die wiederum abhängig von der Konzeption und von dem Zustand des Fahrzeugs sind, in welchem das Bauteil montiert ist. Ein anderer Parameter, der die in der Versorgungsschaltung des Motors herrschenden Ströme beeinflusst, ist die durch die Batterie gelieferte Spannung, wobei diese Spannung üblicherweise zwischen 10 V und 16 V während der normalen Nutzung des Fahrzeugs abhängig von deren Ladezustand und vom Betriebs- oder Haltezustand des Motors des Fahrzeugs variieren kann. Der Blockierstrom in einer gegebenen Schaltung ist tatsächlich proportional zu der von der Batterie gelieferten Spannung. Schließlich variiert der Transferstrom derselben Vorrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur, wobei der Transferstrom bei niedriger Temperatur aufgrund der Kontraktion der mechanischen Bauelemente, die zu einer Erhöhung der Reibungen führt, erhöht ist. Als Ausrüstung in einem serienmäßigen Kraftfahrzeug muss ein System zwischen –30°C und +40°C korrekt funktionieren.
Aus all diesen Gründen ist es im Hinblick auf eine hohe Zuverlässigkeit eines Detektionssystems mit vorgegebenem Grenzwert unerlässlich, dass man den vorgegebenen Grenzwert für jede hergestellte Einheit eichen kann, was aufgrund der durch die Herstellungskosten gesetzten Rahmenbedingungen unrealistisch ist. Andererseits ist es zur Verringerung der Herstellungskosten vorteilhaft, dass ein gegebenes Steuerungssystem mit möglichst vielen unterschiedlichen Modellen von Elektromotoren ohne individuelle Eichung funktionieren kann. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein solches Detektionssystem mit einem automatisch aktualisierten Grenzwert für die Endposition bereitzustellen, welches die Variationen des geeigneten Grenzwertes, deren Ursachen oben aufgeführt sind, berücksichtigen kann und das an eine große Zahl von Elektromotormodellen angepasst werden kann.
Die Dokumente US-A-5 399 950 und EP-A-0 267 064 beschreiben ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hierzu betrifft die Erfindung ein Detektionssystem für die Endposition eines beweglichen Teils gemäß Anspruch 1.
Vorzugsweise wird die Hochfrequenzabtastbedingung durch den Empfang eines Bewegungsbefehls durch das Steuerungssystem validiert.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform wird die Erfassung der aufeinander folgenden Messungen der Werte des Versorgungsstroms mit einer niedrigen Abtastfrequenz f₂, die kleiner als die hohe Abtastfrequenz f₁ ist, im Wesentlichen ab dem Empfang eines Bewegungsbefehls durch das Steuerungssystem und bis zu der Validierung der Hochfrequenzabtastbedingung durchgeführt.
Vorteilhaft beträgt die niedrige Abtastfrequenz f₂ in diesem Fall im Wesentlichen 1 kHz, während die hohe Abtastfrequenz f₁ im Wesentlichen 10 kHz beträgt.
Bevorzugt wird die Hochfrequenzabtastbedingung in diesem Fall validiert, wenn der gemessene Wert des Stroms größer als ein Anlaufgrenzwert I ist.
Vorteilhaft ist der Anlaufgrenzwert I vorgegeben.
Vorzugsweise besteht die Aktualisierung des Grenzwerts für das Ende der Wegstrecke S darin, ihm den letzten gemessenen Maximalwert des Anlaufüberstroms abzüglich eines Toleranzwertes zuzuweisen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Detektionssystem aufeinander folgende aktuelle Werte der Spannung, die von einer die Versorgung des elektrischen Aktuators gewährleistenden Batterie geliefert wird, messen, den letzten gemessenen Maximalwert des Anlaufüberstroms speichern und ihn in Abhängigkeit von den aktuell gemessenen Werten der gelieferten Spannung aktualisieren.
Vorteilhaft wird der Maximalwert des gespeicherten Anlaufüberstroms proportional zu den aktuell gemessenen Werten der gelieferten Spannung aktualisiert.
Vorzugsweise kann das Detektionssystem den Toleranzwert speichern und diesen in Abhängigkeit von den aktuell gemessenen Werten der gelieferten Spannung aktualisieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Toleranzwert als ein Wert von im Wesentlichen 1,5 A vorgegeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Toleranzwert gleich null.
Vorteilhaft kann das Detektionssystem den anfänglichen Hochfrequenzabtastzeitraum in Abhängigkeit von den aktuell gemessenen Werten der gelieferten Spannung aktualisieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der anfängliche Hochfrequenzerfassungszeitraum als ein Wert zwischen im Wesentlichen 5 und 20 ms vorgegeben.
Vorzugsweise kann das Detektionssystem die gemessenen analogen Werte des Versorgungsstroms in eine digitale Darstellung umwandeln.
Die Erfindung wird besser verständlich werden und ihre Ziele, Details, Eigenschaften und Vorteile werden im Laufe der folgenden Beschreibung einer speziellen Ausführungsform der Erfindung deutlicher werden, die rein illustrativ und nicht einschränkend unter Bezug auf beigefügte Zeichnungen erfolgt. In den Zeichnungen:
ist Figur eine synoptisches Schema eines Elektromotors zur Bewegung eines beweglichen Bauteils, sowie seines Steuerungssystems und eines erfindungsgemäßen Detektionssystems;
2 ein Zeitdiagramm, das den Wert des Versorgungsstroms des Motors der 1 zwischen der Auslösung der Stromversorgung des Motors durch das Steuerungssystem der 1 und die Unterbrechung dieser Versorgung zeigt;
ist 3 ein Zeitdiagramm, das den Wert des Versorgungsstroms des Motors der 1 und den Wert eines von dem Steuerungssystem der 1 gelieferten Steuerungssignals in einem Zeitintervall darstellt, das die Auslösung der Stromversorgung des Motors bei einer Batteriespannung von 8 V einschließt;
ist 4 ein der 3 entsprechendes Zeitdiagramm bei einer Batteriespannung von 19 V;
ist 5 ein Zeitdiagramm, das den Wert des Versorgungsstroms des Motors der 1 und den Wert eines Pulssignals zeigt, welches die Hochfrequenzerfassung von Messungen des Stroms durch das erfindungsgemäße Detektionssystem auf dem gleichen Zeitintervall wie dem in 4 dargestellten zeigt;
ist 6 ein Detail des Zeitdiagramms der 5, das dort durch den Rahmen VI begrenzt ist.
Ein Steuerungssystem zur Bewegung eines beweglichen Bauteils 1, kombiniert mit einem erfindungsgemäßen Detektionssystem für die Endposition wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Das bewegliche Teil 1 ist ein bewegliches Element eines Fahrzeugs, beispielsweise ein Türfenster, ein Schiebedach oder eine Schiebetür. Die Bewegung des beweglichen Teils 1, bei der es sich um eine Rotation, eine Translation oder eine beliebige Kombination dieser Bewegungsartenhandeln kann, wird von zwei Endpositionen begrenzt, beispielsweise einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position eines Türflügels des Fahrzeugs. Die Bewegung des beweglichen Teils 1 von einer in die andere Endposition wird mittels eines Elektromotors 2 bewirkt. Das Steuerungssystem der Bewegung des beweglichen Teils 1 weist Steuermittel 4, einen elektronischen Mikrokontroller 5 und Relais 6 auf. Eine Versorgungsbatterie 3 ist mit dem elektronischen Mikrokontroller 5 verbunden, um diesen sowie den Elektromotor 2 und andere Elemente des Fahrzeugs mit Strom zu versorgen. Die Steuermittel 4, welche beispielsweise den Steuerhebel eines elektrischen Fensterhebers umfassen, sind mit dem Mikrokontroller 5 verbunden, um an diesen einen Bewegungsbefehl 7 abzugeben. Im Ruhezustand ist die Intensität des Versorgungsstroms I, welcher den Elektromotor 2 versorgt, im Wesentlichen null und die Versorgungsschaltung 10 ist offen.
Wenn er einen Bewegungsbefehl 7 empfängt, löst der Mikrokontroller 5 die Stromversorgung des Elektromotors 2 über die Versorgungsschaltung 10, welche die Relais 6 aufweist, aus. Wenn das bewegliche Teil 1 nicht blockiert ist, führt der Versorgungsstrom I zu einer Aktivierung des Elektromotors 2, welcher die Bewegung des beweglichen Teils 1 bewirkt. Wenn dessen Bewegung blockiert ist, insbesondere, wenn das bewegliche Teil 1 eine Endposition erreicht hat, erreicht der Versorgungsstrom I einen Maximalwert I_bloc, der als Blockerintensität bezeichnet wird, weil der elektrische Aktuator 2 sich nicht drehen kann und somit keine elektromotorische Gegenkraft in der Versorgungsschaltung 10 erzeugt. Die Blockierintensität I_bloc bewirkt eine starke Erwärmung der Versorgungsschaltung 10, weil ihr Wert erhöht ist und typischerweise in der Größenordnung von 15 bis 20 A beträgt. Das erfindungsgemäße Detektionssystem für die Endposition zielt darauf ab, das Vorhandensein der Blockierintensität I_bloc in der Versorgungsschaltung 10 zu detektieren.
Das erfindungsgemäße Detektionssystem für die Endposition wird nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Das Detektionssystem weist einen Erfassungskanal 8 zur Erfassung von Intensitätsmessungen des Versorgungsstroms I auf. Der Erfassungskanal 8 weist einen Tiefpassfilter 9 zur Glättung des Signals, einen Verstärker 11 und einen Analog-/Digital- Wandler 12 auf, der in dem Mikrokontroller 5 enthalten sein kann. Der Analog-/Digital-Wandler 12 liefert ein digitalisiertes Intensitätssignal i, welches den Wert der Intensität I repräsentiert. Das digitalisierte Signal i wird auf 8-Bit kodiert. Der Mikrokontroller 5 weist außerdem eine Arbeitsspeichereinheit 13 zur Speicherung der Werte des Intensitätssignals i und eine Festwertspeichereinheit 14 zur Speicherung weiterer Informationen auf.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Detektionssystems für die Endposition wird nun unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben. Die Entwicklung der Versorgungsintensität I zwischen dem Empfang eines Bewegungsbefehls 7 durch den Mikrokontroller 5 und der Ankunft in der Endposition des beweglichen Teils 1, welches anfänglich nicht blockiert sein soll, wird durch die Kurve 16 des Zeitdiagramms der 2 dargestellt. In diesem Zeitdiagramm ist die Zeit auf der Abszisse mit einem Maßstab von 500 ms pro Teilstrich dargestellt. Die Versorgungsintensität I ist auf der Ordinate in einem Maßstab von 2,5 A pro Unterteilung dargestellt.
Unmittelbar nach dem Empfang des Bewegungsbefehls 7 durch den Mikrokontroller 5 bleibt die Versorgungsintensität I während einer Auslöseverzögerung t im Wesentlichen null, welche der Verarbeitungs- und Transferzeit des Bewegungsbefehls 7 durch den Mikrokontroller 5 entspricht. Zum Zeitpunkt t₁, welcher dem Schließen der Versorgungsschaltung 10 entspricht, erhöht sich die Versorgungsintensität I plötzlich auf einen Maximalwert I_max, der etwas niedriger als die Blockierintensität I_bloc ist, bevor sie auf einen niedrigeren Wert abfällt. Diese Stromspitze wird Anlaufüberstrom des Elektromotors 2 genannt. Sie hängt damit zusammen, dass keine elektromotorische Gegenkraft in der Versorgungsschaltung 10 vorhanden ist, während der Elektromotor 2 stillsteht. Der Elektromotor 2 wird ausgehend vom Zeitpunkt t₁ aufgrund der elektrischen Trägheit einzelner Elemente der Schaltung, wie den (nicht dargestellten) Spulen des Elektromotors 2, nicht sofort in Bewegung gesetzt. Im Gegensatz zur Blockierintensität I_bloc, die so lange andauern kann, wie der blockierte Elektromotor 2 mit Strom versorgt wird, dauert der Anlaufüberstrom I nur einige 10 ms, bis sich der Elektromotor 2 in Bewegung gesetzt hat. Nach der Relaxation des Anlaufüberstroms, wobei sich der Elektromotor 2 in Bewegung befindet, wird der die Versorgungsschaltung 10 durchlaufende Strom I als Transferstrom bezeichnet; er wird während der gesamten Bewegung des beweglichen Teils 1 aufrecht erhalten, d. h. typischerweise für einige Sekunden. Die Intensität des Transferstroms I weist Oszillationen mit Perioden in der Größenordnung einer Sekunde auf, welche Variationen der durch den Elektromotor 2 zur Bewegung des beweglichen Teils 1 gelieferten Kraft entspricht. Diese Kraft hängt insbesondere von Reibungen zwischen dem beweglichen Teil 1 und seiner Unterlage auf, bei denen es sich beispielsweise um die Reibungen zwischen einer Fensterscheibe und deren Führungen handelt. Wie in 2 erkennbar, weist die Intensität des Transferstroms I außerdem Fluktuationen mit höherer Frequenz auf, welche durch elektrische Störungen im Erfassungskanal 8 hervorgerufen werden. Zwischen dem Beginn und dem Ende der Bewegung des beweglichen Teils 1 bleibt die Intensität des Transferstroms I deutlich unterhalb des Maximalwerts I_max des Anlaufüberstroms.
Wenn das bewegliche Teil schließlich seine Endposition erreicht, wird der Elektromotor 2 unter Sperrmoment mit Strom versorgt und die Versorgungsintensität I erhöht sich plötzlich auf den Wert der Blockierintensität I_bloc. Die Blockierintensität I_bloc liegt mehr als 5 A höher als der Mittelwert des Transferstroms I und übersteigt außerdem leicht den Wert I_max. Zum Zeitpunkt t_c unterbricht der Mikrokontroller 5, der das Auftreten der Blockerintensität I_bloc durch die im Folgenden beschriebene Methode detektiert hat, die Stromversorgung des Elektromotors 2, indem er die Versorgungsschaltung 10 öffnet.
Der Mikrokontroller 5 kann Erfassungen des Intensitätswertes I periodisch mit unterschiedlichen Frequenzen durchführen, die durch den Taktgeber 15 getaktet werden. Die gemessenen Intensitätswerte I werden in das Intensitätssignal i umgewandelt und können in der Arbeitsspeichereinheit 13 gespeichert werden. Ausgehend von der Validierung einer Hochfrequenzerfassungsbedingung initiiert der Mikrokontroller 5 eine Erfassungssequenz von Intensitätswerten I mit einer hohen Frequenz f₁. Diese Erfassungssequenz erstreckt sich über einen anfänglichen Hochfrequenzerfassungszeitraum D_HF. Der anfängliche Hochfrequenzerfassungszeitraum D_HF kann so gewählt werden, dass er größer als die Ausführungsverzögerung t ist, sodass er die Spitze des Anlaufüberstroms in allen Betriebsfällen mit umfasst.
Wie man in den 3 und 4 erkennt, variiert die Ausführungsverzögerung t in Abhängigkeit von der an den Klemmen der Versorgungsbatterie 3 anliegenden Spannung U_alim. 3 zeigt zwei Signale in Abhängigkeit von der Zeit während eines Zeitraums, der sich von 5 ms vor dem Zeitpunkt t₀ des Empfangs eines Bewegungsbefehls 7 durch den Mikrokontroller 5 bis zu dem Zeitpunkt erstreckt, in welchem sich der Elektromotor 2 in Bewegung setzt. Die obere Kurve 17 ist ein stufenförmiges Spannungssignal U, welches von einem niederen Wert U₀, während dem der Mikrokontroller 5 in Ruhe ist, auf einen höheren Wert U₁ zum Zeitpunkt t₀ übergeht, wenn der Mikrokontroller den Bewegungsbefehl 7 empfängt. Die untere Kurve 18 zeigt die Versorgungsintensität I, die bis zum Zeitpunkt t₁ null bleibt, bis sie plötzlich auf einen Wert I_max ansteigt und dann wieder abnimmt. In 3 erscheint der Anlaufüberstrom nicht als Spitze, weil ihre Darstellung stark auseinandergezogen ist, wobei die Zeiteinheit 100 Mal kleiner gegenüber derjenigen der 2 ist. 3 zeigt einen Verlauf, der mit einer Batteriespannung U_alim von 8 V durchgeführt wird. Die Ausführungsverzögerung t, welche den Zeitpunkt t₀ vom Zeitpunkt t₁ trennt, dauert 27,35 ms. 4 zeigt die gleichen Größen wie die 1 in dem Fall, wo die Batteriespannung U_alim 19 V beträgt. Die Ausführungsverzögerung t dauert dann nur 2,95 ms. Die Ausführungsverzögerung t ist folglich also umso kürzer, je höher die Versorgungsspannung U_alim ist, was auf der geringeren Reaktionszeit der Relais 6 beruht. Folglich wird der Zeitraum D_HF typischerweise zwischen 5 und 20 ms gewählt, die unter normalen Betriebsbedingungen typischerweise zwischen 10 V und 16 V variieren kann.
In 5 ist die Zeit auf der Abszisse mit dem gleichen Intervall und der gleichen Zeitbasis wie in 4 dargestellt. Die untere Kurve 19 repräsentiert den Wert der Versorgungsintensität I, während die obere Kurve ein Impulssignal 20 repräsentiert, welches die Erfassung der Intensitätsmessungen I durch den Mikrokontroller 5 taktet. Das Impulssignal 20 wird mittels des Taktgebers 15 erzeugt. Eine Messung von I, gefolgt von einer Umwandlung in das Intensitätssignal i wird mit jeder ansteigenden Flanke des Impulssignals 20 durchgeführt. Das Impulssignal 20 ist in 6 besser erkennbar, in welchem ein Ausschnitt der 5 dargestellt ist. Die durch das Impulssignal 20 der 5 begrenzte Sequenz der Hochfrequenzerfassung weist 192 Impulse während einer anfänglichen Hochfrequenzerfassungsdauer D_HF von 20 ms auf. Die hohe Erfassungsfrequenz f₁ beträgt folglich 9,6 kHz.
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung, die in den 4 und 5 dargestellt ist, wird die Bedingung für die Hochfrequenzerfassung durch jeden Empfang eines Bewegungsbefehls 7 durch den Mikrokontroller 5 validiert. Der Beginn des Impulssignals 20 der 5 fällt nämlich mit dem Übergang des Spannungssignals 17 der 4 auf dessen hohen Wert U₁ zum Zeitpunkt t₀ zusammen. Gemäß einer zweiten (nicht dargestellten) Variante der Erfindung wird die Bedingung für die Hochfrequenzerfassung validiert, wenn die gemessene Versorgungsintensität I einen vorgegebenen Anlaufgrenzwert I übersteigt, wobei die Erfassung der Intensitätswerte I bei einer niedrigen Frequenz f₂, die typischerweise 1 kHz beträgt, zwischen dem Empfang eines Bewegungsbefehls 7 durch den Mikrokontroller 5 und der Validierung der Bedingung der Hochfrequenzerfassung erfolgt. Der Anlaufgrenzwert I wird auf einen niedrigen Wert festgelegt, beispielsweise auf weniger als 1 A, um zu ermöglichen, dass die Sequenz zur Hochfrequenzerfassung beginnt, bevor die Intensität I ihr Maximum I_max erreicht.
Diese zweite Variante erlaubt es, die Last des (nicht dargestellten) Prozessors des Mikrokontrollers 5 während der Ausführungsverzögerung t herabzusetzen. Während der Hochfrequenzerfassungssequenz ist dieser Prozessor nämlich nicht verfügbar, andere Aufgaben auszuführen, während er bei der Erfassung bei niedriger Frequenz teilweise verfügbar bleibt. Unabhängig von der verwendeten Variante nutzt das erfindungsgemäße Detektionssystem nur einen Bruchteil der Ressourcen eines herkömmlichen Prozessors und erfordert nicht die Verwendung eines dezidierten Prozessors.
Die Detektion der Endposition des beweglichen Teils 1 wird wie folgt realisiert: Während der Hochfrequenzerfassungssequenz wird der erste Wert des Intensitätssignals i gespeichert und anschließend wird jeder neue Wert des Intensitätssignals i nur dann in der Arbeitsspeichereinheit 13 gespeichert, wenn er größer als der vorhergehende ist. Somit wird der Maximalwert i_max des Intensitätssignals i, welches den gemessenen Maximalwert der Versorgungsintensität I repräsentiert, die während der Hochfrequenzerfassungssequenz in der Schaltung 10 aufgetreten ist, am Ende der Erfassungssequenz abgespeichert. Aufgrund der Wahl der anfänglichen Dauer der Hochfrequenzerfassung D_HF, ist der Maximalwert der Versorgungsintensität I im Wesentlichen gleich dem Maximalwert des Anlaufüberstroms I_max des Elektromotors 2. Der Maximalwert i_max wird verwendet, um einen Grenzwert für die Endposition S zu berechnen.
Nach der Ausführung der Hochfrequenzerfassungssequenz misst der Mikrokontroller 5 weiterhin periodisch den aktuellen Wert der Versorgungsintensität I und wandelt diesen weiter hin in ein digitales Intensitätssignal i um. Der aktuelle Wert des Intensitätssignals i wird mit dem Grenzwert für die Endposition S verglichen und sobald i diesen Grenzwert für die Endposition S übersteigt, unterbricht der Mikrokontroller die Stromversorgung des Elektromotors 2.
Der Grenzwert für die Endposition S wird so gewählt, dass er den gespeicherten Wert i_max der Signalintensität i vermindert, um einen Toleranzwert i_TOL, welcher eine Toleranzintensität I_TOL repräsentiert, entspricht. Der Wert von i_TOL wird auch abgespeichert. Somit nimmt das Intensitätssignal I bei Ankunft in der Endposition des beweglichen Teils 1 einen Wert i_bloc an, welcher den Wert der Blockierintensität I_bloc repräsentiert und größer als der Grenzwert für die Endposition S ist. Der durch den Mikrokontroller 5 nach der Hochfrequenzakquisitionssequenz ausgeführte Steueralgorithmus sieht daher wie folgt aus:

1. Erfassung einer Intensitätsmessung I
2. Umwandlung in ein Intensitätssignal i
3. wenn i < S = i_max – i_TOL, zurück zu 1 wenn i S = i_max – i_TOL, Unterbrechung der Versorgung.

Die Wahl eines streng positiven Toleranzwertes i_TOL kann in dem Fall für eine korrekte Funktion der Vorrichtung erforderlich sein, wo ein Bewegungsbefehl 7 durch den Mikrokontroller 5 ausgeführt wird, um das bewegliche Teil 1 in Richtung der Endposition zu bewegen, die es bereits einnimmt. In diesem Fall wird der Anlaufüberstrom i_max sofort gefolgt von der Blockierintensität I_bloc und der Elektromotor 2 kann sich nicht in Bewegung setzen. In diesem Fall kann die Versorgungsschaltung 10 von der Blockierintensität I_bloc durchlaufen werden, bevor die Hochfrequenzerfassungssequenz beendet ist, was bedeutet, dass der am Ende dieser Sequenz gespeicherte Wert i_max dann die Blockierintensität I_bloc anstelle des Anlaufüberstroms I_max repräsentiert. Die Wahl eines streng positiven Toleranzwertes i_TOL gewährleistet dann, dass der die Blockierintensität i_bloc repräsentierende Wert i_bloc größer bleibt als der Grenzwert für die Endposition S, welcher in diesem Fall im Wesentlichen gleich (i_bloc – i_TOL) ist.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform beträgt der Maximalwert der Intensität, die in das mit 8 bit kodierte digitalisierte Intensitätssignal i umgewandelt werden kann, 48,78 A. Das Intensitätsinkrement der digitalisierten Darstellung beträgt folglich im Wesentlichen 191 mA. Der Toleranzwert i_TOL wird bei der programmtechnischen Umsetzung der Erfindung als Anzahl von Umwandlungsinkrementen ausgedrückt. Empirisch wurde festgestellt, dass ein Wert der Toleranzintensität I_TOL von 1,5 A für eine zufrieden stellende Funktion des Detektionssystems bei einer Versorgungsspannung U_alim, die zwischen 10 und 16 V variiert, geeignet ist. Dieser Wert der Toleranzintensität I_TOL entspricht 7 Umwandlungsinkrementen für den Toleranzwert i_TOL. Gemäß einer Variante kann der Toleranzwert i_TOL als null gewählt werden. Gemäß einer anderen Variante der Erfindung kann der Grenzwert für die Endposition S gleich dem gespeicherten Wert i_max gewählt werden, multipliziert mit einem Toleranzkoeffizienten zwischen 0 und 1.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Detektionssystems basiert auf der Hypothese, dass der Anlaufüberstrom I_max einen Zwischenwert zwischen dem Maximalwert des Stroms I während des Transfers des beweglichen Teils 1 und dem Wert des Blockierstroms I_bloc des Elektromotors 2 besitzt. Diese Hypothese ist gültig, wenn die elektrischen Eigenschaften der Versorgungsschaltung 10 (Spannungen, Impedanzen) stabil sind. Der Grenzwert für die Endposition S wird während eines sehr kurzen Zeitraums in der Größenordnung von einigen Sekunden nach seiner Festlegung verwendet, was die Gefahr von Variationen dieser elektrischen Eigenschaften minimiert. Wenn jedoch die von der Batterie 3 gelieferte Versorgungsspannung I_alim zwischen der Erfassung von I_max und der Ankunft des beweglichen Teils 1 in der Endposition variiert, kann diese Hypothese ungültig werden.
Wenn nämlich die Spannung U_alim nach Speicherung von i_max ansteigt, steigt der Transferstrom I proportional zu U_alim an und kann I_max übersteigen, was das Anhalten des beweglichen Teils 1 bewirkt, bevor dieses seine Endposition erreicht hat. Wenn sich umgekehrt die Versorgungsspannung U_alim nach Speichern von i_max verringert, verringert sich der Wert der Blockierintensität I_bloc proportional zu U_alim und das Signal i_bloc kann unterhalb des Grenzwerts für die Endposition S bleiben, was dessen Detektion durch den Mikrokontroller 5 verhindert. Dem letzteren Problem begegnet man insbesondere dann, wenn bei einer ursprünglich wenig geladenen Batterie 3 ein Bewegungsbefehl 7 von dem Mikrokontroller 5 ausgeführt wird, um das bewegliche Teil 1 zu verschieben. Aufgrund der geringen Ladung der Batterie 3 verringert sich in diesem Fall die Versorgungsspannung U_alim zwischen dem Moment, wo die Versorgungsschaltung 10 durch den Anlaufüberstrom I_max durchlaufen wird, und demjenigen, wo sie von der Blockierintensität I_bloc durchlaufen wird, sodass i_bloc kleiner als i_max und schließlich kleiner als der Grenzwert für die Endposition S wird. Die Erhöhung oder Verringerung der Versorgungsspannung U_alim kann auch durch Aktionen ausgelöst werden, die auf andere Elemente des Fahrzeugs wirken, wie das Anhalten oder das Zünden des Motors des (nicht dargestellten) Fahrzeugs.
Um diese auf Variationen der Versorgungsspannung U_alim zurückgehenden möglichen Betriebsstörungen zu vermeiden, weist der Mikrokontroller 5 ein (nicht dargestelltes) Messsystem für die Versorgungsspannung U_alim auf. Der Wert der Versorgungsspannung U_alim wird gemessen und in der Arbeitsspeichereinheit 13 zum gleichen Zeitpunkt wie der Wert des Anlaufüberstroms I_max gespeichert, dann wird er periodisch gemessen, beispielsweise bei jeder Erfassung eines Werts der Versorgungsintensität I durch den Mikrokontroller 5. Wenn die gemessene Versorgungsspannung U_alim vor der Detektion der Endposition des beweglichen Teils 1 durch den Mikrokontroller 5 variiert, modifiziert dieser den gespeicherten Grenzwert für die Endposition S in Abhängigkeit vom aktuellen Wert der Versorgungsspannung U_alim(neu). Der gespeicherte Wert von i_max, bezeichnet als i_max(alt), wird vom Mikrokontroller 5 durch einen neuen Wert i_max(neu) ersetzt, der durch den folgenden Dreisatz berechnet wird: imax(neu) = Ualim(neu)·imax(alt)/Ualim(alt),wobei U_alim(alt) den gespeicherten Wert der Versorgungsspannung bezeichnet.
Gemäß einer Variante wird der gespeicherte Toleranzwert i_TOL ebenfalls vom Mikrokontroller 5 durch einen neuen Toleranzwert ersetzt, der abhängig von dem gespeicherten Wert der Versorgungsspannung U_alim(alt) und dem aktuellen Wert der Versorgungsspannung U_alim(neu) mittels eines entsprechenden Dreisatzes berechnet wird. Bei einer speziellen Ausführungsform kann der Mikrokontroller 5 außerdem den anfänglichen Hochfrequenzakquisitionszeitraum D_HF abhängig von den gemessenen Werten der Versorgungsspannung U_alim aktualisieren.
Das erfindungsgemäße Detektionssystem wurde erfolgreich mit einer Versorgungs spannung U_alim eingesetzt, die zwischen 7 V und 22 V variierte. Unterhalb von 7 V ist die Versorgungsspannung U_alim nicht mehr ausreichend, um die elektrischen Kontakte der Relais 6 zu schließen. Oberhalb von 22 V kann die Versorgungsspannung U_alim diese gleichen Kontakte beschädigen.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen der beschriebenen Erfindung sind die verwendeten Mittel zur Realisierung des erfindungsgemäßen Detektionssystems herkömmliche Mittel (wie Analog-/Digital-Wandler, Mikrokontroller, Software), die in Steuersystemen für Türen gefunden werden.
Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit mehreren speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass sie keineswegs darauf beschränkt ist und alle äquivalenten Techniken der beschriebenen Mittel sowie deren Kombinationen umfasst, soweit diese unter den Rahmen der Erfindung fallen.

Claims

Detektionssystem für die Endposition eines beweglichen Teils (1), wobei das Detektionssystem (5, 8, 9, 11–15) keinen mit dem beweglichen Teil (1) zusammenwirkenden Endpositionssensor aufweist, wobei das bewegliche Teil (1) wenigstens eine Endposition besitzt und mittels eines elektrischen Aktuators (2) bewegt werden kann, wobei ein Steuerungssystem (5) über Steuermittel (4) einen Bewegungsbefehl (7) empfangen und die Aktivierung des elektrischen Aktuators (2) als Antwort auf den Empfang des Bewegungsbefehls (7) steuern kann, wobei das Detektionssystem einen Speicher (13, 14) zum Speichern eines Grenzwerts für das Ende der Wegstrecke (S) aufweist und, nach jedem Empfang eines Bewegungsbefehls (7) durch das Steuerungssystem (5) und während der Bewegung des beweglichen Teils (1), aufeinanderfolgend Werte des Versorgungsstroms (I) des elektrischen Aktuators (2) messen kann, um ein für den Zustand am Ende der Wegstrecke des beweglichen Teils (1) charakteristisches Signal zu liefern, wenn der Wert des gemessenen Stroms (I) größer als der Grenzwert des Endes der Wegstrecke S ist, wobei der Versorgungsstrom (I) aufeinanderfolgend Werte, die einem Anlaufüberstrom (I_max) des elektrischen Aktuators (2) entsprechen, Werte, die einem Transfer während der Bewegung des beweglichen Teils (1) entsprechen, und Werten, die einem Blockierstrom (I_bloc) des elektrischen Aktuators (2) entsprechen, wenn sich das bewegliche Teil (1) am Ende der Wegstrecke befindet, annehmen kann, wobei das Detektionssystem aktuelle Werte des Anlaufüberstroms (I_max) messen und den gespeicherten Wert für das Ende der Wegstrecke S in Abhängigkeit von den aktuell gemessenen Werten des Anlaufüberstroms (I_max) aktualisieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass es die aufeinanderfolgenden Messungen der Werte des Versorgungsstroms (I) durch periodisches Abtasten erfassen kann, wobei die Erfassung der aufeinanderfolgenden Messungen der aktuellen Werte des Anlaufüberstroms (I_max) während eines anfänglichen Hochfrequenz-Datenerfassungszeitraums (D_HF), der mit der Validierung einer Hochfrequenzabtastbedingung beginnt, mit einer hohen Abtastfrequenz f₁ durchgeführt wird.
Detektionssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzabtastbedingung durch den Empfang eines Bewegungsbefehls (7) durch das Steuerungssystem (5) validiert wird.
Detektionssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der aufeinanderfolgenden Messungen der Werte des Versorgungsstroms (I) im wesentlichen ab dem Empfang eines Bewegungsbefehls (7) durch das Steuerungssystem (5) und bis zu der Validierung der Hochfrequenzabtastbedingung mit einer niedrigen Abtastfrequenz f₂, die kleiner als die hohe Abtastfrequenz f₁ ist, durchgeführt wird.
Detektionssystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrige Abtastfrequenz f₂ im wesentlichen 1 kHz beträgt, während die hohe Abtastfrequenz f₁ im wesentlichen 10 kHz beträgt.
Detektionssystem gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzabtastbedingung validiert wird, wenn der gemessene Wert des Stroms (I) größer als ein Anlaufgrenzwert I ist.
Detektionssystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlaufgrenzwert I vorgegeben ist.
Detektionssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktualisierung des Grenzwerts für das Ende der Wegstrecke S darin besteht, ihm den letzten gemessenen Maximalwert des Anlaufüberstroms abzüglich eines Toleranzwertes zuzuweisen.
Detektionssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es aufeinanderfolgende aktuelle Werte der Spannung (U_alim), die von einer die Versorgung des elektrischen Aktuators (2) gewährleistenden Batterie (3) geliefert wird, messen, den letzten gemessenen Maximalwert des Anlaufüberstroms speichern und ihn in Abhängigkeit von den aktuell gemessenen Werten der gelieferten Spannung (U_alim) aktualisieren kann.
Detektionssystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert des gespeicherten Anlaufüberstroms proportional zu den aktuell gemessenen Werten der gelieferten Spannung (U_alim) aktualisiert wird.
Detektionssystem gemäß Anspruch 7 in Kombination mit einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es den Toleranzwert speichern und diesen in Abhängigkeit von den aktuell gemessenen Werten der gelieferten Spannung (U_alim) aktualisieren kann.
Detektionssystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzwert als ein Wert von im wesentlichen 1,5 A vorgegeben ist.
Detektionssystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzwert 0 ist.
Detektionssystem gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es den anfänglichen Hochfrequenzerfassungszeitraum (D_HF) in Abhängigkeit von den aktuell gemessenen Werten der gelieferten Spannung (U_alim) aktualisieren kann.
Detektionssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der anfängliche Hochfrequenzerfassungszeitraum (D_HF) als ein Wert zwischen im wesentlichen 5 und 20 ms vorgegeben ist.
Detektionssystem für die Endposition eines beweglichen Teils (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es die gemessenen analogen Werte des Versorgungsstroms (I) in eine digitale Darstellung (i) umwandeln kann.