DE19534018A1 - Vorrichtung zur Steuerung eines Elektromotors und Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung ei­ nes Elektromotors für ein in zwei Richtungen zwischen zwei Endstellungen bewegbares Objekt, insbesondere für ein Fallfenster eines Kraftfahrzeugs, die einen Sensor aufweist, welcher zum Abtasten von mit dem Objekt beweg­ ten Markierungen ausgebildet ist und die ein die Position des Objekts durch Addition und Subtraktion von Impulsen des Sensors ermittelndes Steuergerät hat. Weiterhin be­ trifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Vor­ richtung.

Vorrichtungen dieser Art dienen häufig zur Steuerung von Türen von Fahrstühlen oder für elektrische Fensterheber oder Schiebedächer von Kraftfahrzeugen. Diese Sensoren tasten Markierungen ab, die sich auf dem Objekt oder auf einer Welle des Elektromotors befinden. Die dabei von den Sensoren erzeugten Impulse werden der Drehrichtung ent­ sprechend im Steuergerät auf einen Zählwert addiert oder von diesem subtrahiert. Dadurch wird die genaue Position des Objekts bestimmt und bei Erreichen einer Endstellung der Elektromotor abgeschaltet. Im einfachsten Fall befin­ det sich eine einzige Markierung auf der Welle des Elek­ tromotors, und der Zählwert entspricht damit der Anzahl der Umdrehungen des Elektromotors von einer Endstellung ab gerechnet. Dieses Verfahren der Bestimmung der Posi­ tion ist jedoch sehr ungenau, da ein einziger Sensor grundsätzlich keine Drehrichtung des Elektromotors erfas­ sen kann. Der Sensor kann also nicht unterscheiden, ob sich das Objekt nach Abschalten des Elektromotors durch seine Massenträgheit weiterbewegt oder beispielsweise bei einem Fallfenster durch die Schwerkraft zurückfällt oder durch Materialspannungen zurückfedert. Um den Einsatz ei­ nes zweiten Sensors zur Bestimmung der Bewegungsrichtung des Objekts zu vermeiden, werden häufig nach dem Abschal­ ten des Elektromotors die vom Sensor gelieferten Impulse in ihrem zeitlichen Abstand ab dem Abschaltzeitpunkt ana­ lysiert und nur dann auf den Zählwert addiert, wenn der zeitliche Abstand ein bestimmtes Maß nicht übersteigt. Anderenfalls sollen die Impulse vom Zählwert subtrahiert werden. Nachteilig ist hierbei, daß bei einem Blockieren der Bewegung des Objekts, dieses genauso schnell zurück­ gedrückt werden kann, wie es sich üblicherweise durch seine Massenträgheit weiterbewegt. Das hat zur Folge, daß der Impuls auf den Zählwert addiert statt subtrahiert wird. Ein solcher Fehler beim Berechnen des Zählwertes macht eine exakte Bestimmung der Position des Objekts un­ möglich. Das ist besonders dann nachteilig in Einsatzge­ bieten, bei denen eine Person der Gefahr des Einklemmens eines Körperteils ausgesetzt ist, da es für die Erfassung eines derartigen Falls nicht ausgebildet ist. Solche Ein­ satzgebiete sind beispielsweise ein elektrischer Fenster­ heber oder ein elektrisches Schiebedach eines Kraftfahr­ zeugs.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Elektromotor bei einem Blockieren der Bewegung des Ob­ jekts sicher abgeschaltet und die Genauigkeit der Bestim­ mung der Position des Objekts verbessert wird. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung ent­ wickelt werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß die Vorrichtung Mittel zur kontinuierlichen Messung einer Leistungsaufnahme des Elektromotors hat und zur Abschaltung des Elektromotors bei Überschreitung ei­ nes Grenzwertes der Leistungsaufnahme ausgebildet ist.

Durch die Messung der Leistungsaufnahme des Elektromotors ist es sehr leicht möglich, diesen abzuschalten, wenn die Bewegung des Objekts blockiert ist, da dann seine Lei­ stungsaufnahme sprunghaft ansteigt. Dieses trägt zum Schutz des Elektromotors gegen eine Überlastung bei, und dient gleichzeitig der Sicherheit, da damit auch bei ei­ nem Einklemmen eines Körperteils zwischen dem Objekt und einem feststehenden Teil der Elektromotor einfach abge­ schaltet wird. Als Mittel zur Messung der Leistungsauf­ nahme dient beispielsweise ein Meßgerät zur Messung der Stromstärke in einer zu dem Elektromotor führenden Lei­ tung, da sich bei konstanter am Elektromotor anliegender Spannung die Leistungsaufnahme proportional zu der gemes­ senen Stromstärke verhält. Durch die Kombination der Be­ stimmung der Position des Objekts mittels Zählwerte mit den Mitteln zur Messung der Leistungsaufnahme des Elek­ tromotors ist ein durch ein Blockieren des Objekts her­ vorgerufener Fehler bei der Berechnung des Zählwertes auf ein Minimum beschränkt. Dies geschieht dadurch, daß nach dem Abschalten des Elektromotors wegen des Überschreitens des Grenzwertes der Leistungsaufnahme die folgenden Im­ pulse des Sensors von dem Zählwert abhängig von der Zeit ihres Auftretens nicht gezählt oder abgezogen werden, da es sich dann mit großer Wahrscheinlichkeit um ein Zurückfedern des Objekts handelt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch für Steuerungen, bei den un­ terschiedliche Anforderungen an die Bewegung des Objekts gestellt werden. Beispielsweise ist es bei einem elektri­ schen Fensterheber notwendig, die Fensterscheibe in eine Dichtschiene hineinzudrücken, was einen relativ hohen Grenzwert für die Leistungsaufnahme voraussetzt, anderer­ seits soll der Elektromotor frühzeitig abgeschaltet wer­ den, wenn sich eine Person ein Körperteil einklemmt, was einen möglichst niedrigen Grenzwert erfordert. Dieser Zielkonflikt ist einfach zu lösen, indem die Steuerung des Elektromotors ausschließlich über die Zählwerte er­ folgt, wenn sich das Objekt kurz vor einer Endstellung befindet. Der Elektromotor kann alternativ dazu auch ab­ geschaltet werden, wenn durch die Zählwerte ermittelt wurde, daß das Objekt kurz vor einer Endstellung steht. Ein derartiges frühzeitiges Abschalten schützt den Elek­ tromotor und das Objekt vor Beschädigung.

Vorteilhaft ist eine Zählimpulserzeugung bei jedem Poten­ tialwechsel des Sensors.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt nur einmal wäh­ rend seiner Montage eine Grundeinstellung, wenn sie je­ weils einen nichtflüchtigen Speicher für den Grenzwert der Stromstärke und für den Zählwert hat.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Entwicklung eines Verfahrens zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zum Steuern eines von einem Elektromotor in zwei Richtungen bewegten Objekts durch Bilden eines Zählwerts durch Addieren und Subtrahieren von Markierungen, welche sich in Abhängigkeit von dem Objekt bewegen, wird erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leistungsaufnahme des Elektromotors gemessen wird, und daß der Elektromotor bei Überschreitung eines Grenzwertes der Leistungsaufnahme abgeschaltet wird.

Mit einem solchen Verfahren läßt sich die Position des Objekts mit einer hohen Zuverlässigkeit bestimmen und bei einem plötzlichen Blockieren seiner Bewegung der Elektro­ motor abschalten.

Die Genauigkeit der Bestimmung des Zählwerts läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch steigern, daß nach einem Abschalten des Elektromotors eine den nächsten Impuls beinhaltende Zeitspanne vorausberechnet wird, und daß ein in diese Zeitspanne fallender Impuls auf den Zählwert addiert und ein nach ihr fallender oder ein diese Zeitspanne überschreitender Impuls von dem Zählwert subtrahiert wird. Diese Vorausberechnung der Zeitspanne gestattet eine genaue Bestimmung, ob sich das Objekt wei­ terbewegt, oder ob es zurückfällt. Das ist von Bedeutung für die Frage, ob der Impuls auf den Zählwert addiert oder subtrahiert werden muß.

Ein einfaches Abschalten des Elektromotors bei der Bloc­ kierung der Bewegung des Objekts ist besonders dann nicht ausreichend, wenn sich die Person, die sich zwischen dem Objekt und einem feststehenden Teil eingeklemmt hat, nicht selbständig befreien kann. Dann dient es der Erhö­ hung der Sicherheit, wenn bei einer Überschreitung des Grenzwertes der Leistungsaufnahme und bei einer gleich­ zeitig zwischen den Endstellungen liegenden Position des Objekts dieses um eine festgelegte Größenordnung zurück­ bewegt wird.

An der erfindungsgemäßen Vorrichtung muß bei der Montage eine Grundeinstellung für den Zählwert für die Endstel­ lungen der Bewegung des Objekts und für den Grenzwert der Leistungsaufnahme, bei dem der Elektromotor abgeschaltet werden soll, vorgenommen werden. Anschließend ist sie völlig wartungsfrei, wenn der Grenzwert der Leistungsauf­ nahme aus einem Durchschnittswert der zuletzt gemessenen Werte der Leistungsaufnahme an den Endstellungen und durch ein Addieren eines festgelegten Betrages auf den Durchschnittswert gebildet wird. Der festgelegte Betrag ist hierbei eine Toleranz, die notwendig ist, damit der Elektromotor nicht frühzeitig abgeschaltet wird. Durch die Bildung des Durchschnittswertes aus den zuletzt ge­ messenen Werten der Leistungsaufnahme zur Bildung des Grenzwertes ist garantiert, daß auch Änderungen, z. B. Temperatur, Verschleiß des Elektromotors und der Vorrich­ tung, zu keiner Fehlfunktion führen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine exakte Bestimmung der Position des Objekts durch die Zählwerte. Ungenauigkeiten bei der Ermittlung des Zählwertes, die sich nie vollständig ausschließen lassen, sind einfach zu beseitigen, wenn der Zählwert an zumindest einem der End­ stellungen der Bewegung des Objekts korrigiert wird. Da­ mit erfolgt eine regelmäßige Erneuerung der Grundeinstel­ lung des Zählwertes.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da­ von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be­ schrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltung für einen Elektromotor und einen Sensor,

Fig. 2 eine grafische Darstellung von Impulsen vor und nach einem Abschalten eines Elektromotors.

In Fig. 1 ist ein Elektromotor 1 zu erkennen, der ein Antriebsritzel 2 zum Bewegen eines Objekts 3 zwischen zwei Endstellungen 4, 5 hat. Dieser Elektromotor 1 treibt dabei eine Signalscheibe 6 mit gleichmäßig darauf ange­ ordneten Markierungen 7 an, welche von einem Sensor 8 ab­ getastet werden. Hier sind die Markierungen 7 als Erhö­ hungen auf der Signalscheibe 6 und der Sensor 8 als in­ duktiver Sensor ausgebildet. Der Sensor 8 hat über eine Signalleitung 9 eine direkte Verbindung mit einem Steuer­ gerät 10. Dem Elektromotor 1 ist eine Endstufe 11 vorge­ schaltet, welche ihrerseits mit dem Steuergerät 10 ver­ bunden ist. Ein in dem Steuergerät 10 angeordnetes, über eine Meßleitung 13 mit der Endstufe 11 verbundenes Meßge­ rät 12 mißt die Stromstärke in einer zum Elektromotor 1 oder zur Endstufe 11 führenden Leitung 14-17. Diese Mes­ sung erfolgt über einen Shunt 18.

während der Bewegung des Objekts 3 tastet der Sensor 8 die Markierungen 7 der Signalscheibe 6 ab. Der Sensor 8 übermittelt bei jeder sich vorbeibewegenden Markierung 7 einen Impuls an das Steuergerät 10. Da die Markierungen 7 gleichmäßig auf der sich drehenden Signalscheibe 6 ange­ ordnet sind, entsteht dann eine in Fig. 2 veranschau­ lichte Impulsfolge 19 mit periodisch wiederkehrenden Im­ pulsen 25. Dabei ist die Drehrichtung des Elektromotors 1 belanglos. Im Steuergerät 10 wird dann eine tatsächliche Impulsfolge und Impulsdauer mit der vorausberechneten Im­ pulsfolge und Impulsdauer und die gemessene Stromstärke mit einem gespeicherten Grenzwert der Stromstärke vergli­ chen. Aus den Impulsen wird durch Subtraktion und Addi­ tion ein Zählwert ermittelt, der der Position des Objekts 3 entspricht.

In Fig. 2 sind übereinander drei mögliche Impulsfolgen 19-21 vor und nach einem Abschaltzeitpunkt 22 des Elek­ tromotors 1 aus Fig. 1 dargestellt. Die Impulsfolgen 19-21 unterscheiden sich ausschließlich in der Abfolge der Impulse 25-28 nach dem Abschaltzeitpunkt 22. In einem Be­ reich 23 nach dem Abschaltzeitpunkt 22 werden Impulse als Störung interpretiert und nicht gezählt. Es ist eine Zeitspanne 24 eingezeichnet, die einen berechneten Be­ reich beschreibt, in welchen ein Impuls 25 fallen wird, der durch eine Weiterbewegung des Objekts 3, beispiels­ weise durch seine Massenträgheit, hervorgerufen wird. Der Impuls 25, der in diese Zeitspanne 24 fällt, wird dann zu dem Zählwert addiert, die Impulse 26 und 28 von diesem subtrahiert. Bei der obersten in oder Fig. 2 dargestell­ ten Impulsfolge 19 fällt der nach dem Abschaltzeitpunkt 22 erzeugte Impuls 25 in die berechnete Zeitspanne 24. Dieser Impuls 25 wird damit im Steuergerät 10 zu dem Zählwert addiert. Bei der zweiten Impulsfolge 20 von oben beginnt ein Impuls 26 nach der berechneten Zeitspanne 24. Dieser Impuls 26 ist damit vom Zählwert zu subtrahieren. Dasselbe wäre auch der Fall, wenn der Impuls 26 in der Zeitspanne 24 beginnen und nach ihr enden würde. Bei der untersten Impulsfolge 21 sind zwei Impulse 27, 28 nach dem Abschaltzeitpunkt 22 zu erkennen. Der erste beginnt direkt nach dem Abschaltzeitpunkt 22 und endet in der be­ rechneten Zeitspanne 24. Hierbei handelt es sich um einen Fall, bei dem die Bewegung des Objekts 3 blockiert wurde und dieses nach dem Abschalten des Elektromotors 1 zu­ rückfedert. Da Impuls 27 in den Bereich 23 nach dem Ab­ schalten fällt, stellt dieser Impuls die gleiche Position wie der vorangegangene Impuls dar und wird deshalb nicht gezählt (wie eine Störung). Impuls 28 wird subtrahiert.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Steuerung eines Elektromotors für ein in zwei Richtungen zwischen zwei Endstellungen bewegbares Objekt, insbesondere für ein Fallfenster eines Kraftfahr­ zeugs, die einen Sensor aufweist, welcher zum Abtasten von mit dem Objekt bewegten Markierungen ausgebildet ist und die ein die Position des Objekts durch Addition und Subtraktion von Impulsen des Sensors ermittelndes Steuer­ gerät hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel zur kontinuierlichen Messung einer Leistungsauf­ nahme des Elektromotors (1) hat und zur Abschaltung des Elektromotors (1) bei Überschreitung eines Grenzwertes der Leistungsaufnahme ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch je­ weils einen nichtflüchtigen Speicher für den Grenzwert der Stromstärke und für den Zählwert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zählimpulserzeugung bei jedem Potentialwechsel des Sen­ sors (8).

4. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche zum Steuern eines von einem Elektromotor in zwei Richtungen bewegten Objekts durch Bilden eines Zählwerts durch Addieren und Subtra­ hieren von Markierungen, welche sich in Abhängigkeit von dem Objekt bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lei­ stungsaufnahme des Elektromotors gemessen wird, und daß der Elektromotor bei Überschreitung eines Grenzwertes der Leistungsaufnahme abgeschaltet wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Abschal­ ten des Elektromotors eine den nächsten Impuls beinhal­ tende Zeitspanne vorausberechnet wird, und daß ein in diese Zeitspanne fallender Impuls auf den Zählwert ad­ diert und ein nach ihr fallender oder ein diese Zeit­ spanne überschreitender Impuls von dem Zählwert subtra­ hiert wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Über­ schreitung des Grenzwertes der Leistungsaufnahme und bei einer gleichzeitig zwischen den Endsteilungen liegenden Position des Objekts dieses um eine festgelegte Größen­ ordnung zurückbewegt wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert der Leistungsaufnahme aus einem Durchschnittswert der zuletzt gemessenen Werte der Leistungsaufnahme an den Endstellun­ gen und durch ein Addieren eines festgelegten Betrages auf den Durchschnittswert gebildet wird.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählwert an zu­ mindest einem der Endstellungen der Bewegung des Objekts korrigiert wird.