Beschreibung

Titel Verfahren zur Erkennung des Drehwinkels und einer Reversier- position einer Getriebe-Antriebseinheit

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Drehwinkels und einer Reversierposition einer Getriebe- Antriebseinheit, die einen durch eine Steuerung elektronisch geregelten reversierbaren Gleichstrommotor umfasst, welcher ein Antriebselement antreibt, das mit einem Abtriebselement zusammenwirkt. Die Erfindung betrifft außerdem eine Scheibenwischervorrichtung, insbesondere für Heckwischer, zur Durchführung dieses Verfahrens im Betrieb der Scheibenwischervorrichtung.

Es sind seit langem Scheibenwischer-Antriebsvorrichtungen bekannt, bei denen eine Drehbewegung eines in eine vorgegebene Richtung rotierenden Motors durch einen Exzenter-Mechanismus, insbesondere ein Kurbelgetriebe, in eine Hin- und Herbewegung des Scheibenwischers umgesetzt wird. Bei derartigen nicht re- versierenden Antrieben erfolgt oftmals eine Parkstellungserkennung über einen Sensor, der als Schleifer oder als berührungsloser Sensor ausgebildet sein kann. In diesem Zusammenhang hat die Parkstellungserkennung die Aufgabe, dass der Antrieb auch nach dem Abschalten der Scheibenwischerfunktion durch den Benutzer solange weiterläuft, bis die Wischer ihre Parkposition erreicht haben.

In jüngerer Zeit sind zunehmend auch elektromotorisch rever- sierende Antriebseinheiten, insbesondere für Scheibenwischer, aufgekommen, bei denen der Antriebsmotor direkt in unterschiedliche Richtungen entsprechend der Hin- und Herbewegung des Wischers gesteuert wird. Bei derartigen Antriebsvorrich-

tungen ist es erforderlich, Positionen des Scheibenwischers beziehungsweise des Antriebs, zumindest in den Umkehrpunkten (Reversierpositionen) seiner Bewegung, zu erfassen, um zum richtigen Zeitpunkt die Drehrichtung des Motors umschalten zu können. Herkömmliche Antriebsvorrichtungen verwenden zu diesem Zweck getrennte Detektoren beziehungsweise Positionssensoren, beispielsweise Hallsensoren, für die verschiedenen Positionen. Diese Art der Positionserfassung zur Steuerung der Antriebsvorrichtungen ist aufwändig und dementsprechend kost- spielig. Deshalb werden reversierende Getriebe- Antriebseinheiten der genannten Art bislang hauptsächlich bei Kraftfahrzeugen im oberen Preissegment eingesetzt, obwohl sie hinsichtlich Baugröße, Gewicht, Spiele am Abtrieb sowie Zusatzfunktionen Vorteile haben, die ihre allgemeine Anwendung wünschenswert machen.

Aus der DE 198 40 895 Al ist eine Scheibenwischer- Antriebsvorrichtung bekannt, bei der es unter Einsparung von Positionssensoren genügt, lediglich einen gegebenen Punkt des Bewegungsbereichs des Scheibenwischers direkt mit einem Detektor zu erfassen. Von diesem Punkt aus kann die Bewegung des Scheibenwischers mithilfe eines inkrementellen Gebers relativ gemessen werden, was grundsätzlich die Erfassung einer beliebigen Zahl von Positionen des Wischers mithilfe eines einzigen Sensors ermöglicht.

Aus der DE 102 31 450 Al ist eine hochauflösende Drehwinkel- sensorik für Gleichstrommotoren, insbesondere für Wischanlagen, bekannt, bei der ein Winkelsignal des Abtriebselementes ermittelt und mit einem aus den übergängen zwischen den Kommutierungsbereichen des Kommutators des Motors gemäß dem Ripple-Count-Verfahren gewonnenen Signal, welches die Winkellage der Antriebswelle angibt, zur Erweiterung des Auflösungsbereiches kombiniert wird.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung des Drehwinkels und einer Reversierpositionen ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Eine erfindungsgemäße Scheibenwischervorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ist in Anspruch 8 gekennzeichnet. Weiterbildungen und bevorzugte Maßnahmen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zur Erkennung einer Reversierposition das Auslösen eines Referenzlaufs des An- triebs vorgesehen, bei dem ein am Antriebs- oder Abtriebselement des Motors angeordneter Vorsprung gegen einen Anschlag gefahren wird, wobei die Steuerung eine elektronische Blockiererkennung aufweist, mittels derer die Steuerung die Reversierposition erkennt, sobald der Vorsprung den Anschlag erreicht und der Motor blockiert. Weiterhin erfindungsgemäß ist die Erkennung des Drehwinkels relativ zur erkannten Reversierposition vorgesehen, wobei die Steuerung den nach Verlassen der erkannten Reversierposition zurückgelegten Drehwinkel durch Auswertung des Motorstroms und/oder einer davon abgeleiteten Größe bestimmt.

Die Erkennung der Umkehrlagen und des Drehwinkels werden demnach erfindungsgemäß nicht über eine zusätzliche Sensorik ermittelt. Vielmehr erfolgt die Erkennung lediglich einer Re- versierposition, üblicherweise der Parkstellung des Antriebs beziehungsweise Wischers, über einen Anschlag und eine darauf reagierende Blockiererkennung in der Steuerung, während die Erkennung des zurückgelegten Drehwinkels über die Auswertung des Motorstroms erfolgen kann. Es ist keine zusätzliche E- lektronik neben der Steuerung des Reversiermotors erforderlich. Die Erfindung ermöglicht eine Kostenreduzierung und eine Reduzierung der Anzahl der Komponenten der Getriebe- Antriebseinheit. Durch die Vereinfachung der Komponenten kann auf Standard-Komponenten aus anderen Anwendungsgebieten von Getriebe-Antriebseinheiten, beispielsweise bei der Sitzverstellung oder bei Fensterhebern für Kraftfahrzeuge zurückgegriffen werden. Dies war bisher aufgrund der mit ihrer tech-

nischen Umgebung vernetzten Struktur der Getriebe- Antriebseinheit nicht möglich, da immer eine Verbindung zwischen Bürstenhalter, Kundenstecker und Parkstellungselektronik hergestellt werden musste.

Gemäß einer als besonders vorteilhaft angesehenen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die elektronische Blockiererkennung in der Steuerung ebenfalls durch Auswertung des Motorstroms und/oder einer davon abgeleiteten Größe. Wenn der Motor als Kommutatormotor ausgebildet ist, erfolgt die Auswertung des Motorstroms bei allen Ausführungsformen vorteilhaft dadurch, dass die Stromripple des Motorstroms ausgewertet werden, um die Ankerumdrehungen des Motors zu ermitteln, also durch eine an sich bekannte Ripple-Count-Messung.

Zur Schonung des mechanischen Systems ist es von Vorteil, wenn die Motordrehzahl beim Referenzlauf, mindestens kurz bevor der Vorsprung den Anschlag erreicht, gegenüber der Betriebsdrehzahl reduziert wird, so dass der Vorsprung langsam gegen den Anschlag gefahren wird.

Die erfindungsgemäße Scheibenwischervorrichtung für Kraftfahrzeuge umfasst eine Getriebe-Antriebseinheit, eine Steuerung und Mittel zur Durchführung des Verfahrens der oben be- schriebenen Art, wobei die Mittel einen abtriebsseitig angeordneten Vorsprung und einen zugeordneten Anschlag an einem Getriebegehäuse umfassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere für Heckwischer.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Getriebe- Antriebseinheit mit Mitteln zur erfindungsgemäßen Erkennung des Drehwinkels und einer Reversierposition .

Ausführungsform der Erfindung

Die in der Figur dargestellte Ausführungsvariante der Getriebe-Antriebseinheit 1 weist einen Gleichstrommotor 2, ein Antriebselement 3 und ein Abtriebselement 4 auf. Durch den Motor 2 wird das Antriebselement 3 angetrieben, welches wieder- um das Abtriebselement 4 antreibt. Das Abtriebselement 4 ist hier als Abtriebsrad, insbesondere als Schneckenrad, mit integrierter Abtriebswelle 5 ausgebildet, während das Antriebselement 3 als eine auf der Ankerwelle des Motors 2 angeordnete Antriebsschnecke ausgebildet ist. Der Gleichstrommotor 2 weist unter anderem einen Kommutator 6 mit getrennten Kommutierungsbereichen sowie den Kommutierungsbereichen zugeordneten Kohlebürsten auf.

Schematisch angedeutet in der Figur ist ferner eine (ohne weiteres auch an einer anderen Stelle anordenbare) elektronische Steuerung 7, die eine Signalauswertung umfasst und die die Bewegung zwischen einer oberen und unteren Umkehrlage des Motors, also zwischen den vorgebbaren Reversierpositionen, steuert. Die Steuerung 7 verfügt über (nicht dargestellte) Eingänge für die hinsichtlich der Ankerumdrehungserkennung beziehungsweise hinsichtlich der Blockiererkennung auszuwertenden Signale, sowie über Ausgänge, die der Ansteuerung des Gleichstrommotors 2 dienen. Als Subsystem der Steuerung 7 kann eine Pulsweitenmodulation-Erzeugung vorgesehen sein, die eine feinfühlige Regulierung mittels unterschiedlich langen

Rechteckimpulsen der Versorgungsspannung ermöglicht. Mithilfe der Steuerung 7 kann der Motor 2 beide Drehrichtungen erzeugen, so dass ein Reversieren der Abtriebswelle 5 und damit ein Pendeln des Heckwischers auf der Fahrzeugscheibe zwischen den gewünschten Umkehrlagen ermöglicht ist.

Es ist möglich, die Motordrehzahl in an sich bekannter Weise ohne Sensoren zu erfassen, indem die Stromripple des Motorstroms ausgewertet werden („Ripple-Count-Verfahren") . Das be- kannte Verfahren ist in der eingangs genannten DE 102 31 450 Al näher beschrieben. Bei der Drehung von Gleichstrommotoren 2 ist aufgrund der Spannungsinduktion dem Gleichstrom, der

dem Motor 2 zugeführt wird, ein hochfrequentes Signal (Strom- ripple) überlagert, dessen Frequenz von der Motordrehzahl abhängt. Die Stromripple bilden sich infolge der periodischen änderung des wirksamen elektrischen Widerstands und der In- duktivität durch den übergang der Kohlebürsten des Gleichstrommotors beim Gleiten über die Kommutatorlamellen. Der Stromripple zeigt somit den übergang der Kohlebürste von einer Kommutatorlamelle zur nächsten an und liefert so eine Information über den Winkel des Ankers. Durch Vorschaltung von Filtern des gemessenen Stromes können Störungen unterdrückt werden. Aus dem (gefilterten) Signal werden die Impulse extrahiert und gezählt („Ripple Count") . Die Impulse liefern in- krementelle Winkelinformationen.

Typischerweise beim Einschalten der Getriebe-Antriebseinheit 1 erfolgt zunächst ein Referenzlauf, um die Parkposition (untere Reversierpositionen) anzufahren und korrekt zu bestimmen, so dass für den folgenden Wischbetrieb, der gemäß dem dann ab Parkposition jeweils zurückgelegten Drehwinkel ge- steuert wird, ein Referenzpunkt festgelegt ist. Beim Referenzlauf wird der Motor 2 mit dem Vorsprung 8 vorzugsweise mithilfe der Pulsweitenmodulation langsam gegen den Anschlag 9 im Getriebegehäuse 10 gefahren. Die Pulsweitenmodulation erlaubt günstiger Weise auch eine einfache Drehrichtungser- kennung. Durch den Anschlag erkennt die Steuerung 7 mithilfe der elektronischen Blockiererkennung die Parkposition des Motors 2. Wenn der Motor 2 blockiert, erkennt dies die Steuerung 7 anhand des Ripple-Counts (Motor 2 ist bestromt, Anker dreht aber nicht) . Sobald dies eintritt, gilt die Parkpositi- on als erreicht und die Drehrichtung des Motors 2 wird umgeschaltet .

Im Wischbetrieb steuert die Elektronik 7 den Motor 2 aus der Parkstellung in Richtung obere Umkehrlage. Dabei werden die Ankerumdrehungen über die Steuerung 7 überwacht. Mit der Erkennung der Ankerumdrehungen kann über das bekannte Untersetzungsverhältnis des Schneckengetriebes der Drehwinkel an der

Abtriebswelle 5 erkannt werden. Kurz vor der oberen Wendelage wird die Pulsweitenmodulation reduziert und der Motor 2 in der oberen Wendelage wieder umgepolt.

Da Heckwischer deutlich weniger häufig als Frontwischer betrieben werden, besteht eine verstärkte Gefahr der Verformung des Wischblattes, was wiederum zu deutlichen Rattererscheinungen führen kann. Durch eine alternierende Parkstellung kann dies verhindert werden. Dabei fährt der Motor 2 im Wech- seifall über die Parkstellung hinaus, reversiert und fährt dann in die Parkstellung zurück, wobei das Wischblatt - wie gewünscht - in eine andere Richtung als im Normalfall verbogen wird.