Steuerungsvorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung ei¬ ner Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Steuerung einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs anzugeben. Des Weiteren soll eine Steuerungsvorrichtung angegeben werden, die es ermöglicht, die Steuerung einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.

Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf diesen rückbezogenen Unteransprüche. Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 44. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der auf diesen rückbezogenen Unteransprüche.

Demnach weist eine Steuerungsvorrichtung einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahr¬ zeugs einen Sensor zur Generierung eines von einer Antriebsbewegung eines Antriebs der Verstelleinrichtung abhängigen Signals und eine Recheneinheit auf, die für eine Auswertefunktion einer Kenngröße im Zeit-Skalenbereich des transformierten Signals zur Steuerung des Antriebs eingerichtet ist. Diese Funktion dient zur Steuerung der Verstelleinrichtung, insbesondere zur Steuerung einer Kraftfahrzeugsitzverstellung, zur Steuerung eines Fensterhebers oder zur Steuerung eines Türöffners. Dabei ist ein in Abhängigkeit von einer Antriebsbewegung eines Antriebs der Verstelleinrichtung gene¬ riertes Signal zu transformieren. Die Recheneinheit weist vorzugsweise eine Steue¬ rungsfunktion auf, um den Antrieb in Abhängigkeit von einer Kenngröße im Zeit-Skalen- bereich des transformierten Signals zu steuern.

Vorzugsweise wird das Signal in Abhängigkeit von einem Drehmoment der Antriebsbe¬ wegung des Antriebs generiert. Hierzu kann ausgenutzt werden, dass das Drehmoment zu einer Motorkenngröße korreliert. Beispielsweise korreliert das Drehmoment zur mo¬ mentanen Drehzahl oder zum momentanen Motorstrom des Antriebs. Die Korrelation ist beispielsweise eine Proportionalität zwischen Drehmoment und Motorstrom.

Zweckmäßigerweise wird zur Transformation eine Fensterfunktion verwendet. Die Fensterfunktion ist vorzugsweise anpassbar, indem insbesondere die Grenzen des Fensters angepasst werden. Die Anpassung erfolgt dabei bevorzugt in Abhängigkeit von ermittelten Kenngrößen der Verstelleinrichtung, insbesondere in Abhängigkeit von ermittelten Schwergängigkeiten innerhalb des Verstellweges. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Anzahl der Fensterfunktionen anzupassen und insbesondere weitere Fensterfunktionen hinzuzufügen.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht eine Transformation des generierten Signals mittels einer Wavelet-Transformation vor. Für die Wavelet-Trans- formation wird ein Basis-Wavelet verwendet. Mit dem Begriff Wavelet-Transformation wird eine ganze Klasse von Transformationen beschrieben. Wichtige Klassen sind bei¬ spielsweise Riesz-, dyadische, einfache, biorthogonale, semiorthogonale und orthogo¬ nale Wavelets. Zur Auswertung der generierten Signale mittels einer Wavelet-Trans¬ formation wird vorzugsweise eine diskrete Version der Wavelet-Zerlegung verwendet. Die Wavelet-Transformation transformiert das generierte Signal in den Zeit-Skalen¬ bereich. Eine Skale korrespondiert dabei zu einem Frequenzanteil des zu transformie¬ renden Signals. Beispielsweise ist die Skale zu einer dieser Frequenzen invers.

Das generierte Signal weist mehrere unterschiedliche Bestandteile auf. Zusätzlich zu dem der Motorbewegung zugeordneten Nutzsignal enthält das generierte Signal weite¬ re Signalanteile, wie beispielsweise Störsignale oder Gleichanteile mit eventueller Drift. Vorzugsweise sind die Skalen derart ausgelegt, dass die unterschiedlichen Signalan¬ teile in unterschiedlichen Skalen aufgelöst werden. Hierzu ist eine Skale auf die zu er¬ wartende Nennumdrehungsfrequenz des Antriebs ausgelegt. Weiterhin kann eine Skale auf die Welligkeit des Antriebsstromes eines mechanisch kommutierten Elektro¬ motors als Antrieb ausgelegt sein. In Kombination oder alternativ ist es vorteilhaft, die niederfrequenteren Anteile der Änderung des Absolutwertes des Motorstromes als Nutzsignal in einer oder mehreren Skalen auszuwerten. Zudem kann es vorteilhaft sein, auch das oder jedes Nutzsignal jeweils anteilig auf mehrere Skalen gezielt aufzuteilen, um unterschiedliche Betriebszustände oder Be¬ triebsereignisse durch die einzelne oder kombinierte Auswertung mehrerer Skalen zu ermöglichen. Die auszuwertende Kenngröße des transformierten Signals ist Vorzugs¬ weise ein Maß für einen Anteil einer oder mehrerer Skalen am generierten Signal. Bei¬ spielsweise können zwei Skalen durch einen Algorithmus in Beziehung zueinander ge¬ setzt werden, indem die Werte der einen Skale zumindest einen Schwellwert zur Aus¬ wertung einer anderen Skale variieren. Vorteilhafterweise ist die Kenngröße dabei ein Maß für den Anteil am generierten Signal in Bezug auf eine Zeiteinheit. Die Zeiteinheit ist für jede Skale unterschiedlich. Dabei ist für Skalen, die einem höher frequenten Sig¬ nalanteil am generierten Signal zugeordnet sind, gegenüber vergleichsweise niederfre¬ quenten Signalanteilen eine kleinere Zeiteinheit maßgeblich.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden zur abhängigen Steuerung die Kenn¬ größen für eine oder mehrere Skalen ausgewertet. Mit der kombinierten Auswertung werden unterschiedliche Betriebszustände erkannt und zur Steuerung ausgewertet. Hierzu ist in der Steuerungsvorrichtung für die Auswertung des Verhaltens des An¬ triebsmotors, insbesondere für das Anlaufverhalten, den Nennbetrieb, das Bremsver- halten und von außen auf die Verstelleinrichtung und damit auf den Motor wirkende Kräfte, wie im Falle einer Blockierung oder Schwergängigkeit, ein Algorithmus oder ein Parametersatz gespeichert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden unterschiedliche Federraten des me- chanischen Systems der Verstelleinrichtung, insbesondere in unterschiedlichen Skalen, ausgewertet. Unterschiedliche Federraten können dabei dem mechanischen System der Verstelleinrichtung immanent sein, indem beispielsweise ein Blockierung an einem harten mechanischen Anschlag innerhalb einer Skale detektiert wird. Weitere Federra¬ ten können durch äußere Einflüsse verursacht sein, beispielsweise in Folge von durch die Verstelleinrichtung eingeklemmten Gegenständen oder Körperteile. Typische Fe¬ derraten für weiche und harte eingeklemmte Körperteile sind 65 N/mm und 10 N/mm. Wθist ein Getriebe des mechanischen Systems innerhalb des Verstellweges sich wie¬ derholende Charakteristika auf, so können diese als eine oder mehrere Eigenfrequen¬ zen eines Getreibes oder mehrerer Getriebe dieses mechanischen Systems, vorzugs¬ weise in jeweils einer Skale, ausgewertet werden. Hierzu können die Getriebe auch spezifisch ausgebildet sein, um eine derartige Auswertung zu ermöglichen.

Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass eine oder mehrere Skalen rücktransformiert werden, um insbesondere für eine erneute Transformation ermittelte Störsignale von dem generierten Signal zu subtrahieren. Das von den Störsignalen befreite Nutzsignal kann dann entweder erneut transformiert werden oder alternativ oder in Kombination direkt zur Steuerung des Antriebs, insbesondere zur Steuerung der Geschwindigkeit des Antriebs, beispielsweise mittels einer Phasenkopplung, genutzt werden.

Vorzugsweise wird zur Steuerung der Antrieb gestoppt. Nachfolgend wird die Antriebs- richtung umgekehrt, wenn das Einklemmen eines Gegenstandes oder Körperteils durch die Verstelleinrichtung detektiert wird. Hierzu wird eine Charakteristik der Kenngröße für den Einklemmfall erkannt. Die Charakteristik ist beispielsweise der Anstieg oder der Abfall der Kenngröße über beziehungsweise unter einen oder mehrere Schwellwerte.

Vorzugsweise ist die Charakteristik der Kenngröße ein Charakteristikum des zeitlichen Verlaufs der Kenngröße des transformierten Signals. Ein Charakteristikum des zeitli¬ chen Verlaufs der Kenngröße ist insbesondere ein zu einem bestimmten Zeitpunkt ein¬ tretender, von der Steuerungsvorrichtung an diesem Verstellort oder zu diesem Ver¬ stellzeitpunkt nicht erwarteter Wert der Kenngröße. Vorteilhafterweise ist hierzu in Kom- bination oder alternativ das Charakteristikum des zeitlichen Verlaufs ein Wert einer zeitlichen Änderung der Kenngröße. Die zeitliche Änderung der Kenngröße ist bei¬ spielsweise eine oder mehrere Integrationen oder die erste, zweite oder eine oder meh¬ rere weitere Ableitungen nach der Zeit und/oder nach dem Ort, die jeweils einzeln oder auch kombiniert, beispielsweise mittels Algorithmen oder Schwellwerten, ausgewertet werden können. Demzufolge ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die Charakte¬ ristik ein Überschreiten und/oder ein Unterschreiten eines oder mehrerer Schwellwerte durch die Kenngröße und/oder einer zeitlichen Änderung der Kenngröße. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, dass das Charakteristikum ein Wert einer Transformierten der Kenngröße ist. Hier ist zusätzlich zur Wavelet-Transformation auch eine andere Transformation nutzbar, die eine einfache Auswertung ermöglicht oder deren Ausgangswerte direkt zur Steuerung, vexwendet werden können. Die Aus- 5 wertung des Charakteristikums mittels dieser Transformation wird entsprechend einer Ausgestaltung auch vorteilhaft mit der zuvor genannten Auswertung mittels eines Schwellwertes oder eines einfachen Algorithmus kombiniert.

Zumindest einer der zur Auswertung vorgesehenen Schwellwerte wird gemäß einer o vorteilhaften Weiterbildung angepasst. Eine Anpassung wird beispielsweise durch Ü- berschreiben des Registerwertes für den Schwellwert erreicht. Vorzugsweise erfolgt die Anpassung des zumindest einen Schwellwertes in Abhängigkeit von der Antriebsbewe¬ gung und/oder von einem Betriebsmodus der Verstelleinrichtung und/oder von einer oder mehreren weiteren Kenngrößen des Kraftfahrzeugs. Die Anpassung kann in Ab- 5 hängigkeit von bekannten oder ermittelten mechanischen Kenngrößen oder Parame¬ tern des mechanischen Systems oder von äußeren Bedingungen des Antriebs erfolgen. Beispielsweise erfolgt die Anpassung in Abhängigkeit von einer bestimmten Federrate im Falle der Blockierung der Verstellbewegung. Vorteilhaft ist auch eine Anpassung des Schwellwertes in Abhängigkeit von ermittelten Schwergängigkeiten der Mechanik der o Verstelleinrichtung.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der zumindest eine Schwellwert in Abhängigkeit von einem bestimmten Flächenintegral der Werte der Kenngröße an¬ gepasst wird. Dieses Flächenintegral wird bevorzugt innerhalb einer Skale gebildet. Al- s ternativ ist auch eine Integration über die Fläche mehrerer Skalen vorteilhaft. Die Aus¬ wertung mittels des Flächenintegrals wird besonders vorteilhaft mit der Auswertung der Kenngröße kombiniert, in dem ein Fall des Einklemmens eines Körperteils durch die kombinierte, insbesondere UND-verknüpfte, Auswertung des Flächenintegrals und der Kenngröße erfolgt. 0 Zusätzlich zur dargestellten Möglichkeiten der Anpassung des Schwellwertes erfolgt die Anpassung gemäß weiterer Ausgestaltungen insbesondere in Abhängigkeit von einer oder mehrerer Federraten des mechanischen Systems der Verstelleinrichtung, einer gemessenen, auf das mechanische System der Verstelleinrichtung wirkenden Ge¬ wichtskraft, einer gemessenen Temperatur des mechanischen Systems und/oder des Antriebs der Verstelleinrichtung, einer gemessenen oder bestimmten (Puls-Weiten- Modulation) Versorgungsspannung des Antriebs, einer aktuellen Position des zu ver- stellenden Teils der Verstelleinrichtung oder einer Kombination der zuvor genannten Größen.

Für die Wavelet-Transformation wird ein Mutter-Wavelet verwendet, das auch als Ba- sis-Wavelet bezeichnet wird. Ein anderer Parameter der Wavelet-Transformation ist die Skalierungsfunktion, die auch als Vaterwavelet bezeichnet wird. Vorteilhafterweise wird das Mutter-Wavelet an Betriebszustände oder Betriebsereignisse angepasst. Eine vor¬ teilhafte Weiterbildung sieht daher vor, dass das Mutter-Wavelet der Wavelet-Transfor¬ mation in Abhängigkeit von dem Signal und/oder von einem Verlauf des Signals im Falle eines Blockierens der Verstellbewegung ausgebildet ist oder angepasst wird. Das Signal ist dabei vorzugsweise das generierte Signal. Es kann jedoch alternativ oder in Kombination auch das transformierte Signal sein.

Gemäß einer anderen Weiterbildung werden im Falle eines Blockierens der Verstell¬ bewegung zumindest zwei unterschiedliche Mutter-Wavelets der Wavelet-Transfor- mation für zumindest zwei Transformationen in den Zeit-Skaienbereich verwendet. Vor¬ zugsweise erfolgt die Transformation über zumindest teilweise dieselben Eingangsda¬ ten, die insbesondere sowohl von einem Sensor generierte Signale als auch zuvor transformierte Signale sein können. Vorzugsweise wird für den Fall der Blockierung zwischen den zumindest zwei Mutter-Wavelets umgeschaltet.

Entsprechend einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung dieser Weiterbildung wird das Mutter-Wavelet als Dichtungswavelet an den Verlauf des generierten Signals für eine Verstellung des zu verstellenden Teils in eine Dichtung angepasst. Wird die Verstell¬ bewegung beispielsweise aufgrund einer detektierten Bewegung mittels eines ersten Mutterwavelets gestoppt, wird mittels des zweiten Dichtungswavelets überprüft, ob die Blockierung auf das Einfahren in eine Dichtung zurückzuführen ist. In Abhängigkeit von dieser Überprüfung wird die Verstellbewegung nachfolgend reversiert, indem die Ver¬ stelleinrichtung für eine Verstellbewegung in die entgegengesetzte Richtung betrieben wird. Das Reversieren erfolgt jedoch nicht, wenn das Einfahren in die Dichtung mittels der Überprüfung erkannt wird.

In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung dieser Weiterbildung wird das Mutter- Wavelet als Blockwavelet an den Verlauf des generierten Signals für eine Verstellung des zu verstellenden Teils an einen mechanischen Anschlag angepasst. Derartig me¬ chanische Anschläge, beispielsweise der untere mechanische Anschlag eines Fenster¬ hebers, weisen eine geringe Elastizität auf. Der charakteristische Verlauf des transfor¬ mierten Signals ermöglicht eine präzise Erkennung der Position an diesem mechani- sehen Anschlag mittels eines spezifischen Blockwavelets.

Eine dritte, besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieser Weiterbildung sieht vor, dass das Mutter-Wavelet als Standardwavelet an den Verlauf des generierten Signals für den Fall eines Einklemmens eines oder mehrerer Körperteile angepasst wird. Dies wird insbesondere für Einklemmfälle verwendet, in denen ein besonders harter Gegenstand mit einer niedrigen Federrate eingeklemmt wird und nur kurze Reaktionszeiten für die steuernde Elektronik zur Verfügung stehen.

Für unterschiedliche Funktionen der Verstelleinrichtung ist es erforderlich, die aktuelle Position des zu verstellenden Teils der Verstelleinrichtung zu ermitteln. Eine derartige Funktion ist beispielsweise die Memory-Funktion in der mittels eines Tastendruckes beispielsweise ein Fahrzeugsitz in die gespeicherte Position verfahren wird. Hierzu ist vorteilhafterweise vorgesehen, im Falle der Blockierung zur Normierung der aktuellen Position des zu verstellenden Teils der Verstelleinrichtung die Kenngröße des transfor- mierten Signals für zumindest eine der zwei Mutter-Wavelets auszuwerten. Dieses zu¬ mindest eine Mutter-Wavelet ermöglicht eine präzise Auswertung der aktuellen Position an dieser Blockierung. Zusätzlich zu Blockierungen werden auch andere signifikante Charakteristika der Verstellbewegung zur Normierung genutzt, beispielsweise eine be¬ kannte Schwergängigkeit innerhalb des Verstellweges.

Um die Position des zu verstellenden Bauteils an einem der Anschläge zu normieren, wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung aus dem Zeit-Skalenbereich des transformierten Signals eine Blockierung der Verstellbewegung an zumindest einem mechanischen Anschlag der Verstelleinrichtung ermittelt. Dieser Anschlag weist dabei eine für diesen charakteristische Federrate auf, die durch die Steuerungsvorrichtung ermittelt und zur Normierung ausgewertet wird.

Die verschiedenen Auswertefunktionen ermöglichen es, aus der kombinierten Auswer¬ tung mehrerer Skalen des transformierten Signals zwischen einem Einklemmfall und einer Blockierung an einem der mechanischen Anschläge zu unterscheiden. Beispiels¬ weise wird die Kenngröße einer Skale mit einem Schwellwert verglichen und das Ver¬ gleichsergebnis wird mit der Auswertung der Kenngröße einer weiteren Skale verifiziert. Diese Verifikation, die beispielsweise durch eine UND-Verknüpfung (VerUNDung) der jeweiligen Auswerteergebnisse erfolgt, reduziert die Wahrscheinlichkeit einer fehler¬ haften Reaktion der Verstelleinrichtung auf äußere Einflüsse.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass das Signal abhängig ist von ei- nem Antriebsstrom des Antriebs der Verstelleinrichtung. Der Signalverlauf des bei¬ spielsweise mittels eines Stromsensors ermittelten Antriebsstroms ist dabei für die un¬ terschiedlichen Betriebszustände, wie beispielsweise das Anlaufverhalten, der Nenn¬ betrieb, das Bremsverhalten oder das Verhalten im Falle einer Blockierung oder einer Schwergängigkeit, charakteristisch. Im Falle eines erhöhten Drehmoments, beispiels- weise aufgrund einer Schwergängigkeit, steigt der Motorstrom signifikant an. Die An¬ stiegssteilheit weist Frequenzanteile auf, die insbesondere durch die Wavelet-Trans- formation - wie zuvor ausgeführt - auswertbar sind, um insbesondere einen Einklemm¬ fall zu erkennen und die Verstellung entsprechend zu steuern.

Zusätzlich zur Detektion eines Einklemmfalles wird der Antriebsstrom auch vorteilhaft¬ erweise zur Positionsbestimmung des zu verstellenden Teils der Verstelleinrichtung ausgewertet. Hierzu ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung das Signal abhängig von einer, insbesondere durch die Kommutation des Antriebs bedingten, Welligkeit des Antriebsstroms. Die Frequenz der Stromwelligkeit ist dabei eine Funktion von Dreh-, Nut- und Polzahl, d.h. der Algorithmus zur Auswertung erfasst vorteilhafterweise einen Drehzahlbereich vom Stillstand des Motors bis hin zur Nenndrehzahl, um alle Extrema der Stromwelligkeit zu detektieren. Vorteilhafterweise wird aus dem transformierten Signal eine Position innerhalb des Verstellweges der Verstelleinrichtung bestimmt. Hierzu werden die ermittelten Wellig¬ keiten gezählt, um die aktuelle Position zu inkrementieren beziehungsweise zu dekre- mentieren. Um die aktuelle Position gegenüber der realen Position des zu verstellen- den Teils der Verstelleinrichtung möglichst fehlerfrei zu bestimmen, ist eine möglichst genaue Erfassung der Welligkeit des Antriebsstromes erforderlich.

Hierzu wird gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung zur Positionsbestim¬ mung eine Positionskenngröße des transformierten Signals als Kenngröße ausgewer- tet, indem das Überschreiten und/oder Unterschreiten eines oder mehrerer Positions¬ schwellwerte gezählt wird. Der beziehungsweise die Schwellwerte sind dabei derart festzulegen, dass das von der Welligkeit des Antriebsstromes abhängige Signal diesen Schwellwert beziehungsweise diese Schwellwerte unter- und/oder überschreitet, wenn der Antriebsmotor betrieben wird.

Bevorzugt wird zumindest ein Schwellwert angepasst. Die Anpassung erfolgt vorzugs¬ weise in Abhängigkeit von bestimmten Messwerten und/oder vorgegebenen Parame¬ tern. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht dabei vor, dass eine Anpassung zumindest eines Schwellwertes erfolgt, wenn zuvor eine Welligkeit nicht erkannt wurde. Aus vor- hergegangenen Welligkeiten wird dabei eine Welligkeit innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls erwartet. Wird die Welligkeit innerhalb des Zeitintervalls nicht detektiert, wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die Empfindlichkeit der Detektion erhöht, indem der oder die Schwellwerte angepasst werden. Zur Anpassung werden beispiels¬ weise die die Schwellwerte repräsentierenden Registereintragungen in einem Mikro- Controller überschrieben. Werden beispielsweise zwei Schwellwerte als Fensterkompa- rator verwendet, so wird das Fenster zur Erhöhung der Empfindlichkeit vorzugsweise verkleinert.

Eine auch kombinierbare Alternative zur Anpassung der Schwellwerte kann vorteilhaft- erweise erfolgen, indem der zumindest eine Schwellwert in Abhängigkeit von einem bestimmten Flächenintegral der Werte der Kenngröße angepasst wird. Das Flächenin¬ tegral ermöglicht dabei hoch-frequente Störanteile im Nutzsignal herauszufiltem. Zu¬ dem wird ein Flächenintegral auch vorteilhaft zur Bestimmung der Welligkeit verwendet, indem der aktuelle Wert des Flächenintegrals mit einem oder mehreren Schwellwerten verglichen wird.

Bevorzugt erfolgt die Anpassung des zumindest einen Schwellwertes in Abhängigkeit von der Antriebsbewegung und/oder einem Betriebsmodus der Verstelleinrichtung und/oder einer oder mehreren weiteren Kenngrößen des Kraftfahrzeugs. Die Abhän¬ gigkeit von der Antriebsbewegung ist beispielsweise durch das Verhalten des An¬ triebsmotors, insbesondere das Anlaufverhalten, das gleichmäßige Verstellen, das Bremsverhalten oder das Verstellen in einen Anschlag bedingt. Der Betriebsmodus ist beispielsweise durch Automatikläufe, manuelle Verstellung, Tipptastbetrieb oder Nor¬ mierungsläufe charakterisiert und als Steuerparameter im Mikrocontroller hinterlegt. Die Kenngröße des Kraftfahrzeugs ist beispielsweise die Zündschalterstellung oder das Messsignal eines Beschleunigungssensors.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass zur Positionsbestimmung eine Positionskenngröße des transformierten Signals ausgewertet wird, indem ein Positi- onsinkrement gezählt wird, wenn die Positionskenngröße einen unteren Positions¬ schwellwert und einen oberen Positionsschwellwert überschreitet und/oder unter¬ schreitet. Die Positionskenngröße ist dabei von der Welligkeit des Antriebsstromes ab- hängig. Insbesondere ist die Welligkeit des Antriebssignals in ein Band im Skalen- Zeitbereich transformiert. Der obere und der untere Positionsschwellwert müssen vor¬ zugsweise nacheinander über- und/oder unterschritten werden, um ein zu zählendes Positionsinkrement zu detektiereii.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Weiterbildung wird ein Positionsinkrement nur dann gezählt, wenn das Überschreiten und/oder Unterschreiten des unteren Positi¬ onsschwellwertes und des oberen Positionsschwellwertes innerhalb einer bestimmten Zeitdauer erfolgt. Mit der Zeitdauer wird eine Signalsteilheit festgelegt, für die ein Posi¬ tionsinkrement detektiert wird. Zusätzlich zu diesem Signalanstieg wird vorzugsweise ein Flächenintegral ausgewertet. Die Detektion des Positionsinkrementes kann dabei mittels eines Vergleichs des Wertes des Flächenintegrals mit einem Flächenintegral- schwellwert erfolgen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass innerhalb eines Zeitintervalls Werte einer Positionskenngröße zur Bestimmung einer Welligkeit des Signals ausge¬ wertet werden. Das Zeitintervall wird dabei bevorzugt um eine zu erwartende Welligkeit angeordnet. Innerhalb dieses Intervalls können die Signalwerte des transformierten Signals ausgewertet werden, was beispielsweise eine Reduktion der Rechenleistung ermöglicht. Vorzugsweise wird eine Breite des Zeitintervalls in Abhängigkeit von der Amplitude der Positionskenngröße angepasst. Dies ermöglicht bei stark gestörten Sig¬ nalen eine zuverlässigere Auswertung, während im Falle von hohem Signal-Störver¬ hältnis die genutzte Rechenleistung verringert wird.

Eine auch mit der Anpassung der Breite des Intervalls kombinierbare Ausgestaltung ermöglicht es, im Anlauf der Verstellbewegung die zeitlich erste Grenze des Zeitinter¬ valls unabhängig von der zweiten Grenze des Zeitintervalls anzupassen. Hierdurch wird vorzugsweise auf ein Beschleunigungsverhalten oder auf ein Bremsverhalten der Ver- Stelleinrichtung reagiert.

Zudem kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass eine innerhalb des Zeitintervalls erkannte Welligkeit zeitlich korrigiert wird, wenn eine Abweichung von der zeitlichen Aufeinanderfolge von vorhergehenden oder nachfolgenden Welligkeiten ermittelt wird.

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

Figur 1 einen Welligkeitsanteil eines Stromsignals eines mechanischen kommu- tierten Elektromotors,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines transformierten, von der Bewegung eines Elektromotors abhängigen Signals bei unterschiedlichen Federraten eines eingeklemmten Gegenstandes oder Körperteils,

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Elektromotors,

Figur 4 verschiedene Skalen einer Wavelet-Transformation, Figur 5 ein Messsignal eines Hallsensors im Zeitbereich und im Skalenbereich, und

Figur 6 ein Messsigna! eines Motorstroms sowie die Auswertung der Waveiet- Transformierten des Messsignais mitteis Schwellwert.

Zunächst wird nachfolgend die in den Ausführungsbeispielen verwendete Wavelet- Transformation näher erläutert. Die klassische Methode der Spektralanalyse ist die Fouriertransformation (FT). Probleme treten bei einer Diskretisierung der Fouriertrans- formation auf, da die digitale Fouriertransformation nur für periodische Signale definiert ist, d.h. Frequenzänderungen und Unstetigkeiten sind nur schwer beschreibbar.

lit Hilfe der so genannten Wavelet-Transformation (WT), die eine Integraltransforma- tion mit lokalkompaktem Träger darstellt, können diese Probleme der Fouriertransfor- mation umgangen werden. Die Abbildungseigenschaften der Wavelet-Transformation hängen dabei von der Wahl des Wavelet-Kems und der Wavelet-Basis ab. Die konti¬ nuierliche Wavelet-Transformation benutzt Verschiebungen und Dehnungen einer be¬ stimmten Funktionsfamilie, den so genannten Wavelet-Basen, um Funktionen zu transformieren, d.h. die Transformation benutzt Funktionen der Form

1 Ψajb - -7== Φ (?) mit a,b € JR, a ≠ 0

um Signale zu untersuchen. Im Falle der kontinuierlichen Wavelet-Transformation wer¬ den die Dehnungen und Verschiebungen kontinuierlich über die Menge der reellen Zahlen variiert.

Wavelets sind quadratisch integrierbare Funktionen im L3(R)-RaUm1 d.h. es gilt

—00

Außerdem lässt sich schreiben OO J φ{t) dt s O

Damit ein Wavelet eine Wavelet-Basis darstellt, muss folgende Zulässigkeitsbedin- gung erfüllt sein:

<

Dabei stellt ^ {ω) die Fouriertransformierte ^/ (t) dar. Erfüllt ein Wavelet diese Bedin- gung, so lässt sich die Funktion aus ihrer Fouriertransformierten zurückgewinnen.

Die kontinuierliche Wavelet-Transformation einer Funktion s(t) Θ L2(M)IaSSt sich durch folgenden Ausdruck beschreiben:

Bereits aus dieser groben Skizze lassen sich einige Eigenschaften der Wavelet- Tranformation erkennen. Um ihre Wirkungsweise zu verdeutlichen, wird ein Wavelet ψ mit einem kompakten Träger angenommen. Der Parameter b verschiebt das Wavelet, so dass in der Transformierten lokale Informationen von s um den Zeitpunkt t = b ent¬ halten sind. Der Parameter a steuert die Größe des Einflussbereichs, für a gegen 0 zoomt die Wavelet-Transformierte immer schärfer auf t = b. Die inverse Wavlet- Transformation lautet dann:

(t) = i 1 J 7 f 0F w{a,b K)φ , ,(t,) d-ajdrb

Die Beschreibung der kontinuierlichen Wavelet-Transformation im vorausgegangenen Abschnitt diente in der Hauptsache dem Verständnis der Wavelet-Transformation. In der Praxis muss aber nun für einen effizienten Einsatz der Transformation eine Diskre- tisierung der Allgemeingleichung stattfinden. Damit man nicht über alle Zahlen kontinuierlich transformieren muss, ist es nützlich, den Parametern a und b spezielle Werte zuzuweisen, um die Basis des Wavelets zu definieren. Die gebräuchlichste Zuweisung ist eine dyadische Variation der Parameter: a = 2~J und b - k 2~J, wobei k und; ganze Zahlen darstellen. Mit dieser speziellen Zu- Weisung gelangt man zu folgenden Wavelets:

Mit diesen Wavelets erhält man eine dyadische Wavelet-Transformation:

wiχKk .2-i) = -^ JΦ ( 1) »W *

Ersetzt man nun das Integral durch eine Summe, so ergibt sich die diskrete Transfor¬ mation (DWT):

Man kann nun mit Hilfe der diskreten Wavelet-Transformation jede beliebige Funktion, ähnlich wie mit Fourierreihen, mit Wavelet-Reihen darstellen.

Bevorzugt wird die Multiskalenanalyse (MSA) auf der Basis dyadischer Wavelets ver¬ wendet. Bei der Multiskalenanalyse wird davon ausgegangen, ein Signal s(t) aus einem Unterraum V-i des L2(^) in seinen hoch- und niederfrequenten Anteil aufzuspalten. Den glatten Anteil beschreibt man durch einen orthogonale Projektion P0S auf einen kleine- ren Raum V0, der die giatte Funktion V.i enthält. Das orthogonale Komplement Vo in V.i bezeichnet man mit Wo, der die rauhen Elemente umfasst. Die Projektion von s auf Wo Ist dann QoS. Man kann also schreiben:

s - P0S + QQs VLi « V0 ® W0

Analog wird nun mit Pos verfahren, d.h. man spaltet auch Pos wiederum in Unterräume Vi und Wi auf, die jeweils die glatten und rauen Elemente enthalten. Man erhält:

Man kann diese Gleichung als Zerlegung eines Signals in Frequenzbänder hoher Fre- 5 quenzen und in ein Frequenzgemisch niedriger Frequenzen verstehen. Diesen Zerle- gungsprozess kann man mathematisch mit der Multiskalenanalyse beschreiben. Die Räume Vm sind skalierte Funktionen des Grundraums Vo, der durch Translation einer Funktion <ρ, der Skalierungsfunktion aufgespannt wird. Diese Skalierungsfunktion erfüllt eine Skalierungsgleichung:

In dieser Gleichung liegt der Schlüssel zur Konstruktion sowohl orthogonaler Wavlet- Basen als auch schneller Algorithmen. Die Verbindung zwischen Skalierungsfunktionen 5 - und Wavelets zeigen folgende Gleichungen:

0 Die Figur 4 zeigt schematisch eine derartige Zerlegung mittels einer Multiskalenanaly¬ se. Die Skalen SC umfassen dabei unterschiedliche Zeitintervalle. Die Skale 530 ent¬ spricht dabei hochfrequenten Signalanteilen, während die Skale 500 im Wesentlichen die sehr niederfrequenten Signalanteile umfassi Die dazwischen liegenden Skalen 520 und 510 betreffen weitere Frequerizanteile des transformierten Signals. Die Figur 4 illu- s striert, dass die niederfrequenten Signalanteile der Skale 500 über einen größeren Zeit¬ raum transformiert werden, als die Skale 530 der hochfrequenten Signalanteile. Insbe¬ sondere sind die Flächeninhalte der einzelnen Signalanteile zueinander korreliert.

Für den praktischen Einsatz der Wavelet-Transformation ist ein schneller Algorithmus o erforderlich, um die diskrete Wavelet-Transformation effektiv anzuwenden. Zentrales . Hilfsmittel hierfür ist die im vorherigen Abschnitt beschriebene Multiskalenanalyse.

Eine Funktion s in Vo besitzt eine Entwicklung der Form

mit dem reellen Entwicklungskoeffizienten:

c° = {d\k E 25}

Wie bisher, bezeichnet ψ das zu <ρ gehörende orthogonale Wavelet. Es kann nun mit der Berechnung der diskreten Wavelet-Transformation, d.h. mit der Auswertung der Skalarprodukte

V^Fw(Jr*, Jb • 2-0 = & to>. j e JV0, fc e 52-

begonnen werden. Dazu werden die Bezeichnungen

4 = </,^> ü* » {4M *> € *(*>

eingeführt. Mit Hilfe der Skalierungsgleichung erhält man die Darstellungen:

Der Zerlegungsalgorithmus ist damit gegeben. Ausgehend von der Folge C0 kann man die diskrete Wavelet-Zerlegung rekursiv durch diskrete Faltung berechnen. Zudem ist eine andere Zerlegungsvorschrift mit weiteren Stützstellen zwischen den einzelnen Be¬ rechnungen möglich.

Die Auswahl des passenden Wavelet für eine schnelle und effektive Auswertung der generierten Signale ermöglicht die Optimierung für spezifische Anwendungen. Im Fol¬ genden wird ein relativ einfaches Wavelet gewählt, das sogenannte Haar-Wavelet. Zum einen stellt es das einfachste Wavelet mit nur jeweils zwei Koeffizienten für die Skalierungs-Wavelet-Zerlegung dar. Zum anderen läßt sich auch mit anderen kompli¬ zierteren Wavelets eine Transformierung der generierten Signale erzielen.

Das Haar-Wavelet wird duch folgende Formel beschrieben:

Die dazugehörige charakteristische Skalierungsfunktion lautet:

/ x « 1 : O ≤ t ≤ l ' 0 : sonst

Der Verlauf der Skalierungsfunktion ist somit festgelegt. Für die Filterkoeffizienten hk und Qk gelten folgende Ausdrücke:

■hk a / A : k == 0 oder A « l \ • 0 : sonst

Zur Verdeutlichung einer Einklemmschutzfunktion sind in der Figur 5 mehrere Signal¬ verläufe dargestellt. Im oberen Teil der Figur 5 ist ein Signal dargestellt, dass von der Drehgeschwindigkeit eines Elektromotors einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahr¬ zeugs abhängig ist. Dieses generierte Signal 4 wird dadurch erzeugt, dass der Abstand zwischen Flanken zeitlich ausgemessen wird, die von einem Drehwinkel des rotieren- den Motors abhängen: Diese werden dadurch verursacht, dass ein in diesem Fall vier¬ poliger Ringmagnet von einem Hallsensor sensiert wird, und dass die vom Hallsensor gemessenen Hallspannungen in Abhängigkeit von der jeweils zum Drehwinkel zuge¬ ordneten Polarität des Ringmagneten wechseln. Aufgrund der unterschiedlichen Größe der vier Segmente zeigt die am Anfang konstante Bewegung des rotierenden Motors einen zu den Segmentgrößen korrelierenden Rechteckverlauf der gemessenen Zeiten zwischen den einzelnen Wechseln der Polaritäten des Ringmagneten. Der untere Teil der Figur 5 zeigt vier transformierte Signale 41 , die aus dem generier¬ ten Signal 4 des oberen Teils der Figur 5 gewonnen wurden. Dabei ist in diesem Fall jeder Transformierten ein Polsegment des Ringmagneten zugeordnet. Das transfor¬ mierte Signal 41 ist für die zu Beginn im Wesentlichen konstante Rotationsgeschwin- digkeit des Elektromotors der Verstelleinrichtung des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen konstant. Vor dem Unterschreiten des Schwellwertes S3 ist zudem eine durch das me¬ chanische System bedingte kurze Beschleunigung durch die vier transformierten Kur¬ ven erkennbar. Im Bereich 410 des transformierten Signals liegen die transformierten Signalwerte aller 4 Segmente unterhalb des Schwellwertes S3. Diese Situation kann von einer Steuerungsvorrichtung als Einklemmfall detektiert und der Antrieb im nach¬ folgenden Verfahrensschritt in die Gegenrichtung angesteuert werden, so dass es zu einem Reversieren der Verstellbewegung im Einklemmfall kommt. Die Messwerte und das transformierte Signal 41 der Bewegung der Gegenrichtung ist im hinteren Randbe¬ reich der Figur 5 dargestellt.

In Figur 2 sind zwei unterschiedliche Kurven 200 und 210 dargestellt, die unterschiedli¬ chen Federraten im Falle einer Blockierung zugeordnet sind. In der rein schematischen Darstellung der Figur 2 sind die Skalenwerte D gegenüber dem zeitlich fortschreiten¬ den Abtastpunkten SP aufgetragen. Hierzu sind in Figur 2 zwei Kurven eingezeichnet, wobei die Kurve 200 zu einer Federrate von 10 N/mm und die Kurve 210 zu Werten mit einer Federrate von 65 N/mm korreliert. Die Kurven 200 und 210 beziehen sich damit auf einen harten und einen relativ weichen eingeklemmten Gegenstand.

Die von der Bewegung der Verstellvorrichtung abhängigen Signale werden mittels der Wavelet-Transformation transformiert und erzeugen für die beiden in der Figur 2 dar¬ gestellten Einklemmfälle die schematisch dargestellten Kurvenverläufe. Die von der Verstellbewegung abhängigen Signale des generierten Signals, können beispielsweise die in Figur 5 in deren oberen Teil dargestellten Zeitintervallen 4 zwischen mehreren Hallflanken eines Hallsensorsignales sein, das mit dem zuvor beschriebenen Ring- magneten wechselwirkt.

Zusätzlich zu Hallsignalen können alternativ andere Sensorssignale verwendet werden, die von der Verstellbewegung der Verstelleinrichtung abhängen. Vorteilhafterweise wird ein Antriebsstrom eines Elektromotors der Verstelleinrichtung zur Auswertung des An¬ triebsmoments der Verstelleinrichtung genutzt. Ein derartiger Elektromotor ist beispiel¬ haft in der Figur 3 dargestellt. Figur 3 zeigt dabei ein einfaches Motormodell mit zwei Polen. Der Ständer aus massivem Eisen trägt einen Elektromagneten oder - wie in die- sem Fall - einen Dauermagneten, der die Durchflutung liefert, welche zum Aufbau ei¬ nes magnetischen Feldes benötigt wird.

Die Hauptpole N und S sind nach innen durch sogenannte Polschuhe 140 erweitert, um eine möglichst große Zahl an Ankerwicklungen 100 zu erfassen. Der magnetische Rückschluss wird durch das Gehäuse bzw. durch den Jochring 130 gewährleistet. Ein aus Dynamoblechen geschichteter Eisenkörper umschließt die Welle des Motors. Der magnetische Kreis ist damit - bis auf den zur Drehung des Motors benötigten Luftspalt zwischen Anker 110 und Hauptpol 140 - aus Eisen aufgebaut. Die Leiterstäbe bilden zusammen mit den Verbindungen die Ankerwicklungen 100. Den rotierenden Teil be- zeichnet man als den oben bereits erwähnten Anker 110.

Damit im Ständerfeld ein Drehmoment von den stromdurchflossenen Leitern 100 er¬ zeugt wird, muss während der Drehung des Ankers 110 eine Umschaltung der Strom¬ richtung beim Wechsel des Polbereichs N bzw. S im Ankerleiter 100 erfolgen. Diese Aufgabe übernimmt ein Stromwender, der auch Kommutator bezeichnet wird. Dieser besteht aus voneinander isolierten Lamellen oder Kupfersegmenten und ist fest mit der Welle verbunden. Die Spulen der Ankerwicklung 100 sind mit deren Anfang und Ende fest mit dem einzelnen Segment verbunden. Über Kohle, oder bei kleineren Motoren über Metallbürsten 150, erfolgt die Stromzufuhr in die Ankerwicklung 100. Die Bürste 150 und der Kommutator bilden hierbei einen Gleitkontakt.

Wenn der Leiter durch die neutrale Zone wechselt, wird seine Stromrichtung geändert. Der Kommutator dient somit als mechanischer Schalter. Die mechanische Kommutie¬ rung des zuvor dargestellten prinzipiellen Elektromotors generiert eine Welligkeit des Antriebsstromes, wobei der Abstand dieser Maxima bzw. Minima mit einem Drehwinkel des Elektromotors korreliert. Der oberste Teil der Figur 6 zeigt einen Motorstrom während der Anlaufphase der Ver¬ stelleinrichtung. Der Motorstrom 2 weist dabei eine Welligkeit auf. Die Welligkeit dieses Signals bleibt auch dann erhalten, wenn dieses generierte Signal 2 mittels Wavelet- Transformation transformiert wird. 5 Die Wavelet-Transformierte ist im mittleren Bereich der Figur 6 dargestellt. Das Signal 1 der Wavelet-Transformierten zeigt deutlich, dass eine Welligkeit dieses Signals auch im transformierten Bereich erhalten bleibt und ausgewertet werden kann. Hierzu wird das Signal mittels des eingezeichneten Schwellwertes ausgewertet, indem beim Über- o schreiten des Schwellwertes durch das transformierte Signal 1 ein Ausgangssignal ei¬ nes Schwellwertschalters erzeugt wird, das im unteren Teil der Figur 6 dargestellt ist. Dieses Ausgangssignal 3 des Schwellwertschalters ist ein binäres Signal, das zu dem zuvor dargestellten Überschreiten der Schwelle durch das transformierte Signal 1 zeit¬ lich korreliert. Demzufolge sind die Abstände des Ausgangssignals 3 des Schwellwert- 5 Schalters zu Drehwinkeln des Elektromotors korreliert.

Um eine verbesserte Auswertung des transformierten Signals 1 zu erhalten, ist in Figur 1 nun dargestellt, dass das transformierte Signal - hier mit 1 bezeichnet - für eine als gültig erkannte Welligkeit sowohl einen unteren Schwellwert S2 als auch einen oberen o Schwellwert S1 überschreiten muss. Das Überschreiten des unteren und oberen Schwellwertes S2 bzw. S1 muss dabei innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer ΔT erfolgen, damit die Welligkeit des Signals als gültig erkannt werden kann. Figur 1 ist dabei eine rein schematische Darstellung des transformierten Signals 1 , wobei die Amplitude des transformierten Signals A über die Zeit t aufgetragen dargestellt ist. Das 5 Ausgangssignal im unteren Bereich der Figur 6 des Schwellwertschalters, das von ei¬ nem oder - wie in Figur 1 dargestellt - von mehreren Zweischwellwerten zur Auswer¬ tung abhängig sein kann, kann wiederum zur Detektion eines Einklemmfalls genutzt werden. Hierzu wird das Zeitintervall zwischen zwei Ausgangssignalen 3, die den Wert 1 nehmen, gemessen und wiederum einer Wavelet-Transformation zugeführt. Dies o kann deswegen erfolgen, da die zeitlichen Intervalle zwischen den Ausgangssignalen 3 des Schwellwertschalters mit den Zeitintervallen der Hallsensorssignale des oberen Teils der Figur 5 vergleichbar sind. Mittels der Welligkeit des Antriebsstromes ist es möglich, die momentane Geschwindigkeit der Antriebsbewegung zu bestimmen. Zu- dem ist beispielsweise durch Zählen der einzelnen erkannten Welligkeiten eine Be¬ stimmung einer Positionsänderung möglich.

Bevorzugt wird alternativ oder kombiniert zusätzlich zur Welligkeit des Antriebsstromes s zur Detektion einer Blockierung der Verstellung der momentane Strom bzw. die mo¬ mentane Stromänderung des Motorstromes ausgewertet. Hierbei wird die Beziehung zwischen dem momentanen Motorstrom und dem vom Motor aufgebrachten Drehmo¬ ment genutzt. Steigt beispielsweise der Motorstrom signifikant an, so ist das Drehmo¬ ment des Motors proportional erhöht. Zudem kann kombiniert die Verlangsamung der 0 Motorgeschwindigkeit durch die Vergrößerung der Zeitintervalle zwischen erkannten Welligkeiten des Antriebsstromes ausgewertet und zur Detektion einer Blockierung, insbesondere eines Einklemmfalles verwendet werden.

Bevorzugs wird die Einklemmdetektion mittels der Wavelet-Transformation für niedrige s Federraten eingeklemmter Gegenstände oder Körperteile verwendet. Dabei ist eine Verwendung insbesondere für Federraten < 60Nm und insbesondere < 10Nm beson¬ ders vorteilhaft. Besonders bevorzugt wird das transformierte Signal zusätzlich integ¬ riert, um Rüttel- und Stoßkräfte auszufiltern. Zur Realisation einer Einklemmdetektion wird der aus der Integration gewonnene Integrationswert mit einem Integrationsschwell- o wert verglichen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwei unter¬ schiedliche Ermittlungen eines E^nklemmfalles zeitgleich erfolgen. Dabei erfolgt eine parallele Auswertung der gemessenen Daten einerseits mittels der Wavelet-Transfor- 5 mation und andererseits mittels eines Algorithmus, der die Messdaten im Zeitbereich auswertet. Dabei ist die Auswertung im Zeitbereich für größere Federraten ausgelegt als die Auswertung mittels Wavelet-Transformation. Bezugszeichenliste

A Amplitude ΔT Zeitintervall, Zeitdauer S1 , S2, S3 Schwellwert d Amplitude SP Abtastungen t Zeit N, S magnetische Pole UA Motorspannung IA Motorstrom SC Skale 1 , 1' transformiertes Signal 2 generiertes Signal 3 Ausgangssignal eines Schwellwertschalters 4 drehzahlabhängiges, insbesondere generiertes Signal, Hallzeit in Sekunden 41 transformiertes Signal, Wavelettransformierte der einzel nen Hallsegmentzeiten 410 Blockierungsfall, Einklemmfall 100 Ankerwicklung 110 Ankerblechpacket 120 Kommutator 130 Jochring 140 Hauptpol 150 Bürsten 200 transformiertes Signal für Federrate 10N/mm 210 transformiertes Signal für Federrate 65N/mm 500, 510, 520, 530 Skale