Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung einer von einem mit einem elektrischen Motor elektrisch verstellbaren Teil auf einen ggf. daran anliegenden Körper ausgeübten Kraft

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer von einem mit einem elektrischen Motor elektrisch verstellbaren Teil (insbesondere Sitz oder Schließteil wie insbesondere ein Fensterheber oder ein Schiebedach oder ein

Heckdeckel oder eine Schiebetür eines Kraftfahrzeugs) auf einen ggf. daran anliegenden Körper ausgeübten Kraft.

DE 10 2009 008 369 AI, DE 10 2009 035 449 B3 und DE10 2005 000753 AI beschreiben jeweils Verfahren zur Erkennung eines Einklemmens eines bewegten Schließteils.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Erkennung einer Kraft auf ein Teil wie insbesondere ein Schließteil oder einen Sitz zu optimieren. Die Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Einige besonders vor ^¬ teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben. Ausgestaltungen der Erfindung können als Alternativen zu vorhandenen Lösungen eine effektive alternative Erkennung einer Kraft auf ein Teil wie insbesondere ein Schließteil oder einen Sitz ermöglichen.

Ausgestaltungen der Erfindung lösen das Problem der Erkennung der auf ein bewegliches Teils, insbesondere Schließteil oder Sitz wirkenden Kraft bei (stehendem oder beinahe) stehendem Teil. Das Teil wird dabei z.B. durch einen Gleichstrommotor betrieben.

Zu einigen Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen :

Nach Ausgestaltungen der Erfindung wird insbesondere für ein Vorspannen des bewegten Teils (insbesondere Schließteils oder Sitzes) und/oder des Motors an den Motor eine Spannung angelegt, deren Betrag unterhalb eines vorgegebenen Motorspan- nungs-Schwellwerts liegt (bevor z.B. mit der Messeinrichtung während des Freilaufs des Motors eine die Bewegung des Motors repräsentierende Größe wie z.B. eine Spannung oder ein Strom oder ein Winkelgeber-Wert gemessen oder berechnet oder geschätzt wird) , insbesondere eine Spannung, deren Betrag unterhalb eines vorgegebenen Motorspannungs-Schwellwerts liegt, der erfor- derlich wäre, um das Teil in Bewegung zu bringen.

Nach Ausgestaltungen der Erfindung kann die Ansteuerung z.B. eine bewährte Vollbrücke mit elektronisch ansteuerbaren Schalt ^¬ elementen wie z.B. Feldeffekttransistoren sein, die dazu ausgebildet ist, den durch sie geschalteten Motor in einen Freilauf und/oder hochohmig und/oder zur Ausübung einer (in Gegenrichtung und/oder in Richtung auf einen Körper antreibenden) Kraft auf das Teil zu schalten. Nach Ausgestaltungen der Erfindung kann die Ansteuerung z.B. auch eine Pulsweitenmo- dulations-Einrichtung verwenden, um den durch sie geschalteten Motor in einen Freilauf und/oder hochohmig und/oder auf eine niedrigere Spannung oder auf eine Spannung zur Bewegung/Drehbewegung in eine andere als die zuletzt ausgeführte Richtung des Teils zu schalten. Weitere Merkmale und Vorteile einiger vorteilhafter Ausge ^¬ staltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Dabei zeigt zur Veranschaulichung von einigen möglichen Ausgestaltungen der Erfindung, vereinfachend schematisch:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Schließteil, dessen Bewegung durch eine Ansteuerung eines Motors im Falle einer detektierten ^

Einklemmung wegen eines Körpers in der Öffnung oberhalb des Schließteils z.B. verzögert, gestoppt oder invertiert wird, Fig. 2 eine Ansteuerung mit einer Vollbrücke (gemäß z.B.

http : //de . wikipedia . org/wiki /Vierquadrantensteller) ,

Fig. 3 eine Messung in einem durch einen Körper nicht geklemmten Fall,

Fig. 4 eine Messung in einem durch einen Gegenstand geklemmten Fall,

Fig. 5 ein Kraftfahrzeug mit einem Teil in Form eines durch einen Motor bewegbaren Sitzes, dessen Kraft auf einen Körper aufgrund einer gemessenen/geschätzten/bestimmten Größe erkannt wird.

Fig. 1 zeigt beispielhaft grob vereinfachend als eine Ausge ^¬ staltung der Erfindung ein Kraftfahrzeug Kfz mit einem beweglichen (off, schli) Schließteil Fen (in Form hier eines Fensters) .

Eine Einklemmung des Schließteil Fen (z.B. durch einen Gegenstand (nachfolgend auch Körper genannt) Gegl oder Geg2, wie z.B. eine Wurst oder eine Hand im freien Spalt Spa oberhalb des Schließteils Fen) wird

durch eine Ansteuerung Steu eines Motors M insbesondere im Motor-Stillstand mittels (z.B. des Mittelwerts und/oder Maximums und/oder Verlaufs etc.) einer mit einer Messeinrichtung Mess gemessenen Größe G (z.B. einer Spannung U _M am Motor Mot) de- tektiert ,

worauf z.B. die Bewegungsrichtung (schlie) des Schließteil Fen verzögert, gestoppt oder invertiert (off) werden könnte.

In Fig. 1 wird hinsichtlich des Schließteils Fen das Vorliegen einer Einklemmung (=eines sogenannten Einklemmfalls mit einer Kraft F) durch z.B. einen Gegenstand Geg2 entschieden, weil er nach oben in der Öffnung (hier in Form eines Spalts) Spa kein Spiel hat, also eingeklemmt wird.

In Fig. 1 wird hinsichtlich des Schließteils Fen je nach Ausgestaltung der Entscheidung (Vergleichseinrichtung Steu) entweder (vorsichtig bereits) eine Einklemmung oder keine Einklemmung durch den Gegenstand Gegl, der nach oben in der Öffnung noch Spiel hat, entschieden.

Eine Bestimmung der externen Kraft bei (zumindest beinahe) stehendem Schließteil Fen wird zurzeit bei zumindest intern bekanntem Stand der Technik nicht verwendet. Aktuelle, zumindest intern bekannte Kraftbegren- zungs-/Drehmomentbegrenzungs-/Einklemmschutzsysteme treffen eine Reversierentscheidung während des Laufs, also bevor das Schließteil Fen steht. Durch diese vorzeitige Entscheidung könnte ein Teil der Robustheit bezüglich Fehlreversierens verloren gehen, da die Auslöseschwelle aufgrund der Schließ- geschwindigkeit bzw. des Gradienten der Geschwindigkeit an- gepasst werden würde. Wird das bewegliche Schließteil Fen sukzessive bis zum Stillstand abgebremst, kann die Robustheit vorteilhaft angehoben werden. Ausführungseispiele der Erfindung beschreiben alternative

Bestimmungsmethoden der externen Kraft (auf einen Motor Mot) durch einen aufliegenden Gegenstand Gegl oder Geg2.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Motor-Ansteuerung Steu insbesondere eine FET-Vollbrücke mit Transistoren Tl, T2, T3, T4 möglich (aber es wäre z.B. auch eine Relay-Ansteuerung anwendbar) .

Im normalen Betriebsablauf wird der Motor Mot z.B. über die Steuerung Steu mit z.B. FETs T1-T4 in der gewünschten Laufrichtung off/schli angesteuert und am Bewegungsende (z.B. bei geschlossenem Fenster etc.) für eine verbesserte Bremswirkung kurzgeschlossen. _N

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Eine Idee einer Ausgestaltung der Erfindung ist es, eine Krafterkennung (z.B. Klemmkrafterkennung) bei (z.B. mit weniger als 0,1 % oder 1% seiner Maximalgeschwindigkeit beim Schließen beinahe stehendem oder) stehendem Motor Mot durchzuführen. Dies kann mit der folgenden Vorgehensweise durchgeführt werden: -Das System soll sich zunächst (in Fig. 3: t31, in Fig.4: t41) z.B. in einem verspannten und/oder stehendem Zustand (des Motors M) befinden. Dann wird zeitweise eine kleine Spannung U _M (z.B. <0,1% oder 1% oder <5% etc. der üblichen Spannung die beim Schließen (schli) des Fensters Fen verwendet wird) an den Motor Mot angelegt. Die Spannung U _M wird (z.B. einmal empirisch) so eingestellt, dass der Motor Mot gegen das Schließteil Fen drückt, z.B. aber noch nicht stark genug ist, um das Schließteil Fen in Bewegung (schli, off) zu setzen.

-Danach erfolgt (nach dem zeitweisen Anlegen der kleinen Spannung) ein Entspannungsvorgang (Relaxvorgang) und/oder Freilauf: Z.B. werden alle z.B. vier in Fig. 2 gezeigten Feldeffekttransistoren FET (Tl, T2, T3, T4) für eine kurze Zeit (insbesondere etwa im Bereich von 5-20ms) über ihre Steuer ^¬ eingänge A, B, C, D hochohmig (z.B. gegenüber U _B und M, oder gegenüber M und Masse) geschalten. Dadurch befindet sich der Motor Mot im Freilauf und das Schließteil Fen (und/oder der Gegenstand Geg2) kann sich (z.B. insbesondere elastisch durch eine geringfügige Zurückbewegung des Motors entgegen der Schließrichtung schli) entspannen.

Hierzu ist die Motor-Bewegungsgleichung:

J dco/dt = M _A - L

wobei J das Massenträgheitsmoment, ML das Lastmoment und MA das Ankermoment (welches sich aus der Lorenzkraft wie folgt ergibt: L = ο ₂ φ IA ) , ist.

Der Strom I _A ist nach einem elektrischen Abklingvorgang z.B. null. Damit ergibt sich die Gleichung J dco/dt = ML . Aus dem Verlauf der Winkelgeschwindigkeit ω kann dann auf das Lastmoment ML geschlossen .

Die elektrische Motorgleichung U _M = ο ₂ ψ ω in diesem Motorzustand zeigt, dass die Motorspannung U _M proportional zur Winkelge- schwindigkeit ω des Motors M ist. Die Motorspannung U _M kann gemessen und ausgewertet werden.

Bei Belastung des Schließteils Fen durch eine externe Kraft (Klemmfall, z.B. durch einen Gegenstand Gegl oder Geg2), ist der Verlauf der Spannung U _M während des Relaxvorgangs z.B. steiler und der Maximalwert ist z.B. höher als bei geringer Belastung. Beispielsweise kann die Spannung (oder der Strom) über einen Zeitraum (z.B. von 20 ms) gemittelt werden und die gemittelte Spannung als korrelierte Größe zur externen Kraft verwendet werden. Erreicht die gemittelte Spannung (oder der gemittelte Strom) einen z.B. empirisch festgelegten Schwellwert, der abhängig vom System (Mechanik, Antrieb, Motor) ist, wird ein Einklemmfall erkannt.

Eine weitere Möglichkeit bietet eine Taktung zwischen kurz- geschlossenem Motor Mot und Hochimpedanz. Es kann ein bestimmter vorher eingestellter Duty Cycle verwendet werden und festge ^¬ stellt werden ob ein Rückdrehen in diesem Betriebszustand stattfindet oder nicht. Einige mögliche Vorteile:

Durch eine Schätzung der Schließkraft und/oder Winkelge ^¬ schwindigkeit ω bei stehendem Motor Mot können sich bei Einsatz in Einklemmschutzverfahren insbesondere im Wesentlichen folgende Vorteile ergeben:

-Geringere Klemmkräfte, vor allem bei Motorstart

-Höhere Robustheit bezüglich „fehlerhafter" Klemmerkennung (Fehlreversieren), da z.B. geschwindigkeitsabhängiger Offset der Auslöseschwelle auf das Maximum angehoben werden kann. ^

Anstatt über die Spannung könnte man die Bewegung und/oder Winkelgeschwindigkeit des Motors z.B. auch mit einem Winkelgeber und/oder Hall-Sensor messen, oder einen Strom I durch den Motor messen .

Auch ohne einen Freilauf zu erzeugen kann eine kleine (also z.B. kleinere als die zur öffnenden/schließenden/verstellenden Bewegung des Teils erforderliche/verwendete) Spannung (Ge ^¬ genspannung) angelegt werden (z.B. 1 V) und/oder es könnte auch ein Strom I durch den Motor Mot als Messgröße (die z.B. auch die Spannung repräsentieren kann) verwenden und/oder zusätzlich die Überwachungsdauer verkürzt werden (z.B. T < 20ms) .

Fig. 3 zeigt (wobei z.B. Fenster Fen teilweise geöffnet steht) keinen Einklemmfall durch einen Gegenstand, wobei der

nicht-Klemmfall detektiert ist durch eine Messung der Motor ^¬ spannung U _M (als gemessene Größe G) :

Z.B. wird bis zum Zeitpunkt t31 der Motor Mot mit Pulswei ^¬ tenmodulation PWM betrieben, z.B. mit einer Supply-Spannung (Versorgungsspannung) von 12V und einem duty cycle con 24%; der Motor Mot befindet sich dabei im Stillstand (blockiert) . Danach wird der Motor Mot hochohmig betrieben.

Der Relaxvorgang kann durch die Motorspannungsmessung (z.B. Messung einer Generatorspannung U _M als zu messende Größe G) beobachtet werden. Hier ist ohne Einklemmfall die maximale Generatorspannung bei Delta-U=706.25mV nach t32=18.4ms.

Fig. 4 zeigt ein Detektieren einer Einklemmung (durch einen eingeklemmten Gegenstand Geg 1 oder Geg2) , mit einer Messung der Motorspannungsmessung (als gemessene Größe G) :

Bis zum Zeitpunkt t41 wird der Motor Mot z.B. mit PWM betrieben und/oder angetrieben (z.B. mit einer Supplyspannung von 12V und einem duty cycle von 24%) . Der Motor Mot befindet sich dabei im Stillstand (z.B. blockiert).

Danach ab z.B. t41 wird der Motor Mot hochohmig betrieben. Ein ₀

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Relaxvorgang kann durch eine Motorspannungsmessung (z.B. einer Generatorspannung U _M als zu messende Größe G) beobachtet werden. Die maximale Generatorspannung U _M (aus dem Motor M) bei einem Einklemmfall ist hier z.B. Delta-U=981.25mV nach t42= 14.5ms.

Fig. 5 zeigt ein Kraftfahrzeug Kfz mit einem Teil in Form eines durch einen Motor Mot (z.B. vorwärts (off) und/oder rückwärts (schl) ) bewegbaren Sitzes Stz,

dessen (Stz) Kraft F und/oder dessen Drehmoment Dr auf einen Körper Geg3 aufgrund einer gemessenen/geschätzten/bestimmten Größe (wie z.B. der Spannung U _M am Motor und/oder des Stroms I durch den Motor Mot und/oder einer Winkelgeber-Messung am Motor Mot) erkannt wird.

Die Kraft F wird z.B. erkannt, während z.B. bei Stillstand oder Beinahe- Stillstand des Motors Mot eine Spannung U _M am Motor Mot angelegt wird,

welche Spannung U _M z.B. kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist und/oder welche Spannung eine Kraft F des Teils Stz kleiner als ein vorgegebener Grenzwert auf den Körper Geg3 bewirken soll und/oder klein genug ist noch keine (nennenswerte) Bewegung des Körpers Geg3 auszulösen,

und/oder welche Spannung U _M so gerichtet ist, dass sie wenn sie größer wäre eine Bewegung in eine zur letzten Bewegung des Gegenstands Geg3 entgegengesetzte Richtung bewirken würde. Aufgrund z.B. einer gemessenen Spannung U _M am Motor Mot und/oder eines Stroms I durch den Motor Mot und/oder eines Winkelge ^¬ ber-Werts kann z.B. der Betrag einer Kraft F des Teils Stz auf einen Körper Geg3 (und/oder eines Drehmoments Dr im Motor) erkannt werden und z.B. mit einem Grenzwert Max verglichen werden (und bei Überschreitung eines Grenzwerts Max ggf. der Motor Mot z.B. reversiert werden).

Eine ausgeübte Kraft F bzw . ein ausgeübtes Drehmoment Dr kann z.B. generell insofern von einem Teil auf einen Körper erkannt werden, dass erkannt wird, ob eine messbare Kraft F bzw. ein ausgeübtes Drehmoment ausgeübt wird und/oder ob eine Kraft F bzw. ein ausgeübtes Drehmoment Dr kleiner als ein z.B. gespeicherter Grenzwert Max ausgeübt wird.