DE19901840A1 - Elektrischer Stellantrieb für Kraftfahrzeugkomponenten und Verfahren zu dessen Steuerung - Google Patents

Abstract

Bisherige Steuerungen für Stellantriebe weisen eine Abschaltung der Motorantriebsspannung bei Überschreitung eines vorgegebenen Maximalwertes des Motorstroms auf. Die Motordrehzahl wird dabei üblicherweise einzig zur Positionserfassung des vom Stellantrieb angetriebenen Teils verwendet. DOLLAR A Mittels einer Drehzahl- und/oder Drehmomentmeßeinrichtung (1, R) zur Erfassung der Ist-Drehzahl und/oder des Ist-Drehmomentes (n¶ist¶, i¶ist¶) des Stellantriebs wird eine Stromregelung gesteuert, die den Motorstrom in Abhängigkeit von den Abweichungen der Ist-Drehzahl und/oder des Ist-Drehmomentes (n¶ist¶, i¶ist¶) von vorgegebenen Sollwerten (n¶soll¶, i¶soll¶) regelt. Eine Unterlagerung der Drehzahlregelung durch eine Drehmomentregelung ermöglicht eine besonders schnelle Anpassung. Der Motorstrom wird dabei vorzugsweise pulsweitenmoduliert. DOLLAR A Verwendung zur Verbesserung der Laufgeräusche und zur positionsabhängigen Drehzahl- und/oder Drehmomentsteuerung.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Stellantrieb für Kraftfahrzeugkomponenten und ein Verfahren zu dessen Steuerung. Elektrische Stellantriebe werden in zunehmendem Maße für Kraftfahrzeugkomponenten eingesetzt, insbesondere als elektrischer Fensterheber, Schiebedachversteller und Sitzverstellung. Denkbar wäre in Zukunft auch der Einsatz z. B. in automatischen Türöffnern oder ähnlichem. Diese Stellantriebe befinden sich im Fahrzeuginnenraum, so daß eine Laufunruhe dieser Stellantriebe sowie der damit verbundenen Fahrzeugkomponenten im Fahrzeug­ innenraum trotz Schwingungsdämpfungsmitteln wahrnehmbar ist. Die Laufgeschwindigkeit dieser Antriebe ist zwischen Hoch- und Tieflauf deutlich verschieden und somit akustisch und teilweise auch optisch wahrnehmbar. Zudem beeinflussen Schwergängigkeiten den Scheibenlauf erheblich, was sich deutlich in der Scheibengeschwindigkeit abbildet.

Die Steuerung der Stellantriebe weist dabei in neueren Systemen einen Einklemm­ schutz auf, wie er bspw. der DE 44 20 359 entnommen werden kann. Zur Vermei­ dung von Verletzungen werden dabei Maximalwerte des Antriebsdrehmomentes vorgegeben und definiert, bei welchem Einklemmoment der Motor abschalten soll. Dies erfolgt üblicherweise mittels einer Stromüberwachung, die bei einem Über­ strom den Motor abschaltet oder in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung steuert. Die zum Anlauf des Stellantriebs erforderlichen Drehmomente bzw. Ströme sind jedoch im allgemeinen sehr hoch, bspw. zum Magnetisieren des Läufers, so daß beim Einschalten sehr schwer zwischen einem hohen Einschaltstrom oder einem durch Einklemmen verursachten Überstrom unterschieden werden kann und dieser Bereich folglich im allgemeinen für den Einklemmschutz ausgeblendet wird. Die Abschaltung der Stellantriebe erfolgt meist durch Überstromerkennung, durch Kontaktgeber an den Endpositionen oder beispielsweise auch Periodendauer­ vergleich, wobei lange Perioden einen langsamen Motor und großes Drehmoment bedeuten. Toleranzen bei den mechanischen Komponenten oder bei elektrischen Betriebsgrößen, äußere Einflüsse, wie die Temperatur bspw. beim Einfrieren der Scheibe, führen zu stark ändernden Laufeigenschaften, einer Verlangsamung oder einem unruhigen Lauf.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Stellantrieb sowie ein Steuerungsverfahren anzugeben, mittels dem eine Anpassung an die aktuellen Betriebszustände möglich und ein Ausgleich von Abweichungen möglich ist. Diese Aufgabe wird durch die Hauptansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unter­ ansprüchen zu entnehmen.

Das Verfahren weist einen drehzahl- und/oder drehmomentgeregelten Betrieb auf. Entsprechend weist die Vorrichtung zur Steuerung des Stellantriebs eine Vorrichtung zur Erfassung der Istdrehzahl und/oder eine Vorrichtung zur Erfassung des Istdrehmomentes sowie eine Stromregelung auf, die den Motorstrom in Abhängigkeit von den Abweichungen von Soll-Drehzahl und/oder Soll-Drehmoment regelt. Die Stromregelung zur Beeinflussung des Motorstroms kann technisch unterschiedlich ausgestaltet sein. Vorzugsweise wird ein entsprechendes pulsweitenmoduliertes Spannungssignal zugeführt. Das Pulsverhältnis wird entsprechend angepaßt, sobald beispielsweise die Istdrehzahl von einer vorgegebenen Solldrehzahl abweicht. Der Drehzahlregelung wird vorzugsweise die Drehmonentregelung unterlagert, die zunächst das Pulsverhältnis bis zur Erreichung einer erforderlichen Drehmomentänderung steuert und das Pulsverhältnis nachfolgend entsprechend der Drehzahlregelung korrigiert wird. Die Drehzahl- Drehmomentenregelung erlaubt außerdem eine aktive Steuerung des Motorbetriebs in allen vier Quadranten des Drehzahl-Drehmomenten-Kennfeldes, also auch die aktive Abbremsung mittels eines entgegen der aktuellen Drehzahl gerichteten Drehmoments oder das Halten eines Haltemoments bei einer Drehzahl von Null. Die Drehmomenterfassung und -regelung erfolgt vorzugsweise durch den Motorstrom als elektrische dem Drehmoment proportionale Kenngröße.

Durch die Erfassung des Motorstroms kann auch das Blockieren des Stellantriebs bzw. der damit verbundenen Fahrzeugkomponenten frühzeitig erkannt, daß maximale Drehmoment über die Regelung begrenzt oder bei einem entsprechenden Stromanstieg frühzeitig abgeschaltet werden. Insbesondere das Begrenzen auf ein bestimmtes Maximaldrehmoment ist zur Erfüllung der sicherheitstechnischen Spezifikationen im Kraftfahrzeugbereich von besonderer Bedeutung. Während herkömmliche Systeme beim Erreichen des maximalen Drehmomentes abschalten müssen, kann mit einer Drehmonentregelung dieses gezielt gehalten und gesteuert werden. Gerade auch das Anlaufdrehmoment kann begrenzt und z. B. rampenförmig erhöht werden, wodurch der Antrieb sanft zum Anlaufen gebracht werden kann. Dann tritt nur das vorgegebene Anlaufdrehmoment und damit eine definierbare maximale Kraft auf, was zusätzlich die Mechanik schont. Der Motor läuft zwar langsamer an, erzeugt aber dabei aber keine unzulässigen Drehmomente bzw. Klemmkräfte mehr.

Durch Kopplung mit einem Positionszähler kann zusätzlich noch eine Abschaltung bei Erreichen einer Endposition realisiert werden, so daß es in diesen Fällen nicht zu einem großen Stromanstieg aufgrund des Blockieren kommen muß, oder positionsabhängig die Drehzahl und oder das Drehmoment vorgegeben und entsprechend geregelt werden. Gerade bei der Gefahr des Einklemmens ist die Vorgabe einer Drehmomentenkennlinie oder positionsabhängig unterschiedlicher Soll-Drehmomente vorteilhaft, weil in sicherheitsunkritischen Bereichen des Verstellweges höhere Drehmomente vorgegeben werden können, im Einklemm­ gefahrenbereich dagegen geringere.

Im Stand der Technik sind Getriebe im Einsatz, die eine sehr hohe Selbsthemmumg aufweisen, um den Stellantrieb im Ruhezustand in einer gewünschten Position zu halten. Durch die Selbsthemmung sinkt jedoch der Wirkungsgrad. Verwendet man einen Stellantrieb mit Drehzahl- und Drehmomentsteuerung, so kann die Drehzahl auf Null gehalten und ein Bewegungsänderungen entgegenwirkendes Haltemoment erzeugt werden, beispielsweise bei einer versuchten Abwärtsbewegung einer Scheibe eines elektrischen Fensterhebers der Stellantrieb pulsweitenmoduliert derart bestromt werden, daß eine Bewegung der Scheibe nicht möglich ist bzw. dieser entgegengewirkt wird.

Dabei kann bei Erreichen der vorgegebenen Position ein energiesparender Stand-by- Betrieb des Stellantriebs eingenommen, in dem beispielsweise der Stellantrieb selbst nicht mehr bestromt wird, wobei anhand einer von Null abweichenden Ist- Drehzahl an der Drehzahlmeßeinrichtung (1) der Stellantrieb wieder aktiviert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Figuren;

Fig. 1 Schema der Drehzahl-Drehmoment-Regelung für einen Stellantrieb,

Fig. 2 Ist-Drehmoment gemessen in Form des Motorstroms und positions­ abhängige Vorgabe der Sollwerte,

Fig. 3 Stromverlauf bei einem Einklemmfall,

Fig. 4 Stromverlauf bei kurzzeitigen Laststößen im Einklemmbereich ohne Einklemmschutzreaktion,

Fig. 5 Stromverlauf und Soll-Drehmomentanpassung bei einer mechanischen Störung des Stellantriebs,

Fig. 6a, b Positionsveränderung und Drehzahlverlauf bei geregeltem und ungeregeltem Betrieb,

Fig. 7 Schaltungsskizze eines Stellantriebs mit Regelschaltung,

Fig. 8a, b Skizzierung der pulsweitenmodulierten Ansteuerung der Schaltmittel und Stromverlauf in Abhängigkeit vom Pulsverhältnis.

Fig. 1 zeigt ein Schema des Drehzahl-Drehmomenten-Regelkreises für einen Stell­ antrieb, bestehend aus einem Motor M, einer Drehzahlmeßeinrichtung 1, einem Microcontroller 2 für die Regelung, einem inneren Regelkreis 3 mit der Dreh­ moment-Regelung 4 und der Stromregelung 5, einem äußeren Regelkreis mit einer Drehzahlregelung 6, einer Stromsollwertbegrenzung 7 und einer Positionserfassung 8.

Ausgangsgröße der Steuerung ist die vom Motor M erreichte Ist-Drehzahl n_ist, die von der Drehzahlmeßeinrichtung 1, beispielsweise einem berührungslos arbeitenden Hallsensor, erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Das Dreh­ moment wird in Form des dazu proportionalen Iststromes I_ist, beispielsweise über einen nicht näher gezeigten Shuntwiderstand, erfaßt. Die gesamte Regelung kann in Form separater Bauelemente oder in einem entsprechend programmierten Micro­ controller 2 erfolgen. Das Schema der Regelung besteht aus einem äußeren Regelkreis mit der Ist-Drehzahl n_ist als Regelgröße und der Soll-Drehzahl n_soll(x) als Führungsgröße. Die Solldrehzahl n_soll(x) wird in diesem Ausführungsbeispiel dabei positionsabhängig von der Positionserfassung 8 vorgegeben. Als Regeleinrichtung wirkt die Drehzahlregelung 6, die entsprechend der Abweichung zwischen Ist- und Soll-Drehzahl ein Korrektur-Drehmoment in Form eines Sollstromes isoll1 als Stellgröße ermittelt. Dieser Sollstrom isoll1 wird in einer Stromsollwertbegrenzung 7 mit einem ebenfalls von der Positionserfassung 8 in Abhängigkeit von der aktuellen Position x ermittelten Maximalstrom i_max(x) verglichen und ein gegebenenfalls herab­ gesetzter Sollstrom isoll2 bestimmt. Diese Begrenzung ist notwendig, um Fehlsteuerungen beim Einklemmen zu vermeiden, denn zunächst wird die Drehzahl absinken bzw. nicht erreicht und die Drehzahlregelung einen entsprechend hohen Sollstrom vorgeben. Da aber eine Einklemmung vorliegt, z. B. im Einklemmbereich einer Autofensterscheibe, erfolgt eine Begrenzung durch die Stromsollwert­ begrenzung 7, die durch die Positionserfassung 8 positionsbezogen gesteuert werden kann.

Der innere Regelkreis 3 besteht aus dem Ist-Drehmoment in Form des Iststromes i_ist als Regelgröße und dem Korrekur-Drehmoment des äußeren Regelkreises in Form des Sollstromes i_soll2 als Führungsgröße, der Drehmomentregelung 4 als Regel­ einrichtung und dem Pulsverhältnis als Stellgröße, daß entsprechend der Abweichung von Ist- und Solldrehmoment bzw. Soll- und Iststrom i_soll2-i_ist verändert wird, und dem von den über die Steuerung 5 und die Schaltmittel angesteuerten Stellantrieb in der Regelstrecke, wobei über die Steuerung 5 das oder die Schalt­ mittel entsprechend dem veränderbaren Pulsverhältnis als Stellgröße angesteuert werden. Der innere Regelkreis 3 weist dabei eine nur durch die elektrischen Größen Induktivität und Widerstand des Motors bestimmte Zeitverzögerung τ1 auf, so daß dieser innere Regelkreis 3 sehr schnell angepaßt werden kann. Demgegenüber weist der äußere Regelkreis eine deutlich größere Zeitverzögerung τ2 auf, die insbesondere durch die Transformation elektrischer in mechanische Energie bedingt ist, bis also aus einem Stromanstieg eine entsprechende Drehzahlerhöhung bewirkt wird. In den äußeren Regelkreis fließen neben dem Trägheitsmoment des bewegten Systems, also dem Läufer, dem Getriebe und dem davon bewegten Kraft­ fahrzeugkomfortelement, bspw. der Fensterscheibe oder dem Schiebedach auch die äußeren Lastmomenten, wie Reibung, insbesondere auch lokaler Schwergängigkeit etc. ein. Zu schnelle Anpassungen der Stellgröße würden auch zur Instabilität des Regelkreises führen.

Fig. 2 zeigt nun anhand eines Beispiels eines Schließvorgangs einer Fenster­ scheibe den geregelten Verlauf des Motorstroms I über die Zeit t bzw. die Position x. Wird zum Zeitpunkt t0 der Motor im Ruhezustand bestromt, könnte der Iststrom I zunächst nur begrenzt durch den Innenwiderstand der Wicklungen stark ansteigen und ein unzulässig hohes Anlaufmoment erzeugen. Andererseits wird für die Über­ windung des Ruhezustands und der Haftreibung selbstverständlich auch ein höheres Drehmoment benötigt als zum Weiterbewegen einer sich bereits bewegenden Scheibe. Dementsprechend wird das Strommaximum für einen ersten Zeitbereich bis t1 relativ hoch gehalten, wobei der Iststrom entsprechend durch pulsweiten­ modulierte Steuerung der Schaltmittel entsprechend begrenzt wird. Überwindet der Motor zunächst die Masseträgheit des Läufers, kommt es zunächst zu einem starken Abfall des Drehmoments, bis nach Überwindung des durch Fertigungstoleranzen bedingten Spiels der mechanischen Komponenten das normale Lastmoment bestehend aus der Masseträgheit der bewegten Teile und der Reibung erreicht wird. Beispielsweise kann das Soll-Drehmoment bzw. analog dazu der Maximalstrom I_max(x) treppenförmig angepaßt werden, wobei bis t2 zunächst noch ein mittlerer Wert gehalten wird. Einerseits bewegt sich eine Fensterscheibe einen Teil des Weges verdeckt innerhalb der Tür, andererseits sind die Größen besonders sicherheitsgefährdeter Einklemmobjekte, wie bspw. der Arm oder Kopf oft deutlich kleiner als der Gesamtweg der Scheibe, so daß durchaus ein Teil des Verstellweges keine Einklemmgefahr besteht. Im einklemmgegefährdeten Wegbereich, der anhand des Scheibenhochlaufs in Fig. 2a skizziert wurde, also ab t2, bspw. im oberen Drittel eines Scheibenweges, wird das Solldrehmoment auf den untersten Wert I_max0 herabgesetzt, der als beim Einklemmen maximal zulässige Wert im Fahrzeug­ komfortbereich z. B. nach verschiedenen Richtlinien f ← 100N bei einer Federrate von 10 N/mm vorgegeben ist. Besonders vorteilhaft gestaltet sich diese Steuerung bei harten Einklemmkörpern (z. B. 65 N/mm), da die Stromregelung sehr schnell reagiert. Bisherige Systeme haben in diesem Bereich immer sehr große Schwierigkeiten. Durch diese Steuerung des Stellantriebs kann man die Drehmomente bzw. Klemmkräfte auch deutlich senken, falls nötig. Da der Stell­ antrieb in diesem Bereich bereits eine gegebenenfalls auch mit sehr geringen Antriebsmomenten aufrechterhaltbare Drehzahl erreicht hat, kann hier eine sehr hohe Sicherheit gegen Einklemmen erreicht werden.

Erreicht die Scheibe ab t3 den oberen Endbereich, so wird der Maximalstrom wieder erhöht, um ein dichtes Verschließen der Scheibe mit der gummiartigen Dichtlippe zu erreichen. Kommt der Motor jedoch zum Blockieren und steigt mit sinkender Drehzahl der Strom nunmehr wiederum extrem an, greift bereits die Strom­ begrenzung ein und reduziert das maximale Anpreßmoment. Selbstverständlich kann das Drehmoment auch bereits frühzeitig auf Null oder als Bremsmoment einen negativen Wert geregelt werden, bevor es zum Blockieren kommt.

Fig. 3 zeigt demgegenüber einen simulierten Scheibenhochlauf, bei dem es ab t5 zu einem Einklemmen kommt. Deutlich erkennbar ist, daß zunächst der Motorstrom I auf den niedrigen Maximalstrom I_max0 begrenzt bleibt, indem das Pulsverhältnis entsprechend angepaßt wird. Die Einklemmkraft bleibt also auf den I_max0 entsprechenden maximalen Drehmomentwert, bspw. 50 N beschränkt. Liegt dieser Maximalstrom für eine gewisse Zeit dauerhaft an, wobei die Zeitdauer bspw. frei von z. B. 0 ms bis 100 ms bestimmt werden kann, wird der Motor zu t6 abgeschaltet. Grundsätzlich kann selbstverständlich nachfolgend auch in die entgegengesetzte Drehrichtung bestromt werden, was in Fig. 3 jedoch nicht dargestellt wurde. Grundsätzlich denkbar wäre auch eine Schwelle, die sich stufenlos bis zu einem Maximalwert erhöht, wenn Zweifel an einer Einklemmung aus irgend einem Grund bestehen, und dann abschaltet.

In Fig. 4 ist im Vergleich dazu zu erkennen, daß auf sehr kurze Störungen in t7, bspw. bedingt durch Erschütterungen durch die Zeitverzögerung der Regelkreise keine Reaktion erfolgt oder darauf durch entsprechende Strom- und damit Dreh­ momentbegrenzung ohne sofortige Abschaltung reagiert wird. Dies bedeutet auch, daß die Maximalwerte des Stroms oder Drehmoments niedriger angesetzt werden können als bei herkömmlichen Stellantrieben mit Einklemmerkennung und sofor­ tiger Abschaltung bei Überschreiten der Stromschwelle, da ein Halten eines maxi­ malen Drehmoments oder Stromes für eine Zeit, wie in Fig. 3 zwischen t5 und t6, nicht möglich ist. Folglich müssen die Maximalschwellen zu Lasten der Sicherheit auf höhere Werte gelegt werden, in denen kurze Störungen kaum Einfluß haben.

In Fig. 5 ist demgegenüber noch eine andere Variante dargestellt, wie mit Störungen im Strom- und damit Drehmomentenverlauf umgegangen werden kann. In Fig. 5 wird zu t8 das erste Mal I_max0 für eine kurze Zeitspanne überschritten. Daraufhin kann die Regelung auch reagieren, indem die Maximalstromschwelle geringfügig, z. B. auch stufenlos, angehoben wird. Bspw. kann auch die Form und Anstiegsgeschwindigkeit der Störung bewertet werden. Es ist also möglich, eine sehr früh ansprechende untere Maximalstromschwelle und eine demgegenüber erhöhte obere Maximalstromschwelle, mehrere Schwellen oder eine stufenlose Anpassung vorzusehen, wobei die untere Maximalstromschwelle beispielsweise der Überwindung von Schwergängigkeiten und der Aufrechterhaltung der Motor­ bewegung mit einer bestimmten Drehzahl dient. Wird die Maximalstromschwelle dann beim Erreichen der unteren angehoben, kann beobachtet werden, wie der Motorstrom darauf reagiert. Fällt er umgehend oder nach einem kurzen Anstieg wieder ab, handelt es sich höchstwahrscheinlich um eine Schwergängigkeit oder eine Störung durch Fahrbahnunebenheiten, die damit überwunden wurde. Bei einem Einklemmfall jedoch wird das Drehmoment und damit der Strom auf den nunmehrigen Maximalstromwert ansteigen und dort verharren. Aus der Reaktion des Motorstroms auf eine Anpassung der Maximalstromschwelle können also zusätzliche Informationen gewonnen werden. Handelte es sich um eine lokale Schwergängigkeit, kann beim nächsten Hochlauf durch Kopplung mit der Positionserfassung eine entsprechend anpaßte Maximalstromwertkurve vorgegeben werden, d. h. beispielsweise zwischen t8 und t10 die als Maximalstrom die obere Schwelle abgespeichert und dann bereits automatisch voreingestellt werden. Es ist einzig eine Frage des Speicherbedarfs, für welche und wie große Wegabschnitte unterschiedliche Soll-Drehzahlen und/oder Soll-Drehmomente vorgegeben werden.

Die Fig. 6a und b zeigen die Positionsveränderung x(t) und Drehzahlverlauf n(t) bei geregeltem Betrieb (f1) und ungeregeltem Betrieb (f2) eines Stellantriebs, um die vorteilhaften Auswirkungen der Drehzahl- und/oder Drehmomentregelung insbesondere auch auf Kraftfahrzeugkomfortkomponenten zu verdeutlichen. Im Idealfall kann durch den geregelten Betrieb eine nahezu lineare Positions­ veränderung x(t) (vgl. Fig. 6a) erreicht werden. Im Gegensatz dazu weist der ungeregelte Betrieb mit herkömmlichen Stellantrieben starke Unregelmäßigkeiten auf. Dies kann auch sehr gut anhand des Drehzahlverlaufs n(t) gemäß Fig. 6b nachvollzogen werden. Hier wird idealisiert ein trapezförmiger Verlauf mit einer Hochlauf- und Auslaufsrampe dargestellt. Relativ konstante Drehzahl und lineare Positionsveränderung sind im Kraftfahrzeugkomfortbereich besonders wichtig, da gerade den Komfortkomponenten ein ästhetischer Aspekt zukommt und daher Laufruhe und Getäuscharmut in Zukunft von besonderem Interesse sind. Besonders bei heutigen Fensterhebern ist der Unterschied zwischen Hoch- und Tieflauf deutlich hörbar. Durch Drehzahl- und Drehmonentregelung können daher auch Laufunruhen ausgeglichen und unangenehm empfundene Laufgeräusche vermieden werden, wie bspw. ein deutlicher Drehzahlabfall an einer Schwergängigkeit und ein an­ schließendes Wiederbeschleunigen. Zudem sind auch Betriebsspannungsschwan­ kungen in einem großen Bereich ausgleichbar, wenn zum Beispiel der Motor auf 8 V ausgelegt wird könnte die Boardspannung z. B. im Bereich von 9-15 V schwanken ohne das sich das auf die Drehzahl auswirkt, da dies von der Steuerung ausgeregelt werden kann.

Fig. 7 zeigt nun eine Schaltungsskizze eines Stellantriebs mit einer Regelschaltung zur Steuerung des Motors M mittels einer sogenannten H-Brücke bestehend aus jeweils zwei beidseitig eines Wicklungsanschlusses des Motors M vorgesehenen elektronischen Schaltmitteln S1 . . . S4, die von einem Steuerkreis 5 pulsweiten­ moduliert mit einer Pulsfrequenz mit nichthörbaren Bereich, bspw. bei 20 kHz angesteuert werden. Die Schaltmittel S1 und S2 können dabei jeweils im Wechsel den Motor M mit einer Betriebsspannung UB, die Schaltmittel S3 und S4 jeweils mit einem Richtung Bezugspotential (Masse ┴) gelegten Verbindungspunkt verbinden, wobei zur Bestromung des Motors jeweils entweder die Schaltmittel S1 und S4 oder S2 und S3 geschlossen sind, wobei die Stromrichtung die gewünschte Drehrichtung angibt. Wird die Bestromung abgeschaltet oder umgepolt, kommt es zu einem zeitlich begrenzten Nachlaufen in die alte Drehrichtung aufgrund der Masseträgheit, bei dem eine Generatorspannung induziert wird. Zum Abschalten kann daher der Motor M über die Schaltmittel S3 und S4 oder jeweils eine der inhärent vorhandenen Dioden DI kurzgeschlossen werden.

Der innere Aufbau der Schaltmittel S1 bis S4 ist in Fig. 7a dargestellt und anstelle dessen in Fig. 7 ein funktionales Sinnbild skizziert, da die Ausgestaltung dieser elektronischen Schaltmittel selbstverständlich variabel ist. Der besondere Vorteil der Verwendung eines MOSFETs gemäß Fig. 7a liegt neben dem geringen Durchlaßwiderstand und der stromlosen Steuerspannung darin, daß durch eine einfache Substratanbindung an Source eine für die in dieser Anmeldung nicht näher beschriebene Nachlauferkennung wichtige inhärente Diode DI entsteht, die bezüglich Betriebsspannung UB und Bezugspotential ┴ jeweils in Sperrichtung gepolt ist, beim Nachlaufen aber eine dazu für jeweils eine Diode in Durchlaßrichtung gepolte Generatorspannung entsteht.

Der Widerstand R, der zwischen dem Verbindungspunkt der Schaltmittel S3 und S4 und dem Bezugspotential (Masse ┴) angeordnet ist, dient zur Strommessung und damit als Ist-Drehmomentmeßeinrichtung. Der darüber auftretende Spannungsabfall wird der Drehmonentregelung 4 zugeführt.

Der Motorstrom I wird außerdem richtungsbezogen erfaßt, beispielsweise indem zwischen Stellantrieb und Schaltmitteln ein Shuntwiderstand Rs vorgesehen ist, wobei aus der Stromrichtung in der Positionserfassung 8 die Drehrichtung abgeleitet wird. Die Positionserfassung 8 ist außerdem mit dem Drehzahlsensor 1 verbunden, der in Analogie zur Fig. 1 die Ist-Drehzahl nist erfaßt. Die Positionserfassung 8 kann aus Drehzahl und Drehrichtung die Position ableiten und für eine positionsabhängige Vorgabe von Soll-Drehzahl und Soll-Drehmoment verwenden. Dazu wird dem Microcontroller µC, der die Funktionen Drehzahlregelung 6 und Strombegrenzung 7 beinhaltet, neben der soll-Drehzahl auch die Position x zur Verfügung gestellt und der aktuelle Soll-Strom isoll als drehmomentproportionale Größe abgeleitet.

Dieser Soll-Strom wird der Stromregelung 4 zugeführt, die aus Ist-Strom und Soll- Strom das erforderliche Pulsverhältnis zur pulsweitenmodulierten Steuerung der Schaltmittel ableitet und an die Steuerung 5 der Schaltmittel S1 bis S4 übergibt, die entsprechend dieses Schaltmittel ansteuert. Die Stromregelung 4 und die Steuerung 5 der Schaltmittel kann dabei mit dem Microcontroller µC über Verbindungsleitungen verbunden oder die Funktionen der Elemente 4, 5, 6, 7 in diesen aufgenommen werden. Die Taktung der Elemente entsprechend der Puls­ frequenz kann dann über den Microcontrollertakt erfolgen.

Fig. 8a und b verdeutlicht die puslweitenmodulierte Steuerung der Schaltmittel, wobei hier das Steuersignal 4.S der Stromregelung gezeigt wird. Das Pulsverhältnis T1/T2 kann dabei in Abhängigkeit von der erforderlichen Drehzahl- und/oder Drehmomentkorrektur angepaßt werden. Während T1 werden dabei bei einer H-Brückenschaltung gemäß Fig. 7 die Schaltmittel in eine Drehrichtung und zu T2 in die andere Drehrichtung gesteuert, so daß bei einem Pulsverhältnis von 50% kein Drehmoment entsteht, wie dies anhand des Stromes in Fig. 8b erkannt werden kann. Der Strom schwankt in diesem Fall um die Nullage. Verändert man das Pulsverhältnis, indem T1 < T2 wird, steigt der Strom im Mittel an, bei T1 < T2 sinkt er ins negative ab. Entsprechend würde ein positives oder negatives Drehmoment entstehen und der Motor neben dem Drehmoment auch seine Drehzahl oder auch Drehrichtung ändern.

Claims (16)

1. Elektrischer Stellantrieb (M) für Kraftfahrzeugkomfortkomponenten, ins­ besondere elektrische Fensterheber, Schiebedachversteller und Sitz­ verstellungen, in einem einen Motorstrom führenden Stromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehzahl- und/oder Drehmomentmeßeinrichtung (1, R) zur Erfassung der Ist-Drehzahl und/oder des Ist-Drehmomentes (n_ist, i_ist) des Stellantriebs sowie eine Stromregelung vorgesehen ist, die den Motorstrom in Abhängigkeit von den Abweichungen der Ist-Drehzahl und/oder des Ist- Drehmomentes (n_ist, i_ist) von vorgegebenen Sollwerten (n_soll, i_soll) regelt.

2. Elektrischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung verbunden ist mit einem Positionszähler (8), der mit der Ist- Drehzahlmeßeinrichtung (1) verbunden ist und ausgehend von einer definierten Anfangsposition und der Ist-Drehzahl (n_ist) die jeweils aktuelle Position (x) ermittelt,
in der Regelschaltung in Abhängigkeit von der Position (x) und/oder Bewegungsrichtung unterschiedliche Sollwerte der Drehzahl und/oder des Drehmomentes (n_soll(x), i_soll(x)) abgelegt sind und die Regelschaltung die Ist-Drehzahl und/oder das Ist-Drehmoment (n_ist, i_ist) ent­ sprechend dieser Sollwerte (n_soll(x), i_soll(x)) abhängig von der aktuellen Position (x) und/oder Bewegungsrichtung steuert.

3. Elektrischer Stellantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelung als ein äußerer Regelkreis (τ2) vorgesehen ist, dem die Drehmomentregelung als innerer Regelkreis (τ1) unterlagert ist, indem

• a) der äußere Regelkreis besteht aus der Ist-Drehzahl (n_ist) als Regelgröße und der Soll-Drehzahl (n_soll) als Führungsgröße, der Drehzahlregelung als Regel­ einrichtung und einem Korrektur-Drehmoment (i_soll) als Stellgröße, welches entsprechend der Abweichung zwischen Ist- und Soll-Drehzahl (n_soll) ermittelt wird,
• b) der innere Regelkreis besteht aus dem Ist-Drehmoment (i_ist) als Regelgröße und dem Korrekur-Drehmoment (i_soll) des äußeren Regelkreises als Führungsgröße, der Drehmonentregelung (4) als Regeleinrichtung und dem Pulsverhältnis (T1/T2) als Stellgröße, daß entsprechend der Abweichung von Ist- und Soll­ drehmoment verändert wird, und dem vom Schaltmittel (5, S1, S2, S3, S4) ange­ steuerten Stellantrieb (M) in der Regelstrecke, wobei das Schaltmittel (5, S1, S2, S3, S4) entsprechend dem veränderbaren Pulsverhältnis (T1/T2) als Stellgröße angesteuert wird.

4. Elektrischer Stellantrieb einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregelung des Motorstroms pulsweitenmoduliert mit einer Pulsfrequenz im nichthörbaren Bereich, vorzugsweise größer 20 kHz, durch zumindest ein elektronisches Schaltmittel (S1, S2, S3, S4) im Laststromkreis erfolgt, welche mit einem der Abweichung entsprechend ent­ gegenwirkenden Pulsverhältnis (T1/T2) ansteuert werden.

5. Elektrischer Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Shuntwiderstand (R, RS) vorgesehen ist, an dem der durch den Stellantrieb (M) fließende Motorstrom erfaßt und der Regelschaltung als drehmomentabhängige Größe zugeführt wird.

6. Elektrischer Stellantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Sensor vorzugsweise als Hallsensor als Drehzahlmeßeinrichtung (1) vorgesehen ist, dessen Signal zumindest der Regelschaltung, vorzugsweise auch dem Positionszähler (8) zugeführt wird.

7. Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Stellantriebs von Kraftfahrzeug­ komfortkomponenten nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Istdrehzahl und oder der dem Drehmoment proportionale Iststrom (n_ist, i_ist) des Stellantriebs automatisch mittels des Pulsverhältnisses (T1/T2) auf eine vorgegebene Solldrehzahl und/oder einen Sollstrom (n_soll, i_soll) geregelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Drehzahlregelung eine Drehmoment­ regelung unterlagert wird, indem die Drehzahlregelung (6) ein zur Korrektur von Abweichungen der Istdrehzahl von der vorgegebenen Solldrehzahl erforderlicher Sollstrom (i_soll) bestimmt und dieser Sollstrom (i_soll) der Drehmomentregelung (4) zuführt, die das Pulsverhältnis des Schaltmittels entsprechend ändert, bis zunächst das erforderliche Sollstrom (i_soll) erreicht ist und nachfolgend die nunmehr auf die Soll-Drehzahl ansteigende Ist-Drehzahl (i_ist) zu einer Rückführung des Drehmoments führt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem ausgehend von einer Anfangsposition und der Ist-Drehzahl (n_ist) die jeweils aktuelle Position (x) abgeleitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem in Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Position (x) Soll-Drehzahl und/oder Sollstrom (n_soll(x), i_soll(x)) angepaßt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Ist-Drehzahl (n_ist) zunächst innerhalb eines vorgegebenen ersten Streckenabschnitts näherungsweise linear auf eine Solldrehzahl geregelt wird, innerhalb eines vorgegebenen zweiten Strecken­ abschnitts konstant gehalten und in einem dritten Streckenabschnitt näherungsweise linear auf Null geregelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem ein weiterer Streckenabschnitt vorgesehen ist, insbesondere der in dem eine Gefahr des Einklemmens besteht, in dem die Soll-Drehzahl gegenüber dem im zweiten Streckenabschnitt niedriger ist.

13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Iststrom (i_ist,) in einem ersten Streckenabschnitt (t0-t1) auf eine ersten Maximalwert begrenzt und in einem zweiten Streckenabschnitt (t1-t2) auf einen zweiten Maximalwert begrenzt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem aus der Dauer (t5-t6) des Anliegens eines einen vorgegebenen Maximalwert (i_max0) des Stromes übersteigenden Motorstroms ein Blockieren des Stellantriebs sowie der damit verbundenen Fahrzeugkomponenten erkannt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Stellantrieb (M) in einer vorgebbaren Position automatisch gehalten wird, indem die eine Solldrehzahl von Null vorgegeben und mittels des Pulsverhältnisses (T1/T2) der Iststrom (i_ist) so geregelt wird, daß ein Bewegungsänderungen entgegenwirkendes Haltemoment erzeugt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem bei Erreichen der vorgegebenen Position ein energiesparender Stand-by-Betrieb des Stellantriebs eingenommen und anhand einer von Null abweichenden Ist-Drehzahl an der Drehzahlmeß­ einrichtung (1) der Stellantrieb wieder aktiviert wird.