JP2000501280A - 電気的駆動装置機構における挟み込み状況の識別用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気的駆動装置機構における挟み込み状況の識別用装置であって、前記電気的駆動装置機構は、例えば、車両内における窓持上−及びスライド屋根−装置に対して設けられている当該の装置において、挟み込み状況の識別のための尺度量としてモータ（１）の電機子内に誘起された電圧（Ｕ_ind）が使用され、当該の誘起された電圧（Ｕ_ind）が、モータ端子に加わる電圧（Ｕ_bat）及びモータ（１）の電機子内を流れる電流（Ｉ_A）から求められるように構成されている。誘起された電圧（Ｕ_ind）は、モータ端子に加わる電圧（Ｕ_bat）と、積との差として求められ、前記積は、電機子電流（Ｉ_A）と電機子抵抗（Ｒ_A）との積である。電機子抵抗（Ｒ_A）は、可及的に規則的に求められる。電機子抵抗（Ｒ_A）は、モータ端子に加わる電圧（Ｕ_bat）及びモータ（１）のブロッキング電流（Ｉ_block）から求められる。ブロッキング電流（Ｉ_block）は、１つの所定の時点（ｔ_o）にて測定された電機子電流の外挿により求められる。電機子内を流れる電流（Ｉ_A）がシャント抵抗（３）を介して測定され、場合により増幅され（５）そして、求められた電流信号（Ｖ１）は、適合可能な計算された積分時間を以て積分器（５，７）を用いて平均化され、Ａ／Ｄ変換器を用いて１つの電流信号にデジタル化される。前記積分器は、マイクロコントローラにより制御されるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 電気的駆動装置機構における挟み込み状況の識別用装置 技術水準 本発明は請求の範囲１の上位概念にて規定されたような、電気的駆動装置機構に おける挟み込み状況の識別用装置であって、前記電気的駆動装置機構は、例えば 、車両内における窓持上−及びスライド屋根−装置に対して設けられている当該 の装置を基礎とする。 その種の公知の回路装置（ＤＥ２８２０３３０Ｃ２）では、スイッチング素子 を介して制御されるモータが設けられており、前記スイッチング素子は、モータ 監視段により制御される。モータ監視段は、１つの所定のスタチックなモータ電 流値からリセット信号を導出し、さらに、少なくとも時々はモータ電流の所定の 時間的変化から１つの更なるリセット信号を識別する。前記の公知の装置では、 スタチック及びダイナミックな電流監視が実施される。それにより、例えばウイ ンドガラス板へ障害物が当たったとき迅速なトルク変化ないし電流上昇が起こっ た場合、瞬時の電流値が比較的僅かであるとしても、モータは遮断され、又はそ の回転方向が反転される。短絡電流に近い値への緩慢な電流上昇の際さらなる迅 速な電流上昇が可能でない 場合にも、モータは遮断され、又はその回転方向が反転される。要するに、ここ で、２つの判定基準尺度、即ちスタチックなモータ電流及びモータ電流の時間的 変化が挟み込み状況の識別のため評価される。 一般的に、自動車において、窓持ち上げ装置及びスライド屋根−駆動装置のよ うな調整移動駆動装置にて作用力制限のため及び挟み込み防止のため回転数監視 を実施し、例えば、ホールセンサにより検出された回転数を相応に緩慢及び急激 な変化に就いて監視し、それから所要のモータ制御信号を導出することも公知で ある。 発明の利点 これに対し、本発明における装置は、基本的に全く異なる著しく有利な手法を とるものである。挟み込み状況の識別のため、及び挟み込み防止機能の実現の為 、本発明の装置では、請求の範囲１の特徴的構成要件により、判定基準尺度とし て、モータの電機子内に誘起された電圧が使用され、ここで、当該の誘起された 電圧が、モータ端子に加わる電圧及びモータの電機子内を流れる電流から求めら れるように構成されているのである。 更なる請求の範囲にて規定された手段により挟み込み状況、事情の識別のため 本発明の装置の有利な発展形態及び改良が可能である。 本発明の有利な発展形態によれば、誘起された電圧 は、モータ端子に加わる電圧と、積との差として求められ、前記積は、電機子電 流と電機子抵抗との積である。当該の実施例の本発明の別の有利な発展形態によ れば、電機子抵抗は、規則的に求められる、例えばモータの新たな動作毎に求め られるように構成されているのである。 本発明の特に有利な発展形態によれば、電機子抵抗は、モータ端子に加わる電 圧及びモータのブロッキング電流から求められるのである。ここで、有利な実施 形態によれば、ブロッキング電流は、１つの所定の時点にて測定された電機子電 流の外挿により求められるように構成されているのである。 本発明の簡単且つ信頼性のある有利な発展形態によれば、電機子内を流れる電 流がシャント抵抗を介して測定され、場合により増幅されそして、A/D変換器を 用いて１つの電流信号にデジタル化されるように構成されているのである。 本発明の特に有利な発展形態によれば、電機子内を流れる電流から求められた 電流信号が適合可能な計算された積分時間を以て積分器を用いて求められ、前記 積分器は、マイクロコントローラにより制御されるように構成されているのであ る。 本発明の著しく有利な発展形態によれば、電機子内を流れる電流から求められ た電流信号は複数のコミュテーション周期に亘って、積分される、例えば、３〜 ５ コミュテーションリップルに亘って積分されるように構成されているのである。 本発明の当該の実施態様の特に有利な発展形態によれば、電機子内を流れる電 流から求められた電流信号の積分は、或限界値を超えると中断され、求められた 値はデジタル化され、記憶され、積分が新たに開始され、当該の動作過程は、適 合化された所定の全積分時間が経過するまで継続されるように構成されているの である。 本発明の特に有利な発展形態によれば、挟み込み防止機能トリガのために、電 機子内を流れる電流が求められ、この電機子内を流れる電流は、実際のトリガの 場合は、下式の通り次のような合成値より大であるベきものであり、即ち、電機 子電流の平均値と、補正値と、トリガ値とから成る合成値より大であるべきもの であり、前記補正値は、平均化の期間に亘っての給電電圧の変化を考慮するもの である； 本発明の更なる有利な発展形態によれば、測定された電機子電流値は、メモリ 内に、例えばリングバッファ内に記憶され、実際の測定値により、メモリ内のそ のつど最も古い、先行の測定値が書き換えられるのである。 図面 本発明を図示の実施例に即して以降の説明で詳述する。 図１は、モータ電流の特性経過を重畳されたコミュテーション変動と共に示す 特性図。 図２は、本発明の装置の一部のブロック接続図。 図３は、電機子ないしそれから導出された電流信号の積分特性経過及びそれに より取得された測定抵抗における電圧特性経過の特性図。 実施例の説明 本発明によれば、直流モータの電機子にて誘起された電圧Ｕ_indが挟み込み状 況の識別の為の尺度量として求められる。当該のモータの電機子内に誘起された 電圧は、測定技術上直接的にはアクセス取得可能でない。本発明によれば、前記 の誘起された電圧は、モータ端子に加わる電圧Ｕ_K1及びモータの電機子内を流れ る電流Ｉ_Aから求められるように構成されているのである。前記の誘起された電 圧は、本発明の実施形態によれば下記の関係式に従って、既知の電機子抵抗Ｒ_A のもとで、誘起された電圧Ｕ_indは、モータ端子に加わる電圧Ｕ_k1と、積との差 として求められ、前記積は、電機子電流Ｉ_Aと電機子抵抗Ｒ_Aとの積であるように 構成されているのである。 Ｕ_ind ＝ Ｕ_K1 − Ｒ_A・Ｉ_A 電機子抵抗Ｒ_Aは、大きなトレランスの影響下にあ る、例えば製造トレランスと温度変動の影響下にある。ここで、本発明の有利な 実施形態によれば、電機子抵抗Ｒ_Aは、規則的に求められる、ここで、特に有利 には、電機子抵抗Ｒ_Aをその都度、モータ作動の始めにあらためて検出し、引き 続いての計算ステップの基礎とするのである。 モータの電機子内を流れる電流Ｉ_Aは、指数関数に従って時間ｔと共に変化す る。無負荷状態では下記関係式が成立つ。 但しτ_mechは、電機子の機械的時定数であり、換言すれば、それの慣性を表す 。 図１には、モータ電流Ｉの典型的な特性経過を時間軸ｔに関して、コミュテー ション変動と共に示す。電機子電流は、電機子インダクタンスにより制限される 。従って、投入時点ではブロッキング電流Ｉ_blockが流れることはなく、指数関 数的に上昇する電機子電流が、電気的時定数τ_elektrisch−これは、τ_mechより 著しく小さい−を以て流れる。始動時電流ピークは、完全なブロッキング電流Ｉ_block には達しない、それというのは、モータの電機子が既に回転し始めるから であり、その間に電気時定数τ_elektrischが経過している。ブロッキング電流と 始動電流ピークとの比は、２つの時定数にのみ依存し、以て一定である。電機子 抵抗 Ｒ_Aは、各モータスタートの始めにて、モータに加わる端子電圧Ｕ_K1と、それぞ れスタート後の時点ｔ_oでのブロッキング電流Ｉ_blockとにより求められる：Ｒ_A ＝Ｕ_K1/Ｉ_block。モータ作動の持続時間中、電機子抵抗は、一定であると仮定さ れる。精確に云えば、そういうことではないが、モータに対してたんに数secの モータ作動時間の仮定の場合良好な近似が得られる。 図１にてモータ電流の特性図に示すように、本来指数関数の形態の特性経過を 呈するモータ電流Ｉ_Aないしそれにより生じるモータ電流信号にコミュテーショ ン変動が重畳されている。当該の所謂リップルの振幅は、挟み込み状況により惹 起される信号変化のオーダである。この理由から、当該のコミュテーションリッ プルを除去しなければならない。本発明の有利な実施形態によれば、このために 、電流信号は、複数のコミュテーションの期間に亘って、例えば、３〜５リップ ルの期間に亘って平均化される。 図２に略示する本発明の装置のブロック接続図では１は直流モータを示し、該 直流モータは２重リレー２を介して図示してない車両電池の電圧Ｕ_BATに接続さ れるか、又はモータ電流の測定の為の測定抵抗３であるシャント抵抗に接続可能 である。シャント抵抗３の一方の側が、アース電位ＧＮＤに接続されており、こ れに対し、それの他方の側の端子が抵抗４を介してオペアンプ５の反転入力側に 接続されている。従って、 モータの測定された電機子電流値−これはシャント抵抗３にて取出され電流信号 Ｖ１に変換される−は、増幅される。オペアンプ５の出力側６は、コンデンサ７ を介して反転入力側にフィードバックされている。従ってオペアンプ５は、コン デンサ７と共に積分器を形成する。オペアンプ５の非反転入力側に基準電圧Ｕ_{re f} が加わり、該基準電圧Ｕ_refは、次のように選定されている、即ち、ブロッキン グ電流に相応する電流信号Ｖ１の最大振幅より大であるように選定されている。 コンデンサ７は、トランジスタ８を介して、殊に、ＭＯＳＦＥＴの形態のものを 介して橋絡可能である。トランジスタ８は、抵抗９を介して、入力側１０からの 消去パルスにより制御される。 それにより、コンデンサ７は、消去パルスが現れると制御されて短絡されて放 電される。積分の初期条件は、新たに決定され、積分をあらためて開始できる。 オペアンプ５の出力側６に現れる積分され増幅された電流信号Ｖ１は、図示し てないＡ／Ｄ変換器及び同様に図示してないマイクロコントローラに評価のため 供給される。マイクロコントローラは、例えば、入力側１０から供給される消去 パルスを積分の制御のため発生する。消去パルスの供給される度毎にコンデンサ ７は放電され、もって、直ちにそれに引き続いて、出力側６及びコンデンサ７に 再び電圧が形成され得る。積分はマイクロコントローラにより設定されている期 間中実施される。ここで、所定の電圧値への到達の際の積分の中断及び経過終了 した所定の積分時間の終わりにおける積分器の到達電圧までの夫々のデジタル化 された動作値の加算により設定されている期間中実施される。 図３には、電機子電流ないしそれにより導出された電流信号Ｖ１−これは正弦 波状であると仮定されている−の積分特性経過が略示してある。図示の積分時間 全体を２００ｍｓであると仮定してある。積分器の過制御の回避のため、ほぼ３ ．７Ｖの限界値への到達の際積分が中断される。この目的のため、ＭＯＳＦＥＴ ８がほぼ１ｍｓの間スィッチオンされ、それにより、コンデンサ７が放電される 。図示の例では３回限界値に到達し、そして、終わりに、２００ｍｓの所定の完 全な積分時間への到達の際、コンデンサ７にて、ないしオペアンプ５の出力側６ にてほぼ１．５Ｖの電圧が現れる。要するに、２００ｍｓの積分時間内で到達し た全電圧値が、（３×３．７Ｖ）＋１．５Ｖ＝ほぼ１２．６Ｖである。当該値は 、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル化されて検出され、評価される。一般的に留意さ るべきことには、核心部にてオペアンプ５及びコンデンサ７から形成された積分 の積分時定数は次のように調整セッティングされる、即ち、モータ１の無負荷回 転数の際積分の制御領域がほぼ完全に利用されるように調整セッティングされる 。それに伴う積分の過制御 を回避するため、既述のように、積分は、所定の限界値に到達の際、中断される 。この時点にて、電圧値がA/D変換器を用いてデジタル化され、経過した積分時 間は回転数に適合化された全積分時間から差引かれる。 今や、コンデンサ７は、入力側１０を介してマイクロコントローラから供給され る消去パルスを用いてほぼ１ｍｓ導通接続されたトランジスタ８を介して放電さ れ、積分はあらたにスタートされる。前記動作過程は、積分時間全体の経過する まで継続され、ここで最後の積分は、上述のように、積分器出力側における電圧 レベルの超過があると中断されるのではなく、積分時間が経過すると中断される 。平均化された電流の値は、下記関係式により得られる。 前記のプロセスにより、マイクロコントローラにより制御されて、固定数のリ ップル、ここでは４つのリップルを平均化することが可能である。さらに、８ビ ットＡ／Ｄ変換器の値領域を次のようにして拡大することができる、即ち、積分 を複数回中断し、個々の積分結果を加算するのである。このことが特に有意義且 つ有利である理由は、測定のダイナミック領域が９〜１５Ｖの搭載電源電圧の可 能な変動及びモータの著しい速度変化に基づき極めて大であるからである。 本発明の基本的技術思想の有利な発展形態によれば 、挟み込み防止機能をトリガする電機子電流を求めることが可能であり、ここで 、有利にはトリガ限界値が実際の搭載電源電圧、即ち、車両の電池の電圧Ｕ_bat へ適合化される。 モータの一定の負荷モーメントのもとでモータ端子電圧Ｖ_k1が跳離的変化、ジ ャンプをすると、電機子電流Ｉ_Aは、モータ及び接続されたシステムの質量慣性 に基づき同様に跳離的変化、ジャンプをする。電流の上昇が唯電機子インダクタ ンスにより遅延される。電機子抵抗Ｒ_Aが既知の場合次の関係式が成立つ。 従って、電流変化の限界値は、端子電圧の変化があれば、電機子抵抗Ｒ_Aによ り除算して−ｄＵ_k1/Ｒ_A−補正しなければならない。システムの幾つかの機械的 時定数の経過後電機子の速度が再び安定化されるのであり、電機子モーメント、 トルクないしそれに比例する電機子電流は、再び古い、以前の値をとる。 限界値は、過去の電流測定値に就いての平均化により得られ、当該の限界値に は、上述の補正項が加えられる。後続の平均化により、平均値が再び実際の電機 子電流へ近似される。従って、当該の平均化は電機子電流の機械的時定数、即ち 、それの慣性をシミュレートする。 測定−及び評価プロセスの動作経過は次の通りである。ここで、有利には、マ イクロコントローラが使用される。電機子電流値がメモり−これは有利にリング バッファメモリである−内に記憶される。実際の測定値によりリングバッファ内 の最も古い、先の値が書き換えられる。平均化は、リングバッファ内でのすべて の測定値の加算及び得られた和を測定値の数により除算することにより行われる 。マイクロコントローラにより設定された時点にて、そのようにして、平均化さ れた電流及び実際の搭載電源電圧が測定される。平均電流に対する補正項が先行 の測定の際得られた搭載電源電圧ＵＢ_n-1と実際の搭載電源電圧ＵＢ_nとの差を電 機子抵抗Ｒ_Aで除した値から得られる。挟み込み防止のためのトリガ判定基準と して次の関係式が使用される。 ここで、Ｉ_Sはトリガ限界値であり、該トリガ限界値は、それを以て電機子電流 の有意な変化によってのみ挟み込み防止のトリガを行わせるものである。 次に実現されたプログラミングされたシーケンスの個々のセクションを具体例 に即して説明する。 モータの投入又は再投入の前に先ず、積分器の無負荷電圧が求められる。ここ で、電機子電流は零に等しい。無負荷電圧は、すべての更なる測定に対する基礎 を成す。積分器出力電圧の勾配が当該の領域において、最大値を有するので、測 定時間は過度に大に選定してはいけない。さらに、当該の測定時間は、容易に、 殊に、シフト操作によりブロッキング電流の検出のため測定時間に換算されるべ きものである。具体的例では、８ｍｓの無負荷積分時間が選定された。 次に、電流最大値が求められる。ブロッキング電流の測定のためにも、平均電 機子電流の測定のためにも、積分器が使用される。短い測定時間、具体例では、 ２ｍｓが選定され、そして、電流最大値を超えるまで連続的に測定が実施される 。電流最大値には図２における出力側６における積分器電圧の最小値が対応する 。それというのは、積分器は、反転的に、ないし、逆方向に作用をするからであ る。積分結果の計算のため、先ず積分出力電圧が積分時間２ｍｓから８ｍｓへ換 算される。ここで、当該の換算のため、２ｍｓの積分時間に対して一定の入力量 が積分器に対して仮定される。以て、下記の関係式が得られる。 そして、最大の電機子電流に対する尺度量として、下記の関係性が得られる。 Ｕ_e(t)=Ｒ_shunt・Ｉ_Ankerに対して： 電機子抵抗の計算が、次に行なわれるステップである。電機子のブロッキング 電流は、定数−これは経験的に求められ得る−と電流最大値との乗算により算出 される。本具体例では、定数としては、１．２５が求められている。 電機子電流積分の測定後直ちにモータ端子電圧が測定される。電機子抵抗に対 する尺度量を、実際の端子電圧Ｕ_batないしＵ_Ankerをブロッキング電流Ｉ_block で除算することにより得られる； 電機子電流最大値の代わりに、積分時定数τで正規化され、一定のシャント抵 抗と乗算された測定量がアクセス取得可能である。それにより電機子抵抗Ｒ_Aの 代 前記の商の計算のため、Ｕ_batの値が、先ず補助定数−具体例では３２．５回 （×）シフト−と乗算され、 て十分有意の桁が得られるようにすることが必要である。 ところで、平均化された電機子電流に就いて説明する。コミュテーション変動 の同時の除去の場合の実際の電機子電流の検出のため電機子電流は積分器を用い て、積分時間Ｔに亘り平均化される。そこで、下記の関係式が得られる。 電機子抵抗検出後の第１の積分時間Ｔが、固定値、ここでは１０ｍｓに設定さ れる。電流積分の決定のため、再び第１に積分器−無負荷電圧は下記の関係式の 通り当該の測定時間Ｔにスケーリングされる。 前の段落に挙げられた関係式により、正規化された 最後に、誘起された電圧Ｕ_indの計算は、各量を用い 通り行われる。 以て、誘起された電圧Ｕ_indに対して下記の関係式が得られる。 Ｕ_indの値から、ＲＯＭテーブルを介して、今後の、未来の積分時間が求めら れる。前述の本発明の具体的実施形態では、積分時間は、５００μｓの量子化を 以て５ｍｓ〜３１．５ｍｓの範囲で変化する。ここで、商形成の場合の計算時間 を考慮すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 電流信号（Ｖ１）は、適合可能な計算された積分時間を 以て積分器（５，７）を用いて平均化され、Ａ／Ｄ変換 器を用いて１つの電流信号にデジタル化される。前記積 分器は、マイクロコントローラにより制御されるように 構成されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電気的駆動装置機構における挟み込み状況の識別用装置であって、前記電 気的駆動装置機構は、例えば、車両内における窓持上−及びスライド屋根−装置 に対して設けられている当該の装置において、 挟み込み状況の識別のための尺度量としてモータ（１）の電機子内に誘起され た電圧（Ｕ_ind）が使用され、当該の誘起された電圧（Ｕ_ind）が、モータ端子に 加わる電圧（Ｕ_bat）及びモータ（１）の電機子内を流れる電流（Ｉ_A）から求め られるように構成されていることを特徴とする電気的駆動装置機構における挟み 込み状況の識別用装置。 ２． 誘起された電圧（Ｕ_ind）は、モータ端子に加わる電圧（Ｕ_bat）と、積と の差として求められ、前記積は、電機子電流（Ｉ_A）と電機子抵抗（Ｒ_A）との積 であることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。 ３． 電機子抵抗（Ｒ_A）は、規則的に求められる、例えばモータ（１）の新た な動作毎に求められるように構成されていることを特徴とする請求の範囲１又は ２記載の装置。 ４． 電機子抵抗（Ｒ_A）は、モータ端子に加わる電圧（Ｕ_bat）及びモータ（１ ）のブロッキング電流（Ｉ_block）から求められることを特徴とする請求の範囲 ３記載の装置。 ５． ブロッキング電流（Ｉ_block）は、１つの所定の時点（ｔ_o）にて測定され た電機子電流（Ｉ_A）の外挿により求められるように構成されていることを特徴 とする請求の範囲４記載の装置。 ６． 電機子内を流れる電流（Ｉ_A）がシャント抵抗（３）を介して測定され、 場合により増幅され（５）そして、Ａ／Ｄ変換器を用いて１つの電流信号にデジ タル化されるように構成されていることを特徴とする請求の範囲１から５までの うちいずれか１項記載の装置。 ７． 電機子内を流れる電流（Ｉ_A）から求められた電流信号（Ｖ１）が適合可 能な計算された積分時間を以て積分器（５，７）を用いて平均化され、前記積分 器は、マイクロコントローラにより制御されるように構成されていることを特徴 とする請求の範囲１から６までのうちいずれか１項記載の装置。 ８． 電機子内を流れる電流（Ｉ_A）から求められた電流信号（Ｖ１）は複数の コミュテーション周期に亘って、積分される、例えば、３〜５コミュテーション リップルに亘って積分されるように構成されていることを特徴とする請求の範囲 １から７までのうちいずれか１項記載の装置。 ９． 電機子内を流れる電流（Ｉ_A）から求められた電流信号（Ｖ１）の積分は 、或限界値を超えると中断され、求められた値はデジタル化され、記憶され、積 分 が新たに開始され、当該過程は、適合化された所定の全積分時間が経過するまで 継続されるように構成されていることを特徴とする請求の範囲８又は９記載の装 置。 10．挟み込み防止機能トリガのために、電機子内を流れる電流（Ｉ_A）が求めら れ、この電機子内を流れる電流（Ｉ_A）は、実際のトリガの場合は、下式の通り 次のような合成値より大であるべきものであり、即ち、電機子電流（Ｉ_A）の平 均値と、補正値（ＵＢ_n−ＵＢ_n-1)／Ｒ_Aと、トリガ値（Ｉ_S）とから成る合成値 より大であるべきものであり、前記補正値は、平均化の期間に亘っての給電電圧 の変化を考慮するものである ことを特徴とする請求の範囲１から９までのうちいずれか１項記載の装置。 11．測定された電機子電流値は、メモリ内に、例えばリングバッファ内に記憶さ れ、実際の測定値により、メモリ内のそのつど最も古い、先行の測定値が書き換 えられることを特徴とする請求の範囲１０記載の装置。