WO2010028736A2 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung eines stromrippel aufweisenden motorsignals eines gleichstrommotors - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for processing a motor signal of a DC motor, with a controllable frequency filter, which generates a speed-proportional output signal based on the ripples contained in the armature current of the DC motor (current ripple).
  • a DC motor also referred to as a commutator motor
  • a commutator motor is a permanently excited electric motor whose motor or armature current, as a result of the commutation, contains an alternating current component, also referred to as current ripple or current ripple, which is superimposed on a DC component.
  • Such a DC motor is used in particular in an adjusting drive, for example in a window regulator, sliding roof or tailgate drive, a motor vehicle. In this application, it is of considerable importance, with simple means to allow a reliable determination of the motor or armature position and thus a precise position determination of the motor-driven adjustment (actuator).
  • the frequency of the current ripple depends on the number of commutator or collector fins of the motor armature.
  • the frequency (ripple frequency) of the current ripple signal are closed to the engine speed.
  • high-frequency interfering signals are superimposed on the motor signal and thus the useful signal containing the current ripple.
  • Even comparatively low-frequency disturbances, which affect the course of the current ripple subordinate DC signal component and are essentially due to the operationally fluctuating force or torque curve of the motor, are to be considered in an evaluation of the current ripple.
  • DD 254 254 A1 circuit arrangement for generating a speed-proportional pulse train in DC commutator motors tapped at a current-voltage converter in the form of an ohmic resistance motor signal is fed to a voltage-controlled high-pass filter and a downstream voltage-controlled low-pass filter for the realization of a narrowband bandpass, at the output of a speed-proportional pulse train is generated.
  • the signal input of the phase-locked loop is fed directly via a low-pass filter, the armature current signal tapped at a shunt, while the control signal for the oscillator of the phase-locked loop of the difference between the motor voltage and the product of the armature resistor and the armature current as a so-called back-emf signal ( back electromotive force or mutual induction voltage) is supplied.
  • back-emf signal back electromotive force or mutual induction voltage
  • an adjustable bandpass filter on the basis of the induced reverse voltage (emf voltage), which is determined from the detected motor voltage and the detected armature current, is also known from DE 195 11 307 C1.
  • the frequency filtering is adjusted by estimating the current useful frequency (ripple frequency) of the armature current signal such that the pass frequency band comprises the useful frequency and is above and / or below the interference frequencies.
  • the relative extreme values are determined from the signal filtered in this way.
  • the motor current signal is first fed to a low-pass filter in order to eliminate high-frequency interference.
  • the current ripples are again determined on the basis of calculated difference values between successive minimum and maximum values of the low-pass filtered motor current signal.
  • a frequency-selective filter is provided with a limit frequency which varies in accordance with the engine speed.
  • the lower frequency is significantly lower with virtually unchanged engine speed, but when the speed changes, for example, in the range of the pulse train.
  • EP 1 037 052 B1 (DE 600 05 727 T2) to use an active high-pass filter (CR filter) with switched capacitors (switched-capaciter-filter) in order to eliminate disturbances from the motor signal to eliminate and determine the speed of the ripple of a DC motor.
  • CR filter active high-pass filter
  • switched capacitors switched-capaciter-filter
  • capacitances are switched by means of a clock signal, so that the filter cutoff frequency changes and a downstream circuit generates a ripple pulse sequence, which also serves as the basis for the generation of the clock signal.
  • the invention has for its object to provide a particularly suitable method for processing a motor signal (motor or armature current, motor voltage) of a DC motor. Also, a disturbance-free as possible, in particular speed-proportional signal should be generated. This should be suitable for determining the position of an adjusting device of a motor vehicle and / or for excess force limitation in a anti-pinch system. Of Furthermore, a suitable device for processing such a motor signal should be specified.
  • the armature current or an armature current signal of the DC motor are detected and used to determine the mutual induction voltage of the DC motor.
  • the motor voltage is additionally detected or a corresponding motor voltage signal generated to determine the mutual induction voltage of the DC motor.
  • a useful signal-in particular speed proportional-is generated from the armature current signal On the basis of the determined mutual induction voltage, a useful signal-in particular speed proportional-is generated from the armature current signal.
  • the armature current signal of the DC motor is a controllable, d. H. supplied with respect to its frequency response or boundary or center frequency determinable filter module.
  • the effective as a variable bandpass frequency filter for example, generated on the basis of the Stromrip- pel contained in the armature current or in a corresponding armature current signal, a speed proportional output signal.
  • a frequency-proportional control signal determined from the mutual induction voltage is supplied to the frequency filter, and a filter input signal is supplied on the signal input side.
  • the filter input signal is derived from the armature current signal containing the current ripple and the motor voltage signal weighted with a low-pass characteristic, preferably with a first-order low-pass functionality.
  • the mutual induction voltage is determined from the detected motor voltage and the product determined from the armature current signal and the armature resistance.
  • the filter input signal is formed from the difference between the armature current signal (Minuend) and a subtrahend derived from a mathematical engine model. This rises in time after switching on or concerns the motor voltage with this to a current value proportional to the product of the reciprocal of the armature or armature winding resistance and the Mo- with a delay (first order), wherein the time constant is given by the induction and the reciprocal of the winding resistance. This behavior corresponds to the function of a first-order low-pass filter.
  • the useful signal is suitably supplied to a low-pass filter.
  • a low-pass filter This can be designed as a digital filter with a fixed cut-off frequency.
  • the corresponding low-pass filter in addition to the attenuation of high-frequency interference, also serves to remove the high-frequency ripple, in accordance with a variant of the invention directed to the over-limit of force.
  • the speed or speed change is used, in particular as input variables of a function module for speed difference determination.
  • the first derivative of the mutual induction voltage is suitably used for the calculation.
  • ripple events ripple events
  • the formation or calculation of the derivative can be carried out or used in such a way that any ripple still present in the signal is removed.
  • the differentiation is suitably not carried out on the basis of two adjacent value pairs, but preferably always at intervals of a number n of ribs, where n corresponds to the number of commutator slots.
  • the useful signal is not supplied directly, but also after previous low-pass filtering as a low-pass filtered control signal.
  • the low-pass filtering of the control signal is used for smoothing it for the frequency tuning and thus for stabilizing the frequency filter designed, for example, as a bandpass filter.
  • the armature current signal is prefiltered in a low pass filter.
  • the responsible for the so-called alias effect high frequency components are attenuated.
  • a corresponding analog Tiefpassfllter is therefore upstream of the further processing of the armature current signal for generating both the filter input signal and the control signal of the frequency filter.
  • the device comprises a device for detecting the profile of the armature current as armature current signal and the motor voltage (motor voltage signal).
  • the device comprises a frequency filter with a signal input and a signal output and with a control input.
  • the control input is preceded by a first function block, which determines a speed-proportional control signal.
  • the signal input of the frequency filter is preceded by a second function block with low-pass function. This signal input-side low-pass function is calculated from the detected motor voltage as well as the self-induction and the mutual induction of the DC motor based on a motor model.
  • the difference is formed from the detected armature current and a signal containing the low-pass function.
  • the filter input signal is proportional to the mutual induction voltage, with the result that interference frequencies generated from the filter input signal, in particular due to inrush current peaks, are filtered out or at least attenuated.
  • Such high-frequency interference components as a result of switching operations, in particular der with inrush current peaks when switching the DC motor, so far lead to significant problems in the filtering of the current ripple during the starting phase of the DC motor or similar high-frequency voltage disturbances.
  • U m is the motor voltage
  • R a x I 3 is the product of armature resistance and armature current of the DC motor
  • L 3 x dl a / dt the self-induction (self-induction voltage) with the winding inductance L 3 and ⁇ E the mutual induction (mutual induction voltage) of the DC motor.
  • the correction or subtraction value of the current waveform subtracted from the armature current signal which corresponds to the product of a factor characterizing the low-pass functionality and the motor voltage, is calculated.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the functional blocks of a device for processing an armature current signal by means of a controllable frequency filter
  • FIG. 3 shows in a diagram according to FIG. 2 the profile of the filter input signal and the filter output signal
  • FIGS. 2 and 3 shows in a diagram according to FIGS. 2 and 3 the course of the unfiltered and a low-pass filtered filter control signal
  • Fig. 5 is a block diagram of a measuring device for detecting
  • the block diagram illustrated in FIG. 1 represents the functionality of a method and a device for determining the current ripple generated in an armature current signal I 3 of a DC motor as a result of its commutation. These current ripples or current ripples are superimposed as an alternating signal component on the DC signal of the DC motor. Since the number of commutator bars of the DC motor is known, can be determined from the number of current ripple per unit time, the engine speed and the position of the motor armature (armature position). The armature position or position in turn corresponds to the position of a driven by the DC motor adjusting element of a motor vehicle.
  • the pane position of a window pane of a motor vehicle which is automatically adjustable by means of a window lifter drive can be precisely determined along its displacement path between an upper closed position and a lower open position by relatively simple means.
  • the information used in this case from the mutual induction voltage can also be used for the excess force limitation (ÜKB), in particular for the realization of a simple and reliable anti-jamming protection.
  • the device 1 comprises an adjustable frequency filter 2, preferably a tunable bandpass, and a measuring device 3 with means for detecting both the armature current or a corresponding armature current signal I a and a - hereinafter referred to as motor voltage U m - motor voltage signal of a DC motor.
  • an adjustable frequency filter 2 preferably a tunable bandpass
  • a measuring device 3 with means for detecting both the armature current or a corresponding armature current signal I a and a - hereinafter referred to as motor voltage U m - motor voltage signal of a DC motor.
  • the frequency / B w of the adjustable bandpass is determined by the relationship:
  • E Um - R a - I 8 (2)
  • E the mutual induction voltage (back EMF)
  • U m is the motor voltage
  • R 3 is the winding resistance of the armature winding of the DC motor
  • I a is the armature current hereinafter referred to as the armature current signal
  • k is an engine constant
  • n is the engine speed.
  • L a dl a / dt indicate the self-induction voltage and E the mutual induction voltage (back EMF), where L a is the winding inductance of the armature winding.
  • the armature current profile I 3 can be determined, where s is the Laplace operator (Laplace transform).
  • a filter input signal I f can be determined by subtraction, which is supplied to a signal input 5 of the frequency filter 2.
  • a (second) function block (function block) 6 with a multiplier 7 and with a subtraction stage 8 upstream of the frequency filter 2 is input on the input side.
  • the detected armature current signal I 3 directly and the motor voltage U m over the multiplier 7, in which a weighting of the measured motor voltage Um with the factor resulting from equation (6)
  • This term corresponds to a low-pass or first-order low-pass functionality and therefore forms a low-pass characteristic factor A.
  • the weighted signal A • U m is subtracted from the detected armature current signal I 3 in the subtraction stage 8 according to equation (7).
  • the difference signal I f1 whose typical course is illustrated in FIGS. 2 and 3 is supplied to the frequency filter 2 as a filter input signal If.
  • the output signal S f which can be tapped on the output side of this (first) functional module 10 is illustrated in FIG. 4.
  • This signal S f is fed to a low-pass filter 14, the output of which also illustrated in Fig. 4
  • Control signal S ' f delivers.
  • This low-pass filtered control signal S ' f is fed to the control input 9 of the filter module 2.
  • the speed-proportional output signal (ripple signal) l r generated as a result of the frequency filtering and which can be tapped off at a signal output 15 of the frequency filter or bandpass filter 2 is illustrated in FIG.
  • FIG. 2 also shows the filter input signal I f (also illustrated in FIG. 1) derived from the mutual induction voltage and thereby low-pass filtered.
  • the current component according to equation (7) is responsible for the motor rotation. It can be seen from the equations (5) to (7) that the mutual induction voltage is unknown and thus not derivable from equation (7). Therefore, the current component is proportional to l s mutual induction voltage. This current component thus also contains no high-frequency inrush current peaks, which would make a reliable filtering of the current ripple from the armature current signal I a extremely difficult or even impossible.
  • the filter module 2 is followed by a function module (digitizing module) 16 for digitizing the output signal l r .
  • the information relating to the (relative) position of an adjusting element of a motor vehicle at a counter output 17 can be tapped off at this digitizing module 16.
  • the inclusion or consideration of the motor voltage U m in the filter input signal I f on the one hand and in the control signal Sf of the filter module 2 on the other hand takes into account the important information on the switching or on state or other, reflecting in the motor voltage U m motor disturbing influences.
  • the additional low-pass filtering of the useful or control signal S f determined in the (first) functional module 10 avoids erroneous tuning of the filter frequency of the bandpass filter 2, so that virtually any existing current ripple is also detected. By means of this low-pass filtering, the control frequency of the control signal S f is smoothed and the filter function of the bandpass filter 2 is stabilized.
  • the filter module 2 thus expediently has a combined adjustable low pass and fixed high pass.
  • the armature current signal I 3 is prefiltered in a low-pass filter (antialiasing filter), so that the high frequency components responsible for the aliasing effect are attenuated.
  • a corresponding analog anti-aliasing filter 18 is arranged downstream for further processing of the armature current signal l a of the measuring device 3 - or incorporated in accordance with Fig. 5 - and upstream of the (second) function module 6.
  • this useful signal S f is supplied to a function module 19.
  • a digital low-pass filter for suppressing the ripple of the DC motor 4 contained in this signal S f in addition to high-frequency interference in the armature current signal I a and in the motor voltage U m is then implemented by a separate filter module or integrated into the low-pass filter 14.
  • this signal Sf can be used as a useful signal for a speed-based transmission and transmission system that already exists, for example.
  • the computational cost of a system with ripple-based position detection and parallel used speed based ÜKB system is significantly reduced.
  • existing speed-based transmission link systems can be easily incorporated into those having a current evaluation.
  • FIG. 5 shows a block diagram of a measuring device 3 for processing the armature current signal I 3 of the DC motor 4.
  • the armature current I a is detected by means of a double relay 20 and two current measuring resistors (shunts) 21 and 22. These are followed by a respective decoupling resistor 23a and 23b, two active filter (filter blocks) 24a and 24b downstream.
  • the active filters 24a and 24b each comprise an operational amplifier 25a, 25b with a downstream low pass 26a or 26b.
  • the circuit principle is that of a filter with multiple negative feedback.
  • the two filters or filter modules 24a, 24b form two measuring or input channels connected in parallel and can be adapted to a specific frequency and a desired gain via the dimensioning of their components.
  • the filters or input channels 24a, 24b thus connected in parallel are logically linked together via an OR gate 27. This results in an arrangement with two input channels and a single output channel 28 for the armature current signal l a .
  • each of the two input channels a largely arbitrary offset Off a , Off b can be coupled.
  • each of the two offsets Off a , Off b can be set to "zero" again.
  • the measuring device 3 is a linked amplifier circuit with two active filters 24a, 24b in the illustrated basic circuit. Offsets Off a and Off b can be coupled into the input channels 24a, 24b and switched off again.
  • the two measuring paths can be evaluated at an AD converter input of the microcontroller. Due to the reduced number of converter channels thus a higher sampling rate of the measuring or armature current signal I 3 is possible. Due to the use of an active filter, a higher-order filter behavior with relatively low component expenditure and simultaneous amplification of the armature current signal I 3 is made possible.
  • each of the individual input channels 24a and 24b is sufficient to represent the armature current in all states.
  • negative currents can also occur in regenerative motor operation.
  • the offsets Off a , Off b are coupled in at the inputs.
  • the two amplifier modules 25a, 25b connected in parallel with the armature current signal l a can be picked up in the form of two discrete channels and processed. However, this should be measured physically at a different point.
  • the unused input can be switched inactive by means of a pin of the microcontroller. Due to the use of any offset Off a, Off b may be in the measured value thus measured, an arbitrarily negative current, and again optionally the via one of the two input channels 24a, 24b commutated value or current waveform to be measured at only one output channel 28th
  • a motor signal l a U m of a DC motor 4, in particular an adjustment of a motor vehicle
  • the armature current I a and the motor voltage U m of the DC motor 4 detected and used to determine the mutual induction voltage E of the DC motor 4.
  • a useful signal S f , S ' f , and / or S n for position detection or for evaluating an excess force limitation is generated from the armature current signal l a .

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Abstract

Zur Verarbeitung eines Motorsignals (Ia, Um) eines Gleichstrommotors (4), insbesondere eines Verstellantriebs eines Kraftfahrzeugs, werden der Ankerstrom (la) und die Motorspannung (Um) des Gleichstrommotors (4) erfasst und zur Ermittlung der Gegeninduktionsspannung (E) des Gleichstrommotors (4) herangezogen, wobei anhand der ermittelten Gegeninduktionsspannung (E) aus dem Ankerstromsignal (Ia) ein - insbesondere drehzahlproportionales - Nutzsignal (Sf,SÜKB) zur Positionserfassung und/oder zur Bewertung einer Überschusskraftbegrenzung erzeugt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung eines Stromrippel aufweisenden Motorsignals eines Gleichstrommotors
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines Motorsignals eines Gleichstrommotors, mit einem steuerbaren Frequenzfilter, der anhand der im Ankerstrom des Gleichstrommotors enthaltenen Welligkeiten (Stromrippel) ein drehzahlproportionales Ausgangssignal erzeugt.
Ein auch als Kommutatormotor bezeichneter Gleichstrommotor ist ein permanent erregter Elektromotor, dessen Motor- oder Ankerstrom infolge der Kommutierung einen auch als Stromwelligkeit oder Stromrippel bezeichneten Wechselstromanteil enthält, der einem Gleichstromanteil überlagert ist. Ein solcher Gleichstrommotor wird insbesondere auch bei einem Verstellantrieb, beispielsweise bei einem Fensterheber-, Schiebedach- oder Heckklappenantrieb, eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. In dieser Anwendung ist es von erheblicher Bedeutung, mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Ermittlung der Motor- oder Ankerstellung und damit eine präzise Positionsbestimmung des motorisch angetriebenen Verstellteils (Stellelement) zu ermöglichen.
Die Häufigkeit der Stromrippel ist abhängig von der Anzahl der Kommutator- oder Kollektorlamellen des Motorankers. Somit kann aus der Anzahl der Stromrippel in einem Zeitintervall sowohl auf die Drehstellung des Motors - und damit auf die Position eines hiervon angetriebenen Verstellteils - als auch anhand der Frequenz (Rippelfrequenz) des Stromrippelsignals auf die Motordrehzahl geschlossen werden. Dem Motorsignals und damit dem die Stromrippel enthaltenden Nutzsignal sind jedoch insbesondere hochfrequente Störsignale überlagert. Auch vergleichsweise niederfrequente Störungen, die sich auf den Verlauf des dem Stromrippel unterlagerten Gleichsignalanteils auswirken und im Wesentlichen auf den betriebsbedingt schwankenden Kraft- oder Drehmomentverlauf des Motors zurückzuführen sind, sind bei einer Auswertung der Stromrippel zu berücksichtigen. Bei einer aus der DD 254 254 A1 bekannten Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer drehzahlproportionalen Impulsfolge bei Gleichstrom-Kommutatormotoren wird ein an einem Strom-Spannungs-Wandler in Form eines ohmschen Widerstandes abgegriffenes Motorsignal einem spannungsgesteuerten Hochpassfilter und einem nachgeschalteten spannungsgesteuerten Tiefpassfilter zur Realisierung eines schmalbandigen Bandpasses zugeführt, an dessen Ausgang eine drehzahlproportionale Impulsfolge erzeugt wird.
Aus der US 4,924,166 ist es darüber hinaus bekannt, zur Bearbeitung der im Ankerstrom eines Gleichstrommotors erzeugten Stromrippel als steuerbaren Filter eine Phasenregelschleife (phase locked loop) mit einem Phasenvergleicher und einem diesem über einen Tiefpass nachgeschalteten steuerbaren Oszillator (VCO) einzusetzen. Dem Phasenvergleicher wird eingangsseitig das tiefpassgefil- terte Motorsignal zugeführt, während dessen Oszillator mit einem aus der elektromotorischen Kraft (EMK) abgeleiteten Signal angesteuert wird. Dem Signaleingang der Phasenregelschleife wird hierzu über einen Tiefpassfilter das an einem Shunt abgegriffene Ankerstromsignal direkt zugeführt, während das Steuersignal für den Oszillator der Phasenregelschleife aus der Differenz zwischen der Motorspannung und dem Produkt aus dem Ankerwiderstand und dem Ankerstrom als so genanntes back-e.m.f.-Signal (back electromotive force oder Gegeninduktionsspannung) zugeführt wird.
Die Ansteuerung eines einstellbaren Bandpassfilters anhand der induzierten Gegenspannung (EMK-Spannung), die aus der erfassten Motorspannung und dem erfassten Ankerstrom ermittelten wird, ist auch aus der DE 195 11 307 C1 bekannt. Ansonsten wird bei diesem bekannten Verfahren die Frequenzfilterung durch eine Abschätzung der aktuellen Nutzfrequenz (Rippelfrequenz) des Ankerstromsignals derart eingestellt, dass das Durchlassfrequenzband die Nutzfrequenz umfasst sowie oberhalb und/oder unterhalb der Störfrequenzen liegt. Aus dem derart gefilterten Signal werden die relativen Extremwerte (Minimum- und Maximum-Auswertung) ermittelt. Auch bei einem aus der DE 198 34 108 A1 bekannten Verfahren zur Bestimmung der Anzahl von Motorumdrehungen bei Elektromotoren aus Stromrippeln wird zur Beseitigung hochfrequenter Störungen das Motorstromsignal zunächst einem Tiefpass zugeführt. Die Stromrippel werden wiederum anhand von berechneten Differenzwerten zwischen aufeinander folgenden Minimal- und Maximalwerten des tiefpassgefilterten Motorstromsignals ermittelt.
Bei einer aus der EP 0 579 015 B1 bekannten Schaltungsanordnung zur Erfassung einer drehzahlproportionalen Impulsfolge für einen Gleichstromkommutatormotor ist ein frequenzselektives Filter mit einer entsprechend der Motordrehzahl veränderlichen Grenzfrequenz vorgesehen. Dabei liegt die untere Frequenz bei praktisch unveränderter Motordrehzahl deutlich unter, bei Änderung der Drehzahl jedoch etwa im Bereich der Impulsfolge. Damit soll es möglich sein, vorrübergehend ein differenzierendes Verhalten des Bandpasses während Drehzahländerungen zu erreichen und damit auch während dieser Änderungen die Drehlage des Gleichstromkommutatormotors exakt zu bestimmen.
Um einen Frequenzfilter variabel zu gestalten, ist es aus der EP 1 037 052 B1 (DE 600 05 727 T2) bekannt, ein aktives Hochpassfilter (CR-Filter) mit geschalteten Kapazitäten (switched-capaciter-Filter) einzusetzen, um Störungen aus dem Motorsignal zu beseitigen und die Drehzahl aus der Welligkeit eines Gleichstrommotors zu bestimmen. Hierzu werden Kapazitäten mittels eines Taktsignals geschaltet, so dass sich die Filter-Eckfrequenz ändert und ein nachgeordneter Schaltkreis eine Welligkeitsimpulsfolge erzeugt, die auch als Grundlage für die Erzeugung des Taktsignals dient.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Verarbeitung eines Motorsignals (Motor- bzw. Ankerstrom, Motorspannung) eines Gleichstrommotors anzugeben. Auch soll ein möglichst störungsfreies, insbesondere drehzahlproportionales Signal erzeugt werden. Dieses soll zur Positionsbestimmung für eine Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Überschusskraftbegrenzung in einem Einklemmschutzsystem geeignet sein. Des Weiteren solle eine geeignete Vorrichtung zur Verarbeitung eines solchen Motorsignals angegeben werden.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hierzu werden der Ankerstrom bzw. ein Ankerstromsignal des Gleichstrommotors erfasst und zur Ermittlung der Gegeninduktionsspannung des Gleichstrommotors herangezogen. Zudem wird zur Ermittlung der Gegeninduktionsspannung des Gleichstrommotors zusätzlich die Motorspannung erfasst bzw. ein entsprechendes Motorspannungssignal erzeugt. Anhand der ermittelten Gegeninduktionsspannung wird aus dem Ankerstromsignal ein - insbesondere drehzahlproportionales - Nutzsignal erzeugt.
Gemäß einer Variante der Erfindung wird das Ankerstromsignal des Gleichstrommotors einem steuerbaren, d. h. hinsichtlich dessen Frequenzgang bzw. Grenzoder Mittenfrequenz bestimmbaren Filterbaustein zugeführt. Das beispielsweise als veränderlicher Bandpass wirksame Frequenzfilter erzeugt anhand der im Ankerstrom bzw. in einem entsprechenden Ankerstromsignal enthaltenen Stromrip- pel ein drehzahlproportionales Ausgangssignal.
Dem Frequenzfilter wird steuerseitig ein aus der Gegeninduktionsspannung ermitteltes drehzahlproportionales Steuersignal und signaleingangsseitig ein Filtereingangssignal zugeführt. Das Filtereingangssignal ist aus dem die Stromrippel enthaltenden Ankerstromsignal und dem mit einer Tiefpasscharakteristik, vorzugsweise mit einer Tiefpassfunktionalität erster Ordnung, gewichteten Motorspannungssignal abgeleitet.
Die Gegeninduktionsspannung wird aus der erfassten Motorspannung und dem aus dem Ankerstromsignal und dem Ankerwiderstand ermittelten Produkt bestimmt. Das Filtereingangssignal ist aus der Differenz zwischen dem Ankerstromsignal (Minuend) und einem aus einem mathematischen Motormodell abgeleiteten Subtrahend gebildet. Dieser steigt zeitlich nach dem Einschalten bzw. Anliegen der Motorspannung mit dieser auf einen Stromwert an, der proportional zum Produkt aus dem Kehrwert des Anker- oder Ankerwicklungswiderstandes und der Mo- torspannung mit einer Verzögerung (erster Ordnung) ist, wobei die Zeitkonstante durch die Induktion und den Kehrwert des Wicklungswiderstandes gegeben ist. Dieses Verhalten entspricht der Funktion eines Tiefpassfilters erster Ordnung.
Das Nutzsignal wird geeigneterweise einem Tiefpassfilter zugeführt. Dieser kann als digitales Filter mit fester Grenzfrequenz ausgeführt sein. Der entsprechende Tiefpass dient gemäß einer auf die Überkraftbegrenzung gerichteten Variante der Erfindung zusätzlich zur Dämpfung von hochfrequenten Störungen auch zur Entfernung der hochfrequenten Rippel.
Für eine (Drehzahl-)Überschusskraftbegrenzung (Drehzahl-ÜKB) wird die Drehzahl- oder Geschwindigkeitsänderung herangezogen, insbesondere als Eingangsgrößer eines Funktionsbausteins zur Drehzahldifferenzermittlung. Zur Berechnung dient geeigneterweise die erste Ableitung der Gegeninduktionsspannung. Auch kann durch eine geeignete Auswertung von Rippelereignissen (Rippel-Events) die Bildung oder Berechnung der Ableitung derart ausgeführt bzw. genutzt werden, dass im Signal eventuell noch vorhandene Rippel entfernt werden.
Hierzu wird geeigneterweise die Differenzierung nicht anhand zweier benachbarter Wertepaare, sondern vorzugsweise stets im Abstand einer Anzahl n von Rip- peln durchgeführt, wobei n der Anzahl der Kommutatornuten entspricht. Für einen Abtastwert gilt dann:
u\ = Erψple n sm{2πft) + E}
"2 = E rΨple_n ^(2.7$ + ψ) + E2 fiirφ = 2πn ΔE = u2 -wl ΔE = E2 - E1
Hierdurch werden die durch den Wechselanteil der Rippel bedingten Schwankungen der Gegeninduktionsspannung Ε entfernt.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Variante zur Verarbeitung des Motor- bzw. Ankerstromsignals für eine Positionsbestimmung mit einem steuerbaren Fre- quenzfilter wird diesem das Nutzsignal nicht direkt, sondern ebenfalls nach vorheriger Tiefpassfilterung als tiefpassgefiltertes Steuersignal zugeführt. Die Tiefpassfilterung des Steuersignals dient zu dessen Glättung für die Frequenzabstimmung und damit zur Stabilisierung des beispielsweise als Bandpassfilter ausgeführten Frequenzfilters.
Geeigneterweise wird das Ankerstromsignal in einem Tiefpassfllter vorgefiltert. Hierdurch werden die für den so genannten Alias-Effekt verantwortlichen hohen Frequenzanteile gedämpft. Ein entsprechendes analoges Tiefpassfllter ist demnach der weiteren Verarbeitung des Ankerstromsignals zur Erzeugung sowohl des Filtereingangssignals als auch des Steuersignals des Frequenzfilters vorgeordnet.
Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
So umfasst die Vorrichtung insbesondere eine Einrichtung zur Erfassung des Verlaufs des Ankerstroms als Ankerstromsignal und der Motorspannung (Motorspannungssignal). Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Frequenzfilter mit einem Signaleingang und einem Signalausgang sowie mit einem Steuereingang. Dem Steuereingang ist ein erster Funktionsbaustein vorgeordnet, der ein drehzahlproportionales Steuersignal ermittelt. Dem Signaleingang des Frequenzfilters ist ein zweiter Funktionsbaustein mit Tiefpassfunktion vorgeordnet. Diese signal- eingangsseitige Tiefpassfunktion wird aus der erfassten Motorspannung sowie aus der Selbstinduktion und der Gegeninduktion des Gleichstrommotors anhand eines Motormodells berechnet.
Zur Ermittlung des Filtereingangssignals wird die Differenz aus dem erfassten Ankerstrom und einem die Tiefpassfunktion enthaltenden Signal gebildet. Das Filtereingangssignal ist hierbei proportional zur Gegeninduktionsspannung mit der Folge, dass aus dem Filtereingangssignal insbesondere aufgrund von Einschaltstromspitzen erzeugte Störfrequenzen herausgefiltert oder zumindest gedämpft sind. Derartige hochfrequente Störanteile infolge von Schaltvorgängen, insbeson- dere mit Einschaltstromspitzen beim Schalten des Gleichstrommotors, führen bislang zu erheblichen Problemen bei der Filterung der Stromrippel während der Startphase des Gleichstrommotors oder bei ähnlichen hochfrequenten Spannungsstörungen.
Die Funktionalität des dem steuerbaren Frequenzfϊlter signalseitig vorgeordneten zweiten Funktionsbausteins ist geeigneterweise die Funktionalität eines Tiefpassfilters erster Ordnung, die aus dem mathematischen Motormodell anhand der elektrischen Gleichung des Gleichstrommotors gemäß der Beziehung Um = Ra x la + La x dla/dt + E abgeleitet ist. Dabei sind Um die Motorspannung, Ra x I3 das Produkt aus Ankerwiderstand und Ankerstrom des Gleichstrommotors, L3 x dla/dt die Selbstinduktion (Selbstinduktionsspannung) mit der Wicklungsinduktivität L3 und ΔE die Gegeninduktion (Gegeninduktionsspannung) des Gleichstrommotors. Aus dieser Beziehung berechnet sich der Korrektur- oder Subtraktionswert des vom Ankerstromsignal subtrahierten Stromverlaufs, der dem Produkt aus einem die Tiefpassfunktionalität charakterisierenden Faktor und der Motorspannung entspricht.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in einem Blockschaltbild schematisch die Funktionsblöcke einer Vorrichtung zur Verarbeitung eines Ankerstromsignals mittels eines steuerbaren Frequenzfilters,
Fig. 2 in einem Strom-Zeit-Diagramm den Differenzverlauf zwischen dem
Ankerstromsignal und einem Korrekturverlauf mit Tiefpasscharakteristik,
Fig. 3 in einem Diagramm gemäß Fig. 2 den Verlauf des Filtereingangssignals und des Filterausgangssignals,
Fig. 4 in einem Diagramm gemäß den Fig. 2 und 3 den Verlauf des ungefilterten und eines tiefpassgefilterten Filtersteuersignals, und
Fig. 5 in einem Blockschaltbild eine Messeinrichtung zur Erfassung und
Vorverarbeitung eines Motor- bzw. Ankerstromsignals. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in Fig. 1 veranschaulichte Blockschaltbild repräsentiert die Funktionalität eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Ermittlung der in einem Ankerstromsignal I3 eines Gleichstrommotors infolge dessen Kommutierung erzeugten Stromrip- pel. Diese Stromrippel oder Stromwelligkeiten sind als Wechselsignalanteil dem Gleichstromsignal des Gleichstrommotors überlagert. Da die Anzahl der Kommutatorlamellen des Gleichstrommotors bekannt ist, lässt sich aus der Anzahl der Stromrippel pro Zeiteinheit die Motordrehzahl und die Stellung des Motorankers (Ankerposition) bestimmen. Die Ankerposition oder -Stellung wiederum korrespondiert mit der Position eines vom Gleichstrommotor angetriebenen Verstellelementes eines Kraftfahrzeuges. Somit lässt sich mit relativ einfachen Mitteln beispielsweise die Scheibenposition einer mittels eines Fensterheberantriebs automatisch verstellbaren Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs entlang deren Verstellweg zwischen einer oberen Schließstellung und einer unteren Offenstellung genau bestimmen. Die dabei aus der Gegeninduktionsspannung verwendeten Informationen können auch zur Überschusskraftbegrenzung (ÜKB), insbesondere zur Realisierung eines einfachen und zuverlässigen Einklemmschutz, herangezogen werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen einstellbaren Frequenzfilter 2, vorzugsweise einen abstimmbaren Bandpass, sowie eine Messeinrichtung 3 mit Mitteln zur Erfassung sowohl des Ankerstroms bzw. eines entsprechenden Ankerstromsignals la als auch eines - nachfolgend als Motorspannung Um bezeichneten - Motorspannungssignals eines Gleichstrommotors 4.
Die Frequenz /Bw des einstellbaren Bandpasses ist bestimmt durch die Beziehung:
/Bw = n = k E (1), mit
E = Um - Ra - I8 (2) Dabei sind E die Gegeninduktionsspannung (Gegen-EMK; engl, back-emf), Um die Motorspannung, R3 der Wicklungswiderstand der Ankerwicklung des Gleichstrommotors, la der nachfolgend als Ankerstromsignal bezeichnete Ankerstrom, k eine Motorkonstante, und n die Motordrehzahl.
Die nachfolgende Gleichung (3) beschreibt das mathematische Modell des Gleichstrommotors.
U1n =Rn-I0 +L0-^ + E (3)
In Gleichung (3) geben die Terme La • dla/dt die Selbstinduktionsspannung und E die Gegeninduktionsspannung (Gegen-EMK) an, wobei La die Wicklungsinduktivität der Ankerwicklung ist.
Hieraus kann gemäß den nachfolgenden Gleichungen (4) bis (5) der Ankerstromverlauf I3 ermittelt werden, wobei s der Laplace-Operator (Laplace-Transforma- tion).
dl
± = ±(Um-E-R.-Ia) (4) dt
La^- = (um-ε)-Ra-ia (4.1)
L dI" ■Ia ={Um-E) (4.2)
L° dt d — «• S (4.3) dt dl
>sla (4.4) dt
(4.5)
(V + (4.6)
Figure imgf000012_0001
I7= Ia - U (7)
In der Gleichung (5) ist zwar der Term E (Gegen-EMK) unbekannt. Jedoch kann erkanntermaßen diejenige Stromkomponente, die direkt von der angelegten Motorspannung Um erhalten wird, ermittelt werden gemäß der Beziehung nach Gleichung (6).
Anhand der Gleichung (6) ist erkennbar, dass die angelegte (anliegende) Motorspannung Um im Gleichgewichtszustand zu einem nachfolgend auch als Korrektursignal bezeichneten Signalverlauf (Schalt- oder Einschaltstromsignal) le gemäß der Beziehung le = Um/Ra mit der Verzögerung (erster Ordnung) und der Zeitkonstanten Ta = La/Ra führt. Dies entspricht der Filtercharakteristik eines Tiefpassfilters erster Ordnung.
Gemäß der Beziehung nach Gleichung (7) lässt sich durch Differenzbildung ein Filtereingangssignal If ermitteln, dass einem Signaleingang 5 des Frequenzfilters 2 zugeführt wird. Hierzu ist ein (zweiter) Funktionsbaustein (Funktionsblock) 6 mit einem Multiplizierer 7 und mit einer Subtraktionsstufe 8 dem Frequenzfilter 2 sig- naleingangsseitig vorgeordnet. Im Funktionsbaustein 6 werden der Subtraktionsstufe 8 das erfasste Ankerstromsignal I3 direkt und die Motorspannung Um über den Multiplizierer 7 zugeführt, in dem eine Wichtung der gemessenen Motorspannung Um mit dem aus Gleichung (6) resultierenden Faktor
A = V4
(1 + rfJJθ
erfolgt. Dieser Term entspricht einem Tiefpass bzw. einer Tiefpassfunktionalität erster Ordnung und bildet daher einen tiefpasscharakteristischen Faktor A. Das gewichtete Signal A • Um wird in der Subtraktionsstufe 8 gemäß Gleichung (7) vom erfassten Ankerstromsignal I3 subtrahiert. Das Differenzsignale If1 dessen typischer Verlauf in den Figuren 2 und 3 veranschaulicht ist, wird dem Frequenzfilter 2 als Filtereingangssignal If zugeführt.
Das einem Steuereingang 9 des Filterbausteins 2 zu dessen Frequenzbestimmung bzw. Grenz- oder Mittenfrequenzeinstellung zugeführte Nutz- oder Steuersignal Sf (back-emf-signal) wird gemäß der Beziehung nach den Gleichungen (1 ) bis (2), insbesondere nach der nach der Gegeninduktionsspannung E umgestellten Gleichung (3) gemäß der Beziehung E = Um - R3 x la + U x dla/dt durch Differenzbildung in einem weiteren (ersten) Funktionsbaustein 10 ermittelt, dem ebenfalls sowohl das Ankerstromsignal la als auch die Motorspannung Um zugeführt sind.
Der Funktionsbaustein 10 umfasst wiederum eine Subtraktionsstufe 11. Zur Multiplikation sowohl der Motorspannung Um mit dem Faktor p/K als auch des Ankerstromsignal la mit den Faktoren p/K bzw. p/k • R3 gemäß den Beziehungen Sf = fβw = n • p = k • E und analog zu den Gleichungen (1 ) und (2) folgend Sf = p/k • Um - p/k • R3 • la sind jeweils ein Multiplizierer 12, 13 vorgesehen. Dabei ist p die Poloder Kommutatorlamellen- bzw. -nutenzahl des Motors 4.
Das an diesem (ersten) Funktionsbaustein 10 ausgangsseitig abgreifbare Ausgangssignal Sf ist in Fig. 4 veranschaulicht. Dieses Signal Sf wird einem Tiefpassfilter 14 zugeführt, der ausgangsseitig das in Fig. 4 ebenfalls veranschaulichte Steuersignal S'f liefert. Dieses tiefpassgefilterte Steuersignal S'f wird dem Steuereingang 9 des Filterbausteins 2 zugeführt.
Das infolge der Frequenzfilterung generierte und an einem Signalausgang 15 des Frequenzfilters oder Bandpasses 2 abgreifbare drehzahlproportionale Ausgangssignal (Rippelsignal) lr ist in Fig. 2 veranschaulicht. Fig. 2 zeigt zudem das (auch in Fig. 1 veranschaulichte) aus der Gegeninduktionsspannung abgeleitete und dabei tiefpassgefilterte Filtereingangssignal If.
Die Stromkomponente gemäß Gleichung (7) ist für die Motordrehung verantwortlich. Aus den Gleichungen (5) bis (7) ist erkennbar, dass die Gegeninduktionsspannung unbekannt und somit aus Gleichung (7) nicht ableitbar ist. Daher ist die Stromkomponente ls proportional zur Gegeninduktionsspannung. Diese Stromkomponente enthält somit auch keine hochfrequenten Einschaltstromspitzen, die eine zuverlässige Filterung der Stromrippel aus dem Ankerstromsignal la äußerst schwierig oder sogar unmöglich machen würde.
Zudem ist erkennbar, dass die Komponenten lf praktisch bis zu demjenigen Zeitpunkt null ist, zu dem der Gleichstrommotor 4 die Haftreibung (static friction) überwunden hat. Dies ist ebenfalls aus Fig. 1 erkennbar. Diese Tatsache sowie der Aspekt, dass die Motorspannung Um im Filtereingangssignal If und somit in der Filteroperation des Filterbausteins 2 enthalten ist, erhöht die Genauigkeit der Rip- pelzählung beim sogenannten ripple-counting. Hierzu ist dem Filterbaustein 2 ein Funktionsbaustein (Digitalisierungsbaustein) 16 zur Digitalisierung des Ausgangssignals lr nachgeschaltet. An diesem Digitalisierungsbaustein 16 ist ausgangssei- tig die Information bezüglich der (relativen) Position eines Verstellelementes eines Kraftfahrzeugs an einem Zählerausgang 17 abgreifbar.
Die Einbindung oder Berücksichtigung der Motorspannung Um in das Filtereingangssignal If einerseits sowie in das Steuersignal Sf des Filterbausteins 2 andererseits berücksichtigt die wichtigen Informationen zum Schalt- bzw. Einschaltzustand oder anderen, sich in der Motorspannung Um widerspiegelnden Motorstöreinflüssen. Die zusätzliche Tiefpassfilterung des in dem (ersten) Funktionsbaustein 10 ermittelten Nutz- oder Steuersignals Sf vermeidet eine fehlerhafte Abstimmung der Filterfrequenz des Bandpassfilters 2, so dass praktisch jeder vorhandene Stromrip- pel auch erfasst wird. Durch diese Tiefpassfilterung wird die Steuerfrequenz des Steuersignals Sf geglättet und die Filterfunktion des Bandpassfilters 2 stabilisiert.
Anstelle einer klassischen Bandpassfunktionalität des Filterbausteins 2 kann dieser auch mit einem Hochpassfilter und mit einem Tiefpassfilter derart aufgebaut sein, dass die Grenzfrequenz der Hochpassfunktionalität praktisch unverändert oder statisch ist, während lediglich die (obere) Grenzfrequenz der Tiefpasscharakteristik anhand des Steuersignals S'f veränderlich ist. Der Filterbaustein 2 weist somit zweckmäßigerweise einen kombinierten einstellbaren Tiefpass und festen Hochpass auf.
Das Ankerstromsignal I3 wird in einem Tiefpassfilter (Antialiasing-Filter) vorgefiltert, so dass die für den Alias-Effekt verantwortlichen hohen Frequenzanteile gedämpft werden. Ein entsprechendes analoges Antialiasing-Filter 18 ist zur weiteren Verarbeitung des Ankerstromsignals la der Messeinrichtung 3 nachgeordnet - oder gemäß Fig. 5 in diese integriert - sowie dem (zweiten) Funktionsbaustein 6 vorgeordnet.
Zur Aufbereitung des Signals (Nutzsignal) Sf für eine Überschusskraftbegrenzung, insbesondere zur Verwendung in einem Einklemmschutzsystem, wird dieses Nutzsignal Sf einem Funktionsbaustein 19 zugeführt. Ein digitales Tiefpassfilter zur Unterdrückung der in diesem Signal Sf enthaltenen Rippel des Gleichstrommotors 4 zusätzlich zu hochfrequenten Störungen im Ankerstromsignal la und in der Motorspannung Um ist dann durch einen separaten Filterbaustein realisiert oder in den Tiefpassfilter 14 integriert. Durch eine nachfolgende Differenzierung der Gegeninduktionsspannung mittels des entsprechenden Funktionsbausteins 19 werden durch den Wechselanteil des Rippeis im Signal Sf enthaltene Schwankungen der Gegeninduktionsspannung E entfernt, so dass am Funktionsbaustein 19 ausgangsseitig ein gewünschtes drehzahlproportionales Nutz- oder UKB- Signal Sn für eine ÜKB-Bewertung abgreifbar ist. Durch die Berechnung der Gegeninduktionsspannung E kann somit ein drehzahlproportionales Signal aus dem Ankerstromsignal I3 abgeleitet werden, dass einerseits zur vergleichsweise exakten Filterung der zu Positionserfassung zu detektie- renden Stromrippel lr durch eine entsprechend optimale Nachführung der Filterfrequenz des Filterbausteins 2 herangezogen werden kann. Andererseits kann dieses Signal Sf als Nutzsignal für ein beispielsweise bereits vorhandenes drehzahlbasiertes ÜKB-System herangezogen werden. Hierdurch ist der Rechenaufwand eines Systems mit rippelbasierter Positionserfassung und parallel hierzu eingesetztem drehzahlbasiertem ÜKB-System erheblich reduziert. Dadurch können vorhandene drehzahlbasierte ÜKB-Systeme in solche mit einer Stromauswertung in einfacher Weise übernommen werden.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Messeinrichtung 3 zur Aufbereitung des Ankerstromsignals I3 des Gleichstrommotors 4. Prinzipiell wird hierbei der Ankerstrom la mittels eines Doppelrelais 20 und zwei Strommesswiderständen (Shunts) 21 und 22 erfasst. Diesen sind über jeweils einen Entkopplungswiderstand 23a bzw. 23b zwei aktive Filter (Filterbausteine) 24a und 24b nachgeordnet. Die aktiven Filter 24a und 24b umfassen jeweils einen Operationsverstärker 25a, 25b mit nachgeschaltetem Tiefpass 26a bzw. 26b. Das Schaltungsprinzip ist das eines Filters mit mehrfacher Gegenkopplung.
Die beiden Filter bzw. Filterbausteine 24a, 24b bildenden zwei parallel geschaltete Mess- oder Eingangskanäle und sind über die Dimensionierung deren Bauteile auf eine bestimmte Frequenz und eine gewünschte Verstärkung adaptierbar. Die somit parallel geschalteten Filter bzw. Eingangskanäle 24a, 24b sind über ein ODER-Glied 27 logisch miteinander verknüpft. Hierdurch ergibt sich eine Anordnung mit zwei Eingangskanälen und einem einzigen Ausgangskanal 28 für das Ankerstromsignal la.
In jedem der beiden Eingangskanäle kann ein weitestgehend beliebiger Offset Offa, Offb eingekoppelt werden. Durch die Verwendung von zwei zusätzlichen Digi- tal-IOs eines Mikrokontrollers kann jeder der beiden Offsets Offa, Offb erneut auf „Null" gesetzt werden.
Insgesamt ist somit die Messeinrichtung 3 eine verknüpfte Verstärkerschaltung mit zwei aktiven Filtern 24a, 24b in der dargestellten Grundschaltung. In die Eingangskanäle 24a, 24b können Offsets Offa bzw. Offb eingekoppelt und wieder abgeschaltet werden.
Aufgrund der analogen Verknüpfung der Eingangskanäle (eingangsseitigen Messkanäle oder -pfade) 24a, 24b können die beiden Messpfade an einem AD- Wandler-Eingang des Mikrokontrollers ausgewertet werden. Durch die gesunkene Anzahl an Wandlerkanälen ist somit eine höhere Abtastrate des Mess- bzw. Ankerstromsignal I3 möglich. Aufgrund der Verwendung eines aktiven Filters ist ein Filterverhalten höherer Ordnung mit relativ geringem Bauteileaufwand sowie einer gleichzeitigen Verstärkung des Ankerstromsignal I3 ermöglicht.
Systembedingt ist zwar jeder der einzelnen Eingangskanäle 24a und 24b ausreichend, um den Ankerstrom in allen Zuständen darzustellen. Jedoch können auch im generatorischen Motorbetrieb negative Ströme auftreten. Um diese Zustände über die dargestellte Messschaltung der Messvorrichtung 3 erfassen zu können, werden an den Eingängen die Offsets Offa, Offb eingekoppelt. Obwohl die beiden Verstärkerbausteine 25a, 25b parallelgeschaltet sind, kann das Ankerstromsignal la in Form von zwei diskreten Kanälen abgegriffen und verarbeitet werden. Hierbei sollte allerdings physikalisch an einem anderen Punkt gemessen werden.
Da im dargestellten Messsystem der Messvorrichtung 3 jeweils nur eine der beiden Eingangspfade 24a, 24b ein gültiges Signal aufweisen kann, kann der nicht verwendete Eingang mit Hilfe eines Pins des Mikrokontrollers inaktiv geschaltet werden. Aufgrund der Verwendung eines beliebigen Offsets Offa, Offb im Messwert kann somit ein beliebig negativer Strom gemessen und wiederum wahlweise der über einen der beiden Eingangskanäle 24a, 24b geführten Stromwert bzw. Stromverlauf an nur einem Ausgangskanal 28 gemessen werden. Zur Verarbeitung eines Motorsignals la, Um eines Gleichstrommotors 4, insbesondere eines Verstellantriebs eines Kraftfahrzeugs, werden gemäß der Erfindung der Ankerstrom la und die Motorspannung Um des Gleichstrommotors 4 erfasst und zur Ermittlung der Gegeninduktionsspannung E des Gleichstrommotors 4 herangezogen. Anhand der ermittelten Gegeninduktionsspannung E wird aus dem Ankerstromsignal la ein - insbesondere drehzahlproportionales - Nutzsignal Sf, S'f, und/oder Sn zur Positionserfassung bzw. zur Bewertung einer Überschusskraftbegrenzung erzeugt.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Bandpass-/Frequenzfilter
3 Messeinrichtung
4 Gleichstrommotor
5 Signaleingang
6 (zweiter) Funktionsbaustein
7 Multiplizierer
8 Subtraktionsstufe
9 Steuereingang
10 (erster) Funktionsbaustein
11 Subtraktionsstufe
12 Multiplizierer
13 Multiplizierer
14 Tiefpassfilter
15 Signalausgang
16 Funktions-/Digitalisierungsbaustein
17 Zählerausgang
18 Tiefpass-/Antialising-Filter
19 Funktionsbaustein
20 Doppelrelais
21 Strommesswiderstand/Shunt
22 Strommesswiderstand/Shunt
23a, b Entkopplungswiderstand
24a, b Filter/Eingangskanal
25a, b Operationsverstärker
26a, b Tiefpass
27 ODER-Glied
28 Ausgangskanal
Ia Ankerstrom/-signal
If Filtereingangssignal Ir Filterausgangssignal
Sf Steuer-/Nutzsignal
Sf Steuersignal
Sn Nutz-/ÜKB-Signal
Um Motorspannung/-spannungssignal

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Verarbeitung eines Motorsignals (I3, Um) eines Gleichstrommotors (4), insbesondere eines Verstellantriebs eines Kraftfahrzeugs, bei dem der Ankerstrom bzw. ein Ankerstromsignal (I3) und die Motorspannung (Um) des Gleichstrommotors (4) erfasst und zur Ermittlung der Gegeninduktionsspannung (E) des Gleichstrommotors (4) herangezogen werden, und bei dem anhand der ermittelten Gegeninduktionsspannung (E) aus dem Ankerstromsignal (U) ein - insbesondere drehzahlproportionales - Nutzsignal (Sf1SuKB) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerstromsignal (I3) einem steuerbaren Frequenzfilter (2) zugeführt wird, das ein drehzahlproportionales Ausgangssignal (lr) erzeugt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Frequenzfilter (2) ein aus der Gegeninduktionsspannung (E) ermitteltes Steuersignal (S'f) zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Frequenzfilter (2) ein aus dem Ankerstromsignal (I3) und aus der Motorspannung (Um) abgeleitetes Filtereingangssignal (If) zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegeninduktionsspannung (E) aus der erfassten Motorspannung (Um) und dem Produkt aus dem erfassten Ankerstromsignal (U) und dem Ankerwiderstand (R3) ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorspannung (Um) mit einem tiefpasscharakteristischen Faktor (A) gewichtet und daraus ein Korrektursignal (le) abgeleitet wird, wobei das Filtereingangssignal (If) aus der Differenz des Ankerstromsignals (la) und dem Korrektursignal (le) Motorspannung () erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutzsignal (Sf) einem Tiefpassfilter (14) zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem steuerbaren Frequenzfilter (2) ein tiefpassgefiltertes Steuersignal (S'O zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerstromsignal (la) in einem Tiefpassfilter (17) vorgefiltert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerstromsignal (la) mittels zwei Stromerfassungsgliedem (21 ,22) erfasst und einem Filterbaustein mit zwei, vorzugsweise logisch verknüpften, Eingangskanälen (24a,24b) und einem einzelnen Ausgangskanal (28) zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Eingangskanäle (24a, 24b) aus zwei, insbesondere parallel geschalteten und/oder aktiven, Filtern gebildet werden.
12. Vorrichtung (1 ) zur Verarbeitung eines Ankerstromsignals (la) eines Gleichstrommotors (4), insbesondere eines Verstellantriebs eines Kraftfahrzeugs, mit einer Messeinrichtung (3) zur Erfassung eines Ankerstromsignal (I3) und des Motorstroms bzw. eines Motorspannungssignal (Um) des Gleichstrommotors (2), und mit einem (ersten) Funktionsbaustein (10) zur Ermittlung eines - insbesondere drehzahlproportionalen - Nutzsignals (Sf) aus der Gegeninduktionsspannung (E) des Gleichstrommotors (4).
13. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 12, mit einem steuerbaren Frequenzfilter (2) mit einem Steuereingang (9) und mit einem Signaleingang (5) sowie mit einem Signalausgang (15), wobei an Steuereingang (9) das drehzahlproportionale Nutzsignal (Sf) als Steuersignal (S'f) und an den Signaleingang (5) ein aus dem Ankerstromsignal (I3) und der Motorspannung (Um) abgeleitetes Filtereingangssignal (If) geführt sind, und wobei am Signalausgang (15) ein anhand der im Filtereingangssignal (If) enthaltenen Stromrippe erzeugtes Ausgangssignal (lr) abgreifbar ist.
14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, mit einem ausgangsseitig an den Signaleingang (5) des Frequenzfilters (2) geführten (zweiten) Funktionsbaustein (6) zur Erzeugung des Filtereingangssignals (If).
15. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der (zweite) Funktionsbaustein (6) ein zur Gegeninduktionsspannung (E) proportionales Stromsignal (If) erzeugt.
16. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der (zweite) Funktionsbaustein (6) die Funktionalität einer Subtraktionsstufe (8) zur Ermittlung der Differenz zwischen dem Ankerstromsignal (la) und einem Korrektursignal (le) mit Tiefpasscharakteristik aufweist.
17. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der (zweite) Funktionsbaustein (6) die Funktionalität eines Multiplizierers gemäß der Beziehung le = A • Um aufweist, wobei A = Ra "1/(1 + s L3 Ra ~1) eine Tiefpassfunktion erster Ordnung entspricht und s die zeitliche Ableitung des Ankerstroms (dla/dt) sowie Ra der ohmsche Wicklungswiderstand und La die Wicklungsinduktivität des Gleichstrommotors (4) sind.
18. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem (ersten) Funktionsbaustein (10) ein Tiefpassfilter (14) nachgeordnet ist.
19. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (3) zwei Stromerfassungsglieder (21 ,22) und einen aktiven Filter mit zwei Eingangskanälen (24a,24b) für das Ankerstromsignal (U) einen einzelnen Ausgangskanal (28) aufweist.
20. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Eingangskanäle (24a,24b), insbesondere über eine logische ODER-Glied (27), logisch verknüpft, vorzugsweise über die logische Verknüpfung in den Ausgangskanal (28) geführt, sind.
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