WO2012130432A2 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung eines motorsignals - Google Patents

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WO2012130432A2 PCT/EP2012/001325 EP2012001325W WO2012130432A2 WO 2012130432 A2 WO2012130432 A2 WO 2012130432A2 EP 2012001325 W EP2012001325 W EP 2012001325W WO 2012130432 A2 WO2012130432 A2 WO 2012130432A2
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    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/4802—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage by using electronic circuits in general

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).
  • the speed-proportional output signal can be used for speed and / or direction determination and in particular for determining the position of a movable by means of an electric motor actuator adjustment part of a motor vehicle.
  • WO 2010/028736 A2 it is known to generate a speed-proportional signal for the position determination of an adjustment device of a motor vehicle for processing a motor signal of a DC motor using a controllable frequency filter.
  • the armature current and the motor voltage of the DC motor are detected and used to determine the mutual induction voltage (back-EMF) of the DC motor.
  • the frequency filter is supplied with a control signal determined from the mutual induction voltage and with a signal input signal derived from the armature current signal containing the current ripple and the motor voltage signal, which is weighted, preferably with a low-pass characteristic.
  • the effective as a bandpass frequency filter for example, generates a filter output signal that is used to count the current ripple contained in the armature current.
  • the count of the current ripple is often not error-free possible during a setting process, especially not in all phases of a typical setting process.
  • the engine speed oscillates to a stable final speed, which in the subsequent equilibrium
  • CONFIRMATION COPY phase as well as the frequency of the current ripple (ripple frequency) is approximately constant.
  • the index ripple is preferably identified in each engine cycle on the basis of its previously known mark features (ie deviating properties).
  • the total identified current ripples are counts.
  • the counting result which is a measure of the manipulated variable to be determined or its change, is hereby corrected by a corresponding number of counting units if the index ripple is not identified at the expected position but at a position shifted relative to it (counted) becomes.
  • the invention has for its object to provide a particularly suitable for processing a motor signal of a DC motor method / in a simple manner allows reliable Rippellitisung at the same time as reliable counting error detection and correction. Furthermore, a device suitable for this purpose should be specified.
  • the armature current and the motor voltage of the DC motor are detected and used to determine its mutual induction voltage to derive a number of control signals with different Rippelfrequenzen for a corresponding number of controllable frequency filter, which is supplied from the armature current and the motor voltage derived filter input signal.
  • the frequency-dependent generated ripples are counted separately and the counted ripple are synchronized with each other, in particular during each engine revolution or each engine cycle.
  • a first controllable frequency filter is a speed-proportional first control signal having a first ripple frequency
  • the speed-proportional control signal having the lowest ripple or fundamental frequency for example, contains a single ripple per motor cycle or revolution.
  • the second controllable frequency filter a control signal is supplied, which corresponds to the multiplied by a corresponding multiple of the engine speed first control signal.
  • the device for processing a motor signal of a DC motor in particular an adjusting drive of a motor vehicle, comprises a measuring device for detecting the armature current and the motor voltage of the DC motor and at least one functional module for determining a control signal from the mutual induction voltage of the DC motor.
  • At least two controllable frequency filters are connected downstream of the measuring device, at the respective signal input of which a filter input signal derived from the armature current and the motor voltage is fed.
  • At the control inputs of the frequency filter derived control signals of different ripple frequency are derived from the armature current and the motor voltage.
  • the frequency filters are guided on the output side to mutually synchronized ripple counters.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that can be detected and corrected by the use of multiple controllable frequency filter, which are controlled with control signals of different ripple frequency, occurring even without the imprint of special index ripple counting errors in Rippelprogressivelyung. Since it is recognized that at high engine speeds, low ripple frequencies and high ripple frequencies are clearly visible at low engine speeds, it is expedient, in the starting phase of the DC motor, to count the ripple by activating first the frequency filter controlled at a multiple of the engine speed and a correspondingly high ripple frequency to start. This procedure is also advantageous in view of the fact that at low speeds, the separation of the DC component from the Motor Corp. Armature current signal with low frequency components is difficult.
  • each ripple counter provides virtually the same contribution to position detection of the actuator driven by the DC motor, assuming no counting errors.
  • the low-frequency driven frequency filter downstream ripple counter delivers each motor revolution, for example, a single ripple, while one with the multiple of the speed and thus with a correspondingly higher ripple frequency controlled frequency filter generates a corresponding multiple ripples per engine cycle (engine revolution).
  • count errors may be appropriately corrected by subtracting one ripple over-counted or under-counted in a ripple counter when another ripple counter reaches its cyclically expected ripple count and / or commencing a new ripple cycle Has.
  • the method according to the invention is preferably carried out using a mechanically commutated DC motor, which generates an armature current by mechanical, electrical or electromechanical modification, which contains current ripple with at least two different ripple frequencies.
  • a mechanically commutated DC motor which generates an armature current by mechanical, electrical or electromechanical modification, which contains current ripple with at least two different ripple frequencies.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the functional blocks of a device for processing a motor signal by means of a number of controllable frequency filters, and
  • Fig. 2 in five superimposed synchronous diagrams against time schematically simplifies the waveform of the armature current during a motor revolution with two different ripple frequencies, the derived therefrom control signals for two frequency filters and the case recognized and counted by two RippelInstitutern current ripple.
  • 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 a 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 shunts of the DC motor is known, the number of current ripples per unit time can be used to determine the motor 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. Thus, for example, the pane position of a window pane of a motor vehicle which is automatically adjustable by means of a window lift drive can be accurately determined along its displacement path between an upper closed position and a lower open position.
  • the device 1 comprises a number of adjustable frequency filters F n , preferably in the form of tunable bandpass filters, and a measuring device 2 with means for detecting both a called armature current below the armature current signal l a as well as a motor voltage signal referred to as a motor voltage U m below a DC motor 3.
  • F n can be provided, as illustrated by the dashed functional blocks, in the embodiment described below, the For the sake of simplicity, two frequency filters Fi and F 2 are assumed.
  • the frequency ( s) of the adjustable bandpass is determined by the relationship:
  • E is the mutual induction voltage (back EMF)
  • U m is the motor voltage
  • Ra is the winding resistance of the armature winding of the DC motor
  • l a is the armature current
  • k is an engine constant
  • n is the engine speed.
  • l + s L a / R a can be determined.
  • l f U m / R a .
  • the frequency filters F 1 2 is preceded by a function block 4 with multiplication and subtraction functionality signal input side.
  • the functional module 5 in turn comprises a subtraction stage according to WO 2010/028736 A2.
  • the output signal S f which can be tapped on the output side of the functional module 5 is fed to a low-pass filter 6, which on the output side supplies the control signal Sn illustrated in the second diagram of FIG. 2.
  • This low-pass filtered control signal Sn is supplied to the control input of the filter module Fi.
  • the control signal Sn is multiplied by the speed n of the motor 3 in a function module 7.
  • the ripple signals In or 1.2 which are generated as a result of the frequency filtering and can be tapped on the frequency filters FT and F 2 on the output side, are illustrated in FIG. 2 in the two lower diagrams. These ripple signals I and Ir2 are fed to the frequency filters or F 2 on the output side of downstream ripple counters C1 and C2 for counting the respective current ripple R1 or R 2 .
  • the ripple counters C1 and C2 are assigned a synchronization module 8 which synchronizes the ripple counters C1 and C2 at each motor revolution or every motor cycle.
  • a position signal P s containing the information regarding the position (manipulated variable) of the DC motor 3 and thus the (relative) position of the motor vehicle adjusting element can be tapped off.
  • the ripple frequency Fi of the control signal S assigned to the first frequency component is f
  • in the exemplary embodiment 100Hz.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Verarbeitung eines Motorsignals eines Gleichstrommotors (3), insbesondere eines Versteilantriebs eines Kraftfahrzeugs, bei dem der Ankerstrom (la) und die Motorspannung (Um) des Gleichstrommotors (3) erfasst und zur Ermittlung dessen Gegeninduktionsspannung (E) herangezogen werden, anhand derer eine Anzahl von Steuersignale (Sfn) mit unterschiedlichen Rippelfrequenzen (fn) für steuerbare Frequenzfilter (Fn) erzeugt werden. Die von den Frequenzfiltern (Fn), denen ein aus dem Ankerstrom (la) und der Motorspannung (Um) abgeleitetes Filtereingangssignal (If) zugeführt wird, frequenzabhängig erzeugten Stromrippel (Rn) werden im Zuge der Rippelzählung miteinander synchronisiert.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung eines Motorsignals
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. Das drehzahlproportionale Ausgangssignal kann zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungsermittlung sowie insbesondere zur Positionsbestimmung eines mittels eines elektromotorischen Stellantriebs verfahrbaren Verstellteils eines Kraftfahrzeugs herangezogen werden.
Aus der WO 2010/028736 A2 ist es bekannt, zur Verarbeitung eines Motorsignals eines Gleichstrommotors unter Verwendung eines steuerbaren Frequenzfilters ein drehzahlproportionales Signal für die Positionsbestimmung einer Verstelleinrich- tung eines Kraftfahrzeugs zu erzeugen. Hierzu werden der Ankerstrom und die Motorspannung des Gleichstrommotors erfasst und zur Ermittlung der Gegeninduktionsspannung (back-EMF) des Gleichstrommotors herangezogen. Dem Frequenzfilter wird steuerseitig ein aus der Gegeninduktionsspannung ermitteltes Steuersignal und signaleingangsseitig ein Filtereingangssignal zugeführt, das aus dem die Stromrippel enthaltenden Ankerstromsignal und dem, vorzugsweise mit einer Tiefpasscharakteristik gewichteten, Motorspannungssignal abgeleitet wird. Das beispielsweise als Bandpass wirksame Frequenzfilter generiert ein Filterausgangssignal, das zur Auszählung der im Ankerstrom enthaltenen Stromrippel herangezogen wird.
Die Zählung der Stromrippel ist während eines Stellvorgangs jedoch häufig nicht fehlerfrei möglich, insbesondere nicht in allen Phasen eines typischen Stellvorgangs. So schwingt sich die Motorgeschwindigkeit während einer Anfahrphase auf eine stabile Endgeschwindigkeit ein, die in der anschließenden Gleichgewichts-
BESTÄTIGUNGSKOPIE phase ebenso wie die Frequenz der Stromrippel (Rippelfrequenz) annähernd konstant ist.
Aufgrund vergleichsweise unregelmäßiger Strom Verhältnisse während eines Stellvorgangs kommt es bei herkömmlichen Verfahren zur Rippelzählung üblicherweise zumindest in bestimmten Stellphasen zu Zählfehlem bei der Rippelzählung. Solche Zählfehler entstehen vorwiegend dadurch, dass Stromrippel im Stromsignal nicht erkannt werden und somit in einem zur Stellgrößen- oder Positionsbestimmung herangezogenen Rippelsignal fehlen. Femer können Zählfehler aber auch dadurch entstehen, dass extern hervorgerufene Störungen des Motorstrom- verlaufs fälschlicherweise als Stromrippel identifiziert werden. Beide Arten von Zählfehlem führen zu Fehlem bei der Bestimmung der Stellgrößen. Insbesondere bei der Berechnung der Stellposition können sich diese Fehler ungünstigerweise im Laufe von mehreren aufeinanderfolgenden Stellvorgängen summieren und somit die Funktion der Stellvorrichtung unter Umständen erheblich beeinträchtigen.
Aus der WO 2010/105795 A2 ist es zur Korrektur von Zählfehlem bei der Auswertung von Stromrippeln bekannt, einen Gleichstrommotor einzusetzen, der durch mechanische bzw. elektromechanische Modifikation ein Normrippelmuster aufweist, das pro Motorzyklus mindestens einen hinsichtlich Amplitude, Dauer und/oder zeitlicher Stellung von der Mehrheit der übrigen Rippel des Motorzyklus abweichenden Indexrippel umfasst. Im Betrieb dieses Motors wird aus dem gemessenen Motorstrom und der gemessenen Motorspannung mittels eines Motormodells die Gegeninduktionsspannung (Back Electromagnetic Force) berechnet und daraus ein den Stromrippeln entsprechender Wechselanteil extrahiert. Aus diesem Wechselanteil der Gegeninduktionsspannung werden die Stromrippel, insbesondere die Zeitpunkte und Amplituden derselben, erkannt.
Dabei wird verfahrensgemäß bevorzugt in jedem Motorzyklus der Indexrippel anhand seiner vorbekannten Auszeichnungsmerkmale (d.h. abweichenden Eigenschaften) identifiziert. Zudem werden die insgesamt identifizierten Stromrippel ge- zählt. Das Zählergebnis, bei dem es sich um ein Maß für die zu ermittelnde Stellgröße oder deren Änderung handelt, wird hierbei um eine entsprechende Anzahl von Zähleinheiten korrigiert, wenn der Indexrippel nicht an der erwarteten Position, sondern an einer gegenüber dieser verschobenen Position identifiziert (gezählt) wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein zur Verarbeitung eines Motorsignals eines Gleichstrommotors besonders geeignetes Verfahren anzugeben/das in einfacher Art und Weise eine zuverlässige Rippelzählung bei gleichzeitig möglichst zuverlässiger Zählfehlererkennung und -korrektur ermöglicht. Des Weiteren soll ein hierzu geeignete Vorrichtung angegeben werden.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
Hierzu werden der Ankerstrom und die Motorspannung des Gleichstrommotors erfasst und zur Ermittlung dessen Gegeninduktionsspannung herangezogen, um daraus eine Anzahl von Steuersignalen mit unterschiedlichen Rippelfrequenzen für eine entsprechende Anzahl von steuerbaren Frequenzfilter abzuleiten, denen ein aus dem Ankerstrom und der Motorspannung abgeleitetes Filtereingangssignal zugeführt wird. Die frequenzabhängig erzeugten Rippel werden separat gezählt und die gezählten Rippel werden, insbesondere bei jeder Motorumdrehung bzw. bei jedem Motorzyklus, miteinander synchronisiert.
In vorteilhafter Weiterbildung wird einem ersten steuerbaren Frequenzfilter ein drehzahlproportionales erstes Steuersignal mit einer ersten Rippelfrequenz
(Grundfrequenz) zugeführt, während einem zweiten steuerbaren Frequenzfilter ein Steuersignal mit einer einem Vielfachen der Motordrehzahl entsprechenden zweiten Rippel- bzw. Grundfrequenz zugeführt wird. Das drehzahlproportionale Steuersignal mit der beispielsweise niedrigsten Rippel- bzw. Grundfrequenz enthält beispielsweise einen einzelnen Rippel je Motorzyklus bzw. -Umdrehung. Da durch bestimmte elektrische oder mechanische Gegebenheiten des Motors oder an diesem entsprechend vorgenommene Maßnahmen bei einem bestimmten Vielfachen der Motordrehzahl eine bestimmte Rippelfrequenz erwartet wird, wird dem zweiten steuerbaren Frequenzfilter ein Steuersignal zugeführt, das dem mit einem entsprechenden Vielfachen der Motordrehzahl multiplizierten ersten Steuersignal entspricht.
Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale.des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
Die Vorrichtung zur Verarbeitung eines Motorsignals eines Gleichstrommotors, insbesondere eines VerStellantriebs eines Kraftfahrzeugs, umfasst eine Messeinrichtung zur Erfassung des Ankerstroms und der Motorspannung des Gleichstrommotors sowie mindestens einen Funktionsbaustein zur Ermittlung eines Steuersignals aus der Gegeninduktionsspannung des Gleichstrommotors. Der Messeinrichtung sind mindestens zwei steuerbare Frequenzfiltern nachgeschaltet, an deren jeweiligen Signaleingang ein aus dem Ankerstrom und der Motorspannung abgeleitetes Filtereingangssignal geführt ist. An die Steuereingänge der Frequenzfilter sind aus dem Ankerstrom und der Motorspannung abgeleitete Steuersignale unterschiedlicher Rippelfrequenz geführt. Vorteilhafterweise sind die Frequenzfilter ausgangsseitig an miteinander synchronisierte Rippelzähler geführt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch den Einsatz mehrerer steuerbarer Frequenzfilter, die mit Steuersignalen unterschiedlicher Rippelfrequenz angesteuert werden, auch ohne die Einprägung spezieller Indexrippel auftretende Zählfehler bei der Rippelzählung erkannt und korrigiert werden können. Da erkanntermaßen bei hohen Motordrehzahlen niedrige Rippelfrequenzen und bei niedrigen Motordrehzahlen hohe Rippelfrequenzen gut erkennbar sind, ist es zweckmäßig, in der Anfahrphase des Gleichstrommotors die Rippelzählung durch Aktivierung zunächst des mit einem Vielfachen der Motordrehzahl und entsprechend hoher Rippelfrequenz gesteuerten Frequenzfilters zu starten. Diese Vorgehensweise ist auch im Hinblick darauf vorteilhaft, dass bei niedrigen Drehzahlen die Separierung des Gleichstromanteils aus dem Motorbzw. Ankerstromsignal mit niedrigen Frequenzkomponenten schwierig ist.
Sobald der Gleichstrommotor gestartet ist und dessen Drehzahl ansteigt, können auch die weiteren, vergleichsweise niederfrequent gesteuerten Frequenzfilter zugeschaltet werden. Nach dem alle vorgesehenen Frequenzfilter aktiviert und die entsprechenden Rippelzählungen gestartet worden sind, liefert jeder Rippelzähler unter der Voraussetzung, dass keine Zählfehler auftreten, praktisch denselben Beitrag zur Positionserkennung des mittels des Gleichstrommotors angetriebenen Stell- oder Verstellteils. So liefert der einem niederfrequent angesteuerten Frequenzfilter nachgeordnete Rippelzähler bei jeder Motorumdrehung beispielsweise einen einzelnen Rippel, während ein mit dem Vielfachen der Drehzahl und somit mit einer entsprechend höheren Rippelfrequenz gesteuerter Frequenzfilter ein entsprechendes Vielfaches an Rippeln je Motorzyklus (Motorumdrehung) erzeugt.
Somit können geeigneterweise durch Synchronisation der beteiligten Rippelzähler Zählfehler korrigiert werden, in dem ein bei einem Rippelzähler zu viel oder zu wenig gezählter Rippel abgezogen bzw. hinzugefügt wird, wenn ein anderer Rippelzähler seine zyklisch erwartete Rippelzahl erreicht und/oder mit einem neuen Rippel-Zyklus begonnen hat.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise unter Verwendung eines mechanisch kommutierten Gleichstrommotors durchgeführt, der durch mechanische, elektrische oder elektromechanische Modifikation einen Ankerstrom generiert, der Stromrippel mit mindestens zwei unterschiedlichen Rippelfrequenzen enthält. Hierdurch wird eine besonders einfache und zuverlässige Korrektur von Zählfehlern bei der Ermittlung der relativen Position eines mittels dieses Motors angetrieben Kraftfahrzeug-Verstellelementes durch Auszählen der Stromrippel erzielt. 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 Motorsignals mittels einer Anzahl von steuerbaren Frequenzfiltern, und
Fig. 2 in fünf übereinander angeordneten synchronen Diagrammen gegen die Zeit schematisch vereinfacht den Signalverlauf des Ankerstroms während einer Motorumdrehung mit zwei unterschiedlichen Rippel- frequenzen, die hieraus abgeleiteten Steuersignale für zwei Frequenzfilter und die hierbei erkannten und von zwei Rippelzählern zählbaren Stromrippel.
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 la eines Gleichstrommotors infolge dessen Kommutierung erzeugten Stromrippel. Diese Stromrippel oder Stromwelligkeiten sind als Wechselsignalanteil dem Gleichstromsignal des Gleichstrommotors überlagert. Da die Anzahl der Kommu- tatoriamellen 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 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 Vorrichtung 1 umfasst eine Anzahl von einstellbaren Frequenzfiltern Fn, vorzugsweise in Form von abstimmbaren Bandpässen, sowie eine Messeinrichtung 2 mit Mitteln zur Erfassung sowohl eines nachfolgend als Ankerstrom bezeichneten Ankerstromsignals la als auch eines nachfolgend als Motorspannung Um bezeichneten Motorspannungssignals eines Gleichstrommotors 3. Obwohl mehrere Frequenzfilter Fn vorgesehen sein können, wie durch die strichlinierten Funktionsblöcke veranschaulicht, wird bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Einfachheit halber von zwei Frequenzfiltern Fi und F2 ausgegangen.
Die Frequenz /n des einstellbaren Bandpasses ist bestimmt durch die Beziehung:
Figure imgf000009_0001
E = Um - Ra - la (2)
Dabei sind E die Gegeninduktionsspannung (Gegen-EMK; engl, back-emf), Um die Motorspannung, Ra der Wicklungswiderstand der Ankerwicklung des Gleichstrommotors, la der Ankerstrom, k eine Motorkonstante, und n die Motordrehzahl.
Die nachfolgende Gleichung (3) beschreibt das mathematische Modell des Gleichstrommotors.
Um = Ra - Ia + La .^- + E (3), wobei La · dla/dt die Selbstinduktionsspannung mit La als Wicklungsinduktivität der Ankerwicklung ist. Hieraus kann der Ankerstrom la zu
l + s La /Ra ermittelt werden. Gemäß der Beziehung l = la - le, mit le = Um/Ra. lässt sich durch Differenzbildung ein Filtereingangssignal lf ermitteln, dass den Frequenzfiltern F1 2 eingangsseitig zugeführt wird. Hierzu ist den Frequenzfiltern F1 2 ein Funktionsbaustein 4 mit Multiplizier- und Subtraktionsfunktionalität signaleingangsseitig vorgeordnet. Im Funktionsbaustein 4 werden in nicht näher dargestellter, jedoch in der eingangs genannten WO 2010/028736 A2, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen, detailliert beschriebener Art und Weise einer Subtraktionsstufe das er- fasste Ankerstromsignal la direkt und die Motorspannung Um über einen Multiplizierer zugeführt, in dem eine Wichtung der gemessenen Motorspannung Um mit dem aus Glei ierenden Faktor
Figure imgf000010_0001
erfolgt. Dieser Term entspricht einem Tiefpass bzw. einer Tiefpassfunktionalität erster Ordnung und bildet daher einen tiefpasscharakteristischen Faktor A. Das gewichtete Signal A · Um wird vom erfassten Ankerstromsignal la subtrahiert. Das Differenzsignale lf, dessen typischer Verlauf im oberen Diagramm der Fig. 2 veranschaulicht ist, wird den Frequenzfiltern F-ii2 als Filtereingangssignal lf zugeführt.
Das dem jeweiligen Frequenzfilter Fi und F2 zu dessen Frequenzbestimmung bzw. Grenz- oder Mittenfrequenzeinstellung steuerseitig zugeführte Steuersignal SH bzw. Sf2 wird gemäß der Beziehung E = Um - Ra x + U x dla/dt durch Differenzbildung in einem weiteren Funktionsbaustein 5 ermittelt, dem ebenfalls sowohl das Ankerstromsignal la als auch die Motorspannung Um zugeführt sind. Der Funktionsbaustein 5 umfasst wiederum eine Subtraktionsstufe gemäß der WO 2010/028736 A2. Zur Multiplikation sowohl der Motorspannung Um mit dem Faktor p/K als auch des Ankerstromsignal la mit den Faktoren p/K bzw. p/k · Ra gemäß den Beziehungen Sf = fn = n p = k E und Sf = p/k · Um - p/k · Ra · la sind jeweils ein Multiplizierer vorgesehen (WO 20 0/028736 A2). Dabei ist p die Pol- oder Kommutatorlamellen- bzw. -nutenzahl des Motors 3.
Das an dem Funktionsbaustein 5 ausgangsseitig abgreifbare Ausgangssignal Sf wird einem Tiefpassfilter 6 zugeführt, der ausgangsseitig das im zweiten Diagramm der Fig. 2 veranschaulichte Steuersignal Sn liefert. Dieses tief passgefilterte Steuersignal Sn wird dem Steuereingang des Filterbausteins Fi zugeführt.
Das Steuersignal Sn wird in einem Funktionsbaustein 7 mit der Drehzahl n des Motors 3 multipliziert. Das daraus resultierende Steuersignal Sß = n S für den zweiten Frequenzfilter F2 ist im dritten Diagramm der Fig. 2 veranschaulicht. Erkennbar ist die Rippelfrequenz f2 dieses Steuersignal Sß für den zweiten Frequenzfilter F2 im Ausführungsbeispiel um das Achtfache größer als die Rippelfrequenz fi des Steuersignals Sn für das erste Frequenzfilter Fi.
Die infolge der Frequenzfilterung generierten und an den Frequenzfiltern FT und F2 ausgangsseitig abgreifbaren Rippelsignale In bzw. 1,2 sind in Fig. 2 in den beiden unteren Diagrammen veranschaulicht. Diese Rippelsignale I und Ir2 werden den Frequenzfiltern bzw. F2 ausgangsseitig nachgeordneten Rippelzählern C1 und C2 zur Zählung der jeweiligen Stromrippel R1 bzw. R2 zugeführt. Den Rippelzählern C1 und C2 ist ein Synchronisierungsbaustein 8 zugeordnet, der die Rippel- zähler C1 und C2 bei jeder Motorumdrehung bzw. bei jedem Motorzyklus synchronisiert. Am Synchronisierungsbaustein 8 ist ausgangsseitig ein die Information bezüglich der Stellung (Stellgröße) des Gleichstrommotors 3 und damit der (relativen) Position des Kraftfahrzeug-Verstellelementes enthaltendes Positionssignal Ps abgreifbar.
Die Rippelfrequenz Fi des dem ersten Frequenzbaustein zugeordneten Steuersignals S beträgt im Ausführungsbeispiel f| = 100Hz. Die Rippelfrequenz f2 des dem zweiten Frequenzbaustein F2 zugeführten Steuersignals Sf2 beträgt demnach im Ausführungsbeispiel f2 = 800Hz. Demzufolge enthält das Rippelsignal I je Motorumdrehung (Motorzyklus) einen einzelnen Stromrippel R^ während das Rippelsignal Ir2 in demselben Zeitraum, also wiederum bei jeder Motorumdrehung acht Stromrippel R2 enthält.
Während diese zyklisch aufeinanderfolgenden Stromrippel R2 des Rippelsignals Ir2 bei niedriger Motordrehzahl n vergleichsweise zuverlässig erwartet werden können, ist die Auswertung des Rippelsignals I und die Auszählung deren Stromrippel R1 bei hoher Motordrehzahl n vergleichsweise zuverlässig.
Nach oder während jeder Motorumdrehung des Gleichstrommotors 3 werden demnach im Rippelzähler C1 ein einzelner Stromrippel R1 und im Rippelzähler C2 während desselben Zeitraums acht Stromrippel R2 erwartet. Fehlende oder zu viel gezählte Stromrippel können somit zyklisch korrigiert werden. Dies wiederum stellt eine zuverlässige Positionsbestimmung des von dem Gleichstrommotor 3 angetriebenen Verstellteils, beispielsweise einer Fensterscheibe, des Kraftfahrzeugs sicher.
Zusammenfassend werden gemäß der Erfindung zur Verarbeitung eines Motorsignals la, Um eines Gleichstrommotors 3, insbesondere eines Versteilantriebs eines Kraftfahrzeugs, der Ankerstrom la und die Motorspannung Um des Gleichstrommotors 3 erfasst. Anhand der daraus ermittelten Gegeninduktionsspannung E werden aus dem Ankerstromsignal la ein Filtereingangssignal lf sowie insbesondere drehzahlproportionale Steuersignale Sfn unterschiedlicher Rippelfrequenz fn für eine der Anzahl von steuerbaren Frequenzfiltern Fn erzeugt. Miteinander synchronisierte Rippelzähler Cn ermöglichen in einfacher sowie zuverlässiger Art und Weise die Erkennung und Korrektur von Zählfehlem aufgrund nicht oder zu viel erzeugter Stromrippel Rn.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Messeinrichtung
3 Gleichstrommotor
4 Funktionsbaustein
5 Funktionsbaustein
6 Funktionsbaustein
7 Funktionsbaustein
8 Synchronisierungsbaustein
Cn Rippelzähler
Fn Frequenzfilter
lm Rippelsignal
lf Filtereingangssignal
Sfn Steuersignal
Ps Positionssignal
Rn Rippel

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Verarbeitung eines Motorsignals eines Gleichstrommotors (3), insbesondere eines Versteilantriebs eines Kraftfahrzeugs,
- bei dem der Ankerstrom (la) und die Motorspannung (Um) des Gleichstrommotors (3) erfasst und zur Ermittlung dessen Gegeninduktionsspannung (E) herangezogen werden,
- bei dem anhand der ermittelten Gegeninduktionsspannung (E) ein Steuersignal (Sf) für ein steuerbares Frequenzfilter (Fn) erzeugt wird, und
- bei dem dem Frequenzfilter (Fn) ein aus dem Ankerstrom (la) und der Motorspannung (Um) abgeleitetes Filtereingangssignal (lf) zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
- dass eine Anzahl von Steuersignalen (Sfn) mit unterschiedlichen Rippelfre- quenzen (fn) erzeugt und einer entsprechenden Anzahl von Frequenzfiltern (Fn) zugeführt werden, und
- dass die frequenzabhängig erzeugten Stromrippel (Rn) separat gezählt und die gezählten Stromrippel (Rn) miteinander synchronisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die von den Frequenzfiltern (Fn) frequenzabhängig erzeugten Rippelsig- nale (lm) ausgangsseitig jeweils einem Rippelzähler (Cn) zugeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, - dass einem ersten steuerbaren Frequenzfilter (Fi) ein drehzahlproportiona- les Steuersignal (SA) mit einer ersten Rippelfrequenz (fi) zugeführt wird, und
- dass einem zweiten steuerbaren Frequenzfilter (F2) ein Steuersignal (Sß) mit einer einem Vielfachen der Motordrehzahl (n) entsprechenden zweiten Rippelfrequenz (fn) zugeführt wird.
4. Vorrichtung (1 ) zur Verarbeitung eines Motorsignals eines Gleichstrommotors (3), insbesondere eines VerStellantriebs eines Kraftfahrzeugs, mit einer Messeinrichtung (2) zur Erfassung des Ankerstroms (la) und der Motorspannung (Um) des Gleichstrommotors (3), und mit mindestens einem Funktionsbaustein (10) zur Ermittlung eines Steuersignals (Sf) aus der Gegeninduktionsspannung (E) des Gleichstrommotors (3),
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Messeinrichtung (2) mindestens zwei steuerbare Frequenzfilter (Fi,2) nachgeschaltet sind, denen eingangsseitig ein aus dem Ankerstrom (la) und der Motorspannung (Um) abgeleitetes Filtereingangssignal (lf) geführt ist,
- dass den Frequenzfiltern (Fn) steuereingangsseitig aus dem Ankerstrom (la) und der Motorspannung (Um) abgeleitete Steuersignale (Sfn) mit unterschiedlichen Rippelfrequenzen (fn) geführt sind.
5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenzfilter (Fn) ausgangsseitig an Rippelzähler (Cn) geführt sind.
6. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rippelzähler (Cn) miteinander synchronisiert sind.
7. Verwendung eines mechanisch kommutierten Gleichstrommotors (3), der durch mechanische, elektrische oder elektromechanische Modifikation einen Stromrippel (Rn) mit mindestens zwei unterschiedlichen Rippelfrequenzen (fn) enthaltenden Ankerstrom (la) generiert, zur Korrektur von Zählfehlem bei der Ermittlung einer relativen Position eines Verstellelementes eines Kraftfahrzeugs durch Auszählen der Stromrippel (Rn), insbesondere nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
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