專利名稱：用于確定由電動機產生的驅動力的方法和裝置的制作方法
用于確定由電動機產生的驅動力的方法和裝置
本發(fā)明涉及一種用于確定由電動機產生的驅動力的方法和裝置。
產生的驅動力的力確定部件的裝置。
最后，還作為本發(fā)明的主題的是具有這種裝置、用于限制借助電 動機來驅動的車輛的組件的關閉力的設備。
確定由轉動的電動機產生的驅動力可備受關注，并且當與檢測車 輛組件(尤其是車窗或滑動式天窗，也可能是車輛座椅等)的運動有關 時對于車輛是尤其有意義的。特別的應用目的是監(jiān)視由于組件運動而
夾住身體部分或對象，其中設有用于限制或斷開驅動力(關閉力)的相 應反應，以避免傷害。對于此類關閉力限制，例如在滑動式天窗或車 窗升降器中，需要盡可能精確地檢測驅動力。
通常如下進行關閉力的限制，即與驅動運動的速度(或優(yōu)選地電動 機的轉數)有關的測量值借助霍爾傳感器提供，以由此推斷出有關所施
加的力的結論，相當于例如FR2663798A。也已經進一步提出，測量電 動機電流并且限定用于確定夾住狀態(tài)的闊值。這種提議對于不需要霍 爾傳感器的情況是有利的，可以使得降低儀器費用和成本費用。估算 的相關力值FM與應用的電流成比例，根據下列關系式給出
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中表達式f ""可通過修正因數或比例因數kx來代替，使得關系式(l)
也可表達成如下形式 W乙
在上述關系式(l)中，利用FAct表示待確定的驅動力，例如車窗升降器的繩索傳動裝置處的驅動力，利用U表示傳動比，利用r表示車窗
升降器的驅動系統(tǒng)的繩鼓輪的半徑，并且利用km表示電動機扭矩-常 量。此外，利用Ia給出電動^L電流。
在此存在的問題是，鑒于可能的夾住情況，精確估算驅動力是不 可能的，因為能量供應源，在車輛，也即車輛電池的情況下，常常包 括電壓波動。例如突然的電壓跳躍方式的此類電壓波動必然對電動機 電流產生影響并因而例如在車輛組件上的關閉力的限制中影響驅動 力的檢測并且防礙順利驅動。
因此，本發(fā)明的目的在于，此處采取措施并提議一種技術，利用 他們可在確定驅動力時補償由于此類電壓波動(尤其是動態(tài)電壓變化， 但也可以是靜態(tài)電壓變化)而產生的影響。
在此，本發(fā)明的目的尤其在于，提供一種給定類型的方法以及裝 置，其中基于補償，可利用較小代價來確定為了區(qū)分系統(tǒng)摩擦力和夾 持力所需的盡可能均勻的力能級，也即應該可以不依賴于此類電壓波 動確定相應驅動力的^直。
為實現所述目的，本發(fā)明提供一種具有獨立權利要求的特征的方 法以及裝置。有利的實施方式和改型在從屬權利要求中定義。
此外本發(fā)明也設有具有這種裝置、用于限制借助電動機驅動的車 輛組件(尤其是車窗或滑動式天窗)的關閉力的設備，其中設有提出用
下與預給定閾值進行比較的閾值部件，其中電動機控制部件與用于在 達到閾值時降低或切斷電動機功率的閾值部件相連接。
借助于根據本發(fā)明的技術可以簡單的方式來區(qū)分驅動系統(tǒng)的夾 持力和摩擦力，其中同時考慮以下情況，在基于電動機電流測量來估 算和確定力值時，該結果不僅依賴于待克服的摩擦力，而且也依賴于 逐步變化的電壓電平或突然的電壓跳躍，這引起相應的電流偏差。由 于根據本發(fā)明的補償這樣考慮這種突然的、動態(tài)或靜態(tài)電流偏差以及 力偏差，即，最終獲得的力值盡量不包括由此類電壓波動或電流波動導致的分量。為了可以以尤其簡單地計算方式實施所希望的力補償， 可對所測量的電動機電壓進行j氐通濾波，并且它們在確定補償分力時 引用為已濾波電動^^幾電壓。
具體而言，在動態(tài)電壓波動情況下可如下進行，在已濾波電動機 電壓和所測量的電動機電壓之間構造差并且由此差尤其通過與預先 確定的修正或比例因數進行相乘來計算所屬的動態(tài)補償分力。
為了補償靜態(tài)電壓波動，可以類似的方式在最大電動機電壓和已 濾波電動機電壓之間構造電壓差，其中由此電壓差、再次便利地通過 與預先確定的比例因數或修正因數進行相乘來計算所屬的靜態(tài)補償 分力。
應該說明的是，在本文中為簡單起見，電動機電壓、電動機電流、 驅動力或分力等很明顯應該理解成與這些物理量有關的值或信號。這 在如下考慮時尤其重要，即除了借助于具體電^^組件之外也尤其借助 于計算器部件來實現本文中確定驅動力的形式，其中在輸入值的相應
數字化之后實施所希望的計算，例如尤其是低通濾波。就此而言，用
部件中的計算模塊或其軟件來實現。
如開始所提及的，本發(fā)明的技術在限制車輛組件(尤其是車窗或滑 動式天窗)的關閉力方面以尤其具有優(yōu)點的方式來實現，以有效避免使 人受到傷害，這是非常重要的。
在下文中，借助于非限制性的優(yōu)選實施例并且參考附圖進一 步說
明本發(fā)明。附圖中具體示出
圖l是在電動機(其驅動車窗升降器)情況下具有由于電壓變化而 產生的電流波動的電動才幾電流的示例；
圖2以圖表的形式示出了^f艮據本發(fā)明用于確定車窗升降器系統(tǒng)中 電動機的驅動力的技術；
圖3以示意方塊圖的形式示出了作為用于限制關閉力的i殳備的部 分、用于確定電動機的驅動力的裝置；以及圖4在圖表中示出了具有電壓變化的供應直流電壓的隨著時間變 化的曲線、由此產生的具有相應波動的電動機電流的曲線、低通濾波 之后的電動機電壓的曲線以及所確定的、對電壓波動進行4卜償后產生 的調整的力的曲線，如他們用作限制車窗升降器(或其它組件)的關閉 力的基礎。


圖1中示出了系統(tǒng)中電動機(尤其是直流電動機)所消耗的電動機 電流Ia隨著時間變化的曲線的示例，其中該系統(tǒng)具有利用對驅動力的 限制來驅動車窗升降器的設備。顯然， 一方面在電動機電流1&的平均 能級I,和l2之間存在靜態(tài)偏差DI而另一方面也例如存在動態(tài)偏差DI，其
中由于突然的、跳躍式的電壓變化而存在動態(tài)電流變化dl，如下文借
助于圖4更加詳細說明的那樣。
預防性地，應該注意，在此提到的、在車窗升降器中限制關閉力 的示例不應理解為限制性的，而在檢測電動機的驅動力的其他領域 中，也可有利地利用本發(fā)明。
當依據如圖1中所示的這類電流曲線來計算(如上述由關系式(l) 表明的)驅動力FAct時，得到了對電動機驅動力的不精確的檢測，鑒于 可能的關閉力的限制，首先在車輛窗子或滑動式天窗中存在問題。因 而根據本發(fā)明，在確定驅動力FAct時不僅與電動機電流Ia有關，而且還 與電動機電壓有關，以使得通過補償來消除在確定驅動力FAct時未考 慮的、由于電壓波動而引起的分量。
圖2中示意性示出了在補償或消除由于電壓波動而引起的分量的 情況下確定"調整后"的驅動力FAct的技術。具體而言，示出了電動 機10(即直流電動機)以及所屬的控制部件及能量供應部件11。電動機 IO分配有用于測量電動機電壓UBat的電壓測量部件12以及用于測量電 動機電流13的電流測量部件1 3 。所測量的電動機電流13在步驟14中與修
正因數或比例因數kx如上所述進行相乘，以根據上述關系式(l)獲得待 確定的驅動力Fm的基本分力(Basis-Kraftanteil)A^/。。
電動機電壓U^輸送到實施低通濾波的步驟15，其中由此獲得的
8低通濾波的電壓用Uu表示。然后，在與步驟16相應的差構造部件中， 在低通濾波的電動機電壓ULP和所測量的電動機電壓Usat之間構造差， 也即(^/iP- ,然后此差(^丄p" % J在步驟17中與修正因數或比例因數
ky^目乘，以獲得對應的分力值A/^4p-%J。
另一方面在與步驟18相應的另一個差構造部件中，由低通濾波的
電動機電壓Uu和預給定的恒定參數，最大電動機電壓Umax,(相當于
圖2中的步驟19)來構造電壓差(^4^-t/ip人并且一直為正的此電壓差 (^/■- Ulp)與修正因數或比例因數、在對應的步驟20中進行相乘。接著 根據步驟21，對所有三個分力&*/。、 /t/^4尸-t/sJ^^Yt/畫-t/^進行 求和，以在補償由于電壓波動引起的、包含在第二和第三項中且具有 反向符號的分量的情況下，最后在步驟22中獲得驅動力FAct的值，如 上文主要借助于圖l說明的那樣。
上述關系式(l)因而相應于上述^侖述而^務改如下
", "。 + — "fl。,): + ("腿—^)，
在此關系式(2)中UBat如所提及那樣表示所測量的電動機電壓，ULP
表示低通濾波的電動機電壓，而Um^表示最大供應電壓；因數ky進一 步表示動態(tài)電壓偏差的修正因數，kz表示靜態(tài)電壓偏差的修正因數。
由此從上文得到，在所述的優(yōu)選實施例中考慮并補償兩類電壓波
動，即一方面考慮并補償靜態(tài)偏差(見圖1中的偏差DI)，而另一方面考 慮并補償動態(tài)偏差(見圖l中的偏差dl)。在電壓或電壓波動的靜態(tài)偏差 情況下，改變的電壓電平導致電流電平的相應變化。為了可在不同的 電壓時，在關閉力限制的情況下考慮相應的修正的力值，將與電壓成 比例的值以相加或相減方式附加到相應的力值。具體而言，在靜態(tài)電
壓波動情況下這是項&*(^4 -"W，該項作為補償分力來進行確定并 考慮。當低通濾波的電動機電壓"^=^ 戰(zhàn)時，表示無靜態(tài)電壓偏差存 在，差值是O,并且與此相應此補償分力也等于O。當低通濾波的電壓 值l4p低于最大電壓U^時，才艮據所構造的差，將補償值附加到項 &%(其包括相應于此靜態(tài)電壓波動的分量)，其中鑒于將電壓換算成力(在適當的數量級中)，應用相應的相乘因數kz。
在動態(tài)電壓變化情況下，根據圖l存在電流峰值，其根據電動機 電壓突然上升或下降可如圖l中所示為正或為負。在這種情況下，才艮 據圖2被低通濾波的電壓Uu(其不包括高頻電壓分量)與未被濾波的電
壓U^t進行比較，并且如所述那樣應用這兩個電壓值之間的差，以有
助于補償反映了動態(tài)電壓變化的項k/Ia中的驅動力的分量。有意義的 是，根據Uu是否大于或小于UBat,對于動態(tài)的電壓變化或電流變化獲 得正或負的補償分力的值。
此處，電壓差(T/『"J也與修正因數或比例因數ky相乘，以將各 電壓值以相應參數化的形式變化成具有相符的量綱和修正振幅的力 值。
電動機電壓的所述低通濾波(相當于圖2中的步驟15)可利用常規(guī) 的濾波電路也即以硬件或利用相應的軟件組件來實現。在后一種情況 中，當然需要相應地對電動機電壓數字化，為簡單起見在圖2中未詳 細示出；方便的是，在差構造和相乘時，其他測量參數，如電動機電
流Ia和電動機電壓Usat也以數字形式來處理。
圖3中以方塊圖方式示出了設備30(下文中也簡稱為SKB設備)，其 中該設備30借助于電動機10以及未詳細示出的傳輸(尤其具有繩鼓輪 和繩索傳動裝置)用于限制車窗或車窗升降器(未示出)的關閉力(SKB 關閉力限制)。此外，為電動機10和能量供應源32設有控制部件31,其 中上述示例中的后者通過車輛電池來構造。SKB設備30進一步包括用 于在實施如上所述補償的情況下確定驅動力FAct的部件33。如所提及， 電動機10—方面分配有電動機電流測量部件13(安培測量儀13)而另一 方面分配有電動機電壓測量部件12(電壓測量儀12);在這兩個測量儀 12、 13的出口處連接有力確定部件33，該力確定部件33具有用于為了 補償而確定附加的分力的部件34、 35。
具體而言，此部件33或部件34、 35包括用于對電壓測量部件12所
測量的電動機電壓UBat進行低通濾波的低通濾波部件36以及用于預給定最大供應電壓U^x的另外的Un^輸入級37,其中該最大供應電壓 Un^位于輸入級37處。此外，設有差構造部件38和39,用于構造上文
所給出的差t/^f/^im^-L&,并且相乘模塊40、 41或42連接到此差 構造部件38和39上以及電流輸入級13'上，其與電流測量部件13相連
接，使得相應的量Ia、 ^4r^J和(1^^t4y與修正因數或比例因數kx、
ky和k^目乘。然后，此相乘^^莫塊40、 41、 42的出口位于求和^^莫塊43上， 該求和模塊43將根據上述關系式(2)將三個結果相加，以在出口處給出
相應于補償之后獲得的驅動力FAet的信號，該信號輸送到電動機控制
部件31。在此，此信號FAct與預先給出的力閾值F(其借助級(stufe)45輸 送)在閾值部件44中進行比較，以使得在達到閾值F時通過電動機控制 部件31相應地控制電動機10,因為顯然由于夾住而給出了過高的驅動 力Fm。尤其可以此種方式迫使電動機10安全斷開或換接(換向)，以防 止可能傷害到其身體部分在運動的車輛組件的范圍(尤其是側面車窗) 中夾住的人。
最后，由圖3可見修正因數-預給定級46,利用該預給定級46預給 定了根據經驗或根據計算所確定的比例因數kx、 ky和b。
圖4示出了電壓和電流或力的曲線圖，以及例如電動;〖幾電壓UBat
的階梯形下降50具有后續(xù)的階梯形再上升51 。與借助于圖l所說明的
原理相對應，在電動機電壓UBat曲線的電壓變化位置50、 51處，在電 動機電流Ia的曲線中示出了相應的、先負后正的跳躍，如圖4中所示那 樣。當對電動機電壓UBat進行低通濾波時，在電壓曲線中、在電壓變
化50、 51處相應地得到斜齒，相當于圖4中低通濾波電動機電壓Uu的 曲線。
總體而言，電動機電流Ia中存在相應的靜態(tài)偏差和動態(tài)偏差，如
在圖4的dl或DI中所見。
當實施上面所說明的補償時，如圖4中那樣利用第四曲線說明性 地獲得電流或驅動力F^(在相應的換算中)，其中在不考慮輕微的高頻
波動(也即由于電動機換向器-電流-脈動電壓)和由于電動機電壓UBat的
11跳躍而在級50、 51范圍中產生的兩個相對較小的鋸齒的情況下，此信 號基本上為恒定的值。該受到補償的驅動力值FAct適于(如直接所見) 在斗企測如下情況時以可靠方式進行力檢驗，即當身體部分或物體由被 驅動的組件夾住并且與此相應記錄了力的增加時，也即可以有效區(qū)分 一方面驅動系統(tǒng)中的摩擦力和另一方面夾持力。
權利要求
1.一種用于確定由轉動的電動機(10)產生的驅動力的方法，其中測量從能量供應源(32)輸送到所述電動機(10)的電動機電流(Ia)并由此計算力，其特征在于，還測量位于所述電動機(10)上的電動機電壓(UBat)，以及補償由于運行中出現的所述能量供應源(32)的電壓波動(DI，dI)而產生的驅動力波動，其中確定至少一個基于所測量的、包含電壓波動的所述電動機電壓(UBat)的補償分力。
2. 根據權利要求l所述的方法，其特征在于，對所測量的所述電動機電壓(UBat)進行低通濾波并且作為用于確定補償分力的已濾波電 動機電壓(ULP)引入。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，為了補償動態(tài)電壓 波動(dl)，在所述已濾波電動^L電壓(UuO和所測量的所述電動才幾電壓(Ubm)之間構造差(ULp-UBat)并且由所述差(1^-11^)計算所屬的動態(tài)補 償分力。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，通過將所述差(Uu-UBat)與預先確定的比例因數(ky)進行相乘來計算所述動態(tài)補償分力。
5. 根據權利要求2至4中任一項所述的方法，其特征在于，為了補償靜態(tài)電壓波動(DI)，在最大電動機電壓(UmJ和所述已濾波電動機電壓(ULP)之間構造電壓差(Umax-ULP)并且由所述電壓差(U腿-UuO計算所屬的靜態(tài)補償分力。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，通過將所述電壓差(Um狄-ULP)與預先確定的比例因數(kz)相乘來計算所述靜態(tài)補償分力。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，為了 力限制，將所確定的、包含所述補償分力的驅動力與預給定閾值(F)進行比較。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，通過所述力限制來限制車輛的受驅動的組件的關閉力，例如車窗或滑動式天窗的關閉 力。
9. 一種具有配屬于電動才幾(IO)、用于確定由運^^中的電動才幾(10) 產生的驅動力的力確定部件(33)的裝置，其中所述力確定部件(33)與電 動機電流測量部件(13)相連接，其特征在于，所述力確定部件(33)進一 步與用于測量電動機電壓的部件(12)相連接并且具有部件(34),(35)，所 述部件(34),(35)用于基于所測量的、包含電壓波動的電動機電壓(UBat) 來確定至少一個附加的、為了補償電壓波動(DI,dI)而引入的分力。
10. 根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述力確定部件(33)具有用于對所測量的所述電動機電壓(UBat)進^f亍低通濾波的所述低通電壓(UuO。
11. 根據權利要求10所述的裝置，其特征在于部件(38),所述部 件(38)用于在所述一皮低通濾波的電動機電壓(UuO和所測量的電動機電 壓(U^)之間構造差(Uu-U加)，其中設置有所述力確定部件(33)，由所 分-。 " 一 、'— 、' 、
12. 根據權利要求ll所述的裝置，其特征在于相乘模塊(41),所述相乘模塊(41)用于將所述差(U『UBat)與預先確定的比例因數(ky)進行相乘，以計算所述補償分力。
13. 根據權利要求10或12中的任一項所述的裝置，其特征在于部件(39),所述部件(39)用于在最大電動機電壓(Umax)和所述被低通濾波 的電動機電壓(UuO之間構造電壓差(Umax-UnO,其中設置有所述力確定 部件(34),由所述電壓差(Un^-ULP)基于靜態(tài)電壓波動(DI)來確定用于補償力的補償分力。
14. 根據權利要求13所述的裝置，其特征在于相乘模塊(42),所述相乘模塊(42)用于將所述差(Um^UuO與預先確定的比例因數(kz)進行相乘，以計算所述補償分力。
15. —種用于限制借助電動機(10)驅動的車輛的組件的關閉力的設備(30),所述設備具有根據權利要求9至14中任一項所述的裝置(33) 并且具有用于在考慮至少一個補償分力的情況下將所確定的所述電 動機(10)的驅動力(FAct)與預給定閾值(F)進行比較的閾值部件(44),其 中電動機控制部件(31)與用于在達到閾值時降低或切斷電動機功率的 所述閾值部件(44)相連才矣。
全文摘要
為了確定由電動機(10)產生的驅動力(F_Act)，測量由能量供應源(32)輸送到電動機(10)的電動機電流(I_a)并且由此計算力；額外地，測量電動機(10)上的電動機電壓(U_Bat)，并且補償由于在運行中出現的能量供應源電壓波動而產生的驅動力波動，其中確定至少一個基于所測量的、包括電壓波動的電動機電壓(U_Bat)的補償分力。
文檔編號H02H7/085GK101558541SQ200780045922
公開日2009年10月14日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權日2006年12月14日
發(fā)明者M·梅斯爾, P·S·穆拉齊, R·莫拉維克, W·科爾納 申請人:歐陸汽車有限責任公司