专利名称：用于确定由电动机产生的驱动力的方法和装置的制作方法
用于确定由电动机产生的驱动力的方法和装置
本发明涉及一种用于确定由电动机产生的驱动力的方法和装置。
产生的驱动力的力确定部件的装置。
最后，还作为本发明的主题的是具有这种装置、用于限制借助电 动机来驱动的车辆的组件的关闭力的设备。
确定由转动的电动机产生的驱动力可备受关注，并且当与检测车 辆组件(尤其是车窗或滑动式天窗，也可能是车辆座椅等)的运动有关 时对于车辆是尤其有意义的。特别的应用目的是监视由于组件运动而
夹住身体部分或对象，其中设有用于限制或断开驱动力(关闭力)的相 应反应，以避免伤害。对于此类关闭力限制，例如在滑动式天窗或车 窗升降器中，需要尽可能精确地检测驱动力。
通常如下进行关闭力的限制，即与驱动运动的速度(或优选地电动 机的转数)有关的测量值借助霍尔传感器提供，以由此推断出有关所施
加的力的结论，相当于例如FR2663798A。也已经进一步提出，测量电 动机电流并且限定用于确定夹住状态的阔值。这种提议对于不需要霍 尔传感器的情况是有利的，可以使得降低仪器费用和成本费用。估算 的相关力值FM与应用的电流成比例，根据下列关系式给出
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中表达式f ""可通过修正因数或比例因数kx来代替，使得关系式(l)
也可表达成如下形式 W乙
在上述关系式(l)中，利用FAct表示待确定的驱动力，例如车窗升降器的绳索传动装置处的驱动力，利用U表示传动比，利用r表示车窗
升降器的驱动系统的绳鼓轮的半径，并且利用km表示电动机扭矩-常 量。此外，利用Ia给出电动^L电流。
在此存在的问题是，鉴于可能的夹住情况，精确估算驱动力是不 可能的，因为能量供应源，在车辆，也即车辆电池的情况下，常常包 括电压波动。例如突然的电压跳跃方式的此类电压波动必然对电动机 电流产生影响并因而例如在车辆组件上的关闭力的限制中影响驱动 力的检测并且防碍顺利驱动。
因此，本发明的目的在于，此处采取措施并提议一种技术，利用 他们可在确定驱动力时补偿由于此类电压波动(尤其是动态电压变化， 但也可以是静态电压变化)而产生的影响。
在此，本发明的目的尤其在于，提供一种给定类型的方法以及装 置，其中基于补偿，可利用较小代价来确定为了区分系统摩擦力和夹 持力所需的尽可能均匀的力能级，也即应该可以不依赖于此类电压波 动确定相应驱动力的^直。
为实现所述目的，本发明提供一种具有独立权利要求的特征的方 法以及装置。有利的实施方式和改型在从属权利要求中定义。
此外本发明也设有具有这种装置、用于限制借助电动机驱动的车 辆组件(尤其是车窗或滑动式天窗)的关闭力的设备，其中设有提出用
下与预给定阈值进行比较的阈值部件，其中电动机控制部件与用于在 达到阈值时降低或切断电动机功率的阈值部件相连接。
借助于根据本发明的技术可以简单的方式来区分驱动系统的夹 持力和摩擦力，其中同时考虑以下情况，在基于电动机电流测量来估 算和确定力值时，该结果不仅依赖于待克服的摩擦力，而且也依赖于 逐步变化的电压电平或突然的电压跳跃，这引起相应的电流偏差。由 于根据本发明的补偿这样考虑这种突然的、动态或静态电流偏差以及 力偏差，即，最终获得的力值尽量不包括由此类电压波动或电流波动导致的分量。为了可以以尤其简单地计算方式实施所希望的力补偿， 可对所测量的电动机电压进行j氐通滤波，并且它们在确定补偿分力时 引用为已滤波电动^^几电压。
具体而言，在动态电压波动情况下可如下进行，在已滤波电动机 电压和所测量的电动机电压之间构造差并且由此差尤其通过与预先 确定的修正或比例因数进行相乘来计算所属的动态补偿分力。
为了补偿静态电压波动，可以类似的方式在最大电动机电压和已 滤波电动机电压之间构造电压差，其中由此电压差、再次便利地通过 与预先确定的比例因数或修正因数进行相乘来计算所属的静态补偿 分力。
应该说明的是，在本文中为简单起见，电动机电压、电动机电流、 驱动力或分力等很明显应该理解成与这些物理量有关的值或信号。这 在如下考虑时尤其重要，即除了借助于具体电^^组件之外也尤其借助 于计算器部件来实现本文中确定驱动力的形式，其中在输入值的相应
数字化之后实施所希望的计算，例如尤其是低通滤波。就此而言，用
部件中的计算模块或其软件来实现。
如开始所提及的，本发明的技术在限制车辆组件(尤其是车窗或滑 动式天窗)的关闭力方面以尤其具有优点的方式来实现，以有效避免使 人受到伤害，这是非常重要的。
在下文中，借助于非限制性的优选实施例并且参考附图进一 步说
明本发明。附图中具体示出
图l是在电动机(其驱动车窗升降器)情况下具有由于电压变化而 产生的电流波动的电动才几电流的示例；
图2以图表的形式示出了^f艮据本发明用于确定车窗升降器系统中 电动机的驱动力的技术；
图3以示意方块图的形式示出了作为用于限制关闭力的i殳备的部 分、用于确定电动机的驱动力的装置；以及图4在图表中示出了具有电压变化的供应直流电压的随着时间变 化的曲线、由此产生的具有相应波动的电动机电流的曲线、低通滤波 之后的电动机电压的曲线以及所确定的、对电压波动进行4卜偿后产生 的调整的力的曲线，如他们用作限制车窗升降器(或其它组件)的关闭 力的基础。
图1中示出了系统中电动机(尤其是直流电动机)所消耗的电动机 电流Ia随着时间变化的曲线的示例，其中该系统具有利用对驱动力的 限制来驱动车窗升降器的设备。显然， 一方面在电动机电流1&的平均 能级I,和l2之间存在静态偏差DI而另一方面也例如存在动态偏差DI，其
中由于突然的、跳跃式的电压变化而存在动态电流变化dl，如下文借
助于图4更加详细说明的那样。
预防性地，应该注意，在此提到的、在车窗升降器中限制关闭力 的示例不应理解为限制性的，而在检测电动机的驱动力的其他领域 中，也可有利地利用本发明。
当依据如图1中所示的这类电流曲线来计算(如上述由关系式(l) 表明的)驱动力FAct时，得到了对电动机驱动力的不精确的检测，鉴于 可能的关闭力的限制，首先在车辆窗子或滑动式天窗中存在问题。因 而根据本发明，在确定驱动力FAct时不仅与电动机电流Ia有关，而且还 与电动机电压有关，以使得通过补偿来消除在确定驱动力FAct时未考 虑的、由于电压波动而引起的分量。
图2中示意性示出了在补偿或消除由于电压波动而引起的分量的 情况下确定"调整后"的驱动力FAct的技术。具体而言，示出了电动 机10(即直流电动机)以及所属的控制部件及能量供应部件11。电动机 IO分配有用于测量电动机电压UBat的电压测量部件12以及用于测量电 动机电流13的电流测量部件1 3 。所测量的电动机电流13在步骤14中与修
正因数或比例因数kx如上所述进行相乘，以根据上述关系式(l)获得待 确定的驱动力Fm的基本分力(Basis-Kraftanteil)A^/。。
电动机电压U^输送到实施低通滤波的步骤15，其中由此获得的
8低通滤波的电压用Uu表示。然后，在与步骤16相应的差构造部件中， 在低通滤波的电动机电压ULP和所测量的电动机电压Usat之间构造差， 也即(^/iP- ,然后此差(^丄p" % J在步骤17中与修正因数或比例因数
ky^目乘，以获得对应的分力值A/^4p-%J。
另一方面在与步骤18相应的另一个差构造部件中，由低通滤波的
电动机电压Uu和预给定的恒定参数，最大电动机电压Umax,(相当于
图2中的步骤19)来构造电压差(^4^-t/ip人并且一直为正的此电压差 (^/■- Ulp)与修正因数或比例因数、在对应的步骤20中进行相乘。接着 根据步骤21，对所有三个分力&*/。、 /t/^4尸-t/sJ^^Yt/画-t/^进行 求和，以在补偿由于电压波动引起的、包含在第二和第三项中且具有 反向符号的分量的情况下，最后在步骤22中获得驱动力FAct的值，如 上文主要借助于图l说明的那样。
上述关系式(l)因而相应于上述^仑述而^务改如下
", "。 + — "fl。,): + ("腿—^)，
在此关系式(2)中UBat如所提及那样表示所测量的电动机电压，ULP
表示低通滤波的电动机电压，而Um^表示最大供应电压；因数ky进一 步表示动态电压偏差的修正因数，kz表示静态电压偏差的修正因数。
由此从上文得到，在所述的优选实施例中考虑并补偿两类电压波
动，即一方面考虑并补偿静态偏差(见图1中的偏差DI)，而另一方面考 虑并补偿动态偏差(见图l中的偏差dl)。在电压或电压波动的静态偏差 情况下，改变的电压电平导致电流电平的相应变化。为了可在不同的 电压时，在关闭力限制的情况下考虑相应的修正的力值，将与电压成 比例的值以相加或相减方式附加到相应的力值。具体而言，在静态电
压波动情况下这是项&*(^4 -"W，该项作为补偿分力来进行确定并 考虑。当低通滤波的电动机电压"^=^ 战时，表示无静态电压偏差存 在，差值是O,并且与此相应此补偿分力也等于O。当低通滤波的电压 值l4p低于最大电压U^时，才艮据所构造的差，将补偿值附加到项 &%(其包括相应于此静态电压波动的分量)，其中鉴于将电压换算成力(在适当的数量级中)，应用相应的相乘因数kz。
在动态电压变化情况下，根据图l存在电流峰值，其根据电动机 电压突然上升或下降可如图l中所示为正或为负。在这种情况下，才艮 据图2被低通滤波的电压Uu(其不包括高频电压分量)与未被滤波的电
压U^t进行比较，并且如所述那样应用这两个电压值之间的差，以有
助于补偿反映了动态电压变化的项k/Ia中的驱动力的分量。有意义的 是，根据Uu是否大于或小于UBat,对于动态的电压变化或电流变化获 得正或负的补偿分力的值。
此处，电压差(T/『"J也与修正因数或比例因数ky相乘，以将各 电压值以相应参数化的形式变化成具有相符的量纲和修正振幅的力 值。
电动机电压的所述低通滤波(相当于图2中的步骤15)可利用常规 的滤波电路也即以硬件或利用相应的软件组件来实现。在后一种情况 中，当然需要相应地对电动机电压数字化，为简单起见在图2中未详 细示出；方便的是，在差构造和相乘时，其他测量参数，如电动机电
流Ia和电动机电压Usat也以数字形式来处理。
图3中以方块图方式示出了设备30(下文中也简称为SKB设备)，其 中该设备30借助于电动机10以及未详细示出的传输(尤其具有绳鼓轮 和绳索传动装置)用于限制车窗或车窗升降器(未示出)的关闭力(SKB 关闭力限制)。此外，为电动机10和能量供应源32设有控制部件31,其 中上述示例中的后者通过车辆电池来构造。SKB设备30进一步包括用 于在实施如上所述补偿的情况下确定驱动力FAct的部件33。如所提及， 电动机10—方面分配有电动机电流测量部件13(安培测量仪13)而另一 方面分配有电动机电压测量部件12(电压测量仪12);在这两个测量仪 12、 13的出口处连接有力确定部件33，该力确定部件33具有用于为了 补偿而确定附加的分力的部件34、 35。
具体而言，此部件33或部件34、 35包括用于对电压测量部件12所
测量的电动机电压UBat进行低通滤波的低通滤波部件36以及用于预给定最大供应电压U^x的另外的Un^输入级37,其中该最大供应电压 Un^位于输入级37处。此外，设有差构造部件38和39,用于构造上文
所给出的差t/^f/^im^-L&,并且相乘模块40、 41或42连接到此差 构造部件38和39上以及电流输入级13'上，其与电流测量部件13相连
接，使得相应的量Ia、 ^4r^J和(1^^t4y与修正因数或比例因数kx、
ky和k^目乘。然后，此相乘^^莫块40、 41、 42的出口位于求和^^莫块43上， 该求和模块43将根据上述关系式(2)将三个结果相加，以在出口处给出
相应于补偿之后获得的驱动力FAet的信号，该信号输送到电动机控制
部件31。在此，此信号FAct与预先给出的力阈值F(其借助级(stufe)45输 送)在阈值部件44中进行比较，以使得在达到阈值F时通过电动机控制 部件31相应地控制电动机10,因为显然由于夹住而给出了过高的驱动 力Fm。尤其可以此种方式迫使电动机10安全断开或换接(换向)，以防 止可能伤害到其身体部分在运动的车辆组件的范围(尤其是侧面车窗) 中夹住的人。
最后，由图3可见修正因数-预给定级46,利用该预给定级46预给 定了根据经验或根据计算所确定的比例因数kx、 ky和b。
图4示出了电压和电流或力的曲线图，以及例如电动;〖几电压UBat
的阶梯形下降50具有后续的阶梯形再上升51 。与借助于图l所说明的
原理相对应，在电动机电压UBat曲线的电压变化位置50、 51处，在电 动机电流Ia的曲线中示出了相应的、先负后正的跳跃，如图4中所示那 样。当对电动机电压UBat进行低通滤波时，在电压曲线中、在电压变
化50、 51处相应地得到斜齿，相当于图4中低通滤波电动机电压Uu的 曲线。
总体而言，电动机电流Ia中存在相应的静态偏差和动态偏差，如
在图4的dl或DI中所见。
当实施上面所说明的补偿时，如图4中那样利用第四曲线说明性 地获得电流或驱动力F^(在相应的换算中)，其中在不考虑轻微的高频
波动(也即由于电动机换向器-电流-脉动电压)和由于电动机电压UBat的
11跳跃而在级50、 51范围中产生的两个相对较小的锯齿的情况下，此信 号基本上为恒定的值。该受到补偿的驱动力值FAct适于(如直接所见) 在斗企测如下情况时以可靠方式进行力检验，即当身体部分或物体由被 驱动的组件夹住并且与此相应记录了力的增加时，也即可以有效区分 一方面驱动系统中的摩擦力和另一方面夹持力。
权利要求
1.一种用于确定由转动的电动机(10)产生的驱动力的方法，其中测量从能量供应源(32)输送到所述电动机(10)的电动机电流(Ia)并由此计算力，其特征在于，还测量位于所述电动机(10)上的电动机电压(UBat)，以及补偿由于运行中出现的所述能量供应源(32)的电压波动(DI，dI)而产生的驱动力波动，其中确定至少一个基于所测量的、包含电压波动的所述电动机电压(UBat)的补偿分力。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，对所测量的所述电动机电压(UBat)进行低通滤波并且作为用于确定补偿分力的已滤波电 动机电压(ULP)引入。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了补偿动态电压 波动(dl)，在所述已滤波电动^L电压(UuO和所测量的所述电动才几电压(Ubm)之间构造差(ULp-UBat)并且由所述差(1^-11^)计算所属的动态补 偿分力。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过将所述差(Uu-UBat)与预先确定的比例因数(ky)进行相乘来计算所述动态补偿分力。
5. 根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，为了补偿静态电压波动(DI)，在最大电动机电压(UmJ和所述已滤波电动机电压(ULP)之间构造电压差(Umax-ULP)并且由所述电压差(U腿-UuO计算所属的静态补偿分力。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过将所述电压差(Um狄-ULP)与预先确定的比例因数(kz)相乘来计算所述静态补偿分力。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，为了 力限制，将所确定的、包含所述补偿分力的驱动力与预给定阈值(F)进行比较。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过所述力限制来限制车辆的受驱动的组件的关闭力，例如车窗或滑动式天窗的关闭 力。
9. 一种具有配属于电动才几(IO)、用于确定由运^^中的电动才几(10) 产生的驱动力的力确定部件(33)的装置，其中所述力确定部件(33)与电 动机电流测量部件(13)相连接，其特征在于，所述力确定部件(33)进一 步与用于测量电动机电压的部件(12)相连接并且具有部件(34),(35)，所 述部件(34),(35)用于基于所测量的、包含电压波动的电动机电压(UBat) 来确定至少一个附加的、为了补偿电压波动(DI,dI)而引入的分力。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述力确定部件(33)具有用于对所测量的所述电动机电压(UBat)进^f亍低通滤波的所述低通电压(UuO。
11. 根据权利要求10所述的装置，其特征在于部件(38),所述部 件(38)用于在所述一皮低通滤波的电动机电压(UuO和所测量的电动机电 压(U^)之间构造差(Uu-U加)，其中设置有所述力确定部件(33)，由所 分-。 " 一 、'— 、' 、
12. 根据权利要求ll所述的装置，其特征在于相乘模块(41),所述相乘模块(41)用于将所述差(U『UBat)与预先确定的比例因数(ky)进行相乘，以计算所述补偿分力。
13. 根据权利要求10或12中的任一项所述的装置，其特征在于部件(39),所述部件(39)用于在最大电动机电压(Umax)和所述被低通滤波 的电动机电压(UuO之间构造电压差(Umax-UnO,其中设置有所述力确定 部件(34),由所述电压差(Un^-ULP)基于静态电压波动(DI)来确定用于补偿力的补偿分力。
14. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于相乘模块(42),所述相乘模块(42)用于将所述差(Um^UuO与预先确定的比例因数(kz)进行相乘，以计算所述补偿分力。
15. —种用于限制借助电动机(10)驱动的车辆的组件的关闭力的设备(30),所述设备具有根据权利要求9至14中任一项所述的装置(33) 并且具有用于在考虑至少一个补偿分力的情况下将所确定的所述电 动机(10)的驱动力(FAct)与预给定阈值(F)进行比较的阈值部件(44),其 中电动机控制部件(31)与用于在达到阈值时降低或切断电动机功率的 所述阈值部件(44)相连才矣。
全文摘要
为了确定由电动机(10)产生的驱动力(F<sub>Act</sub>)，测量由能量供应源(32)输送到电动机(10)的电动机电流(I<sub>a</sub>)并且由此计算力；额外地，测量电动机(10)上的电动机电压(U<sub>Bat</sub>)，并且补偿由于在运行中出现的能量供应源电压波动而产生的驱动力波动，其中确定至少一个基于所测量的、包括电压波动的电动机电压(U<sub>Bat</sub>)的补偿分力。
文档编号H02H7/085GK101558541SQ200780045922
公开日2009年10月14日 申请日期2007年12月4日 优先权日2006年12月14日
发明者M·梅斯尔, P·S·穆拉齐, R·莫拉维克, W·科尔纳 申请人:欧陆汽车有限责任公司