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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum so genannten sequentiellen
Steuern einer beweglichen Platte, die von einem Elektromotor gleitend
angetrieben wird, wobei in dem Verfahren sequentiell das von einem
Lichtleitfaser-Drucksensor kommende Signal ausgewertet wird, um
den Antriebsmotor anzuhalten oder seine Laufrichtung umzukehren,
falls sich das Signal ändert,
und die Frequenzmessung der von einer Codierungsvorrichtung hervorgerufenen
Impulse ausgewertet wird, um eine Hindernis-Früherfassung zu bewerkstelligen
und um die Bahnendepositionen der beweglichen Platte zu bestimmen.
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Insbesondere
ist in einer Ausführungsform des
Verfahrens gemäß der Erfindung
vorgesehen, von einer Sicherheitsvorrichtung für eine derartige bewegliche
Platte Gebrauch zu machen, die Mittel zum Erfassen des Vorhandenseins
eines Fremdkörpers,
der die Bewegung der beweglichen Platte bremst und ihrem vollständigen Schließen entgegenwirkt,
umfasst.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist vorgesehen, einen Lichtleitfaser-Drucksensor zu verwenden.
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Schließlich hat
die Erfindung zum Ziel, ein Verfahren der oben beschriebenen Art
zu schaffen, bei dem die oben erwähnten Mittel zur direkten und indirekten
Erfassung kalibriert werden, um eine Verbesserung der Einsatzzuverlässigkeit
dieses Sensors zu ermöglichen.
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Immer
mehr Kraftfahrzeuge werden mit elektrischen Fensterhebern ausgestattet,
d. h. mit Systemen, bei denen die Fensterscheiben zu einem Gleiten
in Öffnungsrichtung
oder in Schließrichtung
durch einen Elektromotor angetrieben werden, dessen Betrieb vom
Fahrzeugführer
mittels eines von Hand zu betätigenden
Schalters gesteuert wird. Derartige Systeme haben ermöglicht,
wesentliche Fortschritte in Sachen Sicherheit des Kraftfahrzeugs
zu erzielen, soweit der Fahrzeugführer die Fenster leicht öffnen oder
schließen
kann, während
er gleichzeitig auf die Verkehrsbedingungen und das Führen seines
Fahrzeugs achtet. Diese Systeme weisen jedoch erhebliche Zuverlässigkeitsprobleme
auf, die häufig
mit dem Auftreten von Stromspitzen bei einem zu plötzlichen Anhalten
des Antriebsmotors für
die Fensterscheibe in Verbindung stehen. Es ist bekannt, dass nämlich jede
Behinderung der Vorschubbewegung der Fensterscheibe im Motor Stromspitzen
erzeugt, die im Allgemeinen ungünstig
sind, vor allem für
bestimmte Bau elemente wie etwa Steuerrelais oder Schalttransistoren.
Derartige Spitzen können
beispielsweise auftreten, wenn der Kraftfahrer den Schalter, der
den Betrieb des Antriebsmotors steuert, weiterhin betätigt, obwohl
die Fensterscheibe ihre Schließposition, in
der sie am Rahmen der Tür
anliegt, schon erreicht hat. Stromspitzen können auch auftreten, wenn ein Fremdkörper, beispielsweise
ein Arm, auf dem Rand der Fensterscheibe aufliegt und der Aufwärtsbewegung
dieser einen Widerstand entgegensetzt.
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Eine
bekannte Lösung,
um die oben erwähnten
Probleme zu beheben, besteht darin, die maximale Stärke des
an den Antriebsmotor gelieferten Speisestroms zu messen und diesen
Strom oberhalb eines im Voraus festgelegten Schwellenwertes zu sperren.
Diese Maßnahme
wird im Allgemeinen an den Anschlüssen eines Schalttransistors
getroffen, dessen Widerstand von einem Bauelement zum anderen verschieden
ist und temperaturabhängig bleibt.
Weitere Verfahren verwenden Präzisionswiderstände (Messung
von Strömen)
oder Hall-Effekt-Sonden
(Messung von Magnetfeldern), wobei jedoch der Selbstkostenpreis
derartiger Bauelemente hoch ist.
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Ein
weiteres Steuerungsverfahren, das preiswerter und leistungsfähiger ist,
besteht darin, die durch das Umschalten der Bürsten des Antriebsmotors hervorgerufenen
Impulse zu erfassen. Diese Impulse überlagern sich dem aufgenommenen Gleichstrom
des Motors, wobei ihre Frequenz proportional zur Geschwindigkeit
des Rotors ist. Eine derartige Technik ist in dem amerikanischen
Patent Nr. 4 870 333 im Namen der Firma Sidosha Denki Kogyo beschrieben,
das ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fensterhebers für Kraftfahrzeuge vorschlägt, bei
dem die Anzahl der Impulse, die durch den Betrieb des die Fensterscheibe
antreibenden Elektromotors erzeugt werden, in einem Zähler registriert
wird. Wenn die Anzahl der in dem Zähler registrierten Impulse
einen im Voraus festgelegten Maximalwert erreicht, folgert die Steuervorrichtung,
die das System verwendet, dass die Fensterscheibe die vollständig geöffnete Position
erreicht hat, und bewirkt das Anhalten des Antriebsmotors. Im umgekehrten
Fall, bei einer Aufwärtsbewegung
der Fensterscheibe, wird die Anzahl der in dem Zähler registrierten Impulse
für jede
Umdrehung des Antriebsmotors um eine Einheit vermindert. Wenn diese
Anzahl null wird, folgert das System, dass die Fensterscheibe ihre
Schließposition
erreicht hat, in welcher sie am Rahmen der Tür anliegt, und hält den Antriebsmotor erneut
an.
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Das
obige System weist den bedeutenden Nachteil auf, dass die Aufwärtsbewegungsgeschwindigkeit
der Fensterscheibe nicht konstant ist und von zahlreichen Parametern
wie etwa dem Antriebsdrehmoment des Motors, der Reibung zwischen
der Fensterscheibe und dem Rahmen der Tür, der Geschwindigkeit und
der Bahn des Fahrzeugs usw. abhängt.
Die Position der Fensterscheibe kann folglich nicht mit einer Genauigkeit
berechnet werden, die ausreicht, um exakt den Zeitpunkt bestimmen
zu können,
zu dem das Fenster vollständig
geschlossen ist. Mit einem derartigen Verfahren kann außerdem eine Bahnendezone
bestimmt werden, in der man die Fensterscheibe in der Nähe des Rahmens
der Tür weiß. Der Antriebsmotor
kann folglich auf Befehl der Steuervorrichtung angehalten werden,
bevor das Fenster vollständig
geschlossen ist. Umgekehrt kann der Motor weiterhin mit Strom versorgt
werden, obwohl das Fenster schon vollständig geschlossen ist, wodurch
Stromspitzen erzeugt werden, die dem Motor und der Steuerelektronik
abträglich
sind. Andererseits sind in dem Sidosha-Patent keine Vorkehrungen
getroffen, um eine Mehrlast, die den Vorschub der Fensterscheibe
behindern würde,
vor einem Festklemmen zu erfassen. Schließlich sind keine Vorkehrungen
getroffen, um das Vorhandensein eines Fremdkörpers, wie etwa einer Kinderhand,
deren Dicke gleich der Höhe
oder kleiner als die Höhe
der Bahnendezone ist, zu erfassen. Nun muss aber bei einem automatischen
Schließen
von beweglichen Platten wie etwa insbesondere einer Fensterscheibe eines
Kraftfahrzeugs angestrebt werden, die Sicherheit zu gewährleisten,
indem das Einklemmen eines Fremdkörpers, wie beispielsweise eines
Arms oder einer Hand zwischen der Scheibe und dem Rahmen der Tür, an dem
diese in Anlage gelangen soll, verhindert wird. Dazu hält im Fall
eines Einklemmens eine Sicherheitsvorrichtung den Antrieb an oder
kehrt die Bewegungsrichtung der Fensterscheibe um. Bei den bekannten
Sicherheitsvorrichtungen besteht eine Lösung darin, einen Leiter elektromagnetischer Wellen,
beispielsweise eine Lichtleitfaser, im Inneren der Dichtung, in
welcher die Fensterscheibe geführt wird,
einzubauen. Ein Sender, beispielsweise eine Laserdiode, koppelt
ein Lichtsignal an einem Ende der Faser ein. Dieses Signal breitet
sich bis zu einem Empfänger
aus, beispielsweise einer Photodiode, die am anderen Ende der Faser
angeordnet ist. Im Ereignisfall wird der Fremdköper von der sich nach oben bewegenden
Scheibe in Richtung der Dichtung mitgenommen und übt einen
Druck auf die Lichtleitfaser auf. Unter der Wirkung des Drucks verformt
sich die Lichtleitfaser, was eine lokale Veränderung ihres Krümmungsradius
zur Folge hat. Diese Veränderung des
Krümmungsradius
der Faser ruft starke Verluste und in der Folge eine Abnahme der
Amplitude des von dem Empfänger
erfassten Lichtsignals hervor. Daraus ergibt sich eine Abnahme der
Amplitude des elektrischen Signals, das der Empfänger zu einer Steuerschaltung
sendet, die in Reaktion auf diese Abnahme ein Signal zum Anhalten
oder zum Umkehren der Laufrichtung des Motors, der die Fensterscheibe
antreibt, erzeugt.
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Aus
dem deutschen Patent
DE 44 16
803 ist eine Sicherheitsvorrichtung bekannt, die der gleitenden
Fensterscheibe einer Kraftfahrzeugtür zugeordnet ist. Diese Vorrichtung
umfasst einen Magneten, der an der Welle des die Fensterscheibe
antreibenden Elektromotors angeordnet ist, dem ein Hall-Effekt-Sensor
zugeordnet ist. In Abhängigkeit
von den Signalen, die von dem Hall-Effekt-Sensor gesendet werden,
kann ein Mikroprozessor bestimmen, dass die Fensterscheibe in ihrer
vollständig
geschlossenen Position angekommen ist. Außerdem kann der Mikroprozessor
eine Verringerung der Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung der Fensterscheibe durch
das Vorhandensein eines Fremdkörpers
erfassen und die Umkehrung der Bewegungsrichtung der Fensterscheibe
befehlen, um jegliches Quetschen zu verhindern. Neben dieser Vorrichtung
zur indirekten Erfassung weist die Sicherheitsvorrichtung eine Vorrichtung
zur direkten Erfassung auf, die einen Drucksensor umfasst, der im
Rahmen der Tür
angeordnet ist.
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Der
Hauptnachteil der obigen Sicherheitsvorrichtung besteht darin, dass
die indirekten Erfassungsmittel selbst dann weiterhin als Mittel
zur Hinderniserfassung benutzt werden, wenn die Fensterscheibe in
die Nähe
ihrer vollständig
geschlossenen Stellung gelangt. Es ist bereits erwähnt worden,
dass die Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung der Scheibe nämlich nicht
konstant ist und von zahlreichen Parametern abhängt. Wenn auf Grund von Ungenauigkeiten
der Messungen der Mikroprozessor nicht anzeigt, dass das Fenster
geschlossen ist, obwohl dieses tatsächlich geschlossen ist, wird
folglich der Mikroprozessor diese Situation als eine Einklemmsituation
interpretieren und das Anhalten und die Umkehrung der Laufrichtung
des Antriebsmotors befehlen. Zu diesem Zeitpunkt wird es unmöglich, das
Fenster zu schließen.
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Die
Sicherheitsvorrichtungen der oben beschriebenen Art, die Lichtleitfaser-Drucksensoren
zur Hinderniserfassung verwenden, weisen zahlreiche Nachteile auf,
sowohl was ihre industrielle Herstellung als auch ihren Betrieb
beim Benutzer betrifft. Diese Sicherheitsvorrichtungen müssen nämlich in hohen
Stückzahlen
hergestellt werden, um die Nachfrage der Märkte, wie etwa des Kraftfahrzeugmarktes,
zu befriedigen. Dies setzt folglich ein Fertigungsverfahren mit
preis werten Bauelementen und Werkstoffen voraus, das einfach und
gleichzeitig schnell ist. Das Gleiche gilt für die Prüf- und Kalibrierungsprozeduren,
die schnell sein müssen
und den Mitteln zur direkten und indirekten Erfassung ermöglichen müssen, ihre
Betriebsparameter über
die Zeit beizubehalten. Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgehen
wird, ist es schwierig, unter derartigen Umständen Produkte zu erzielen,
die homogene Eigenschaften besitzen.
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Ein
erstes Problem steht damit im Zusammenhang, dass es schwierig ist, über große Mengen preiswerter
Lichtquellen verfügen
zu können,
die Parameter mit einer geringen Streuung aufweisen. Dies betrifft
insbesondere die Lichtstärke
und den Abstrahlwinkel, sowie das Strahlungsspektrum dieser Quellen.
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Ein
zweites Problem steht damit im Zusammenhang, dass die in dem Sensor
verwendete Lichtleitfaser an der Lichtquelle entweder mit speziellen Verbindern
oder einfacher durch Kleben befestigt sein muss. Dies erfordert
mehrere Arbeitsschritte, um das Ende der Faser zu behandeln (Abtragen
der Umhüllung,
Bruch oder Polieren), die Faser in Bezug auf die Lichtquelle zu
zentrieren und schließlich
mittels schnellhärtender
Harze zu befestigen. Eine Fertigung in großen Stückzahlen bedeutet zwangsläufig eine
große
Streuung der Wirkungsgrade bei der Leistungseinkopplung in die Faser,
wodurch die Leistungsparameter des Sensors beeinflusst werden.
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Wie
weiter oben beschrieben worden ist, funktionieren die Lichtleitfasersensoren
zum überwiegenden
Teil auf der Grundlage des Prinzips, dass unter der Wirkung eines
Drucks durch die Veränderung
des Krümmungsradius
der Faser Verluste bewirkt werden. Das Platzieren der Faser und
die Behandlung des empfindlichen Teils des Sensors führen folglich
zwangsläufig
eine Streuung der Spannungen in der Lichtleitfaser ein, was eine
Streuung der Leistungsparameter der Sensoren zur Folge hat.
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Außerdem ist
festzustellen, dass die Leistungsparameter der Sensoren in starkem
Maße von den
Bedingungen, unter denen sie verwendet werden, und von ihrer Umgebung
abhängen.
Dies ist beispielsweise bei Kraftfahrzeuganwendungen der Fall, wo
die Sensoren in Umgebungstemperaturbereichen funktionieren müssen, die
zwischen –40°C und +85°C enthalten
sind. Es ist klar, dass unter derartigen Bedingungen die Eigenschaften
einiger Bauelemente, wie etwa der Lichtquelle, nicht konstant bleiben
können
(Abstrahlungsleistung und Spektralbereich). Das Gleiche gilt für den Wirkungsgrad
der Leistungseinkopplung in die Faser, der stark von den thermischen
Eigenschaften der Werkstoffe abhängt, die für die Verbindung
Quelle-Faser benutzt werden.
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Das
Problem ist bei dem empfindlichen Teil des Sensors noch größer. Wenn
vorausgesetzt wird, dass die Lichtleitfaser nicht selbst gegenüber Temperaturschwankungen
empfindlich ist, so können
doch die Werkstoffe, die zur Lagerung und zur Ummantelung dienen,
im Allgemeinen Polymere, thermische Beanspruchungen erfahren, was
einem Ausüben
von Druckänderungen
auf die Faser gleichkommt. Diese Wirkungen, zu denen noch die der
Lichtleitfaser eigene Temperaturempfindlichkeit hinzukommt, können Schwankungen
des Ausgangssignals von mehr als 80 % zur Folge haben.
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Schließlich kommen
zu den Problemen, die mit den Einsatzbedingungen des Sensors im
Zusammenhang stehen, die unvermeidlichen Schwankungen der Eigenschaften
dieses, die durch den normalen Verschleiß der Werkstoffe und Bauelemente
hervorgerufen werden, hinzu.
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Die
Aufzählung
der oben erwähnten
Probleme zeigt die Schwierigkeiten, die es zu überwinden gilt, um Lichtleitfaser-Drucksensoren,
die zur Hinderniserfassung verwendet werden können, in großen Serien
und mit niedrigen Kosten fertigen zu können. Die Empfindlichkeit gegenüber bestimmten
Störgrößen sowie
die Abnutzungsphänomene
lassen nicht zu, die ursprüngliche
Kalibrierung beizubehalten. Daraus ergeben sich Probleme der Zuverlässigkeit, in
bestimmten Fällen
sogar der Fehlfunktion der Sicherheitsvorrichtungen, die von derartigen
Sensoren Gebrauch machen.
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Ein
Verfahren zum sequentiellen Steuern einer beweglichen Platte, die
in einem Rahmen von einem Elektromotor gleitend angetrieben wird,
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist bereits aus dem Dokument DE-A-196 23 420 bekannt.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die weiter oben angeführten Probleme
und Nachteile zu beheben, indem sie ein zuverlässiges Verfahren für den Antrieb
und das Schließen
von elektrisch gleitend bewegten Verschlussplatten schafft.
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Dazu
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum sequentiellen Steuern einer
beweglichen Platte, die in einem Rahmen von einem Elektromotor gleitend angetrieben
wird, wobei das Verfahren die Merkmale des Anspruchs 1 besitzt.
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Folglich
kann bei einem Schließen
des Fensters gefolgert werden, dass bei Abwesenheit eines Alarmsignals
die Fensterscheibe in Anlage am Rahmen der Tür gekommen ist und dass jede
Gefahr eines Unfalls vermieden worden ist. Umgekehrt, im Fall des
Vorhandenseins eines Alarmsignals, wird unverzüglich die Umkehrung der Laufrichtung
des Antriebsmotors befohlen. Auf Grund dieser Merkmale ermöglicht das
sequentielle Erfassungsverfahren gemäß der Erfindung, die Sicherheit
von Personen zu erhöhen
und gleichzeitig die elektrischen und elektronischen Teile wirksam
gegen Überströme zu schützen.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal des Verfahrens der Erfindung wird die Frequenz
von Impulsen gemessen, die durch die Drehung des Elektromotors, der
die bewegliche Platte antreibt, erzeugt werden, wobei der Motor
angehalten oder seine Laufrichtung umgekehrt wird, wenn die Frequenz
dieser Impulse kleiner als eine im Voraus festgelegte Schwellenfrequenz
wird.
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Gemäß noch einem
weiteren Merkmal des Verfahrens wird das Vorhandensein eines Fremdkörpers, der
im Stande ist, einem vollständigen
Schließen
der beweglichen Platte entgegenzuwirken, mit Hilfe eines Lichtleitfaser-Drucksensors erfasst.
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Gemäß noch einem
weiteren Merkmal des Verfahrens der Erfindung wird aus der Messung
der Anzahl der Impulse, die durch die Drehung des elektrischen Antriebsmotors
erzeugt werden, anhand einer im Voraus bekannten Referenzposition
eine Angabe bezüglich
der Verlagerung der beweglichen Platte abgeleitet, und es wird eine
Verzögerungsrampe
der Geschwindigkeit des Antriebsmotors angewiesen, wenn die bewegliche
Platte in einer Bahnendezone ankommt.
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Gemäß noch einem
weiteren Merkmal werden dann, wenn die bewegliche Platte in der
Bahnendezone ankommt, die Mittel, die dazu dienen, die Frequenz
der Impulse zu messen, die durch die Drehung des Elektromotors erzeugt
werden, nicht mehr dafür
verwendet, das Vorhandensein eines Hindernisses zu erfassen, das
im Stande sein könnte,
dem vollständigen
Schließen
der beweglichen Platte entgegenzuwirken, sondern nur dafür verwendet,
die Position der Platte in Bezug auf den Rahmen, in dem sie gleitet,
zu bestimmen.
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Gemäß noch einem
weiteren Merkmal des Verfahrens ist die Referenzposition die letzte
berechnete Position der beweglichen Platte vor dem Anhalten des
Antriebsmotors.
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Die
Messung der Anzahl der Impulse, die durch die Drehung des Antriebsmotors
verursacht sind, ermöglicht,
anhand einer im Voraus bekannten Referenzposition die Bahn der beweglichen
Platte zu berechnen. Im Fall eines Kraftfahrzeugs weist die indirekte
Bestimmung der Position der Fensterscheibe durch Trägheitskräfte infolge
von Erschütterungen, von
Reibungswirkungen und Schlupf eine gewisse Fehlerrate auf. Diese
Fehlerrate ist kumulativ. Folglich ist nach zehn Versuchen der Abwärts- und
Aufwärtsbewegung
der Fensterscheibe die kumulierte Abweichung zwischen der berechneten
Position und der tatsächlichen
Position der Fensterscheibe in der Größenordnung von ein bis zwei
Zentimetern. Dieser Fehler bleibt jedoch klein genug, um eine Definition einer
Bahnendezone für
die Abwärts-
und Aufwärtsbewegungen
der Fensterscheibe zuzulassen, wobei es sich um eine Zone handelt,
in welcher sich die Fensterscheibe in der Nähe des Rahmens der Tür befindet,
an dem sie in Anlage kommen muss. Die Verzögerungszeit, die durch die Änderung
des Stroms in Bezug auf die Drehgeschwindigkeit des Motors entsteht,
wird vorteilhaft genutzt, um die Überströme zu begrenzen und den Motor
und seine Steuereinheit wirksam zu schützen.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zum Steuern einer beweglichen Platte, die von einem
Elektromotor gleitend angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet,
dass es darin besteht, die Frequenz der Impulse zu messen, die durch
die Drehung des Elektromotors, der die bewegliche Platte antreibt, hervorgerufen
werden, und den Motor anzuhalten oder seine Laufrichtung umzukehren,
wenn die Frequenz dieser Impulse niedriger als eine im Voraus festgelegte
Schwellenfrequenz wird.
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Da
die Frequenz der Impulse zur Drehgeschwindigkeit des Rotors des
Antriebsmotors proportional ist, wird es möglich, die Anwesenheit eines
Hindernisses, das die Bewegung der Verschlussplatte bremst und ihrer
Aufwärtsbewegung
entgegenwirkt, zu erfassen. Dies ist beispielsweise bei der Wirkung eines
Arms der Fall, der auf der Kante einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs
ruht. Der Vergleich der gemessenen Geschwindigkeit mit einer Referenzgeschwindigkeit
ermöglicht
folglich, eine Hindernisfrüherfassung
durchzuführen
und in bestimmten Fällen das
Einklemmen zu verhindern. Außerdem
ermöglicht
er, die Stromspitzen, die vor allem der Steuerelektronik des Antriebsmotors
sehr abträglich
sind, zu vermindern.
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Gemäß noch einem
weiteren Merkmal des Verfahrens der Erfindung wird eine Sicherheitsvorrichtung
verwendet, die Mittel zum Erfassen des Vorhandenseins eines Fremdkörpers umfasst,
der die Bewegung einer beweglichen Platte, die von einem Elektromotor
gleitend angetrieben wird, bremst und ihrem Schließen entgegenwirkt,
wobei die Erfassungsmittel vom indirekten Typ sind und auf der Messung
der Frequenz der Impulse beruhen, die durch die Drehung des Elektromotors
hervorgerufen werden.
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Es
wird vorgeschlagen, gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung den oben erwähnten Erfassungsmitteln vom
indirekten Typ zweite Mittel zur direkten Erfassung eines Fremdkörpers zuzuordnen, wobei
diese Mittel einen Drucksensor umfassen, der aus einer Lichtleitfaser
gebildet ist, der Mittel zum Senden und zum Empfangen von Lichtsignalen,
die sich im Inneren der Faser ausbreiten, zugeordnet sind.
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Ein
weiterer Aspekt des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
bezieht sich auf die Ausführung
eines Lichtleitfaser-Drucksensors, der zur Hinderniserfassung verwendet
werden kann, wobei er trotz seiner Empfindlichkeit gegenüber physikalischen
Störungsgrößen wie
etwa der Temperatur und trotz Verschleißerscheinungen der Werkstoffe,
aus denen er gebildet ist, seine ursprüngliche Kalibrierung beibehält.
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Dazu
wird gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung eine Kalibrierung eines Lichtleitfaser-Drucksensors
vorgenommen, der zum Erfassen von Hindernissen in einem Antriebssystem
für eine bewegliche
Platte, die elektrisch angetrieben gleitet, verwendet wird, wobei
der Sensor einen Sender umfasst, der elektrisch gespeist wird und
ein Lichtsignal in eine Lichtleitfaser einkoppelt, das Lichtsignal
sich bis zu einem Empfänger
ausbreitet, der in Reaktion auf das von der Lichtleitfaser übertragene
Lichtsignal ein elektrisches Signal zu einer Steuerzentrale mit Mikrocontroller
und/oder Mikroprozessor sendet, welche die Informationen, die von
dem Empfänger kommen,
analysiert und ermöglicht,
im Ereignisfall einen Elektromotor, der die bewegliche Platte antreibt, anzuhalten
oder seine Laufrichtung umzukehren, wobei das Verfahren dadurch
gekennzeichnet ist, dass während
der Perioden, in denen das Anhalten des Antriebsmotors für die bewegliche
Platte festgestellt wird, die Betriebsparameter des Drucksensors,
die unter beliebigen Umgebungsbedingungen aufgenommen werden, mit
den entsprechenden Parametern eines Eichsensors, die unter bekannten
Referenzbedingungen aufgenommen sind, die in einem nichtflüchtigen
Speicher gespeichert sind, auf den der Mikrocontroller und/oder
der Mikroprozessor der Steuerzentrale zugreifen können/kann,
verglichen und in Abhängigkeit
von diesen korrigiert werden.
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Auf
Grund dieser Merkmale beginnt das Verfahren zum Kalibrieren des
Drucksensors ab dem Zeitpunkt, zu dem das Anhalten des Antriebsmotors der
beweglichen Platte festgestellt wird. Vorzugsweise werden die Betriebsparameter
des Sensors während
der gesamten Dauer der Halteperiode des Antriebsmotors wiederholt
gemessen und korrigiert. Während
der Betriebsperioden des Motors werden nur die letzten Korrekturen
der Betriebsparameter des Drucksensors, die im Speicher gespeichert
sind, berücksichtigt.
Die Leistungsfähigkeit
des Drucksensors bleibt auf diese Weise trotz der Verschleißerscheinungen
und dem Vorhandensein von physikalischen Störgrößen, gegenüber denen der Sensor empfindlich
ist, erhalten.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsvariante umfasst
das Verfahren der Erfindung die Schritte, die darin bestehen,
- – während eines
kurzen Augenblicks den elektrischen Strom zur Speisung des Senders
ab dem Zeitpunkt, zu dem das Anhalten des Antriebsmotors der beweglichen
Platte festgestellt wird, zu unterbrechen;
- – den
Offsetpegel des elektrischen Signals, das von dem Empfänger ausgesendet
wird, zu messen und dann seinen Wert auf null zurückzusetzen;
- – den
Sender erneut mittels eines elektrischen Gleichstroms I0 zu
speisen und
- – den
Ausgangspegel VS des Empfängers zu messen
und ihm einen Koeffizienten k zuzuweisen, derart, dass kVS = VR, wobei VR ein bekannter Referenzpegel eines Eichsensors
ist, der unter bekannten Referenzbedingungen aufgenommen wird.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsvariante umfasst
das Verfahren der Erfindung die Schritte, die darin bestehen,
- – den
Sender mittels eines periodischen Rechteckwellenstroms zu speisen;
- – den
Hochpegel des Ausgangs VS des Empfängers sowie seine Änderung ΔVS zu messen und
- – die
Operation VS(ΔVR/ΔVS) = VS' auszuführen und
den Koeffizienten C = VR – VS' in
der Weise zu bestimmen, dass
VS'' = VR, wobei
VR und ΔVR bekannte Referenzwerte eines Eichsensors
sind, die unter bekannten Referenzbedingungen aufgenommen werden, wobei
das Verhältnis ΔVS/ΔVR der Korrekturkoeffizient für die Empfindlichkeit
des Drucksensors ist und wobei C der Korrekturkoeffizient des verbleibenden
Offsets des Sensors ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante umfasst
das Verfahren der Erfindung die Schritte, die darin bestehen,
- – den
Sender mittels eines periodischen Rechteckwellenstroms zu speisen;
- – den
Hochpegel des Ausgangs VS des Empfängers sowie
seine Ände rung ΔVS zu messen;
- – den
ausgeübten
Druck in Abhängigkeit
vom Pegel des gemessenen Signals mittels einer Polynomgleichung
zumindest ersten Grades, deren Koeffizienten zu Beginn, während einer
ersten Kalibrierung bestimmt werden, zu berechnen und
- – diese
Koeffizienten in Abhängigkeit
von den Messergebnissen periodisch zu korrigieren, um eine zuverlässige Messung
des Drucks zu erhalten.
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Gemäß einem
weiteren ihrer Aspekte betrifft die Erfindung außerdem das oben beschriebene
Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass es während der zweiten Sequenz die
Schritten umfasst, die darin bestehen, die zweiten Mittel zu kalibrieren,
indem:
- – für verschiedene
Positionen der beweglichen Platte relativ zu dem Rahmen, in dem
sich die Platte verlagert, die Frequenz gemessen wird, die den durch
die Drehung des Motors hervorgerufenen Impulsen entspricht, um die
momentane Verlagerungsgeschwindigkeit der Platte in einer gegebenen
Position zu bestimmen, und
- – für jede Position
der beweglichen Platte die Frequenz der gemessenen Impulse mit der
Frequenz dieser Impulse auf der vorhergehenden Bahn der beweglichen
Platte verglichen wird, so dass dann, wenn ein Unterschied zwischen
diesen Frequenzen vorhanden ist und dieser Unterschied einen vorgegebenen
Sicherheitswert nicht übersteigt, die
Schwellenfrequenz korrigiert wird, so dass sie nicht das Anhalten
des Laufs des Motors und seine Richtungsumkehr befiehlt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen
der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens
gemäß der Erfindung
klarer, wobei dieses Beispiel nicht erschöpfend, sondern lediglich zur
Veranschaulichung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gegeben ist,
worin
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1 eine
Tür eines
Kraftfahrzeugs zeigt, die mit der Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung
ausgestattet ist;
-
2 eine
Schnittansicht längs
der Linie II-II von 1 ist;
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3 eine 2 ähnliche
Ansicht ist, die einen Fremdkörper
wie etwa einen Finger zeigt, der zwischen der Fensterscheibe und
dem Rahmen der Tür
eingeklemmt ist;
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4 eine
schematische Darstellung der Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung
ist;
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5 eine
schematische Darstellung eines Lichtleitfaser-Drucksen sors ist,
der im Durchlassmodus arbeitet;
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6 eine
schematische Darstellung eines Lichtleitfaser-Drucksensors ist,
der im Reflexionsmodus arbeitet;
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7 eine
schematische Darstellung der Mittel zum Umschalten der Zustände Lauf-Anhalten und
zum Steuern der Drehrichtung des Motors sowie der Mittel indirekten
Typs zum Erfassen des Vorhandenseins eines die Bewegung der Fensterscheibe des
Kraftfahrzeugs bremsenden Fremdkörpers
ist;
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8 bis 12 zwei
Selbstkalibrierungsverfahren des Sicherheitssystems gemäß der Erfindung
zeigen;
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13 bis 16 Perspektivansichten
verschiedener Ausführungsvarianten
des Drucksensors gemäß der Erfindung
sind;
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17 eine
perspektivische Gesamtansicht des elektrischen Antriebsmotors ist,
dem eine optische Codierungsvorrichtung zugeordnet ist;
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18 eine
Perspektivansicht des elektrischen Antriebsmotors und der in 17 gezeigten optischen
Codierungsvorrichtung im voneinander getrennten Zustand ist;
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19 eine
Perspektivansicht des Antriebsmotors auf der Welle ist, an der eine
Scheibe zur optischen Codierung angebracht ist, der eine optoelektronische
Koppelvorrichtung zugeordnet ist;
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20 eine
vergrößerte Detailansicht
der in 19 gezeigten Codierungsscheibe
und der optoelektronischen Koppelvorrichtung ist;
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21 eine
Perspektivansicht einer Leiterplatte ist, an deren Unterseite die
optoelektronische Koppelvorrichtung befestigt ist;
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22 eine
Perspektivansicht ist, die die Öffnung
für den
Durchgang der optoelektronischen Koppelvorrichtung zeigt, die in
dem Gehäuse
ausgearbeitet ist, das die Welle des Motors aufnimmt;
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23 eine
Detailansicht der Öffnung
ist, die in dem in 22 gezeigten Gehäuse ausgearbeitet ist.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der erfinderischen Grundidee, ein
Verfahren zum sequentiellen Steuern zu schaffen, bei dem Mittel
zur indirekten Erfassung, die auf der Messung der Frequenz der durch
die Drehung des elektrischen Antriebsmotors erzeugten Impulse basieren,
ermöglichen,
die elektrischen und elektronischen Elemente wirksam gegen die Stromspitzen
zu schützen,
die ihnen besonders abträglich
sind, während
die Mittel zur direkten Erfassung, die auf der Messung der Änderung
einer physikalischen Größe durch
das Vorhanden sein eines Fremdkörpers,
der dem vollständigen
Schließen
einer beweglichen Platte entgegenwirkt, beruhen, ermöglichen,
die Sicherheit von Personen beträchtlich zu
erhöhen.
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Die
vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf eine elektrische Fensterhebervorrichtung
beschrieben, mit der ein Kraftfahrzeug ausgestattet ist. Es ist jedoch
selbstverständlich,
dass die vorliegende Erfindung auf jeden Typ von beweglicher Platte
Anwendung findet, die elektrisch angetrieben gleitet, wie etwa ein
Schiebedach eines Kraftfahrzeugs, die Türen eines Fahrstuhls, Brandschutztüren oder
andere.
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In 1 bis 6 ist
eine Tür 1 eines
Kraftfahrzeugs zu sehen, die einen Rahmen 2 besitzt, in dem
eine Fensterscheibe 4 durch die Wirkung eines elektrischen
Antriebsmotors 6 gleitet. Der Rahmen 2 der Tür 1 ist
mit einer Dichtung 8 versehen, wobei wenigstens in einem
Teil davon ein Lichtleiter 10 angeordnet ist, der beispielsweise
aus einer Multimodefaser gebildet ist. Wie in der Folge ausführlicher
beschrieben wird, sind der Lichtleitfaser 10 Mittel zum Senden
bzw. Empfangen, 12 und 14, von Lichtsignalen,
die sich im Inneren der Faser 10 ausbreiten, zugeordnet.
Diese Mittel sind dafür
ausgelegt, den Betrieb des Mechanismus des elektrischen Fensterhebers
oder des Diebstahlsicherungssystems des Kraftfahrzeugs, den bzw.
das sie ausrüsten,
zu steuern.
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Wie
aus 2 hervorgeht, ist die Lichtleitfaser 10 in
der Dichtungseinlage 8 außerhalb der Bahn der Fensterscheibe 4 angeordnet.
Da sich die Fensterscheibe 4 durch die Wirkung ihres Antriebsmotors 6 nach
oben bewegt, wird die Lichtleitfaser 10, wenn ein Finger 16 zwischen
der Fensterscheibe 4 und dem Rahmen 2 der Tür 1 eingeklemmt
wird (3), durch den Finger 16 plattgedrückt. Unter
der Wirkung des durch den Finger 16 ausgeübten Drucks
verformt sich die Lichtleitfaser 10, was eine lokale Veränderung
ihres Krümmungsradius
zur Folge hat. Diese Krümmung
führt zu
einer Schwächung
der Intensität der
Lichtsignale, die sich in der Lichtleitfaser 10 ausbreiten.
Daraus ergibt sich eine Abnahme der Amplitude der elektrischen Signale,
die der Empfänger 14 zu
einer Zentraleinheit 18 sendet, die in Reaktion auf diese
Abnahme ein Signal für
ein Anhalten oder Umkehren der Laufrichtung des Motors 6,
der die Fensterscheibe 4 antreibt, erzeugt.
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In 4 ist
eine schematische Darstellung der Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung
zu sehen. Ein Drucksensor, der in seiner Gesamtheit mit dem allgemeinen
Bezugszeichen 20 bezeichnet ist, umfasst die oben erwähnte Multimodefaser 10,
die nach dem Prinzip der Intensitätsmodulation des Lichts, das
sich darin in Abhängigkeit
von dem ausgeübten
Druck ausbreitet, funktioniert. Dem Drucksensor 20 sind
Mittel 12 zum Senden und Mittel 14 zum Empfangen
von Lichtsignalen, die sich im Inneren der Faser 10 ausbreiten,
zugeordnet.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsvariante, die
in 5 gezeigt ist, arbeitet der Drucksensor 20 im
Durchlassmodus. Die Lichtleitfaser 10 umfasst einen Teil 10a,
der das empfindliche Element des Drucksensors 20 bildet,
und einen Teil 10b, der als Lichtübertragungsleitung dient. Die
Sendemittel 12 koppeln ein Lichtsignal in ein Ende der
Faser 10 ein. Diese Sendemittel 12 umfassen eine
Lichtquelle, die derart vorbereitet ist, dass sie fest an der Lichtleitfaser 10 angebracht
ist, um die Verwendung von optischen Verbindern, die zu teuer sind,
zu vermeiden. Die Lichtquelle wird vorzugsweise eine Elektrolumineszenzdiode
sein. Das in die Lichtleitfaser 10 eingekoppelte Lichtsignal
breitet sich bis zum Empfänger 14,
etwa einer Photodiode, die am anderen Ende dieser Lichtleitfaser 10 ebenfalls
fest angebracht ist, aus.
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Gemäß einem
besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung sind die Elektrolumineszenzdiode und
die Photodiode vom SMD-Typ (SMD: Surface Mounted Device (engl.))
in demselben Gehäuse
gefasst, das auch die beiden Enden der den Drucksensor 20 bildenden
Lichtleitfaser 10 aufnimmt. Das Gehäuse umfasst andererseits Verbindungsmittel,
die seine Montage auf eine Leiterplatte vereinfachen.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsvariante, die
in 6 gezeigt ist, kann der Drucksensor 20 auch
im Reflexionsmodus arbeiten. In diesem letzteren Fall sind die Quelle 12 und
der Empfänger 14 an ein
und demselben Ende der Faser 10 angeordnet, während ein
Reflektor 11, der die Lichtsignale reflektiert, am anderen
Ende der Faser 10 angeordnet ist. Die Funktionen des Sendens
und des Empfangens werden vorzugsweise durch eine Laserdiode sichergestellt,
die mit ihrer eigenen photoelektrischen Zelle ausgestattet ist.
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Ein
Versorgungskreis 22 versorgt die Lichtquelle 12 mit
Strom. Dieser Strom kann ein Gleichstrom und/oder ein zeitlich periodisch
veränderlicher Strom
sein. Gemäß einem
bevorzugten Merkmal der Erfindung wird der Strom während der
Betriebsperioden des Antriebsmotors 6 kontinuierlich sein
und während
der Halteperiode eine periodische Rechteckform haben. Die Schaltung 22 umfasst
außerdem Schaltungen
zur Umkehrung und zur Verstärkung
der aus dem Empfänger 14 kommenden
Ströme.
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Die
Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung
umfasst außerdem
eine Steuerschaltung 24 des Antriebsmotors 6.
Diese Steuerschaltung 24 hat eine Struktur vom Brückentyp
für die
bidirektionale Steuerung des Motors 6. Sie kann vollständig auf
der Grundlage von Halbleitern gebildet sein oder Relais umfassen.
Die Verwendung von Transistoren vom MOS-Typ ermöglicht, die Relais mit einem
sehr schwachen Strom zu schalten, wodurch sich die Lebensdauer der
Bauelemente verlängert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass dasselbe MOS-Bauelement
als Element zum Messen des Stroms verwendet werden kann, um diesen
Letzteren zu begrenzen, um die Bahnenden zu erfassen und um den
Motor 6 gegen die Stromspitzen zu schützen.
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Das
obige System wird von der oben erwähnten Zentraleinheit 18 gemanagt.
Diese Zentraleinheit 18 umfasst einen Mikrocontroller und/oder
einen Mikroprozessor, die/der die Funktionen der Steuerung, der
Messung und der Kalibrierung des Drucksensors 20 mit Hilfe
von Programmen und Informationsverarbeitungsalgorithmen managen/managt,
die in einem nichtflüchtigen
Speicher angesiedelt sind, auf den der Mikrocontroller zugreifen
kann. Die Zentraleinheit 18 verfügt dafür über Mittel zur Analog-/Digital-Umsetzung.
Die Steuerung der Zustände
des Anhaltens und des Laufs sowie der Drehrichtung des Antriebsmotors 6 durch
die Zentraleinheit 18 erfolgt mittels der Steuerschaltung 24.
Diese Letztere misst die Änderungen
des Speisestroms des Motors 6 und sendet diese auch an
die Zentraleinheit 18, damit die Bahnendepositionen der
Fensterscheibe 4 erfasst werden und die Elektronik gegen
die Stromspitzen, die sich daraus ergeben, geschützt werden, wie in der Folge
genauer beschrieben wird.
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Außerdem managt
die Zentraleinheit 18 den Zustand der Eingänge/Ausgänge 26 von
oder zu weiteren internen oder externen Elementen des Systems. Es
ist bekannt, dass nämlich
die derzeitigen Mikrocontroller eine große Anzahl von Eingängen/Ausgängen managen
können,
was dem System ermöglicht,
mit mehreren Befehls- oder Steuerzentren in Wechselwirkung zu stehen.
Dies verleiht dem System eine große Flexibilität hinsichtlich
des Gebrauchs und der Anpassung in Abhängigkeit von den angestrebten
Anwendungen. Von den Steuerungen der Eingänge/Ausgänge können genannt werden:
- – die
Handsteuerungen für
den Fahrzeugführer und
die übrigen
Fahrgäste.
Diese Steuerungen können
vom stufenweisen Typ sein. Sie können auch
schnellwirkend sein, in der Hinsicht, dass ein einfacher Druck das Öffnen oder
das vollständige Schließen des
Fensters 4 steuert;
- – die
zentralisierten Steuerungen für
das Schließen
aller Platten. Diese Steuerungen können manuell sein, vom Zentralrechner
oder vom Zentralverriegelungssystem für die Türen ausgehen;
- – eine
Alarmfunktion (Sicherheit) im Fall des Einführens eines Objekts zwischen
die Fensterscheibe und die Führungsleiste.
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Gemäß einem
ersten Aspekt des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird die Frequenz von Impulsen gemessen, die durch das Umschalten
der Bürsten 28,
des Elektromotors 6, der die Fensterscheibe 4 antreibt,
hervorgerufen werden, und der Antrieb der Fensterscheibe 4 wird
eingestellt, wenn die Frequenz der Impulse niedriger als eine im
Voraus festgelegte Schwellenfrequenz ist. Dafür werden Erfassungsmittel vom
indirekten Typ angeordnet, die auf der Messung der Frequenz der
durch das Umschalten der Bürsten 28 des
Antriebsmotors 6 hervorgerufenen Impulse beruhen. Wie aus 7 ersichtlich
ist, weisen diese Erfassungsmittel einen MOS-Transistor 30 auf,
an dessen Anschlüssen
die durch das Umschalten der Bürsten 28 hervorgerufenen
Impulse erfasst werden. Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung steuert der MOS-Transistor 30 außerdem das Umschalten
von Relais 32 des Elektromotors 6 und bestimmt
folglich die Bewegungsrichtung der beweglichen Platte 4.
Die an den Anschlüssen
des MOS-Transistors 30 erfassten
Impulse durchlaufen anschließend
ein Filter 34, einen Verstärker 36 und werden
dann mit Hilfe eines Komparators 38 wieder in Form gebracht.
Schließlich
werden die Impulse zu Vergleichsmitteln gesendet, die ermöglichen,
die Frequenz der Impulse mit einer Schwellenfrequenz zu vergleichen.
Diese Mittel sind aus einer Zentraleinheit 18 gebildet,
welche die Frequenz der Impulse berechnet und sie mit der im Speicher
gespeicherten Schwellenfrequenz vergleicht. Wenn die Frequenz der
Impulse niedriger als eine Frequenzschwelle wird, erzeugt schließlich die
Zentraleinheit 18 ein zweites Alarmsignal, das dazu führt, dass
der Antriebsmotor 6 anhält
oder seine Laufrichtung umkehrt. Auf diese Weise wird es möglich, das
Bahnende oder das Vorhandensein eines Fremdkörpers wie beispielsweise eines
Arms, der die Bewegung der Fensterscheibe 4 bremst und
ihrer Aufwärtsbewegung
entgegenwirkt, zu erfassen. Der Vergleich der gemessenen Frequenz
mit einer Referenzfrequenz ermöglicht
folglich, eine Hindernisfrüherfassung durchzuführen und
in bestimmten Fällen
das Einklemmen zu verhindern. Außerdem ermöglicht er, den Antriebsmotor 6 sowie
seine Steuerschaltung 24 gegen die besonders abträglichen
Stromspitzen zu schützen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt des Verfahrens zählt
die Zentraleinheit 18 die Anzahl der Impulse, die durch
das Umschalten der Bürsten 28 des
Antriebsmotors 6 hervorgerufen werden, und leitet daraus
die Position der Fensterscheibe 4 ausgehend von einer Ruhestellung,
die als Referenz genommen wird, ab. Diese Referenzposition entspricht
der letzten berechneten Position der Fensterscheibe 4 vor dem
Anhalten des Antriebsmotors 6. So stellt die Zentraleinheit 18,
wenn die Fensterscheibe 4 in einer Bahnendezone mit einem
Abstand I von der Ober- oder Unterkante des Rahmens 2 der
Tür 1,
in welcher die Fensterscheibe 4 gleitet, ankommt, Mittel
bereit, die ermöglichen,
eine Verzögerungsrampe
der Geschwindigkeit des Antriebsmotors 6 zu programmieren
und die Versorgung dieses Letzteren zu unterbrechen, wenn die Frequenz
der Impulse im Wesentlichen null wird. Da bekannt ist, dass die Änderung
des Speisestroms des Motors 6 eine Verzögerung in Bezug auf die Drehgeschwindigkeit
des Motors 6 gemäß einer
Zeitkonstanten τ =
L/R (wobei L die Induktivität
und R der Widerstand des Antriebsmotors 6 ist) darstellt,
ermöglicht
die Steuerung einer Verzögerungsrampe
und das Anhalten des Motors 6, wenn die Frequenz der Impulse
im Wesentlichen null wird, den Motor 6 sowie seine Steuerschaltung 24 wirksam gegen
die Überströme zu schützen.
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Das
oben beschriebene Verfahren zur indirekten Bestimmung der Position
der Fensterscheibe 4 weist jedoch einen Nachteil auf. Wenn
nämlich
die Fensterscheibe 4 ihre Bahnendeposition erreicht und ihr
Antriebsmotor 6 anhält,
ist es nicht möglich
festzustellen, ob dieses Anhalten darauf zurückzuführen ist, dass die Fensterscheibe
4 am Rahmen 2 der Tür 1,
in dem sie gleitet, in Anlage ist oder ob das Anhalten auf das Vorhandensein
eines zwischen der Fensterscheibe 4 und der Strebe des
Rahmens 2 eingeklemmten Fremdkörpers zurückzuführen ist. Deshalb werden Mittel
zur direkten Erfassung des Vorhandenseins eines Fremdkörpers benutzt,
wobei diese Mittel den an früherer
Stelle beschriebenen Drucksensor 20 aus einer Lichtleitfaser 10 umfassen.
Auf diese Weise kann beim Schließen des Fensters 4 gefolgert
werden, dass bei Abwesenheit eines Alarmsignals vom Drucksensor 20 die
Fensterscheibe 4 in den Endanschlag an der Strebe des Rahmens 2 gelangt
ist und dass jede Unfallgefahr vermieden worden ist. Umgekehrt,
wenn der Drucksensor 20 ein Alarmsignal erzeugt, steuert
die Zentraleinheit 18 unverzüglich die Umkehrung der Laufrichtung
des Antriebsmotors 6.
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Außerdem hat
die vorliegende Erfindung zum Ziel, ein sequentielles Erfassungsverfahren
der oben beschriebenen Art zu liefern, das gemäß einem sequen tiellen Modus
arbeitet, der ihm eine Eigensicherheit verleiht.
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Im
Sinne der Erfindung wird unter Eigensicherheit der Gebrauch von
Mitteln und von verschiedenen Operationen verstanden, die der Zentraleinheit 18 ermöglichen
werden, alle Tests und Einstellungen vorzunehmen, die ermöglichen,
einen zuverlässigen
Betrieb der Mittel zur direkten und indirekten Erfassung zu gewährleisten
und der Gesamtheit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ein erhöhtes Sicherheitsniveau
zu verleihen. Aus diesem Grund ist es notwendig, Perioden vorzusehen,
in denen die Zentraleinheit 18 eine bestimmte Anzahl von
Operationen zur Prüfung,
Einstellung und Steuerung sequentiell ausführen wird. Je nachdem, ob die
Fensterscheibe 5 im Ruhezustand ist, ob sie sich aufwärts oder
abwärts
bewegt, werden drei verschiedene Betriebsperioden unterschieden.
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Während der
Periode, in welcher der Antriebsmotor 6 der Scheibe 4 stillsteht,
prüft die
Zentraleinheit 18 die Mittel zur direkten und indirekten
Erfassung von Hindernissen und kalibriert diese. Genauer gesagt
beginnen die Operationen, die während dieser
ersten Phase periodisch oder ständig
ausgeführt
werden, mit einer Prüfung
der korrekten allgemeinen Funktion der Erfassungsmittel. Im Fall
einer Funktionsstörung
eines der Erfassungsmittel deaktiviert die Zentraleinheit 18 das
fehlerhafte Mittel. Falls ein vollständiger Ausfall der Erfassungsmittel
auftritt, sendet die Zentraleinheit 18 ein Alarmsignal
zur Beachtung durch den Benutzer, das beispielsweise sichtbar oder
hörbar
ist. Dieser ist dann darüber
informiert, dass das elektrische Fensterhebersystem im manuellen
Modus arbeitet und er sich nicht mehr auf die Hindemiserfassungsmittel
gemäß der Erfindung verlassen
kann. Er muss folglich eine erhöhte
Aufmerksamkeit an den Tag legen. Wenn die korrekte allgemeine Funktion
der Erfassungsmittel festgestellt ist, dann nimmt die Zentraleinheit 18 eine
Korrektur der Betriebsparameter der Erfassungsmittel in Abhängigkeit
von den Modifikationen vor, welche die Sicherheitsvorrichtung unter
der Wirkung der zeitlichen Entwicklung der Leistungsfähigkeit
des Motors 6 und der Übertragungsmittel,
der Reibung der Fensterscheibe 4 an der Dichtung 8,
der klimatischen Bedingungen u. a. erfahren hat.
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Während der
Aufwärtsbewegungsphase
der Fensterscheibe 4 und bis diese die Nähe der Bahnendezone
in einem Abstand I von der Oberkante des Rahmens 2 der
Tür 1,
in welchem die Fensterscheibe 4 gleitet, erreicht, erzeugen
die Mittel zur direkten Erfassung ein Lichtsignal, das den oberen
Teil des Rahmens 2 durchläuft. Dieses Lichtsignal wird vom
Empfänger 14 erfasst
und dann an die Zentraleinheit 18 übertragen, die seine Intensität misst
und mit einem Referenzwert vergleicht, der während der Ruhephase der Fensterscheibe 4 definiert worden ist.
Gleichzeitig erfassen die Mittel zur indirekten Erfassung die Impulse,
die durch das Umschalten der Bürsten 28 des
Antriebsmotors 6 hervorgerufen werden, schicken dann diese
Impulse an eine Zentraleinheit 18, die daraus die Frequenz
berechnet und diese berechnete Frequenz mit einer Schwellenfrequenz vergleicht,
die während
der Ruhephase der Fensterscheibe 4 definiert worden ist.
Das Messen der Anzahl der oben erwähnten Impulse ermöglicht der
Zentraleinheit 18 außerdem,
die Position der Fensterscheibe 4 zu berechnen. Schließlich steuert
die Zentraleinheit 18 im Fall der Nichtübereinstimmung irgendwelcher
Informationen, die von einer der zwei Vorrichtungen zur direkten
oder indirekten Erfassung gesendet wurden, mit dem entsprechenden
Referenzwert das Anhalten und daraufhin die Umkehrung der Laufrichtung
des Antriebsmotors 6.
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Während der
Aufwärtsbewegungsphase
der Fensterscheibe 4 bis zur Bahnendeposition, in der sie
am oberen Teil des Rahmens 2 der Tür 1, in welchem sie
gleitet, in Anlage kommt, spielen die Mittel zur direkten Erfassung
weiterhin die gleiche Rolle wie oben. Sie erzeugen ein Lichtsignal,
das den oberen Teil des Rahmens 2 durchläuft und
das über
den Empfänger 14 zur
Zentraleinheit 18 übertragen
wird, die seine Intensität
misst und mit einem in der Stillstandsphase des Antriebsmotors definierten
Referenzwert vergleicht. Im Fall der Nichtübereinstimmung der von den
Mitteln zur direkten Erfassung gesendeten Informationen mit dem
entsprechenden Referenzwert befiehlt die Zentraleinheit 18 das
Anhalten und das Umkehren der Laufrichtung des Antriebsmotors 6.
Hingegen werden die von den indirekten Erfassungsmitteln gelieferten
Informationen nicht mehr verwendet, um das Vorhandensein eines Hindernisses
zu erfassen, das im Stande ist, das vollständige Schließen der
Fensterscheibe 4 zu verhindern. Die Mittel zur indirekten
Erfassung erfassen die Impulse, die durch das Umschalten der Bürsten 28 des
Antriebsmotors 6 hervorgerufen werden und schicken dann
diese Impulse zu einer Zentraleinheit 18. Die Zentraleinheit 18 berechnet
dann die Frequenz und die Anzahl dieser Impulse und leitet daraus
die Parameter der Geschwindigkeit und der Position der Fensterscheibe 4 ab,
deren Werte sie mit den während
der Stillstandsphase des Antriebsmotors 6 definierten Werten
vergleicht. Die Zentraleinheit 18 weist schließlich eine
Verzögerungsrampe der
Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung
der Fensterscheibe 4 an, die in der Stillstandsphase des Motors 6 definiert
wird, und unterbricht die Versorgung dieses, wenn die Parameter
der Geschwindigkeit und der Position jeweils ihrem in der ersten
Phase definierten Referenzwert entsprechen.
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Abschließend soll
die Phase der Abwärtsbewegung
der Fensterscheibe 4 betrachtet werden, in der die Mittel
zur direkten Erfassung deaktiviert sind. Was die Mittel zur indirekten
Erfassung anbelangt, so besteht ihre Aufgabe darin, Impulse zu erzeugen
und die Frequenz dieser Impulse zu messen, um die Parameter der
Geschwindigkeit und der Position der Fensterscheibe 4 zu
berechnen und sie mit den in der Stillstandsphase des Antriebsmotors 6 definierten Werten
zu vergleichen. Die Zentraleinheit 18 lässt den Vorschub der Fensterscheibe 4 entsprechend
einer Verzögerungsrampe
verlangsamen, die in der ersten Phase, in welcher der Motor 6 stillsteht,
programmiert worden ist, und unterbricht die Speisung dieses Motors 6,
wenn die Parameter der Position und der Geschwindigkeit der Fensterscheibe 4 jeweils
ihre Referenzwerte erreichen, die in der ersten Phase definiert
worden sind.
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Die
vorliegende Erfindung hat außerdem zum
Ziel sicherzustellen, dass ein Drucksensor 20 seine ursprünglichen
Leistungsparameter trotz seiner Empfindlichkeit gegenüber physikalischen
Störgrößen wie
etwa der Temperatur und Verschleißerscheinungen der Werkstoffe,
aus denen er gebildet ist, beibehält. Dazu wird vorgeschlagen,
während
der Perioden, in denen die Zentraleinheit 18 den Stillstand
des Antriebsmotors 6 feststellt, die Betriebsparameter
des Drucksensors 20, die unter beliebigen Umgebungsbedingungen
aufgenommen wurden, mit den gleichen Parametern eines Eichsensors,
die unter bekannten Referenzbedingungen aufgenommen wurden, die
in einem nichtflüchtigen
Speicher gespeichert sind, auf den der Mikrocontroller der Zentraleinheit 18 zugreifen
kann, zu vergleichen und in Abhängigkeit
davon zu korrigieren. Vorzugsweise werden die Betriebsparameter
des Drucksensors 20 während
der gesamten Dauer der Stillstandsperiode des Antriebsmotors 6 wiederholt
gemessen und korrigiert. Bei einem erneuten Ingangsetzen des Antriebsmotors 6 werden
nur die letzten Korrekturen der Betriebsparameter des Sensors 20 berücksichtigt.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsvariante umfasst
das Verfahren zum Kalibrieren des Drucksensors 20 die Schritte,
die darin bestehen,
- – während eines kurzen Augenblicks
den elektrischen Speisestrom des Senders 12 ab dem Zeitpunkt,
zu dem das Anhalten des Antriebsmotors 6 festgestellt wird,
zu unterbrechen;
- – den
Offsetpegel des elektrischen Signals, das von dem Sender 14 ausgesendet
wird, zu messen und dann seinen Wert mittels eines Algorithmus, der
im Speicher des Mikrocontrollers der Zentraleinheit 18 gespeichert
ist, auf null zurückzusetzen;
- – den
Sender 12 erneut mittels eines elektrischen Gleichstroms
IO zu speisen und
- – den
Ausgangspegel VS des Empfängers 12 zu messen
und ihm einen Koeffizienten k zuzuweisen, derart, dass kVS = VR, wobei VR ein bekannter Referenzpegel eines Eichsensors
ist, der unter bekannten Referenzbedingungen aufgenommen wird.
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Wenn
der Sender 12 nicht gespeist wird, ist das Ausgangssignal
des Drucksensors 20 nicht null. Die Erfassungsschaltung
des Sensors 20 ist im Allgemeinen aus einem Photoempfänger 14,
gefolgt von einer Verstärkungsschaltung
die einen Operationsverstärker
umfasst, gebildet. Nun weist aber jeder Photoempfänger einen
so genannten Dunkelstrom auf, der von seiner Technologie, seinem
Polarisationsstrom und der Temperatur abhängig ist. Dieser Strom, der
zeitlich schwankt, wird verstärkt
und trägt teilweise
zur Erzeugung einer unerwünschten
Offsetspannung am Ausgang bei. Außerdem weist jeder Operationsverstärker ein
Spannungsoffsetsignal und einen Strom ungleich null mit einer entsprechend
der Qualität
des Bauelements und den Temperaturbedingungen mehr oder weniger
starken Drift auf. Wenn nicht sehr stabile und folglich sehr teure
Bauelemente verwendet werden, ist zu bevorzugen, diese Offsetwerte
periodisch zu messen und sie mit Hilfe eines Datenverarbeitungsprogramms,
das im Speicher des Mikrocontrollers der Zentraleinheit 18 gespeichert
ist, abzuschneiden, um nur das von dem Drucksensor 20 kommende
Nutzsignal beizubehalten. Wenn das Offsetsignal erst einmal abgeschnitten
ist, muss druckfrei der Pegel des Signals des Drucksensors 20 periodisch
wieder auf einen Referenzwert gebracht werden, um mit einer festen
Auslöseschwelle
zu arbeiten. Es ist möglich,
sich auf diese Weise von den Streuungen der Betriebsparameter der
Bauelemente (Quelle 12 und Empfänger 14), den Bedingungen
der Einkopplung des Lichtsignals in die Faser 10 und den Schwankungen
dieses Letzteren, die mit der Faser im Zusammenhang stehen, zu befreien.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsvariante umfasst
das Verfahren zum Kalibrieren des Drucksensors 20 die Schritte,
die darin bestehen:
- – den Sender 12 mittels
eines periodischen Rechteckwellenstroms zu speisen;
- – den
Hochpegel des Ausgangs VS zu messen; und
- – die
Operation VS(ΔVR/ΔVS) = VS' auszuführen und
den Koeffizienten C = VR – VS' in
der Weise zu bestimmen, dass
VS'' = VR, wobei
VR und ΔVR bekannte Referenzwerte eines Eichsensors
sind, die unter bekannten Referenzbedingungen aufgenommen werden, wobei
das Verhältnis ΔVS/ΔVR der Korrekturkoeffizient für die Empfindlichkeit
des Drucksensors 20 ist und wobei C der Korrekturkoeffizient
des verbleibenden Offsets des Sensors 20 ist.
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Gemäß einem
bevorzugten Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Sender 12 mittels
eines periodischen Rechteckwellenstroms gespeist, der durch Überlagern
einer kleinen periodischen Schwankung ΔIO und
eines konstanten Stroms IO erhalten wird,
derart, dass die Änderung
des optischen Signals, die sich daraus ergibt, als linear angesehen
werden kann.
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Für schwache
ausgeübte
Drücke
kann das erfasste Signal als linear angesehen und in der Form VS = IO GT geschrieben
werden, wobei
- – G insbesondere die globale
Verstärkung
des Drucksensors 20, den Wirkungsgrad der Einkopplung und
den Wirkungsgrad des Empfängers 14 berücksichtigt,
- – T
die optische Übertragungsfunktion
des Drucksensors 20 darstellt, und
- – IO die Leistung der Quelle 12 und
folglich indirekt ihren Polarisationsstroms darstellt.
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Durch
Messen der Änderung ΔVS am Ausgang des Drucksensors 20 infolge
einer geringfügigen Änderung ΔIO des Polarisationsstroms und durch Berechnen
des Verhältnisses
dieser zwei Größen wird
ein Maß für die optische Übertragungsfunktion des
Drucksensors 20 und folglich für seine Empfindlichkeit erhalten.
Andererseits kommt das Ausführen der
Operation VS' = VS(ΔVS/ΔVR) auf ein Normieren der Empfindlichkeit
des Drucksensors 20, die unter beliebigen Umgebungsbedingungen
aufgenommen wurde, in Bezug auf die Empfindlichkeit eines Eichsensors,
die unter Referenzbedingungen aufgenommen wurde, zurück. Die
Korrektur des zusätzlichen Offsets
C derart, dass C + VS' = VR ist, ermöglicht,
die übrigen
Unterschiede zu kompensieren, die mit der Streuung der Parameter
der Bauelemente und ihren Änderungen
in Abhängigkeit
von den Umgebungsbedingungen in Verbindung stehen.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsvariante umfasst
das Kalibrierungsverfahren der Erfindung die Schritte, die darin
bestehen,
- – den
Sender 12 mittels eines periodischen Rechteckwellenstroms
zu speisen;
- – den
Hochpegel des Ausgangs VS des Empfängers 14 sowie
seine Änderung ΔVS zu messen;
- – den
ausgeübten
Druck in Abhängigkeit
vom gemessenen Signalpegel mittels einer Polynomgleichung zumindest
ersten Grades, deren Koeffizienten anfangs bei der ersten Kalibrierung
bestimmt werden, zu berechnen und
- – diese
Koeffizienten in Abhängigkeit
von den Messergebnissen periodisch zu korrigieren, um eine zuverlässige Messung
des Drucks zu erhalten.
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Vorzugsweise
wird der Sender 12 mittels eines periodischen Rechteckwellenstroms
gespeist, der durch Überlagern
eines konstanten Stroms IO und einer kleinen
periodischen Schwankung ΔIO erhalten wird.
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Dieses
dritte Kalibrierungsverfahren erfordert ein erstes Kalibrieren des
Drucksensors 20, das ermöglicht, den ausgeübten Druck
in Abhängigkeit von
der gemessenen Spannung mit Hilfe einer Polynomapproximation dritten
oder vierten Grades zu berechnen. Diese Methode ermöglicht,
einfache Korrekturen der Polynomkoeffizienten oder mit Hilfe von speziellen
Algorithmen ausgeklügeltere
Korrekturen vorzunehmen.
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Gemäß noch einer
weiteren Variante kann das Selbstkalibrierungsverfahren die Korrektur
des veränderlichen
Polarisationsstroms und der konstanten Auslöseschwelle verwenden, die in 8 und 9 dargestellt
ist. Aus diesen beiden Figuren ist ersichtlich, dass während der
Stillstandsperioden des Antriebsmotors 6 der Polarisationsstrom
des Senders 12 beispielsweise in Stufen erhöht oder
vermindert wird, bis der Pegel des Ausgangssignals des Drucksensors 20 im
Wesentlichen (bis auf die Auflösung
des Systems) dem Schwellenwertpegel der Alarmauslösung gleich
ist. Wenn diese Bedingung erfüllt
ist, wird der Pegel des Polarisationsstroms des Senders 12 so
festgesetzt, dass das Ausgangssignal des Drucksensors 20 auf
einem bekannten Wert ist, der höher
als der Schwellenpegel der Alarmauslösung ist. Es ist anzumerken,
dass die Schwellenspannung des Komparators 38 hier entweder
mittels einer externen Schaltung zu dem Mikrocontroller der Zentraleinheit 18 oder
durch den Mikrocontroller selbst (durch Programmieren) festgelegt
sein kann.
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Gemäß noch einer
weiteren Variante kann das Kalibrierungsverfahren die Korrektur
der veränderlichen
Auslöseschwelle
und des festen Polarisationsstroms verwenden, die mittels 10 und 11 veranschaulicht
ist. In diesem Fall ist der Polarisationsstrom des Senders 12 konstant,
und der Wert des Schwellensignals des Komparators 38, der
die Alarmschwelle festlegt, wird beispielsweise in Stufen erhöht oder
vermindert, bis dieser Wert im Wesentlichen dem Wert des Ausgangssignals
des Drucksensors 20 (bis auf die Auflösung des Systems) gleich wird.
Dann wird die Schwelle auf einen bekannten Wert festgesetzt, der
niedriger als das Ausgangssignal ist. Es ist zu sehen, wie in diesem
zweiten Fall der Mikrocontroller der Zentraleinheit 18 eine
externe Schaltung steuert, um den Schwellenpegel der Alarmauslösung einzustellen.
Der Vorteil besteht in diesem Fall darin, dass es nicht erforderlich
ist, das Ausgangssignal des Drucksensors 20 zu messen (und
folglich den Mikrocontroller mit einem Analog/Digital-Umsetzer auszurüsten), wodurch
es möglich
ist, preiswerte Mikrocontroller-Bauelemente zu wählen. Es ist jedoch anzumerken,
dass der Schwellenwert auch durch Programmieren festgelegt werden
kann. In diesem Fall ist es erforderlich, einen Analog/Digital-Umsetzer
zu verwenden, um mit dem Mikrocontroller kommunizieren zu können. Außerdem ist
anzumerken, dass die Gesamtheit der Verfahren zur Selbstkalibrierung,
die in dieser Patentanmeldung beschrieben worden sind, kombiniert
werden können.
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Es
ist folglich möglich,
auf der Grundlage der oben beschriebenen Verfahren die Betriebsparameter
des Drucksensors 20 auf zwei verschiedene Arten zu korrigieren,
entweder indem der Polarisationsstrom des Senders 12 korrigiert
wird, oder indem die Alarmauslösungsschwelle
korrigiert wird.
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Dazu
erzeugt der Mikrocontroller der Zentraleinheit 18, der
nicht mit einem Analog/Digital-Umsetzer ausgestattet ist, wie in 12 gezeigt
ist, ein Rechtecksignal PWM fester Frequenz, jedoch mit variabler
Impulsdauer. Es wird dann von einer Pulsbreitenmodulation (Pulse
Width Modulation (engl.)) oder PWM gesprochen. Jeder Wert der Impulsdauer
kann von dem Mikroprozessor über
vier oder acht oder mehr Bits codiert werden. Das Signal PWM wird über einen
Integrator 40 vom Tiefpassfiltertyp geschickt, der die
Impulse in verschiedene Spannungspegel umsetzt. Folglich können, indem
die Codierung des Signals PWM verändert wird, die Form und der
Pegel des Polarisationsstroms des Senders 12 programmiert
werden. Außerdem
ist es möglich,
bei Bedarf mittels eines Integrators 42 den Wert des Schwellensignals
des Komparators 38, der die Alarmschwelle festlegt, zu
modifizieren. Außerdem
gibt es weitere Methoden, um die oben erwähnten Signale mittels anderer
Modulationsverfahren zu modifizieren. Beispielsweise können die
Pulsfrequenzmodulation oder PFM (Pulse Frequency Modulation (engl.))
oder die Pulscodemodulation (Pulse Code Modulation (engl.)) genannt werden.
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Das
Selbstkalibrierungsverfahren kann auf die indirekten Erfassungsmittel
des Systems ausgedehnt werden. Es ist nämlich nicht bewiesen, dass das
Verfahren der indirekten Erfassung über die Zeit stets zuverlässig ist.
Es muss damit gerechnet werden, dass sich die Leistungsfähigkeit
des Antriebsmotors 6 und der Übertragungselemente im Laufe der
Zeit ändern.
Das Gleiche gilt für
die Reibung der Fensterscheibe 4 an der Dichtung 8,
die sich unter der Wirkung von Verformungen des Rahmens 2 der Tür 1 ändern kann.
Genauso sollte damit gerechnet werden, dass sich die Bewegung der
Fensterscheibe je nach der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs ändert. Diese
Störparameter
nicht zu berücksichtigen
könnte
zu einer Funktionsstörung
des Systems führen.
Ein Weiterverfolgen und Auswerten der Stufengeschwindigkeit der
Fensterscheibe 4 in der Zone, in der ihre Bewegung im Wesentlichen gleichförmig ist, über die
Zeit, beispielsweise mit dem Verfahren gleitender Mittelwerte, könnte ermöglichen,
die Berechnung der Position der Fensterscheibe 4 sowie
den Wert der Schwellenfrequenz für
die Hindernisfrüherfassung
zu korrigieren.
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Außerdem kann
die Zentraleinheit 18 in einer Tabelle für verschiedene
Positionen der Fensterscheibe 4 außerhalb der Phasen der Beschleunigung und
Verzögerung
der Bewegung der Fensterscheibe die entsprechende Frequenz der Impulse
aufzeichnen, die durch das Umschalten der Bürsten 28 des Antriebsmotors 6 hervorgerufen
werden. Das Messen der Frequenz dieser Impulse informiert die Zentraleinheit 18 über die
Bewegungsgeschwindigkeit der Fensterscheibe 4, wenn sie
sich in eine vorgegebene Position bewegt. Diese Operation wird bei
jeder Aufwärtsbewegung
der Fensterscheibe 4 erneut ausgeführt. Der Zentraleinheit 18 ist
folglich bekannt, dass einer bestimmten Position der Fensterscheibe 4 eine
bestimmte Aufwärtsbewegungsgeschwindigkeit entspricht.
Die Zentraleinheit 18 wird dann für jede Position der Fensterscheibe 4 die
gemessene Frequenz der Impulse mit der im Speicher abgespeicherten
Frequenz vergleichen. Es ist möglich,
dass durch die Alterung der Werkstoffe, durch die Wirkung besonderer
klimatischer Bedingungen (Feuchtigkeit, eine hohe Temperatur oder
im Gegenteil eine besonders niedrige Temperatur) oder durch andere
Phänomene,
die die Leistungsfähigkeit
des Systems beeinflussen können,
die Zentraleinheit 18 einen gewissen Unterschied zwischen
der gemessenen Frequenz und der gespeicherten Frequenz beobachtet.
Wenn dieser Unterschied eine im Voraus festgelegte Sicherheitsschwelle
nicht überschreitet,
erfasst die Zentraleinheit 18, dass eine Veränderung
der Funktion des Systems aufgetreten ist, und wird folglich den Wert
der Schwellenfrequenz für
die Hindernisfrüherfassung
korrigieren.
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Ein
Lichtleitfaser-Drucksensor, der einfach und preiswert herzustellen
ist und für
die Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung
benutzt werden kann, ist in 13a gezeigt.
Dazu umfasst der Drucksensor gemäß der Erfindung,
wie in 13a zu sehen ist, einen Mittelkern,
der aus einem Schaumstoff oder aus einem weichen Kautschuk hergestellt
ist und die Form eines im Wesentlichen zylindrischen Trägers 44 oder
eine lang gestreckte Form mit polygonalem Querschnitt hat. An der
Oberfläche
des Trägers 44 werden
zwei einander diametral gegenüberliegende
Nuten 46 ausgebildet, die parallel zur Längsachse
des Trägers 44 verlaufen und
in die die Lichtleitfaser 10 belastungsfrei eingesetzt
ist (siehe 13b, eine Detailansicht des
in 13a mit einer strichpunktierten Linie umgebenen Bereichs).
Der zylindrische Träger 44 und
seine Lichtleitfaser sind in die der Länge nach geschlitzte Hülle 48 eingesetzt,
die beispielsweise aus einem dünnen
und harten Kunststoff hergestellt ist, in den mehrere Klemmbacken 50 gestanzt
sind. Diese Klemmbacken 50 dienen dazu, die Lichtleitfaser 10 durch
elastischen Druck zu krümmen
und ihren Krümmungsradius
lokal zu modifizieren. Der auf diese Weise gebildete Drucksensor
wird schließlich
von einem Mantel 52 umhüllt,
der aus einem Schaumstoff oder aus einem sehr weichen Werkstoff
hergestellt wird. Gemäß einer
Variante, die ebenfalls in 13a gezeigt
ist, kann der Mittelkern des Drucksensors gemäß der Erfindung in Form eines
Trägers 54 verwirklicht
sein, der aus einer periodischen Folge von kegelstumpfförmigen Elementen
gebildet ist, längs
derer die Lichtleitfaser 10 befestigt ist. Diese Ausführungsform
zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Empfindlichkeit des Sensors
durch die Schaffung von anfänglichen
Mikrokrümmungen
verbessert.
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Gemäß einer
weiteren, in 14 gezeigten Ausführungsvariante
ist die Lichtleitfaser 10 direkt an der inneren Fläche der
Klemmbacken 50 der Hülle 48 angebracht.
Dafür ist
das freie Ende der Klemmbacken 50 leicht zurückgekrümmt, um
die Lichtleitfaser 10 längs
der Hülle 48 zu
halten und zu führen.
Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass die Lichtleitfaser 10 geradlinig
gehalten wird. Es ist nämlich
festgestellt worden, dass die Lebensdauer derartiger Sensoren umso
kürzer
ist, je stärker
die in derartigen Sensoren verwendete Lichtleitfaser gekrümmt ist.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsvariante,
die in 15 gezeigt ist, ist die Lichtleitfaser 10 zwischen
einem ersten und einem zweiten Band, 56 bzw. 58,
die aus zwei elastomeren Werkstoffen gleichen Typs, jedoch unterschiedlicher
Härten
hergestellt sind, sandwichartig aufgenommen. Das erste Band 56,
das mittels eines verhältnismäßig harten Werkstoffs
hergestellt ist, weist eine Folge querliegender Hohlräume 60 auf,
die längs
des Bandes 56 regelmäßig verteilt
sind. Im Fall eines Betriebs im Durchlassmodus weist die Oberseite
des Bandes 56 zwei Rillen 62 auf, in denen die
Lichtleitfaser 10 aufgenommen wird. Diese Rillen 62 sind
beiderseits der Symmetrieachse in Längsrichtung des Bandes 56 parallel
angeordnet und weisen ein V-Profil oder ein halbrundes Profil auf.
Die Hohlräume 60 des
ersten Bandes 56 sind teilweise oder vollständig durch
Stopfen 64 ausgefüllt,
die eine zu jener der Hohlräume 60 komplementäre Form
aufweisen und an der Unterseite des zweiten Bandes 58 angeordnet
sind. Der zur Herstellung des zweiten Bandes 58 verwendete elastomere
Werkstoff ist vom gleichen Typ wie jener, der für das erste Band 56 verwendet
wird, weist jedoch eine wesentlich geringere Härte auf. Folglich sind das
erste und das zweite Band, 56 und 58, sowohl was
die geometrische Form als auch die Abfolge hinsichtlich der Härte der
Werkstoffe betrifft, komplementär.
Schließlich
wird die Lichtleitfaser 10 zwischen den beiden Bändern 56 und 58 aufgenommen und
kann ein geradliniges Profil beibehalten oder leicht und periodisch
gekrümmt
werden. Im Fall eines Betriebs im Reflexionsmodus ist nur eine einzige
Rille 62 erforderlich (16). Gemäß einer
Variante kann das zweite Band 58 eben sein, wobei es mit
einer bestimmten Dicke aus einem im Wesentlichen weichen elastomeren
Werkstoff hergestellt ist.
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Der
Abstand zwischen den Backen 50 oder den Hohlräumen 60 definiert
die Periode der Mikrokrümmung.
Um eine optimale Empfindlichkeit des Drucksensors zu erzielen, wird
die Mikrokrümmungsperiode
derart gewählt,
dass eine starke Kopplung zwischen den im Kern der Lichtleitfaser 10 geführten Moden
und den von dem Mantel abgestrahlten Moden erzielt wird.
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Diese
optimale Periode hängt
von den optisch-geometrischen Eigenschaften der verwendeten Multimodefaser
10 ab.
Wenn die Lichtleitfaser
10 vom Typ mit Indexsprung ist,
muss die Periode der Mikrokrümmung
T folgende Beziehung erfüllen:
wobei k = 2π/λ der Modul
des Wellenvektors ist, ρ und
n
c der Radius bzw. der Brechungsindex des Kerns
der Faser
10 sind und Δ die
relative Differenz zwi schen den Indizes des Kerns und des Mantels
der Lichtleitfaser
10 ist.
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Für eine Gradientenfaser
muss die optimale Mikrokrümmungsperiode
einen Wert haben, der ein Vielfaches der Periode T ist, die durch
die folgende Beziehung gegeben ist:
wobei ρ und Δ der Kernradius der Faser
10 bzw.
die relative Differenz zwischen den Indizes des Kerns und des Mantels
der Lichtleitfaser
10 sind.
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Da
die Druckempfindlichkeit im Fall von Gradientenfasern größer ist,
wird dieser Fasertyp bevorzugt gewählt.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung kann die Lichtleitfaser 10 vom
Kunststofftyp sein, wobei sie vollständig aus polymeren Werkstoffen
hergestellt ist.
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Vor
allem in Verbindung mit 7 ist eine Ausführungsform
der Mittel zur indirekten Erfassung von Hindernissen beschrieben
worden, bei der die Frequenz der Impulse, die durch das Umschalten
der Bürsten 28 des
Antriebsmotors 6 hervorgerufen werden, erfasst wird (elektrische
Codierung). Es ist selbstverständlich,
dass weitere Ausführungsvarianten
der Mittel zur indirekten Erfassung vorgesehen werden können. Dazu
ist in den 17 bis 23, die
der vorliegenden Patentanmeldung beigefügt sind, ein optisches Codierungssystem
gezeigt.
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Wie
aus 17 und 18 hervorgeht,
ist der elektrische Antriebsmotor 6 in einem Gehäuse 66 untergebracht,
aus dem seine Welle 68 austritt. Diese Welle 68 dringt
in eine Öffnung 70 von
zylindrischer Grundform ein, die in einem Gehäuse 72 ausgebildet
ist, gegen welches das Gehäuse 66 des
Antriebsmotors 6 mittels einer im Wesentlichen ebenen Grundplatte 74 rechteckiger
Grundform befestigt ist. Das Gehäuse 72 weist
einen Hohlraum 76 auf, dessen Umfang an die Form einer
Leiterplatte 78 angepasst ist, die in diesem Hohlraum 76 untergebracht ist.
Schließlich
wird der Hohlraum 76 mit Hilfe einer Abdeckung 80 wieder
verschlossen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Codierungsscheibe 82 geringer Dicke
fest an der Welle 68 des Antriebsmotors 6 angebracht
(siehe 19 und 20). Diese
Scheibe 82 weist eine bestimmte Anzahl von Schlitzen 84 auf,
die über
den Umfang der Scheibe 82 regelmäßig beabstandet sind. Gegenüber der
Scheibe 82 wird eine optoelektronische Koppelvorrichtung 86 angeordnet,
Diese optoelektronische Koppelvorrichtung 86 umfasst einen
optischen Sender 88 und einen optischen Empfänger 90,
die auf einer gemeinsamen Achse relativ zueinander ausgerichtet
und durch einen Abstand voneinander getrennt sind, der ausreicht,
um den Durchgang der Codierungsscheibe 82 zu ermöglichen.
Der optische Sender 88 schickt ein Lichtstrahlenbündel in
Richtung des optischen Empfängers 90. Wenn
sich die Welle 68 des Antriebsmotors 6 dreht, nimmt
sie die Codierungsscheibe 82 drehend mit. Jedes Mal, wenn
einer der Schlitze 84 der Codierungsscheibe 82 durch
die Achse läuft,
die den Sender 86 mit dem Empfänger 88 verbindet,
wird sich das Licht von dem Sender 88 zum Empfänger 90 ausbreiten. Der
Empfänger 90 wird
unter der Einwirkung des einfallenden Lichts einen elektrischen
Impuls aussenden, der an die Zentraleinheit 18 geschickt
wird. Es wird leicht nachzuvollziehen sein, dass die Anzahl und
die Frequenz dieser Impulse proportional zur Position bzw. zur Bewegungsgeschwindigkeit
der Fensterscheibe 4 sind.
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Die
oben beschriebene optoelektronische Koppelvorrichtung 86 arbeitet
im Lichtstrahlenbündel-Durchlassmodus.
Es ist auch möglich,
in Aussicht zu nehmen, diese optoelektronische Koppelvorrichtung 86 im
Reflexionsmodus arbeiten zu lassen. In diesem Fall werden an einer
der Flächen
der Codierungsscheibe 82 mehrere reflektierende Elemente vorgesehen,
die in regelmäßigen Abstandsintervallen
zueinander angeordnet sind. Der Sender 88 und der Empfänger 90 sind
dann nebeneinander gegenüber
den reflektierenden Elementen angeordnet.
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Aus 21 bis 23 ist
ersichtlich, dass die optoelektronische Koppelvorrichtung 86 an
der Unterseite der Leiterplatte 78 befestigt ist. Wenn
die Leiterplatte 78 in den Hohlraum 76 des Gehäuses 72 eingesetzt
ist, dringt die optoelektronische Koppelvorrichtung 86 in
eine Öffnung 92 ein,
die in der Oberseite des Gehäuses 72 vorgesehen
ist, und überdeckt
die Codierungsscheibe 82. Schließlich sind zwei drehbare Dichtungen 94 vorgesehen,
die vor und hinter der Codierungsscheibe 82 angeordnet sind
und ermöglichen,
Dichtheit und Schutz der optischen Bauelemente 88, 90 gegen
Staub und andere Ablagerungen zu gewährleisten.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsvariante
sind die Mittel zur indirekten Erfassung aus einer magnetischen
Codierungsvorrichtung gebildet. Dafür sind magnetisierte Elemente
kleiner Abmessungen im Inneren eines Zylinders aus einem Polymerwerkstoff
ausgebildet, der an der Welle 68 des Antriebsmotors 6 befestigt
wird. Ein Magnetfelddetektor, etwa eine Hall-Effekt-Sonde, ist in
der Nähe dieses
Zylinders angeordnet. Das Drehen des Motors 6 ermöglicht auf diese
Weise, elektrische Impulse zu erzeugen, deren Anzahl und Frequenz
zur Position bzw. zur Geschwindigkeit der Fensterscheibe proportional
sind.
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Es
ist selbstverständlich,
dass verschiedene einfache Varianten und Modifikationen in den Rahmen
der vorliegenden Erfindung fallen, der durch die Ansprüche definiert
ist.