用于在移动可移动的构件时检测被夹情况的方法与流程

本技术涉及一种用于在车辆中通过电机移动用于闭合开口的可移动的构件时检测被夹情况的方法。此外，还涉及一种相应的装置。

背景技术：

1、机动车通常包括车窗、滑动或天窗等电动驱动构件，这些构件可进行调节，以闭合或开启相应的车窗或车顶开口。最近，尾门或滑动门也可作为电动调节构件。由于这可能会导致意外事故的发生，例如手臂、手掌、手指、腿或头部等身体部位可能被意外夹在相应构件和相关开口边缘之间，因此许多国家都制定了技术标准，要求车辆制造商采取防夹或防夹保护措施。特别是，防夹保护装置的设置方式必须能在相应的闭合运动中将相关部分检测为被夹物体。

2、这种类型的检测通常是通过监测闭合过程中闭合开口或移动构件所施加的力或相应量来实现的。就电动车窗调节器或天窗电机而言，许多技术标准要求在不造成伤害的情况下，施加到物体或身体部位的最大力(即夹持力)的极限值为100n。因此，在实际应用中，通常会采用远低于该极限值的触发阈值，以确保可靠的检测和不超过极限值。如果在闭合过程中施加在构件上的力超过了触发阈值，则可以断定在构件闭合开口的剩余行程中存在物体。还应注意的是，闭合力是由闭合过程中施加在构件上的力以及通常作用在构件上的抵抗摩擦力和变形力，以及如适用的话，风荷载和顶部荷载的力等组成的。因此，闭合力通常大于闭合过程中施加在构件上的力，即夹持力。

3、例如，电控装置通常可以对驱动装置进行控制，使构件在闭合过程中保持恒定的速度或电机速度，或至少保持相应的规定曲线(例如电机速度控制)。举例来说，如果待通过的构件的行程路径上的某一段因摩擦而导致机械阻力增加，则相关的电机控制单元可以重新调整电机的电压或功率，以便通过增加闭合力来克服阻力，从而保持规定的速度。在这方面，闭合力在待通过的构件的行程路径上会有规律的波动。这种波动与实际被夹住的物体无关，通常在系统中都会出现，一般不会造成问题。例如，可以借助位置传感器，特别是霍尔传感器，或通过测量电压曲线等来确定电机速度。

4、即使是非速度控制的电机，也可以通过确定电机速度等推断出闭合力或相应的被夹力。

5、因此，检测是基于对一物理量的监测，该物理量反映了电机扭矩在可移动的构件(例如，车顶系统)当前位置上的曲线，即行程路径上的闭合力，并将该物理量与存储的参考曲线(即行走路径上的闭合力)进行比较。一旦当前确定的物理量超出存储的参考值超过可定义的触发阈值，系统就会检测到被夹物体并触发反向运动。这意味着闭合过程会立即停止，构件会向后移动几厘米，至少部分释放开口，这样物体或身体部分就可以毫发无损地拉出。

6、一般来说，闭合力本身并不是通过检测被夹情况的传感器直接确定，而是通过与电机运行相关的物理量来计算的。例如，电机施加的力线性取决于电机的供电电压，例如通过pwm控制(pwm：脉宽调制)和/或转子旋转的转速或角速度。由此可以利用其它已知的固定变量(如传动比等)计算出闭合力。或者，也可以直接测量电机电压，并将其与触发阈值对应的电机电压阈值进行比较，以检测被夹情况。

7、由于老化过程，特别是底层机械的老化(润滑、密封件的摩擦，随着时间的推移，密封件的表面会变得粗糙或变脏等)或电机的加热，闭合力(或代表闭合力的物理量，见上文)在操作路径上的相应曲线可能会发生变化。如果这种影响过大，从而导致在行程路径上的某些运动位置出现实际的僵硬，那么如果超过了相应的触发阈值，就会出现所谓的反向故障。在这种情况下，当检测到这一事件时，闭合过程也会停止，然后可移动构件可能会稍微开启，以便将物体从被夹区域中拉出，但实际上并没有物体在其中。这种错误的反向当然是不可取的，在极端情况下，可能会导致窗户或车顶无法再闭合，即使可用的电机功率是完全足够的。

8、因此，ep4001565a1和us2022/154511a1中建议动态调整触发阈值。在之前的开启过程中，记录下构件行程范围内完整的(开启)力曲线，在(之后的)闭合运动开始时，在第一运动位置测量闭合力的参考值，并与之前开启过程中同一位置的相应开启力值进行比较。差值被确定并乘以系数，从而得出移位值，通过这个位移值，首先确定的(开启)力曲线被移到更高的值，并超出预期的闭合力曲线。这个动态确定的移位力曲线现在可以作为合适的触发阈值。

9、然而，这种方法的缺点是，在开启过程中检测到的任何迟缓现象并不一定会在相反的闭合过程中以类似的方式反映出来。此外，在开启过程和闭合过程之间还可能具有一时间段，而这个时间段并没有考虑到电机的加热或冷却等因素。此外，所提出的方法似乎基于这样的假设，即在开启过程中已经存在的闭合力的增加原则上是可以容忍的，因此在闭合过程中也会以类似的方式出现，除非采取进一步的措施。

10、de102009019015a1建议动态调整传统的恒定参考值，该参考值也可作为触发阈值的起点，触发阈值的绝对值较高，以便考虑到沿闭合方向定位的路径区域上的力的增加。

11、de102010037804a1公开了触发阈值在特定时间的升高，特别是在检测到机动车的启动过程时。

12、因此，动态调整的触发阈值可用于预测迟缓度的特定预期变化。

13、尽管如此，仍有必要进一步改进对被夹情况的检测，以避免被夹。此外，还需要相应的装置。

技术实现思路

1、考虑到这一需要，本发明的各个方面涉及在车辆中通过电机移动用于闭合开口的可调节的构件时检测被夹情况的方法，根据所附权利要求1的前序，该方法包括以下步骤：

2、为电机对构件施加的闭合力或所述闭合力所基于的物理变量提供触发阈值，电机以所述物理变量进行操作，所述触发阈值适用于所述构件在能够用于运动的行程路径内的至少一个运动位置；将所述构件移动到所述运动位置；确定所述至少一个运动位置的闭合力或其所基于的物理变量的当前值；比较当前值和触发阈值；根据比较结果输出指示被夹情况的触发信号。

3、在这种情况下，可调节的构件特别可以是滑动车顶部件、玻璃或天窗、玻璃窗、滑动门、后挡板或侧挡板、顶篷、可移动硬顶等。开口指的是在车架上设置的可被构件闭合的适当凹部。电机可以是任何所需的可控电动机，但特别是直流电动机，优选地是无刷(bldc)直流电动机。

4、所述方法步骤反映了一种适当的、基本常规的被夹情况检测方法。只要不影响检测顺序的因果关系，步骤的顺序是可以互换的。触发阈值可以任意指定。起初，这里只考虑对构件在其闭合路径上的至少一个当前运动位置的被夹情况进行检测，因此起初也只对该运动位置指定触发阈值。为了在闭合过程中实现连续监控，优选地对多个连续到达的运动位置重复上述步骤，优选地是几乎连续地重复上述步骤。

5、这里的触发阈值是指电机对构件施加的闭合力的阈值，或闭合力所基于的物理变量的阈值，电机通过该物理变量进行操作。如上所述，触发阈值特别可以是施加到电机上的与闭合力相对应的电压(例如pwm控制值，也可选择通过电感等进行平滑)和/或电机的转速或角速度的值。触发阈值可指定为可移动的构件最终对被夹物体施加的夹持力的阈值。

6、例如，触发阈值可以从存储在存储器中的表格中获取，并读入构件的特定运动位置。触发阈值可以在之前的开启和/或闭合过程中学习到。替代地或另外地，也可以通过当前的闭合过程或之前的开启释放过程(即在最后一次开启释放过程中)动态确定触发阈值。在这种情况下，例如通过微控制器计算出数值。

7、不过，也可以指定单个触发阈值，该单个触发阈值对所有运动位置都有效，例如，在对多个运动位置重复上述步骤的情况下，可以指定一次。

8、这可能适用于这样一种情况，即以简化的方式接受闭合路径所需的闭合力增加，但原则上只有一个指定的触发阈值足以确保在构件的整个行程路径上可靠地检测到被夹情况。在进一步的实施例中，如果适当的话，通过下面仍然要描述的步骤以及表征所提出的方法的步骤进行例外。

9、此外，在只有一个触发阈值的情况下，还可以进行标准化处理：在这种情况下，每个运动位置(如果根据本发明的方法对多个连续运动位置进行重复)的闭合力或与之对应的物理变量的当前值与触发阈值对应的值相关，在这种情况下，触发阈值是固定变量。在这种情况下，闭合力或与之对应的物理变量的当前值可以用无量纲单位表示，例如百分比。本发明并不局限于预定的、监控和/或调整变量的特定尺寸或单位。重要的是，绝对被夹力不得超过预定的阈值。

10、将构件移动到运动位置可包括操作或控制电机。至少一个运动位置可以通过位置传感器(例如霍尔传感器)和/或通过计算电机旋转或计算电机控制中的pwm脉冲来跟踪或确定。

11、如果构件在闭合过程中到达了至少一个考虑的运动位置，则确定该运动位置的闭合力或其所基于的物理变量的当前值。为此，如前所述，可以测量加在电机上的电压，或确定转速或角速度。为此可以安装相应的传感器。因此，闭合力可以通过这些变量间接计算出来。也不排除用其它方法或直接测量来确定闭合力。

12、通过比较当前值和触发阈值，并根据比较结果输出指示被夹情况的触发信号，可以实际检测到被夹情况，并启动消除被夹情况的措施，例如上述反向措施。

13、本发明的各个方面和示例性实施例基于迄今为止所描述的方法顺序：本发明基于发明人对频繁发生的反向故障案例所做的调查。在这种情况下，他们发现，造成错误反向(即错误识别被夹的物体)的一个相关原因是相关构件(此处以玻璃、天窗或滑动车顶为例)已经开启了多长时间。其背景是，开口处或开口附近的密封件在闭合状态下与部件紧密接触，以密封或至少保护车内与外部的接触，特别是防水、防尘和防风，在这种状态下，密封件会受到相当大的弹性压缩，即变形。在可调节的构件释放开口的情况下，根据材料的不同，这些密封件可能会变形，变回原来的、未加载的形状，或者从压缩状态再次膨胀。在大多数情况下，开口区域的这些密封件包括完全或部分封闭内部空间(软管状轮廓或滚圆形横截面中包含有空气)的轮廓或横截面形状。

14、在构件闭合状态下，通过压缩，该轮廓会被压缩，从而使内部的空气排出。在释放的情况下，密封件会以生产过程中的弹性方式慢慢恢复原状，并向经调整的构件方向膨胀。这个过程需要几分钟到一个小时或更长的时间。因此，温度在这里可能起了一定的作用。如果经过一段时间后再次调整构件以闭合开口，则必须施加比最近才开启的构件更强的力才能再次进行压缩。换句话说，我们已经发现，开启时间可能起着重要作用，如果在闭合过程中，构件在较长的开启时间后才接触密封件，则可能会发生反向故障。

15、因此，在进行相应补偿的第一步中，需要确定一时间段，构件在该时间段内一直保持在该运动位置或其它运动位置，直到构件运动到至少一个运动位置的时间点，在该时间段内，开口一直未被可调节的构件闭合。换句话说，在这段时间内，构件一直处于开启状态。当构件仍处于开启状态时，构件的居间移动是无害的，因为密封件不会因此受到影响。

16、第二步，根据确定的持续时间或时间段，对预定的触发阈值进行调整，特别是增大触发阈值。或者替代地或另外地，根据所确定的持续时间或时间段，对闭合力或其所依据的物理变量的确定的当前值进行调整，特别是相对于预定的触发阈值进行减小。第二种情况特别是与上述情况有关，即触发阈值在整个路径区域内保持不变，而闭合力或物理变量的当前值被标准化为预定的参考值。

17、在电机的操作过程中，如果随着时间的推移，由构件挤压的至少一个密封件会弹性膨胀到没有负载的形状，则需要对增大的闭合力进行至少部分的补偿。

18、至少部分补偿已经足以避免大多数反向故障的情况。

19、第三步，在上述比较步骤中，使用经调整的触发阈值，或者在上述触发阈值标准化的情况下，使用经调整的闭合力当前值(相对于触发阈值标准化)或其所基于的物理变量的当前值(相对于触发阈值标准化)，而不是测量的当前值或预定的触发阈值。

20、因此，通过这种方式可以从整体上改善对被夹情况的检测，减少甚至完全避免反向故障的情况。同时，构件的开启时间对可靠检测被夹情况的影响也降到了最低。这些方法步骤可以通过现有的系统构件，如用于控制相关构件的电子控制单元(ecu)，以简单的方式完成。

21、例如，只需通过车辆总线从车辆中央控制模块查询系统时间或时间戳，即可计算出之前的开启时间和当前的闭合时间。在开启时间较长的情况下，可以将上一次开启时间的系统时间或时间戳以协调的方式存储在存储器中，以备以后闭合时使用。如果构件处于开启状态的车辆较长时间处于停止操作状态，则优选地使用非易失性存储器。

22、根据该方面的一个具体实施例，该方法包括上述根据触发信号使构件反向的步骤。

23、同样，根据上述一个具体的实施例，确定时间段的步骤包括以下步骤：查询第一时间戳，在该第一时间戳，通过电机的操作，构件从完全闭合位置或弹性材料(例如密封件)至少部分变形或压缩的位置移出；查询第二时间戳，在该第二时间戳，通过电机的操作，构件在当前闭合期间到达或开始到达至少一个运动位置；根据第一时间戳和第二时间戳计算时间段。例如，“开始到达”指的是紧凑或连续运动过程的开始，该过程持续到到达所考虑的运动位置。因此，不需要对行程路径上的每个坐标都进行查询，例如，移动开始的事件可以作为查询第二时间戳的触发。如果具有居间站，例如在新的运动开始后的居间站，会再次查询第二时间戳。

24、另一个实施例规定，如果确定了第一时间段或持续时间，则对触发阈值或闭合力的当前值或其所基于的物理变量的当前值进行第一调整，从而导致与初始预定的触发阈值之间的第一差值，如果确定的第二时间段或持续时间大于或长于第一时间段或持续时间，则对触发阈值或当前值进行第二调整，从而产生与初始预定触发阈值的第二差值，其中，第二差值大于第一差值。换句话说，确定构件开启状态的时间或持续时间越长，触发阈值的调整就越大。这同样适用于调整闭合力的当前值而不是触发阈值的情况。

25、需要注意的是，也可以不止两步(对应于所述的两个差值)，例如3、4、5、......或更多步，或者根据触发阈值适应的时间段或持续时间，差值可以呈线性或非线性增加。

26、该方法在此方面的进一步改进是，在构件可用于运动的整个行程路径中，限定了一区段预定的行程路径，该段行程路径与构件可能的运动位置间隔相对应，在该间隔中，构件在至少一个密封件的无负载状态下可与之接触；根据构件的至少一个运动位置是否位于预定的行程路径中，进一步对触发阈值或当前值进行调整。因此，该步骤可将本节所述的对开启状态持续时间进行补偿的步骤限制在构件闭合路径的特定行程路径上。例如，如果在某一运动位置上构件根本无法与密封件接触，那么在该位置上就不需要施加额外的挤压力。通过上述简单的位置检查，就不需要对所有不相关的运动位置执行确定开启状态持续时间和调整的步骤。在多个密封件或不同的接触情况下，也可以存在或限定多个相对于闭合路径的分离和间隔的行程路径，作为检查的基础。

27、在此应注意的是，根据示例性实施例，无需每次都对行程路径的运动位置单独进行开启状态持续时间的确定。相反，根据这些示例性实施例，该步骤只需针对各行程路径的所有运动位置执行一次即可。关于调整触发阈值和与触发阈值相关的闭合力或与物理变量的当前值的步骤，只需确定一个对行程路径统一的补偿值，通过该值调整单独确定的(测量的)当前值。然而，由于这些值原则上可以是不同的，因此仍需针对每个运动位置单独使用相同的统一补偿值进行调整。

28、根据上文所述的一个实施例，可以在行程路径内对沿行程路径的多个运动位置重复执行预定义触发阈值、确定当前值、调整触发阈值或当前值以及将当前值与触发阈值进行比较等步骤中的至少一个步骤。这样就可以在闭合过程中连续监控行程路径。

29、根据另一个实施例，触发阈值或当前值的调整是通过公式计算出来的，该公式从预定的触发阈值或确定的当前值和与确定的时间段成线性关系的项得出。例如，这个项构成了上文提到的补偿项，它是根据限定的行程路径统一计算的。

30、本发明的各个方面可以特别有利地应用于例如车辆上的开口，在该开口中设置了两个甚至三个密封件，即周向隔音密封件、用于防水防污的周向密封件和密封相邻车顶部件之间缝隙的密封件。

31、本发明还涉及一种装置，用于在车辆中通过电机移动用于闭合开口的可调节的构件时检测被夹情况，该装置包括：

32、第一模块单元，其配置成能够操作电机，以检测过程中的被夹情况，并根据检测结果控制电机以使构件反向，

33、其中，第一模块单元还配置成能够：

34、-接收用于电机对构件施加的闭合力或所述闭合力所基于的物理变量的触发阈值，电机以所述物理变量进行操作，所述触发阈值适用于所述构件在能够用于运动的行程路径内的至少一个运动位置；

35、-通过操作电机将构件移动到所述运动位置；

36、-获取所述至少一个运动位置的闭合力或其所基于的物理变量的当前值；

37、-比较当前值和触发阈值；以及

38、-根据比较结输出果指示被夹情况的触发信号，通过所述触发信号特别是将构件的闭合操作切换为其反向操作，

39、第二模块单元，其配置成能够：

40、-读取所述至少一个运动位置的闭合力或其所基于的物理变量的触发阈值和/或当前值；

41、-确定一时间段，所述构件在所述时间段内保持在其它运动位置中直到所述构件运动到所述运动位置的时间点，在所述时间段内，所述开口持续地没有被可调节的构件闭合；

42、-根据确定的时间段调整、特别是是增大读入的预定触发阈值，或根据确定的时间段相对于读入的触发阈值调整、特别是减小读入的当前值，以便补偿在电机操作过程中，如果至少一个被构件挤压的密封件随着时间的推移，弹性地膨胀到由于构件先前的打开而无负载的形状，则需要增大的闭合力的影响；以及

43、-将经调整的触发阈值或经调整的当前值传送至第一模块单元。

44、其优点与上述相同。

45、根据权利要求、下文对优选实施例的描述并参考附图可进一步了解各方面的优点、特征和细节。在图中，相同的附图标记表示相同的特征和功能。