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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
des Bewegungsvorgangs eines Verdecksystems, insbesondere eines Verdecksystems
für ein
Cabrio-Fahrzeug.
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Ein
System zum Öffnen
und Schließen
eines Faltverdeckes oder beweglichen Fahrzeugdachs bei einem Cabrio-Fahrzeug,
welches auch Positionssensoren aufweist, ist zum Beispiel in der
Deutschen Patentanmeldung
DE
102 01 871 A1 beschrieben.
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Heute
bekannte öffnungsfähige Fahrzeug-Dachsysteme,
nachfolgend kurz als Verdecksysteme bezeichnet, weisen neben dem
eigentlichen Verdeck mindestens einen steuerbaren Antrieb und ein
in seiner Position verstellbares Bauteil auf. In Abhängigkeit
von dem Ansprechen mindestens eines verstellbaren Bauteils wird
damit das Verdeck des Verdecksystems aus einem geschlossenen Zustand automatisch
von einem Dachbereich entfernt, zusammenfaltet bzw. zusammenlegt
und für
einen geöffneten
Zustand in einen Stauraum befördert.
Dies gilt gleichermaßen
für Faltdächer mit
Stoff- oder Kunststoffkomponenten (Soft-Top) wie auch für mehrteilige
so genannte Hartschalensysteme (Hard-Top). Bei Hartschalensystemen
werden typischerweise mindestens zwei Hartschalen zum Abdecken des
Fahrgastinnenraums verwendet. Die zugehörigen mechanischen Verbindungen, Gelenke
und Antriebe zum Bewegen des Verdecksystems erfordern zudem einen
relativ großen
Stauraum. Eine hydraulische Ankopplung, insbesondere der vordersten Schale,
reduziert die Anzahl der benötigten
mechanischen Komponenten erheblich.
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Während des
Entfaltens des Verdecksystems werden gleichzeitig die rein mechanischen Komponenten
zusammen mit den hydraulischen Aktuatoren bewegt. Dabei verfährt das
Verdecksystem zwischen einer Startposition, bei der das Verdecksystem
vollständig
entfaltet ist, und einer Endposition, bei der das Verdecksystem
vollständig
in einem Stauraum untergebracht ist. Dabei muss darauf geachtet
werden, dass die Bewegung entsprechend einer vorgegebenen Steuersequenz
erfolgt, um eine Beschädigung
der einzelnen Schalen durch andere Schalen oder Elemente zu vermeiden.
Zum Bewegen der einzelnen Elemente des Verdecksystems müssen die
einzelnen Aktuatoren also zu vorgegebenen Zeitpunkten und in einer
vorher bestimmten richtigen Reihenfolge zueinander aktiviert und
betätigt werden.
Um diese vorgegebenen Zeitpunkte exakt bestimmen zu können, ist
eine Vielzahl von Positionssensoren vorgesehen, die im Bereich des
Verdecksystems eines Cabrio-Kraftfahrzeugs angeordnet sind und die
dazu ausgelegt sind, die Position der einzelnen Elemente des Verdecksystems
beim Öffnen
und Schließen
des Verdecksystems zu bestimmen. Die z.B. analogen Positionssensoren
können an
den Schalen und den Aktuatoren und den Antriebssystemen angeordnet
sein, um während
des Entfaltens oder Zusammenfaltens des Verdecksystems die Position
der einzelnen Elemente zu bestimmen. Die so ermittelten Positionsdaten
der einzelnen Schalen zueinander und zu der Karosserie des Fahrzeugs
wird von einer Steuervorrichtung dazu verwendet, die Steuersequenz
abzuarbeiten. Hierbei ist es wesentlich, dass die ermittelten Positionsdaten
der einzelnen Positionssensoren zuverlässig sind.
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Da
Fehlfunktionen dieser Positionssensoren zu einer Beschädigung des
Verdeckssystems bzw. der Karoserie des Cabrio-Kraftfahrzeugs führen können, wird häufig eine
größere Anzahl
an Positionssensoren verwendet, als für die Positionsbestimmung mindestens
erforderlich wären.
Man spricht hier von einer Redundanz für die Positionssensoren. Diese
redundanten Positionssensoren erhöhen die Sicherheit bei der
Positionsbestimmung beim Öffnen und
Schließen
des Verdecksystems. Fällt
nun aber einer oder mehrere der Positionssensoren aus, ist die Sicherheit
der Positionsbestimmung (trotz Redundanz) nicht mehr vollständig gewährleistet,
so dass die Gefahr einer Beschädigung
des Verdecksystems bzw. der Karoserie des Cabrio-Kraftfahrzeugs bei einem Öffnen oder
Schließen
des Verdecksystems besteht.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
verbesserte und insbesondere eine für ein Verdecksystem eines Kraftfahrzeuges
sicherere Positionsbestimmung anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und/oder durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
12 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
Ein
Verfahren zum Steuern des Bewegungsvorgangs eines Verdecksystems
mit den Schritten:
- (a) Bereitstellen einer
ersten Anzahl von Positionssensoren zum Bestimmen der aktuellen
Position des Verdecksystems, wobei die erste Anzahl der Positionssensoren
größer ist
als eine zweite Anzahl von Positionssensoren, die zur Be stimmung
der Position des Verdecksystems mindestens erforderlich sind;
- (b) Bestimmen einer dritten Anzahl von funktionsfähigen Positionssensoren
aus der ersten Anzahl von Positionssensoren;
- (c) Vergleichen der ersten Anzahl mit der dritten Anzahl;
- (d) Verfahren des Verdecksystems in eine definierte Position,
sofern die dritte Anzahl kleiner ist als die erste Anzahl.
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Eine
Vorrichtung zum Steuern des Bewegungsvorgangs eines Verdecksystems,
insbesondere mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- – mit
Aktuatoren zum Verfahren des Verdecksystems;
- – mit
einer ersten Anzahl von Positionssensoren, die dazu ausgelegt sind,
eine aktuelle Position des Verdecksystems zu bestimmen, wobei die erste
Anzahl der Positionssensoren größer ist
als eine zweite Anzahl von Positionssensoren, die mindestens zur
Bestimmung der Position des Verdecksystems erforderlich sind;
- – mit
einer Prüfeinrichtung,
die überprüft, ob ein jeweiliger
Positionssensor funktionsfähig
ist und die eine dritte Anzahl an funktionsfähigen Positionssensor bestimmt;
- – mit
einer Vergleichseinrichtung, die die erste Anzahl mit der dritten
Anzahl vergleicht; und
- – mit
einer Steuereinrichtung, die die Aktuatoren derart ansteuert, dass
das Verdecksystem in eine definierte Position verfährt, sofern
die dritte Anzahl kleiner ist als die erste Anzahl.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
das Verdeckssystem in eine definierte Position zu verfahren, wenn
einer oder einige wenige Positionssensoren defekt sind. Ein Bewegen
des Verdecksystems in diese definierte Posi tion kann noch mit Hilfe
der teilweise redundant vorhandenen Positionssensoren erreicht werden.
Dadurch werden Beschädigungen
des Verdecks durch weitere ggfs. nicht mehr definiert steuerbare
Bewegungen des Verdecks oder der entsprechenden Verstelleinrichtung
vermieden.
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Als
Positionssensoren können
sämtliche Sensoren
herangezogen werden, die dazu geeignet und ausgelegt sind, die Position
und Lage von Elementen des Verdecksystems, also des Verdecks, des Antriebs
und des Gestänges,
zu bestimmen. Die Positionsbestimmung kann dabei optisch, akustisch, mechanisch,
induktiv, kapazitiv und dergleichen ausgebildet sein.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der weiteren
Unteransprüche
oder ergeben sich aus der Beschreibung in Zusammenschau mit der
Zeichnung.
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In
einer typischen Ausgestaltung der Erfindung bezeichnet die definierte
Position die Endposition des Verdeckssystems. Dabei kann die Endposition
einen aufgeklappten (Hartschalendach, Klappdach) oder aufgespannten
(Faltdach) Zustand des Verdeckssystems bezeichnen, bei dem das Verdeckssystem
oberhalb einer Fahrgastkabine angeordnet ist. Zusätzlich oder
alternativ kann die Endposition auch einen zusammengeklappten oder
zusammengefalteten Zustand des Verdeckssystems bezeichnen, bei dem
das Verdeckssystem in einem zumindest teilweise geschlossenen Stauraum
untergebracht ist, beispielsweise im Kofferraum oder in einem eigens
für ein
Klapp- oder Faltdach vorgesehenen Raum.
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Gemäß einer
Ausgestaltung erfolgt das Bestimmen der funktionsfähigen Positionssensoren durch
Vergleichen von Signalen der Positionssensoren mit Daten aus vorgegebenen
Spezifikationstabellen.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung sind Aktuatoren zum Bewegen des
Verdecksystems vorgesehen, die solange betätigt werden, bis das Verdecksystem
in eine vorgegebene, d.h. eine vom Anwender gewünschte Soll-Position bewegt
worden ist. Aktuatoren können
hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch arbeiten. Aktuatoren
können
auch Motoren jeglicher Art sein.
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In
einer Ausgestaltung verbleibt das Verdecksystem in seiner aktuellen
Position und die Aktuatoren werden nicht betätigt, wenn die dritte Anzahl kleiner
als die zweite Anzahl ist. Da die ermittelte dritte Anzahl der funktionsfähigen Positionssensoren geringer
ist als die für
das Sicherstellen einer ordnungsgemäßen Funktion erforderliche
zweite Anzahl an Positionssensoren, könnte in diesem Falle die genaue
Position des Verdecksystems nicht mehr bestimmt werden. Die Gefahr
einer Beschädigung
wäre in
diesem Falle zu groß,
so dass dann von einem Bewegen des Verdecksystems abgesehen wird.
Eine Bewegung erfolgt auch dann nicht, wenn unverzichtbare Positionssensoren,
die also für
die Positionsbestimmung unbedingt erforderlich sind und die somit nicht
durch ggfs. vorhandene redundante Positionssensoren ersetzt werden
können,
ausfallen. Für
diese unverzichtbaren Positionssensoren existiert also kein redundanter
Ersatz.
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In
einer Weiterbildung sind die Positionssensoren in Prioritätsklassen
unterteilt. Die Unterteilung in Prioritätsklassen erfolgt dabei auf
der Basis der Genauigkeit, der Auflösung, der Güte der Messung, der Fehleranfälligkeit,
etc. der Positionssensoren. Vorzugsweise wird dabei eine aktuelle
Position des Verdecksystems basierend auf einer Positionsinformation
eines höher
priorisierten Positionssensors und ohne Berücksichtigung einer entsprechenden Positionsinformation
eines niedriger priorisierten Positionssensors bestimmt, falls die
durch den höher priorisierten
Positionssensor bestimmte erste Positionsinformation ungleich der
entsprechenden, durch den niedriger priorisierten Positionssensor
bestimmte zweiten Positionsinformation ist. Die Positionssignale
der verschiedenen Positionssensoren sind in der Regel unterschiedlich
signifikant oder aussagekräftig.
Ferner kann die Genauigkeit einzelner Positionssensoren die anderen
Positionssensoren übertreffen.
Daher ist es vorteilhaft, diesen genaueren und damit höher priorisierten
Positionssensoren eine größere Beachtung
zu schenken.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein mechanisches Modell des
Verdecksystems erstellt. Anhand des erstellten mechanischen Modells
wird die erste Positionsinformation mit der zweiten Positionsinformation
unter Verwendung eines mechanischen Modells des Verdecksystems verglichen.
Dadurch können
bereits sehr früh
unsinnige Signalkombinationen bei der Positionsbestimmung ausgeschlossen
werden, wodurch die Positionsbestimmung insgesamt sicherer wird.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung wird ein Positionssensor als funktionsfähig bestimmt, wenn
die von diesem Positionssensor ermittelten Positionsinformationen
mit den von der überwiegenden Anzahl
der übrigen
Positionssensoren ermittelten Positionsinformationen übereinstimmen.
Dieser Weiterbildung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass einer oder
mehrere Positionssensoren einen Defekt aufweisen können, welcher
nicht sofort offensichtlich erkennbar ist. Dieser Positionssensor
generiert dann aber von den anderen Positionssensoren abweichen de
Positionsinformationen und sollte vorteilhafterweise für die Positionsbestimmung
nicht berücksichtigt
werden. Somit erfolgt dadurch in gewissem Sinne auch ein Plausibilisieren
der verschiedenen Positionsinformationen untereinander. Im Gegenzug kann
angenommen werden, dass bei übereinstimmenden
Angaben mehrerer Positionssensoren diese voll funktionsfähig sind.
Unter übereinstimmenden Positionsinformationen
ist zu verstehen, dass sie alle der identischen Position des Verdecksystems
zuzuordnen sind. Es versteht sich hingegen von selbst, dass diese
Positionsinformationen z.B. in ihren Zahlenwerten verschieden sein
können,
da sie von unterschiedlichen oder anders angeordneten Positionssensoren
generiert werden.
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Gemäß einer
Weiterbildung ist zumindest ein Positionssensor dazu ausgelegt ist,
einen Abstand, eine Abstandsänderung,
eine Länge,
eine relative Lage, einen Winkel, eine Winkeländerung, einen Kontaktschluss
und/oder eine Verriegelung zu erfassen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen
Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines Cabriofahrzeuges mit einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
in der Seitenansicht ein Cabrio, in dessen Kofferraum ein Hartschalenverdecksystem untergebracht
ist. Das Verdecksystem weist eine vorderste Schale 3, eine
mittlere Schale 2 und eine hintere Schale 1 auf.
In der hinteren Schale 1 kann ein Rückfenster integriert sein.
Eine Antriebseinrich tung 14 in dem Kofferraum betätigt ein
Gestänge
mit einem Haupt-Viergelenk 11. Dieses ist mit der mittleren Schale 2 verbunden
und über
einen Schwenkhebel 12 mit der hinteren Schale 1 verbunden.
Die mittlere Schale 2 und die vordere Schale 3 sind über mehrere hydraulische
Aktuatoren 13 miteinander verbunden. Die Antriebseinrichtung 14 bewegt
das primäre
Gestänge 11,
so dass die drei Schalen 1, 2, 3 aus
dem Kofferraum herausgehoben werden. Ab einer bestimmten Position
des Gestänges 11 bzw.
des Verdecksystems werden die hydraulischen Aktuatoren 13 betätigt, damit
die vordere Schale 3 nach vorne geschoben wird. Diese kritische
Position muss mit sehr hoher Genauigkeit erreicht werden, typischerweise
besteht hierbei nur eine Toleranz von 2 mm. Ansonsten kollidiert
die vordere Schale 3 beim Vorschieben mit einer oder den
beiden anderen Schalen 1, 2. Eine Steuereinrichtung 10 steuert
dazu die Antriebseinrichtung 14 und die Aktuatoren 13 nach
einem vorgegebenen Ablauf- oder Zeitplan an. Die Ansteuerung muss
dabei zwischen den verschiedenen Antriebseinrichtungen und den Aktuatoren 13 gemäß diesem
Ablaufplan synchron erfolgen.
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Das
Verdecksystem weist eine Vielzahl von Sensoren 20–26 auf.
Die Sensoren 20, 21 sind an der Fahrzeugkarosserie
angeordnet, die Sensoren 22, 25 an den Schalen
und die Sensoren 26 an dem Gestänge bzw. der Antriebseinrichtung.
Die Sensoren umfassen Bewegungs- oder Lagesensoren 25, 26, die
einen Winkel, eine Winkeländerung,
eine Bewegung oder einen Abstand messen. Ferner können die Sensoren 20, 21, 22 als
Kontaktsensoren ausgebildet sein, welche die Auflage der Schalen
an bestimmten Punkten erfassen. Die Sensoren sind mit einer Auswertungseinrichtung 15 zum Übertragen der
Signale verbunden. Die Übertragung
kann leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen. Zweckmäßigerweise
ist die Auswertungseinrichtung 15 in der Steuereinrichtung 10 integriert.
Die Funktion all der beschriebenen Sensoren 20–26 ist
die Position des Verdecks und seiner bewegten Komponenten zu bestimmen,
daher werden sie auch als Positionssensoren bezeichnet.
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Das
Verdeck wird durch eine Antriebseinrichtung und ein oder mehrere
Aktuatoren 13 entlang einer vorbestimmten Bahn bewegt,
d. h. entfaltet bzw. gefaltet. Hierzu werden permanent die Positionssignale
von einer Vielzahl von Sensoren 20–26 ausgewertet. Aus
den Positionssignalen wird die Position des Verdecks zu jedem Zeitpunkt
bestimmt. Das umschließt
die individuelle Lage der einzelnen Schalen 1, 2, 3 gegenüber dem
Fahrzeug und gegenüber
einander. Die Sensoren bestimmen dazu die Position, den Winkel,
die Geschwindigkeit und/oder eine Berührung mit anderen Komponenten,
wie z. B. der Frontscheibe. Anhand der momentanen Position kann
das Steuersystem 10 die Steuerbefehle für die Aktuatoren und die Antriebseinrichtung
bestimmen, um diese synchron zueinander zu bewegen.
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Falls
ein einzelner Sensor oder wenige Sensoren beschädigt werden, soll eine Notlaufroutine
sichergestellt werden, mit der das Verdeck über der Fahrgastzelle geschlossen
wird. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
wird zunächst
der Status aller Sensoren durch eine Prüfeinrichtung 17 überprüft (S2).
Ein elektronischer Ausfall eines Sensors kann zentral durch die
Steuereinrichtung 10 erkannt werden oder unter Umständen durch
den Sensor selbst erkannt und an die Steuereinrichtung übermittelt
werden. Für
den Notlauf werden nur die Positionssignale herangezogen, deren
zugehörige
Sensoren funktionsfähig
sind. Die Positionssignale werden durch eine Auswertungseinrichtung
ausgewertet. Hierzu kann ein kinematisches Model des Verdeckssystems
herangezogen werden. Die dabei ermittelten Positionsinformationen
werden miteinander verglichen (S3). In einem nächsten Schritt (S3) werden
die Positionsin formationen auf Plausibilität überprüft. Hieraus kann auf das Vorliegen
eines defekten Sensors geschlossen werden. Sind alle Positionsinformation
in Einklang, bleibt das Verdeck voll funktionsfähig. Im Gegenteiligen Fall
wird eine Schutzfunktion ausgelöst
(S4). In diesem Fall existiert zumindest ein defekter Sensor. Falls
eine Vergleichseinrichtung 16 feststellt, dass die Anzahl
der funktionsfähigen Sensoren
oberhalb einer Mindestzahl liegt, wird das Verdeck geschlossen,
d.h. in die Endposition oberhalb der Fahrgastkabine gebracht.
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Viele
Sensoren sind redundant ausgelegt, für eine Notlaufroutine kann
zwischenzeitlich auf diese Sensoren verzichtet werden. Für andere
Sensoren ist kein redundanter Ersatz vorgesehen. Jedoch kann deren
Positionsinformation aus der Positionsinformation anderer Sensoren
erschlossen werden. So sind ein Kontaktsensor und ein Verriegelungssensor
nahe der Windschutzscheibe angeordnet. Meldet der Verrieglungssensor
eine Verriegelung, kann davon ausgegangen werden, dass auch der
Kontaktsensor einen Kontakt melden müsste. Im Prinzip kann daher auch
bei einem defekten Kontaktsensor die Position des Verdecks eindeutig
bestimmt werden.
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Die
Funktionsfähigkeit
eines Sensors kann anhand von Spezifikationen der zugehörigen Positionssignale
oder durch Prüfsignale
festgestellt werden.
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Die
Sensoren und die zugehörigen
Positionssignale können
auch auf ihre Plausibilität
untereinander geprüft
werden. So kann z. B. ein Kontaktsensor des Stauraums melden, dass
dieser geschlossen ist. Gleichzeitig meldet ein Positionssensor
einer Schale, dass diese sich außerhalb des Stauraumes befindet.
Eine solche Konstellation ist aufgrund des mechanischen Aufbaus
des Verdecks nicht möglich. Ein
solcher Widerspruch kann somit anhand eines mechanischen Modells
des Verdecksystems bestimmt werden. Ferner ist es auch möglich, logische Verknüpfungstabellen
zu erstellen, welche solche Widersprüche aufdecken. Die entsprechende
Wahrheitstabelle würde
z. B. einen Eintrag erhalten, dass ein Kontaktschluss des Endpunktsensors 20 bei gleichzeitig
geschlossenem Stauraum nicht möglich ist.
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Vorteilhafterweise
können
einzelnen Sensoren und deren Positionssignalen eine höhere Priorität zugeordnet
werden. In dem Fall der vorhergehenden Widersprüche können diese Prioritäten genutzt
werden, um die Widersprüche
aufzulösen.
In diesem Fall wird jeweils das Positionssignal mit der höheren Priorität zur Bestimmung
der Position herangezogen und das Positionssignal mit der geringeren
Priorität ignoriert.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Vielmehr kann das Verfahren
ebenso allgemein zur Ansteuerung des Verdecksystems und nicht nur
für einen Notlauf
des Verdecksystems verwendet werden.