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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen eines durch eine Stellvorrichtung verfahrbaren Schließelements, insbesondere einer Fensterscheibe eines Fahrzeugs.
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Bewegbare Fahrzeugfensterscheiben werden heute üblicherweise durch motorisch betriebene Stellvorrichtungen (Fensterheber) zwischen ihrer Schließstellung und ihrer Öffnungsstellung verfahren. Ein solcher Fensterheber umfasst in der Regel einen (elektrischen) Stellmotor sowie eine den Stellmotor mit der Fensterscheibe verbindende, d. h. kraftübertragungstechnisch koppelnde Stellmechanik. Ein herkömmlicher Fensterheber umfasst des Weiteren eine Steuereinheit, z. B. in Form eines Mikrocontrollers oder eines sonstigen integrierten Schaltkreises, die den Stellmotor im Betrieb ansteuert.
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Bei Außentemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser kann es vorkommen, dass die Fahrzeugfensterscheibe in – bei solchen Temperaturen regelmäßig – geschlossenem Zustand an der Dichtung der zugehörigen Fahrzeugtür oder der Schachtleiste festfriert. Dadurch lässt sich die Fensterscheibe bei einer Betätigung des Fensterhebers nicht verfahren, insbesondere nicht aus der Schließstellung absenken. Ein den Fensterheber betätigender Fahrzeugnutzer wird in diesem Fall zumeist nach einem oder mehreren erfolglosen Versuchen, die Fensterscheibe zu öffnen, aufgeben und den Schalter des Fensterhebers freigeben. Andernfalls wird der Stellmotor des Fensterhebers üblicherweise von der Steuereinheit durch eine sogenannte Blockabschaltung abgeschaltet, um eine Beschädigung des Stellmotors durch Überlastung zu vermeiden.
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Nachteiligerweise wird bei einem solchen Betätigungsversuch aber selbst bei völlig unbewegter Fensterscheibe die Motorwelle des Fensterhebers aufgrund der Elastizität der Stellmechanik stets in gewissem Umfang rotiert. Durch diese „Null-Bewegung”, die bei einem üblichen Fensterheber durchaus eine Vielzahl von Umdrehungen der Motorwelle betragen kann, wird die Stellmechanik in sich verspannt und bleibt in dieser Lage stehen.
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Sobald das die Fensterscheibe blockierende Eis taut, löst sich die Verspannung der Stellmechanik, wodurch die Fensterscheibe aus der Dichtung herausrutschen kann. Die Fenster bleibt somit nach dem Abtauen in einer geringfügig offenen Stellung stehen.
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Erfolgt der Tauprozess in Abwesenheit des Fahrzeugnutzers, so können durch die offen stehende Fensterscheibe Schäden im Fahrzeuginneren aufgrund von äußeren Einflüssen, insbesondere Feuchtigkeit und/oder Schmutz, entstehen. Ferner begünstigt die offenstehende Fensterscheibe die Gefahr eines Einbruchs oder Diebstahl des Fahrzeugs.
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Dasselbe Problem tritt grundsätzlich auch bei motorisch betriebenen Stellvorrichtungen für andere Schließelemente im Fahrzeug auf, insbesondere bei Stellvorrichtungen zur Verfahrung eines Schiebedachs, eine Falt- und Klappverdecks eines Cabriolets, einer Fahrzeugtür, einer Heckklappe oder eines Kofferraumdeckels.
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Aus
DE 20 2005 002 988 U1 ist eine Steuerung für einen Fensterheber bekannt, der eine Kurzhubfunktionalität aufweist. Die Steuerung löst im Falle einer festgeeisten Fensterscheibe bei Nichterreichen der Kurzhubposition eine Reversierung der Stellrichtung und, darauf folgend, eine erneute Senkbewegung durch den Stellmotor aus. Durch die mehrfachen Senkversuche soll die Fensterscheibe freigerüttelt werden, so dass sie die Kurzhubposition einnehmen kann. Die bekannte Steuerung löst das vorstehend beschriebene Problem aber zumindest dann nicht, wenn die Fensterscheibe auch durch mehrfache Senkversuche nicht freigerüttelt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ungewollte Öffnung eines Schließelements eines Fahrzeugs nach Wegfall einer eisbedingten Blockade auf einfache und effektive Weise zu verhindern.
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Bezüglich eines Verfahrens zum Betätigen eines durch eine Stellvorrichtung verfahrbaren Schließelements eines Fahrzeugs wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich einer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Stellvorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 3. Bezüglich eines eine derartige Stellvorrichtung umfassenden Fahrzeugs wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Verfahrensgemäß ist vorgesehen, dass während eines Stellvorgangs, in dem das Schließelement aus einer Schließposition in Richtung auf eine Öffnungsposition verfahren wenden soll, ein Positionsmaß für die Position des Schließelements erfasst wird. Dieses Positionsmaß wird mit einem vorgegebenen Mindestwert verglichen. Dabei wird unter Abbruch des Stellvorgangs ein Rückstellvorgang eingeleitet, das heißt das Schließelement wird in umgekehrter Stellrichtung wieder in Richtung auf die Schließposition verfahren, wenn das Positionsmaß den Mindestwert innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nicht erreicht. Die Zeitspanne ist in vorteilhafter Ausführung exakt oder näherungsweise gleich zu der sogenannten Blockabschaltzeit gewählt. Als Blockabschaltzeit wird hierbei diejenige üblicherweise vorgegebene Zeitspanne bezeichnet, nach der der Stellmotor in bestromtem aber blockiertem Zustand ohnehin abgeschaltet wird, um eine thermische Überbelastung des Motors zu vermeiden. Die Blockabschaltzeit beträgt üblicherweise 300 bis 500 ms ab dem Zeitpunkt, zu dem die Motordrehung trotz Bestromung zum Erliegen kommt.
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Erfindungsgemäß wird dieser Rückstellvorgang dann abgebrochen, wenn das Positionsmaß einen vorgegebenen Abbruchwert erreicht. In einer alternativen, aber gleichwirkenden Ausführung wird der Rückstellvorgang nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit abgebrochen. Der Rückstellvorgang wird in anderen Worten also dann abgebrochen, wenn die Dauer des Rückstellvorgangs einen Abbruchwert erreicht.
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Das Positionsmaß kann aus der Position der Fahrzeugscheibe unmittelbar abgeleitet werden. Alternativ hierzu kann das Positionsmaß aber auch aus der Stellung eines Teils der Stellmechanik abgeleitet wenden. In bevorzugter Ausführung der Erfindung wird als Positionsmaß die (Rotations-)Stellung einer Motorwelle des Stellmotors oder eine hierzu proportionale Große herangezogen.
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Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung umfasst insbesondere eine Stellmechanik, über die ein Stellmotor antriebstechnisch mit dem Schließelement gekoppelt oder koppelbar ist. Sie umfasst weiterhin eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Stellmotors, wobei die Steuereinheit schaltungs- und/oder programmtechnisch dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Die Steuereinheit ist in einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung zumindest im Wesentlichen durch einen Mikrocontroller gebildet, in dem ein das Verfahren automatisch durchführendes Steuerprogramm implementiert ist. Die Steuereinheit kann alternativ aber auch zum Beispiel durch einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) gebildet sein.
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Durch die Reversierung der Fensterscheibe und den Abbruch des Stellvorgangs in reversiertem Zustand wird die Verspannung der Stellmechanik, die sich bei dem erfolglosen Betätigungsversuch gebildet hat, gezielt wieder aufgehoben. Hierdurch wird einer Öffnung des Schließelements nach Wegfall der eisbedingten Blockade entgegengewirkt, wodurch auch das damit verbundene Risiko einer witterungsbedingten Beschädigung des Fahrzeuginnenraums, eines Einbruch und/oder Diebstahls verringert ist.
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Um sicherzustellen, dass die Fensterscheibe nach dem Abtauen tatsächlich vollständig geschlossen bleibt, wird in einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens als Abbruchwert, bis zu dessen Erreichen der Stellvorgang reversiert wird, derjenige (Start-)Wert des Positionsmaßes gewählt, der vor Beginn des Stellvorgangs vorlag, d. h. derjenige Wert des Positionsmaßes, der der Schließposition des Schließelements entspricht. Der erfolglose Stellvorgang wird also vollständig rückgängig gemacht. Der Startwert kann in der Steuereinheit der Stellvorrichtung fest vorgegeben sein. Bevorzugt wird der Startwert des Positionsmaßes aber vor Beginn des Stellvorgangs erfasst und für jeden Stellvorgang individuell als Abbruchwert hinterlegt. Diese Ausführung des Verfahrens trägt insbesondere dem Umstand Rechnung, dass sich die Schließstellung eines Schließelements, insbesondere einer Fensterscheibe, infolge der Alterung der Dichtung und unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen mit der Zeit ändern kann. Der Startwert des Positionsmaßes entspricht in einer zweckmäßigen Ausführung insbesondere dem Wert des Positionsmaßes, bei dem die Fensterscheibe in dem vorausgegangenen Schließvorgang im Zuge einer sogenannten Vorabschaltung kurz vor dem Anschlagen an der oberen Fensterdichtung gestoppt wurde.
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In einer geeigneten Ausführungsform umfasst die Stellvorrichtung einen mit der Steuereinheit signalübertragungstechnisch verbundenen Positionsgeber, der die Stellung einer Motorwelle oder eine hierzu proportionale Größe als Positionsmaß erfasst. Der Positionsgeber ist insbesondere durch einen Hall-Sensor gebildet, der das Feld eines an der Motorwelle angebrachten Ringmagneten erfasst und aus der durch die Drehung des Ringmagneten erzeugten Feldänderung des Positionsmaß generiert.
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In der bevorzugten Anwendung handelt es sich bei dem zu betätigenden Schließelement um eine Fensterscheibe, die mit der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung gekoppelt ist, und durch diese in ihrer Position verfahren werden kann. Die Stellvorrichtung ist hierfür zweckmäßigerweise innerhalb einer die Fensterscheibe umfassenden Fahrzeugtür eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Grundsätzlich können das Verfahren und/oder eine entsprechende Stellvorrichtung aber auch bei der Betätigung einer Fahrzeugtür, eines Schiebedachs, einer Heckklappe oder eines Kofferraumdeckels eingesetzt werden.
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Bei Fahrzeugen mit rahmenloser Tür, insbesondere bei Cabriolets und hochwertigen Limousinen oder Coupés, sind elektrische Fensterheber üblicherweise mit einer sogenannten Kurzhubfunktion ausgestattet. Im Zuge der Kurzhubfunktion wird die Fensterscheibe automatisch um ein geringe Distanz (Kurzhubweg) abgesenkt, um die Fensterscheibe aus der oberen Fensterdichtung herauszufahren. Friert bei einer rahmenlosen Fahrzeugtür die Fensterscheibe ein, so hat das in der Regel die Folge, dass der Kurzhub nicht mehr oder zumindest nicht mehr vollständig ausgeführt werden kann. Die Fahrzeugtür kann dann allenfalls noch mit Gewalt geöffnet werden, wodurch die Fensterscheibe aus der oberen Dichtung herausgequetscht wird. Erkanntermaßen wäre in diesem Fall ein Reversieren des (Kurzhub-)Stellvorgangs für das Öffnen und – bei noch geöffneter Fahrzeugtür – für das anschließende Schließen der Tür kontraproduktiv. Deshalb wird bei Fensterhebern mit KurzHubfunktion das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise – unterbrochen, wenn und solange die betreffende Fahrzeugtür geöffnet ist. Die Steuereinheit der Stellvorrichtung fragt in diesem Fall vorzugsweise ein Türstellungssignal eines Türsensors ab, und unterbricht den Verfahrensablauf oder verhindert zumindest das Reversieren der Stellrichtung, wenn das Türstellungssignal die Öffnung der Fahrzeugtür signalisiert. Der Rückstellvorgang wird hier erst dann ausgeführt, wenn die Fahrzeugtür wieder geschlossen ist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in schematischer Darstellung eine Stellvorrichtung zur motorbetriebenen Verstellung einer Fahrzeug-Fensterscheibe, mit einem Stellmotor, einer den Stellmotor mit der Fensterscheibe koppelnden Stellmechanik, einer den Stellmotor ansteuerenden Steuereinheit, sowie einem durch einen Hallsensor gebildeten Positionssensor, der die Stellung der Motorwelle als (Positions-)Maß für die (Scheiben-)Position der Fensterscheibe erfasst, und
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2 ein Diagramm der Scheibenposition und Positionsmaßes als Funktion der Zeit bei einem gewöhnlichen Stellvorgang, bei dem die Fensterscheibe nicht blockiert ist, und
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3 in Darstellung gemäß 2 der zeitliche Verlauf der Scheibenposition und Positionsmaßes bei einem Stellvorgang, bei dem die Fensterscheibe festgefroren ist.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei der in der 1 dargestellten Stellvorrichtung 1 handelt es sich um einen elektrischen Fensterheber für eine Fensterscheibe 2 eines Kraftfahrzeugs. Die Stellvorrichtung 1 umfasst eine Steuereinheit 3 zur signaltechnischen Ansteuerung eines Stellmotors 4, welcher über eine Stellmechanik 5 auf die Fensterscheibe 2 wirkt. Die Stellmechanik 5 kann beispielsweise in Form eines doppelt geführten Seilfensterhebers oder als Kreuzarm-Fensterheber ausgeführt sein. Sie umfasst insbesondere eine Motorwelle 6.
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Die Steuereinheit 3 ist in dieser Ausführung zumindest im Wesentlichen durch einen Mikrocontroller mit einer darauf implementierten Steuer- und Auswertesoftware gebildet.
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Bei Betätigung des Stellmotors 4 wird die Fensterscheibe 2 in ihrer (Scheiben-)Position x verfahren. Die Fensterscheibe 2 ist hierbei reversibel zwischen einer Schließstellung S, die die höchstmögliche Position x darstellt, und einer Öffnungsstellung O, die die tiefstmögliche Position x darstellt, verfahrbar. In diesen Stellungen S und O ist die Fensterscheibe 2 in 1 jeweils gestrichelt angedeutet. Mit durchgezogenen Linien ist die Fensterscheibe 2 dagegen in einer halbgeöffneten Zwischenstellung dargestellt. Als Bezugspunkt für die Position x ist in 1 beispielhaft die Höhe der oberen Scheibenkante gewählt. Die (Scheiben-)Position x ist dabei beispielhaft derart definiert, dass ihr Wert mit zunehmender Entfernung von der Schließstellung S zunimmt.
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Zur Ermittlung der jeweils aktuellen Position x der Fensterscheibe 2 ist an der Motorwelle 6 ein Ringmagnet 7 angeordnet, der eine geradzahlige Anzahl von umfänglich verteilten Magnetpolen aufweist. Mit dem Ringmagnet 7 wirkt ein als Positionsgeber dienender Hall-Sensor 8 zusammen. Der Hall-Sensor 8 detektiert bei einer Drehung der Motorwelle 6 das – infolge der an dem Hall-Sensor 8 vorbeiziehenden Magnetpole – fluktuierende Magnetfeld des Ringmagneten 7 und generiert ein entsprechend pulsierendes Hall-Signal H, das er an die Steuereinheit 3 ausgibt. Die Steuereinheit 3 ermittelt durch Zählung und Aufsummierung der Pulse des Hall-Signals H ein Positionsmaß P, das unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen proportional zu der tatsächlichen Position x der Fensterscheibe 2 ist.
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Ein gewöhnlicher Stellvorgang, bei dem die Fensterscheibe 2 aus ihrer Schließstellung S in Richtung auf die Öffnungsstellung O verfahren werden soll, wird von einem Fahrzeugnutzer durch Betätigung eines zum Beispiel an einer Türverkleidung angeordneten Tasters 9 ausgelöst. Durch den Taster 9 wird in diesem Fall ein Betätigungssignal B an die Steuereinheit 3 gesendet, aufgrund dessen die Steuereinheit 3 den Stellmotor 4 durch Applikation einer Motorspannung U in einer öffnenden Stellrichtung antreibt.
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Bei dem Stellvorgang kann es sich alternativ auch um einen Kurzhubsenkvorgang handeln, der – wie vorstehend beschrieben – durch Betätigung des Türöffners ausgelöst wird.
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Entsprechend nehmen bei einem gewöhnlichen Stellvorgang – wie aus 2 zu ersehen ist – der jeweilige Wert der Scheibenposition x und des Positionsmaßes P mit fortschreitender Zeit t bis zur Beendung des Stellvorgangs stetig zu.
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Ist die Fensterscheibe 2 dagegen festgefroren, bleibt – wie aus 3 ersichtlich ist – die Scheibenposition x während eines entsprechenden Stellvorgangs zeitlich unverändert. Infolge der Elastizität der Stellmechanik 5 wird die Motorwelle 6 dagegen auch bei unbeweglicher Fensterscheibe 2 um eine gewisse Anzahl von Umdrehungen rotiert, so dass auch das Positionsmaß P zunächst zunimmt. Aufgrund der zunehmenden Verspannung der Stellmechanik 5 kommt die Drehung der Motorwelle 6 bei festgefrorener Fensterscheibe 2 aber nach kurzer Zeit zum Erliegen, wodurch auch das Positionsmaß P auf einem vergleichsweise geringen Plateauwert P0 stehen bleibt.
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Diesen Umstand nutzt die Steuereinheit 3, um den Sonderfall eines versuchten Stellvorgangs bei festgefrorener Fensterscheibe 2 von einem gewöhnlichen Stellvorgang zu unterscheiden.
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Die Steuereinheit 3 erfasst hierzu kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen den Wert des Positionsmaßes P und vergleicht diesen Wert mit einem hinterlegten Schwellwert P1.
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Wenn der erfasste Wert des Positionsmaßes P – wie im Beispiel der 2 – den Schwellwert P1 innerhalb einer vorgegebenen Wartezeitspanne Δt erreicht, erkennt die Steuereinheit 3 auf das Vorliegen eines gewöhnlichen Stellvorgangs und bricht die Überwachung ab.
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Wenn der erfasste Wert des Positionsmaßes P dagegen – wie im Beispiel der 3 – den Schwellwert P1 innerhalb der vorgegebenen Wartezeitspanne Δt nicht erreicht, schließt die Steuereinheit 3 darauf, dass die Fensterscheibe 2 festgefroren oder anderweitig blockiert ist.
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In diesem Fall leitet die Steuervorrichtung 3 einen Rückstellvorgang ein, dass heißt sie reversiert nach Ablauf der Wartezeitspanne Δt den Stellvorgang. Die Stellrichtung wird dabei umgekehrt, indem die Steuereinheit 3 die dem Stellmotor 4 zugeführte Spannung U umpolt. Entsprechend nimmt in dem Rückstellvorgang auch das Positionsmaß P – wie aus 3 ersichtlich – wieder ab.
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Die Reversierung des Stellvorgangs wird von der Steuereinheit 3 solange aufrechterhalten, bis das Positionsmaß P seinen zu Beginn des Stellvorgangs vorliegenden Startwert P2 wieder erreicht. Sobald diese Bedingung eintritt, bricht die Steuereinheit 3 den Rückstellvorgang ab und schaltet entsprechend den Stellmotor 4 ab.
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Bei einem Kurzhubstellvorgang überwacht die Steuereinheit 3 zusätzlich das Türstellungssignal eines Türsensors, und leitet den Rückstellvorgang nur dann ein, wenn die Fahrzeugtür geschlossen ist. Wenn die Fahrzeugtür während des Rückstellvorgangs geöffnet wird, fährt die Steuereinheit 3 die Fensterscheibe 2 wieder nach unten, bis die Kurzhubposition erreicht ist oder der Stellmotor wieder blockiert.
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In optionaler Ausgestaltung des in der Steuereinheit 3 implementierten Steuerprogramms ist vorgesehen, dass die Steuereinheit 3 im Anschluss an den Abbruch den Taster 9 für eine vorgegebene Zeitspanne deaktiviert, um zu verhindern, dass der Fahrzeugnutzer den versuchten Stellvorgang vielfach erneut auslöst und dabei den Stellmotor 4 überlastet.
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Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass die Steuereinheit 3 bei Abbruch des Stellvorgangs eine Fehlermeldung an einen Bordcomputer und/oder an eine Fehleranzeige im Armaturenbrett des Fahrzeugs ausgibt.
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In einer geeigneten Dimensionierung ist der Schwellwert P1 derart gewählt, dass er unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen einer Scheibenposition x entspricht, bei der die Fensterscheibe um etwa 1 bis 3 cm geöffnet ist. Die Wartezeitspanne Δt ist derart gesetzt, dass sie etwa der Blockabschaltzeit des Stellmotors 4 entspricht (insbesondere auf 300 ms bis 500 ms), so dass die Fensterscheibe 2 – außer bei einem Fensterheber mit Kurzhub-Funktion – unmittelbar nach der Blockabschaltung wieder reversiert wird.
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In einer zweckmäßigen Verfahrensvariante kann der Rückstellvorgang auch direkt durch die Blockabschaltung „getriggert”, das heißt ausgelöst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stellvorrichtung
- 2
- Fensterscheibe
- 3
- Steuereinheit
- 4
- Stellmotor
- 5
- Stellmechanik
- 6
- Motorwelle
- 7
- Ringmagnet
- 8
- Hall-Sensor
- 9
- Taster
- Δt
- Wartezeitspanne
- t
- Zeit
- x
- (Scheiben-)Position
- H
- Hall-Signal
- O
- Öffnungsstellung
- P
- Positionsmaß
- P0
- Plateauwert
- P1
- Schwellwert
- P2
- Startwert
- S
- Schließstellung
- U
- Motorspannung