DE102011110081A1

DE102011110081A1 - Steuerung eines Verstellantriebs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011110081A1
Application number: DE201110110081
Authority: DE
Inventors: Stefan Franek; Christian Thomann; Detlef Russ; Alex Kromer; Roland Kalb; Jörg Übelein
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-02-14

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Verstellantriebs (8) eines entlang eines Verstellweges (s) zwischen einer Offenposition (PO) und einer Schließposition (PS) verfahrbaren Verstellelementes (4), insbesondere einer Fahrzeugscheibe, eines Kraftfahrzeugs angegeben. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass mittels eines Bedienelementes (22) mit unterschiedlichen Bedienstufen (manueller und automatischer Betrieb) verschiedene Verfahrgeschwindigkeiten (va, vm) des Verstellelementes (4) eingestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Verstellantriebs eines entlang eines Verstellweges zwischen einer Offenposition und einer Schließposition verfahrbaren Verstellelementes, insbesondere einer Fahrzeugscheibe, eines Kraftfahrzeugs.
Bewegbare Fahrzeugscheiben werden üblicherweise mittels elektromotorisch betriebener Verstellantriebe (Fensterheber) zwischen deren Schließposition und deren Offenposition verfahren. Ein solcher Fensterheber umfasst in der Regel einen (elektrischen) Verstellmotor sowie eine den Verstellmotor mit der Fahrzeugscheibe verbindenden, das heißt kraftübertragungstechnisch koppelnden Verstellmechanik. Die Verstellmechanik eines als Seilfensterheber bezeichneten Verstellantriebs umfasst typischerweise ein Schneckengetriebe sowie einen hieran über eine Seiltrommel angebundenen und über Umlenkrollen geführten Seilzug, der seinerseits die Fahrzeugscheibe tragende Mitnehmer an Führungsschienen entlang führt. Eine elektronische Steuereinheit, zum Beispiel in Form eines Mikrocontrollers oder eines sonstigen integrierten Schaltkreises, steuert den Verstellantrieb und damit den Verfahrweg der Fahrzeugscheibe entlang des Verstellweges.
In der Grundfunktion eines Fensterhebers steuert die Steuereinheit den Verstellantrieb zur Anhebung beziehungsweise Absenkung der zugeordneten Fahrzeugscheibe an, wenn ein entsprechendes Bedienelement (Betätigungsschalter) aktiviert wird. Die Steuerung schaltet den Verstellantrieb ab, wenn die Fahrzeugscheibe vollständig geschlossen beziehungsweise geöffnet ist.
Die Betätigungsschalter weisen üblicherweise insbesondere zum Heben der zugeordneten Fahrzeugscheibe zwei Schaltstellungen auf. Die erste Schaltstellung löst einen manuellen Betrieb des Fensterhebers aus, während die zweite Schaltstellung einen Automatikbetrieb initiiert. Im Automatikbetrieb verfährt die Fahrzeugscheibe kontinuierlich von einer geöffneten Stellung in die Schließposition, wohingegen im manuellen Betrieb die Scheibe lediglich für die Betätigungsdauer verfahren wird.
Aus Komfortgründen werden typische Fensterheber in modernen Kraftfahrzeugen mit beträchtlichen Geschwindigkeiten verfahren. Dies gilt sowohl für den Automatikbetrieb als auch für den manuellen Betrieb. Bei einem solchen Verfahren ist es dem Fahrzeugnutzer im manuellen Betrieb erschwert, die Fahrzeugscheibe fein und genau in eine gewünschte Stellung zu verfahren und dort zu positionieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich der Positioniergenauigkeit beziehungsweise Positionsbestimmung des zu verstellenden Elements verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Steuerung eines derartigen elektromotorischen Verstellantriebs anzugeben.
Bezüglich eines Verfahrens zum Betätigen eines durch eine Stellvorrichtung verfahrbaren Verstellelementes eines Fahrzeugs wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich einer nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Verfahrensgemäß ist vorgesehen, dass mittels eines Bedienelementes mit mehreren unterschiedlichen, insbesondere zwei Bedienstufen (manuell und automatisch) in diesen jeweils verschiedene Verfahrgeschwindigkeiten des Verstellelementes eingestellt werden.
Die erfindungsgemäße (Verstell-)Vorrichtung umfasst insbesondere einen Verstellantrieb mit einem Getriebe, über welches ein Elektromotor antriebstechnisch mit dem Verstellelement gekoppelt oder koppelbar ist. Sie umfasst weiterhin ein den Verstellantrieb aktivierendes Bedienelement mit mindestens zwei Bedienstufen.
Die Vorrichtung umfasst ferner ein Sensorsystem zur Erfassung der Drehzahl und der Drehrichtung des Elektromotors sowie eine Drehzahl-Regelungseinrichtung, die geeigneterweise einen Mikroprozessor zur Positionsbestimmung des Verstellelementes aufweist. Die Drehzahl-Regelungseinrichtung ist programm- und/oder schaltungstechnisch dazu eingerichtet, die Drehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit von der mittels des Bedienelements ausgelösten Bedienstufe einzustellen.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist ein Schneckengetriebe motorseitig über eine Motorwelle mit dem Elektromotor antriebstechnisch gekoppelt. Die Motorwelle weist weiterhin einen umfänglich angeordneten Ringmagneten als einen Bestandteil des Sensorsystems auf. Der Ringmagnet ist in seinem äußeren Umfang abwechselnd in Nord- und Süd-Richtung magnetisiert. Mittels zweier Hall-Sensoren oder zweier sensitiven Hall-Flächen, welche zueinander beispielsweise um 90° versetzt angeordnet sind, wird bei einer Drehung der Motorwelle das infolge der an dem Sensor vorbeiziehenden Magnetpole fluktuierende Magnetfeld im Bereich des Ringmagneten detektiert und ein entsprechend pulsierendes Hall-Signal generiert. Die Drehzahl, die Drehrichtung und daraus die Verstellelement-Position werden mittels Erfassung und Auswertung der Hall-Signale vom Mikroprozessor bestimmt. Zusätzlich oder alternativ wird der durch den Elektromotor fließende Strom nach dem sogenannten Ripple-Counting-Verfahren zur Positionsbestimmung ausgewertet.
In dem Mikrocontroller ist in einer typischen Ausführungsform der Erfindung ein das Verfahren automatisch durchführendes Steuerprogramm implementiert. Alternativ kann zum Beispiel ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) zur Steuerung der Vorrichtung eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Mikrocontroller weiterhin eine H-Brückenschaltung, welche den Elektromotor ansteuert und eine Anzahl von Halbleiterschaltern, als Teil der Drehzahl-Regelungseinrichtung aufweist. Bei den Halbleiterschaltern handelt es sich typischerweise um bipolare Transistoren, Feldeffekt-Transistoren, MOSFETs (Metal-Oxid-Semiconductor-Feldeffekt-Transistoren), IGBTs (insulated-gate bipolar transistor) oder IGCTs (integrated gate-commutated thyristor). Die Steuerung des Elektromotors wird mittels Pulsweitenmodulation (PWM) vorgenommen.
In bevorzugter Anwendung handelt es sich bei dem zu steuernden Verstellelement um eine Fahrzeugscheibe, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekoppelt ist und vermittels dieser in die gewünschte Position verfahren werden kann. Die Vorrichtung ist hierfür zweckmäßigerweise innerhalb einer die Fahrzeugscheibe aufnehmenden Fahrzeugtür eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Verfahren und/oder die Vorrichtung kann grundsätzlich jedoch auch bei der Betätigung einer Fahrzeugtür, eines Schiebedachs, einer Heckklappe oder eines Kofferraumdeckels eingesetzt werden.
In zweckmäßiger Ausbildung dient als Bedienelement ein zweistufiger Betätigungsschalter (Taster), welcher in modernen Kraftfahrzeugen beispielsweise als Fensterheberschalter bzw. -taster bereits vorhanden ist. Alternativ sind ebenso andere Betätigungsarten wie zum Beispiel eine elektronische Einstellung per Bedieninterface oder Bordcomputer, Schieberegler oder Potentiometer im Betätigungsschalter denkbar.
Die Bereitstellung verschiedener Verfahrgeschwindigkeiten mittels eines mehrstufigen Bedienelements dient zur einstellbaren Gestaltung der Verfahrgeschwindigkeit des Verstellelementes seitens des Fahrzeugnutzers. Insbesondere wird somit der Benutzerkomfort durch eine verbesserte Einstellbarkeit der Verstellelementposition vorteilhaft erhöht. Ferner werden hierdurch neue Funktionspotentiale für die (Verstell-)Vorrichtung erschlossen, wie zum Beispiel die genaue Einstellung eines Öffnungsspaltes als Lüftungsspalt zwischen der Fahrzeugscheibenoberkante und der oberen Scheibendichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zudem kostengünstig herstellbar.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist in einer mittels des Bedienelementes ausgelösten ersten Bedienstufe, in der das Verstellelement lediglich für die Betätigungsdauer während einer manuellen Betätigung des Bedienelementes verfährt, die Verfahrgeschwindigkeit des Verstellelementes kleiner ist als die Verfahrgeschwindigkeit des Verstellelementes in einer zweiten Bedienstufe, in der das Verstellelement in Folge einer einen Automatikbetrieb auslösenden Betätigung des Bedienelementes verfährt. Hierzu wird mittels einer Variation des Puls-Pausen-Verhältnisses des PWM-generierten Motorstroms von der Regelungseinrichtung infolge der Auslösung der ersten Bedienstufe eine vergleichsweise niedrige Drehzahl eingestellt als infolge der Auslösung der zweiten Bedienstufe.
Aufgrund der Reduzierung der Verfahrgeschwindigkeit im manuellen Betrieb der Vorrichtung wird eine hohe Positionsgenauigkeit des zu verstellenden Verstellelements für den Fahrzeugnutzer ermöglicht. Während in modernen Kraftfahrzeugen der üblicherweise vorgesehene Einklemmschutz gemäß den gesetzlichen Anforderungen zumindest im Automatikbetrieb aktiv ist, wird mittels der Reduzierung der Verfahrgeschwindigkeit im manuellen Betrieb zusätzlich eine vorteilhafte Erhöhung des Personenschutzes gewährleistet.
In einer geeigneten Weiterbildung wird in der ersten Bedienstufe (manueller Betrieb) eine Verfahrgeschwindigkeit zwischen 20% und 75% der Verfahrgeschwindigkeit in der zweiten Bedienstufe (Automatikbetrieb) eingestellt. Im manuellen Betrieb besonders zweckmäßig ist eine Verfahrgeschwindigkeit zwischen 30% und 60% der Verfahrgeschwindigkeit im Automatikbetrieb. Dadurch wird eine besonders hohe Positionsgenauigkeit des zu verstellenden Verstellelements für den Fahrzeugnutzer sichergestellt.
Die Position des Verstellelementes entlang des Verstellweges wird fortlaufend mittels des Sensorsystems erfasst und vom Mikrocontroller ausgewertet. Ausgehend von der Schließposition bis zu einer hierzu beabstandeten Position, also in einem bestimmten schmalen Bereich oder Abschnitt unterhalb des oberen mechanischen Anschlags, wird das Verstellelement (Fahrzeugscheibe) infolge der Betätigung des Tasters in der ersten Bedienstufe (manueller Betrieb) mit der vergleichsweise geringen Verfahrgeschwindigkeit verfahren. Der nachfolgend auch als Positionierbereich bezeichnete Abschnitt bzw. schmale Bereich des Verstellweges, innerhalb dessen die reduzierte Verfahrgeschwindigkeit im manuellen Betrieb aktiv ist, ist in einer geeigneten Dimensionierung größer als 8 cm und kleiner als 15 cm ab der Schließposition.
Wird die erste Bedienstufe (manueller Betrieb) beim Verfahren in Richtung der Offenposition – also beim Senken des Verstellelements – solange betätigt, dass das Verstellelement die untere Abschnitts- bzw. Bereichsgrenze (Grenzposition) erreicht, so wird das Verstellelement, vorzugsweise in Form einer linearen Geschwindigkeitsrampe, auf die im mittleren Hubbereich eingestellte Solldrehzahl des Antriebsmotors beschleunigt.
Wird das Bedienelement (Taster) in dem oberen Positionierbereich (Abschnitt) in die zweite Bedienstufe (Automatikbetrieb) geführt, so wird die Drehzahl des Antriebsmotors auf die dem Automatikbetrieb zugeordnete Solldrehzahl beschleunigt und somit das Verstellelement mit der vergleichsweise hohen Geschwindigkeit verfahren.
Beim Verfahren des Verstellelementes in Richtung der Schließposition – also beim Heben des Verstellelements – mit reduzierter Geschwindigkeit, d. h. mit der vergleichsweise geringen Verfahrgeschwindigkeit ist daher eine Repositionierung des Verstellelementes (Fahrzeugscheibe) ermöglicht, wenn das Verstellelement ausgehend von einem erweiterten Positionierbereich gestartet wird. Dieser erweiterte Positionierbereich schließt die Geschwindigkeitsrampe des schmalen Bereichs (Positionierbereichs) für ein Verfahren des Verstellelements in Senken-Richtung ein und ist geeigneterweise hinsichtlich dessen vertikaler Breite bzw. Ausdehnung an die Länge der Geschwindigkeitsrampe angepasst, d. h. gleich oder zumindest annähernd gleich lang. Die Geschwindigkeitsrampe signalisiert dem Benutzer (Bediener) das Ende des schmalen Positionierbereiches.
Der erweiterte Positionierbereich definiert insbesondere Bewegungsstarts des Verstellelementes und somit Verstellbewegungen in Schließrichtung (Heben) bei manuellem Betrieb (erste Bedienstufe), wenn das Verstellelement zuvor in Offenrichtung (Senken) verfahren worden ist. Bei derartigen Situationen (Bewegungsstart in Heben-Richtung) wird vorzugsweise stets die vergleichsweise geringe Verfahrgeschwindigkeit des Verstellelementes eingestellt.
Der PWM-generierte Motorstrom wird von der Regelungseinrichtung im manuellen Betrieb derart geregelt, dass der Elektromotor das Verstellelement mit einer vergleichsweise niedrigen Drehzahl verfährt. Der sich an die Schließposition anschließende Positionierbereich ist bevorzugt 12 cm ab der Schließposition, d. h. unterhalb des oberen mechanischen Endanschlags. Der PWM-generierte Motorstrom wird von der Regelungseinrichtung je nach ausgelöster Bedienstufe und in Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Verstellelementes entlang des Verstellweges geregelt, so dass das Verstellelement mit der vergleichsweise hohen Geschwindigkeit, der vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeit oder der rampenartig sich erhöhenden bzw. verringernden Geschwindigkeit verfahren wird.
Derjenige Abschnitt bzw. Positionierbereich des Verstellweges, innerhalb dessen die reduzierte Verfahrgeschwindigkeit im manuellen Betrieb aktiv ist, ist in einer geeigneten Dimensionierung kleiner oder gleich 12 cm ab der Schließposition beim Verfahren in Richtung auf die Offenposition (Senken). Beim Durchfahren dieses Bereiches (Abschnitts) in Senken-Richtung soll das Verstellelement ab der Grenzposition auch im manuellen Betrieb im Anschluss an eine Beschleunigungsphase mit der vergleichsweise hohen Geschwindigkeit verfahren werden. Innerhalb des Positionierbereichs wird bei einem Übergang vom manuellen Betrieb in den Automatikbetrieb sowohl in Richtung Senken als auch in Richtung Heben ab dieser Grenzposition die Verfahrgeschwindigkeit des Verstellelements – wiederum im Anschluss an eine Beschleunigungsphase – bis zur hohen Verfahrgeschwindigkeit erhöht.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird ein die Systemlose, d. h. das mechanische Spiel innerhalb der Verstellmechanik und damit des mechanischen Kraftflusses des Verstellantriebs kompensierender Reversiervorgang initiiert, wenn das Verstellelement die Schließposition erreicht. Der Reversiervorgang wird hierbei beendet, bevor eine Stellbewegung des Verstellelementes erfolgt. Dies ist von erheblichem Vorteil für den sogenannten Kurzhub, wenn bei rahmenlosen Fahrzeugtüren, wie z. B. Cabrioletts, die Fahrzeugtür geöffnet bzw. der Türgriff betätigt wird und die Fahrzeugscheibe automatisch um den eingestellten Kurzhub in Richtung Senken verfährt.
Die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung initiiert unabhängig von der ausgelösten Bedienstufe den Reversiervorgang, wobei die Anzahl der während des Reversiervorganges in Gegenrichtung gesteuerten Motorumdrehungen auf maximal die die Systemlose innerhalb des mechanischen Kraftflusses des Verstellantriebs kompensierenden Motorumdrehungen begrenzt werden.
Wird das Verstellelement bis zum oberen Anschlag an der Schließposition verfahren, so wird mitunter eine fahrzeugseitig auf das Verstellelement übertragene mechanische Spannungen auch auf die Verstellmechanik der Vorrichtung übertragen. Hierdurch wird insbesondere das Getriebe des Verstellantriebs gegenüber der Motorwelle des Elektromotors verspannt. Der Reversiervorgang dient demnach zum Entspannen der Verstellmechanik, wodurch die aufgrund der mechanischen Spannung mögliche Verformung des Getriebes und/oder anderer Komponenten entlang der Kraftübertragung vorteilhaft behoben wird. Dadurch wird zudem eine nachteilige und unerwünschte Beeinträchtigung des Einklemmschutzes vorteilhaft vermieden.
Zweckmäßigerweise wird während des Reversiervorgangs die Verfahrgeschwindigkeit beziehungsweise die Drehzahl des Verstellantriebs von dem Mikrocontroller derart vermindert, dass der Reversiervorgang vom Fahrzeugnutzer weitestgehend unbemerkt durchgeführt wird.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch eine Vorrichtung zur elektromotorisch betriebenen Verstellung einer Fahrzeugscheibe, mit einem Verstellantrieb (Fensterheber) mit zugeordneter Steuereinrichtung sowie mit einer Sensoreinrichtung zur Positionserfassung der Fahrzeugscheibe und mit einem Betätigungsschalter, und
2 in einer schematischen Darstellung mehrere Scheibenlaufsituationen entlang eines Verstellweges zwischen einer Offenposition und einer Schließposition der Fahrzeugscheibe bei unterschiedlichen Bedienstufen (manueller und automatischer Betrieb) und verschiedenen Positionsstarts.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der in 1 dargestellten (Verstell-)Vorrichtung handelt es sich um einen elektrischen Fensterheber 2 für eine Fahrzeugscheibe 4 eines Kraftfahrzeugs. Der Fensterheber 2 umfasst eine nachfolgend als Steuereinheit bezeichnete Steuereinrichtung 6 zur signaltechnischen Ansteuerung eines Verstellantriebs 8, welcher über eine Verstellmechanik 10 auf die Fahrzeugscheibe 4 wirkt. Der Verstellantrieb 8 umfasst insbesondere einen Elektromotor 12, dessen Rotor- oder Motorwelle 14 über eine wellenfeste Getriebeschnecke 15, die mit einem Schneckenrad 16 eines Schneckengetriebes kämmt, antriebstechnisch mit der Verstellmechanik 10 gekoppelt ist. Die Verstellmechanik 10 ist bevorzugt in Form eines doppelt geführten Seilfensterhebers ausgeführt, wobei es sich jedoch auch um einen Kreuzarm-Fensterheber handeln kann.
Die Steuereinheit 6 ist in dieser Ausführung zumindest im Wesentlichen durch einen Mikrocontroller mit einer darauf implementierten Steuer- oder Auswertesoftware gebildet.
Bei einer Betätigung des Elektromotors 12 wird die Fahrzeugscheibe 4 entlang eines Verstellweges s in eine bestimmte Position P_n (2) verfahren. Die Fahrzeugscheibe 4 ist hierbei reversibel zwischen einer Schließposition P_S, die die höchstmögliche Position darstellt, und einer Offenposition P_O verfahrbar, welche die tiefstmögliche Position darstellt. In diesen Positionen (Stellungen) P_S und P_O ist die Fahrzeugscheibe 4 in 1 jeweils strichliniert angedeutet. Mit durchgezogenen Linien ist die Fahrzeugscheibe 4 dagegen in einer halbgeöffneten Zwischenstellung P_Z dargestellt. Als Bezugspunkt für die Position ist in 1 beispielhaft die Höhe der oberen Scheibenkante gewählt. Die jeweilige Scheibenposition ist dabei beispielhaft derart definiert, dass deren Positionswert mit zunehmender Entfernung von der Offenposition P_O zunimmt.
Zur Ermittlung der jeweils aktuellen Position P_n der Fahrzeugscheibe 4 ist an der Motorwelle 14 ein Ringmagnet 18 angeordnet, der eine geradzahlige Anzahl von umfangsseitig verteilten Magnetpolen aufweist. Mit dem als Positionsgeber wirkenden Ringmagnet 18 wirkt ein Hall-Sensor 20 zu einer Sensoreinrichtung zusammen. Der Hall-Sensor 20 detektiert bei einer Drehung der Motorwelle 14 das infolge der an dem Hall-Sensor 20 vorbeiziehenden Magnetpole fluktuierende Magnetfeld des Ringmagneten 18 und generiert ein entsprechendes Hall-Signal S_H in Form von Rechteckpulsen (High- und Low-Pegel), das dieser an die Steuereinheit 6 ausgibt.
Die Steuereinheit 6 ermittelt durch Zählung und Aufsummierung der Pulse des Hall-Signales S_H die Position P_n des Elektromotors 12 sowie dessen Drehzahl. Zur Bestimmung der Drehrichtung weist der Hall-Sensor 20 in geeigneter Art und Weise zwei zueinander beabstandete Sensorflächen auf, so dass mittels der Abfolge des von den Sensorflächen zeitlich versetzt generierten Hall-Signals S_H die jeweilige Drehrichtung ermittelt werden kann.
Die Auswertung der Drehrichtung und der Drehzahl mittels des Steuerprogramms der Steuereinheit 6 dient zur Bestimmung eines Positionsmaßes, welches unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen proportional zur Position bzw. zum Positionswert P_n der Fahrzeugscheibe 4 ist.
Ein Stellvorgang, bei dem die Fahrzeugscheibe 4 aus der Offenposition Po in Richtung auf die Schließposition P_S verfahren werden soll, wird von einem Fahrzeugnutzer bei Betätigung eines zum Beispiel an einer Türverkleidung angeordneten Betätigungsschalters oder -tasters 22 ausgelöst. Der Taster 22 dient zur Generierung eines Betätigungssignals S_B, welches an die Steuereinheit 6 versendet wird. Aufgrund dieses Betätigungssignals S_B treibt die Steuereinheit 6 den Verstellantrieb 10 durch Applikation eines Motorstroms I_M in einer schließenden Stellrichtung an.
Die Steuereinheit 6 weist eine Anzahl von Schaltelementen in einer (nicht näher dargestellten) H-Brückenschaltung 24 auf. Bei den Schaltelementen handelt es sich insbesondere um elektronische Halbleiterschaltelemente, welche im Ausführungsbeispiel der 1 als Metal-Oxid-Semiconductor-Feldeffekt-Transistoren (MOSFETs) ausgeführt sind. Alternativ hierzu können anstelle von MOSFETs auch Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) oder auch IGC-Thyristoren (IGCTs) eingesetzt werden.
Die Ansteuerung des Verstellantriebs 10 erfolgt mittels einer vom Mikrocontroller der Steuereinheit 6 generierten Pulsweitenmodulation (PWM) des Motorstroms I_M. Über eine Variation des Puls-Pausen-Verhältnisses des Motorstroms I_M wird die Drehzahl n des Elektromotors 12 und damit die Verfahrgeschwindigkeit v der Fahrzeugscheibe 4 entlang des Verstellweges s gesteuert. Eine Umkehrung der Stellrichtung wird dabei durch eine Umpolung der am Elektromotor 12 anliegenden Motorspannung U_M realisiert.
Der Betätigungsschalter 22 ist eine manuell betätigbare Schaltwippe mit zwei Bedienstufen M und A, wobei die unterschiedlichen Schaltstellungen durch verschiedene Druckpunkte realisiert sind. Die Druckpunkte der Schaltwippe sind hierzu mittels mechanischer Widerstände voneinander getrennt.
Die Steuerung des Verstellantriebs 8 wird mittels des Steuerprogramms der Steuereinheit 6 für einen gewöhnlichen Stellvorgang in eine beliebige Position P_n entlang des Verstellwehes s, bei dem die Fahrzeugscheibe 4 aus der Offenposition P_O in Richtung (Heben) auf die Schließposition P_S oder in entgegengesetzter Richtung (Senken) aus der Schließposition P_S in Richtung auf die Offenposition P_O verfahren werden soll, im nachfolgenden unter Bezugnahme auch auf 2 näher erläutert.
Bei einer Betätigung der Bedienstufe A wird ein Betätigungssignal S_B versendet, das ein für den Automatikbetrieb zuständiges Unterprogramm der Steuereinheit 6 aktiviert. Die Steuereinheit 6 versorgt hierbei den Elektromotor 12 mit dem Motorstrom I_a. Der PWM-generierte Motorstrom I_a ist hierbei derart eingestellt, dass der Elektromotor 12 auf eine hohe Drehzahl n_a geregelt oder gesteuert wird. Dadurch wird die Fahrzeugscheibe 4 entlang des Verstellweges s mit einer vergleichsweise großen Verstellgeschwindigkeit v_a verfahren.
Die Fahrzeugscheibe 4 verfährt bis zum oberen mechanischen Endanschlag (obere Block) im Bereich einer Dichtung D (2) einer Fahrzeugtür oder bei rahmenloser Fahrzeugtür eines Fahrzeugdaches. Infolge der Elastizität der Verstellmechanik 10 rotiert die Motorwelle 14 im Anschluss an eine Blockeinfahrt um eine gewisse Anzahl von Umdrehungen weiter, so dass das Positionsmaß zunächst weiter zunimmt. Die auf die Fahrzeugscheibe 4 übertragene mechanische Spannung überträgt sich auf den Verstellantrieb 8 und insbesondere über das Schneckengetriebe 15, 16 auf die Motorwelle 14.
Zur Reduzierung dieser mechanischen Spannung wird von der Steuereinheit 6 anschließend an den Automatik-Stellvorgang ein Unterprogramm für einen Reversiervorgang initiiert, bei dem die Fahrzeugscheibe 4 um ein Reversiermaß Δs (in Richtung auf die Offenposition P_O) abgesenkt wird. Unter dem Reversiermaß Δs wird insbesondere ein hinterlegter Wert des Positionsmaßes verstanden, um den der Verstellantrieb 8 zurückverfahren wird, ohne dass eine Absenkung der Fahrzeugscheibe 4 erfolgt. Diese Funktion ist besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit dem sogenannten Kurzhub bei Öffnen rahmenloser Fahrzeugtüren, insbesondere von Cabriolets.
Mit anderen Worten ist das Reversiermaß Δs insbesondere derart dimensioniert, dass es einerseits lang genug ist, um die aus dem Reversieren der Stellrichtung resultierende Systemlose der Verstellmechanik 10 weitestgehend zu kompensieren, gleichzeitig aber kurz genug bemessen ist, dass während des Reversiervorgangs keine tatsächliche Stellbewegung der Fahrzeugscheibe 4 erfolgt.
Hierzu wird der Elektromotor 12 mit einer invertierten Motorspannung U_M angesteuert, wodurch sich dessen Drehrichtung – und somit die Stellrichtung der Fahrzeugscheibe 4 – umkehrt. Der zugehörige Motorstrom I_M ist derart gewählt, dass die entsprechende Reversierdrehzahl n_r des Elektromotors 12 und dadurch die Reversiergeschwindigkeit v_r der Fahrzeugscheibe 4 stark vermindert ist im Vergleich zur Verstellgeschwindigkeit v_a. Dadurch ist es vorteilhaft ermöglicht, den Reversiervorgang vom Fahrzeugnutzer weitestgehend unbemerkt durchzuführen und somit den Benutzerkomfort wesentlich zu verbessern.
Bei einer Betätigung der Bedienstufe M wird ein Betätigungssignal S_B versendet, das ein für den manuellen Betrieb zuständiges Unterprogramm der Steuereinheit 6 aktiviert. Während des manuellen Betriebs wird das Betätigungssignal S_B fortlaufend von der Steuereinheit 6 überwacht. Die Fahrzeugscheibe 4 wird lediglich während der Betätigung der Bedienstufe M vom Fahrzeugnutzer verstellt.
Die Steuereinheit 6 versorgt hierbei den Elektromotor 12 mit einem solchen Motorstrom I_m, dass die Fahrzeugscheibe 4 entlang des Verstellweges s in Richtung auf die Schließposition P_S mit einer vergleichsweise geringen Verstellgeschwindigkeit v_m verfahren werden kann. Der entsprechende Verfahrweg entlang des Verstellwegs s erstreckt sich von der Schließposition P_S über einen nachfolgend als Positionierbereich bezeichneten Positionsabstand s_a bis zu einer Grenzposition P_G, deren Abstand zur Schließposition P_S kleiner ist als zur halboffenen Zwischenstellung P_Z und insbesondere zur Offenposition P_O. Der Betrag des Positionierbereichs s_a beträgt geeigneterweise 12 cm, gemessen ab der Schließposition P_S bzw. dem oberen mechanischen Endanschlag (obere Block) im Bereich einer Dichtung D (2).
Ausgehend von der Schließposition P_S bis zu der hierzu beabstandeten Grenzposition P_G, also innerhalb des vergleichsweise schmalen Positionierbereichs s_a, wird die Fahrzeugscheibe 4 infolge der Betätigung des Tasters 22 in der ersten Bedienstufe (manueller Betrieb) M mit der vergleichsweise geringen Verfahrgeschwindigkeit v_m verfahren.
In 2 ist dieser schmale Positionierbereichs s_a, der nach unten von der Grenzposition P_G begrenzt ist, als strichliniertes Rechteckfeld dargestellt. Als Kreispunkte sind bestimmte Positionen P_n der Fahrzeugscheibe 4 innerhalb und außerhalb dieses Positionierbereichs s_a veranschaulicht. Außerhalb bzw. unterhalb des schmalen Positionierbereichs s_a befindet sich ein erweiterter Positionierbereich s_b.
Beispielhaft dargestellt sind eine Position P₁ innerhalb schmalen Positionierbereichs s_a und eine Postion P₂ außerhalb dieses Positionierbereichs s_a, jedoch innerhalb des erweiterten Positionierbereichs s_b, sowie eine Position P₃ außerhalb (unterhalb) des erweiterten Positionierbereichs s_b. Eine Position P₄ repräsentiert einen Betriebsstart der Scheibenbewegungen oder eines Scheibenlaufes aus der Schließposition P_S in Richtung (Senken) der Offenposition P_O.
Die in 2 gezeigten Pfeile L_n sind strichlinierte für Scheibenbewegungen oder Scheibenläufe bei in der Betriebstellung A befindlichem Taster 22 und hoher Drehzahl bzw. hoher Verfahrgeschwindigkeit v_a. Die als Punktlinien symbolisierten Pfeile repräsentieren den in der Betriebstellung M befindlichen Taster 22, jedoch eine hohe Drehzahl bzw. hohe Verfahrgeschwindigkeit v_a. Die strichpunktiert symbolisierten Pfeile repräsentieren den ebenfalls in der Betriebstellung M befindlichen Taster 22, jedoch bei reduzierter Drehzahl und somit vergleichsweise geringer Verfahrgeschwindigkeit v_m. Die schräg verlaufenden Linien symbolisieren Geschwindigkeitsrampen R_n.
Wird die erste Bedienstufe (manueller Betrieb) M beim Verfahren in Richtung der Offenposition P_O (Senken) solange betätigt, dass die Fahrzeugscheibe 4 die untere Grenzposition P_G erreicht, so wird die Fahrzeugscheibe 4 in Form einer Geschwindigkeitsrampe R₁ auf eine eingestellte Solldrehzahl des Elektromotors 12 beschleunigt. Diese Situation bzw. Funktion ist anhand des Scheibenlaufpfeils L₁ veranschaulicht.
Wird das Bedienelement (Taster) 22 in dem oberen Positionierbereich (Abschnitt) s_a von der ersten Bedienstufe (manueller Betrieb) M in die zweite Bedienstufe (Automatikbetrieb) A überführt, so wird die Drehzahl des Elektromotors 12 auf die dem Automatikbetrieb zugeordnete Solldrehzahl entlang der Rampe R₂ beschleunigt und somit die Fahrzeugscheibe 4 mit der vergleichsweise hohen Geschwindigkeit v_a verfahren. Diese Situation bzw. Funktion ist anhand des Scheibenlaufpfeils 12 veranschaulicht.
Beim Verfahren Fahrzeugscheibe 4 in Richtung der Schließposition P_S – also beim Heben der Fahrzeugscheibe 4 – mit reduzierter (vergleichsweise geringer) Verfahrgeschwindigkeit v_m ist eine Repositionierung der Fahrzeugscheibe 4 ermöglicht, wenn diese ausgehend vom erweiterten Positionierbereich s_b aus der Position P₂ gestartet wird. Diese Situation bzw. Funktion ist anhand des Scheibenlaufpfeils 13 veranschaulicht. Ein Bewegungsstart von einer Position P₂ innerhalb des erweiterten Positionierbereichs s_b in Richtung der der Schließposition P_S (Heben) erfolgt stets mit der reduzierten (vergleichsweise geringen) Verfahrgeschwindigkeit v_m.
Der erweiterte Positionierbereich s_b schließt die Geschwindigkeitsrampe R₁ des schmalen Bereichs s_a für einen Scheibenlauf L₁ in Senken-Richtung ein und ist hinsichtlich dessen vertikaler Ausdehnung bzw. Breite vorzugsweise gleich der Länge der Geschwindigkeitsrampe R₁. Die Geschwindigkeitsrampe R₁ signalisiert dem Benutzer das Ende des schmalen Positionierbereiches s_a.
Der Scheibenlaufpfeil 14 repräsentiert die Situation eines Bewegungsstarts innerhalb des schmalen Bereichs s_a von der Position P₁ in Heben-Richtung bei der vergleichsweise geringen Drehzahl bzw. Verfahrgeschwindigkeit v_m in der Bedienstufe M.
Der Scheibenlaufpfeil 15 repräsentiert die Situation eines Bewegungsstarts aus der Schließposition P_S in der Bedienstufe A mit sofortiger Geschwindigkeitsrampe R₃ in Senken-Richtung bei der vergleichsweise hohen Drehzahl bzw. Verfahrgeschwindigkeit v_a.
Der Scheibenlaufpfeil 16 repräsentiert die Situation eines Bewegungsstarts wiederum aus der Schließposition P_S, jedoch in der Bedienstufe M mit anschließendem Wechsel auf die Bedienstufe A mit einer Geschwindigkeitsrampe R₄ innerhalb des oberen Positionierbereiches s_a. Bei diesem Wechsel vom manuellen Betrieb M in den Automatikbetrieb A in Senken-Richtung der Fahrzeugscheibe 4 erfolgt über die Rampe R₄ der Übergang von der vergleichsweise niedrigen Drehzahl bzw. Verfahrgeschwindigkeit v_m auf die vergleichsweise hohe Drehzahl bzw. Verfahrgeschwindigkeit v_a.
Bei den Scheibenlaufsituationen L₂, L₃, L₄ sowie den durch die Scheibenlaufpfeile L₇ und L₈ bei einem Bewegungsstart der Fahrzeugscheibe 4 aus der Position P₃ unterhalb (außerhalb) des erweiterten Positionierbereichs s_b in Heben-Richtung wird nach Erreichen der Schließposition P_S sowohl für den Automatikbetrieb A (Scheibenlaufpfeil L₇) als auch für den manuellen Betrieb M (Scheibenlaufpfeil L₈) der Reversiervorgang gestartet.
In einer geeigneten Dimensionierung ist die Verstellgeschwindigkeit v_a während des Automatikbetriebs A derart eingestellt, dass diese der (maximal möglichen) Verstellgeschwindigkeit typischer moderner Fensterheber entspricht. Sowohl der Wert der Verstellgeschwindigkeit v_m im manuellen Betrieb M, als auch der Wert der Reversiergeschwindigkeit v_r sind auf etwa 30% bis 60% der Verstellgeschwindigkeit v_a eingestellt. Die Strecke (Bereich, Abschnitt) s_a des Verstellweges s, innerhalb derer vorrangig die reduzierte Verstellgeschwindigkeit v_m aktiviert ist, beträgt vorzugsweise 12 cm von der Fahrzeugtür- oder Fahrzeugdachkante (obere Dichtung D oder Schließstellung P_S) aus.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Fensterheber
4: Fahrzeugscheibe
6: Steuereinheit
8: Verstellantrieb
10: Verstellmechanik
12: Elektromotor
14: Motorwelle
15: Getriebeschnecke
16: Schneckenrad
18: Ringmagnet
20: Hall-Sensor
22: Betätigungsschalter
24: H-Brückenschaltung
A: Bedienstufe (Automatik)
I_M: Motorstrom
L_n: Scheibenlauf/-pfeil
M: Bedienstufe (manuell)
P_G: Grenzposition
P_n: Start-/Position
P_O: Offenposition
P_S: Schließposition
P_Z: Zwischenstellung
S_B: Betätigungssignal
S_H: Hall-Signal
s: Verstellweg
s_a: schmaler Positionierbereich
s_b: erweiterter Positionierbereich
Δs: Reversiervorgang/-maß
U_M: Motorspannung
v_a: hohe Verstellgeschwindigkeit
v_m: niedrige Verstellgeschwindigkeit

Claims

Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Verstellantriebs (8) eines entlang eines Verstellweges (s) zwischen einer Offenposition (P_O) und einer Schließposition (P_S) verfahrbaren Verstellelementes (4), insbesondere einer Fahrzeugscheibe, eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass in mittels eines Bedienelementes (22) ausgelösten unterschiedlichen Bedienstufen (A, M) verschiedene Verfahrgeschwindigkeiten (v_a, v_m) des Verstellelementes (4) eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer mittels des Bedienelementes (22) ausgelösten ersten Bedienstufe (M), in der das Verstellelement (4) lediglich für die Betätigungsdauer während einer manuellen Betätigung des Bedienelementes (22) verfährt, die Verfahrgeschwindigkeit (v_m) des Verstellelementes (4) kleiner ist als die Verfahrgeschwindigkeit (v_a) des Verstellelementes (4) in einer zweiten Bedienstufe (A), in der das Verstellelement (4) in Folge einer einen Automatikbetrieb auslösenden Betätigung des Bedienelementes (22) verfährt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Bedienstufe (M) eine Verfahrgeschwindigkeit (v_m) zwischen 25% und 75%, vorzugsweise zwischen 30% und 60%, der Verfahrgeschwindigkeit (v_a) in der zweiten Bedienstufe (A) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Position (P_n) des Verstellelementes (4) entlang des Verstellweges (s) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahren des Verstellelementes (4) in Richtung der Offenposition (P_O), insbesondere in der ersten Bedienstufe (M), die vergleichsweise geringe Verfahrgeschwindigkeit (v_m) innerhalb eines sich von der Schließposition (P_S) bis zu einem hierzu beabstandeten Grenzposition (P_G) erstreckenden Positionierbereiches (s_a) eingestellt wird, wobei die Grenzposition (P_G) vorzugsweise der Schließposition (P_S) näher ist als der Offenposition (P_O).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Grenzposition (P_G) beim Verfahren des Verstellelementes (4) in Richtung der Offenposition (P_O) die vergleichsweise hohe Verfahrgeschwindigkeit (v_a) unabhängig von der ausgelösten Bedienstufe (A, M) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahren des Verstellelementes (4) in Richtung der Offenposition (P_O) innerhalb eines sich von der Schließposition (P_S) bis zu einer hierzu beabstandeten Grenzposition (P_G) erstreckenden Positionierbereiches (s_a) von der vergleichsweise geringen Verfahrgeschwindigkeit (v_m) bei einer Umschaltung von der ersten Bedienstufe (M) auf die zweite Bedienstufe (A) die vergleichsweise hohe Verfahrgeschwindigkeit (v_a) über eine Geschwindigkeitsrampe (R₄) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahren des Verstellelement (4) in Richtung der Schließposition (P_S) aus einer Position (P₁) innerhalb eines sich von der Schließposition (P_S) bis zu einer hierzu beabstandeten Grenzposition (P_G) erstreckenden Positionierbereiches (s_a) von der vergleichsweise geringen Verfahrgeschwindigkeit (v_m) bei einer Umschaltung von der ersten Bedienstufe (M) auf die zweite Bedienstufe (A) die vergleichsweise hohe Verfahrgeschwindigkeit (v_a) über eine Geschwindigkeitsrampe (R₂) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Systemlose innerhalb des mechanischen Kraftflusses des Verstellantriebs (8) kompensierender Reversiervorgang (Δs) initiiert wird, wenn das Verstellelement (4) die Schließposition (P_S) erreicht hat, wobei der Reversiervorgang (Δs) beendet wird, bevor eine Stellbewegung des Verstellelementes (4) erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, – mit einem Verstellantrieb (8) mit einem Elektromotor (12), der über ein Getriebe (15, 16) mit einem entlang eines Verstellweges (s) zwischen einer Offenposition (P_O) und einer Schließposition (P_S) verfahrbaren Verstellelement (4) gekoppelt ist, – mit einem den Verstellantrieb (8) aktivierenden Bedienelement (22) mit mindestens zwei Bedienstufen (A, M), – mit einem Sensorsystem (18) zur Erfassung der Drehzahl (n) und der Drehrichtung (d) des Elektromotors (12), und – mit einer einen Mikroprozessor (6) zur Positionsbestimmung des Verstellelementes (4) aufweisenden Regelungseinrichtung (24), dadurch gekennzeichnet dass die Regelungseinrichtung (24) dazu eingerichtet ist, die Drehzahl (n) des Elektromotors (12) in Abhängigkeit von der mittels des Bedienelementes (22) ausgelösten Bedienstufe (A, M) einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (24) in Folge der Auslösung einer ersten Bedienstufe (M) eine vergleichsweise niedrige Drehzahl (n_m) einstellt als in Folge der Auslösung einer zweiten Bedienstufe (A).
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (24) unabhängig von der ausgelösten Bedienstufe (A, M) die vergleichsweise hohe Drehzahl (n_a) – vorzugsweise über eine Geschwindigkeitsrampe (R₁) – einstellt, wenn das Verstellelement (4) beim Verfahren in Richtung der Offenposition (P_O) eine zur Schließposition (P_S) beabstandete, insbesondere dieser nahe gelegene, Grenzposition (P_G) eines sich hiervon bis zur Schließposition (P_S) erstreckenden Positionierbereiches (s_a) überfährt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Grenzposition (P_G) in einem Abstand von 8 cm bis 15 cm, insbesondere 10 cm bis 13 cm, vorzugsweise 12 cm, zur Schließposition (P_S) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (24) unabhängig von der ausgelösten Bedienstufe (A, M) einen Reversiervorgang (Δs) initiiert, wenn das Verstellelement (4) die Schließposition (P_S) erreicht hat, und die Anzahl der während des Reversiervorgang (Δs) in Gegenrichtung gesteuerten Motorumdrehungen auf maximal die die Systemlose innerhalb des mechanischen Kraftflusses des Verstellantriebs (8) kompensierenden Motorumdrehungen begrenzt.