DE102013007642A1

DE102013007642A1 - Kollisionsschutzverfahren und Kollisionsschutzeinrichtung für ein verstellbares Fahrzeugteil

Info

Publication number: DE102013007642A1
Application number: DE102013007642.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Herrmann; Holger Würstlein; Florian Pohl
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2014-11-06

Abstract

Es wird ein Kollisionsschutzverfahren für ein verstellbares Fahrzeugteil (1) angegeben. Bei dem Kollisionsschutzverfahren wird während der Verstellung des Fahrzeugteils (1) fortlaufend mittels eines Abstandssensors (20) geprüft, ob sich ein Hindernis im Stellweg (X) des Fahrzeugteils (1) befindet. Die Verstellung wird hierbei gestoppt oder reversiert, wenn ein von dem Abstandssensor (20) ausgegebenes Messsignal (S1) oder eine daraus abgeleitete Messgröße (C1) ein vorgegebenes Auslösekriterium erfüllen, das in Abhängigkeit der Stellposition (x) des Fahrzeugteils (1) entlang des Stellwegs (X) variabel vorgegeben ist. Hierbei wird ein Maß (x') für die Stellposition (x) mittels desselben Abstandssensors (20) oder mittels eines separaten kapazitiven Wegsensors (22) ermittelt. Des Weiteren wird eine Kollisionsschutzeinrichtung (16) angegeben, die zur insbesondere automatischen Durchführung des Kollisionsschutzverfahrens eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kollisionsschutzverfahren sowie auf eine Kollisionsschutzeinrichtung für ein verstellbares Fahrzeugteil.
Bei motorisch angetriebenen Stellvorrichtungen für Fahrzeugteile, die gegenüber einem festen Rahmen verstellbar sind, ist aus Sicherheitsgründen ein Kollisionsschutz erforderlich, um in dem Fall, dass ein Gegenstand oder ein Körperteil bei der Verstellung des Fahrzeugteils eingeklemmt oder von dem Fahrzeugteil getroffen wird, den motorischen Antrieb zu stoppen und gegebenenfalls zu reversieren. Bei dem verstellbaren Fahrzeugteil handelt es sich hierbei beispielsweise um ein Fahrzeugfenster, einen Fahrzeugsitz, eine Schiebetür, eine Heckklappe, etc. Den mit dem verstellbaren Fahrzeugteil zusammenwirkenden festen Rahmen bildet in der Regel die Karosserie des Kraftfahrzeugs.
Herkömmlicherweise werden zur Überwachung der Verstellung des Fahrzeugteils Näherungssensoren herangezogen, deren ausgegebene Messgröße mit einer positionsabhängig hinterlegten Referenzgröße verglichen wird. Falls die Messgröße von der Referenzgröße um eine Auslöseschwelle abweicht, wird die Verstellung gestoppt oder reversiert. Eine Information über die Position des Fahrzeugteils wird meist mittels eines Winkellagegebers, bspw. eines Resolvers, Inkrementalgebers oder Absolutwertgebers, des Stellmotors des Fahrzeugteils erhoben. Als Winkellagegeber wird häufig ein Hall-Sensor eingesetzt, der mit einem drehfest mit der Motorwelle verbundenen Ringmagneten zusammenwirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kollisionsschutzverfahren anzugeben, das ohne Abstriche an die Sicherheit gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht ist. Der Aufgabe liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend vereinfachte Kollisionsschutzeinrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Kollisionsschutzverfahrens erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Kollisionsschutzeinrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 6. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Kollisionsschutzverfahren für ein verstellbares Fahrzeugteil (nachfolgend kurz: Verstellteil) wird während der Verstellung des Verstellteils fortlaufend mittels eines Abstandssensors geprüft, ob sich ein Hindernis im Stellweg des Verstellteils befindet. Die Verstellung wird hierbei gestoppt oder reversiert (d. h. die Verstellrichtung wird umgekehrt und das Verstellteil in Richtung auf die Ausgangsposition zurückbewegt), wenn ein von dem Abstandssensor ausgegebenes Messsignal ein vorgegebenes Auslösekriterium erfüllt. Anstelle des Sensorsignals kann auch eine aus diesem abgeleitete Messgröße, die die Abstandsinformation des Sensorsignals beinhaltet, mit einem entsprechenden Auslösekriterium verglichen werden. In beiden Fällen ist das Auslösekriterium in Abhängigkeit von der Stellposition des Verstellteils entlang dessen Stellwegs variierend (d. h. als Variable mit vorgegebener Wegabhängigkeit) vorgegeben. Erfindungsgemäß wird ein Maß für die Stellposition (nachfolgend kurz: Positionsmaß) mittels desselben Abstandssensors oder mittels eines separaten kapazitiven Wegsensors ermittelt. „Separat” wird hier und im Folgenden im Sinne von funktional oder detektionstechnisch unabhängig verwendet. Als separater Wegsensor wird entsprechend ein Wegsensor bezeichnet, der ein von dem Abstandssensor unabhängiges Messsignal liefert. Der Abstandssensor und der separate Wegsensor können im Rahmen der Erfindung auch baulich separat ausgestaltet sein. Optional können der Abstandssensor und der separate Wegsensor im Rahmen der Erfindung aber auch Komponenten, beispielsweise eine gemeinsame Auswerteeinheit, teilen.
Wie erwähnt, kann im Rahmen der Erfindung zur Erfassung des Positionsmaßes und zur Hinderniserkennung im Stellweg (d. h. für einen Einklemmschutz oder Kollisionsschutz) ein und derselbe Abstandssensor herangezogen werden. Um in diesem Fall fehlersicher unterscheiden zu können, ob eine erfasste Änderung des Sensorsignals von einer gewöhnlichen Stellpositionsänderung oder von einem Hindernis im Stellweg verursacht wurde, werden zweckmäßigerweise das Messsignal des Abstandssensors bzw. die daraus abgeleitete Messgröße anhand eines vorgegebenen Kriteriums auf Plausibilität überprüft. Das heißt, dass überprüft wird, ob das Messsignal bzw. die daraus abgeleitete Messgröße glaubhaft eine zu erwartende Stellposition wiedergibt. Gegebenenfalls wird das Stellpositionsmaß aus dem Messsignal des Abstandssensors bzw. der daraus abgeleiteten Messgröße bestimmt. Andernfalls wird das Stellpositionsmaß nicht berechnet. Die Plausibilitätsprüfung kann mit der Prüfung des Auslösekriteriums für die Hinderniserkennung identisch sein. In diesem Fall werden das Messsignal bzw. die daraus abgeleitete Messgröße immer dann als unplausibel gewertet, wenn das Auslösekriterium erfüllt ist. Die Plausibilitätsprüfung kann aber im Rahmen der Erfindung auch unabhängig von der Hinderniserkennung durchgeführt werden. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise eine Fehlermeldung ausgegeben, wenn die Plausibilitätsprüfung negativ ausfällt. Optional wird in diesem Fall ebenfalls die Verstellbewegung gestoppt oder reversiert. Im Rahmen der Plausibilitätsprüfung wird beispielsweise geprüft, ob die zeitliche Änderung des Messsignals bzw. der daraus abgeleiteten Messgröße in einem zu erwartenden Bereich liegt. Zweckmäßigerweise wird der in einem bestimmten, vorgegebenen Zeitfenster ermittelte Messwert der Messgröße mit einem diesem Zeitfenster zugeordneten Sollwert verglichen. In dem Fall, dass der Messwert von dem Sollwert mindestens um einen vorgegebenen Toleranzwert abweicht, wird er als unplausibel gewertet.
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Kollisionsschutzverfahren allerdings zur Ermittlung des Positionsmaßes auf den von dem Abstandssensor separaten kapazitiven Wegsensor zurückgegriffen. Dieser liefert vorzugsweise ein von einem Hindernis im Stellweg unabhängiges und damit regelmäßig plausibles Messsignal.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Kollisionsschutzverfahrens liegt darin, dass dieses selbst autark und damit einfach und fehlersicher durchgeführt werden kann. Unter „autark” wird hierbei verstanden, dass bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Kollisionsschutzverfahrens nicht auf unabhängig von diesem ermittelte Informationen, insbesondere auf eine Betriebsgröße des Stellmotors oder dessen Ansteuerung, zurückgegriffen wird.
In bevorzugter Ausführung des Kollisionsschutzverfahrens wird als Auslösekriterium ein stellpositionsabhängig vorgegebener Schwellwert herangezogen. Die Verstellung wird hierbei vorzugsweise gestoppt oder reversiert, wenn das Messsignal des Abstandssensors bzw. die daraus abgeleitete Messgröße den Schwellwert überschreitet. Die „Überschreitung” des Schwellwerts ist dabei richtungsunabhängig in dem Sinne zu verstehen, dass die Differenz des Messsignals bzw. der daraus abgeleiteten Messgröße und des Schwellwerts das Vorzeichen wechselt. Je nach Definition des Messsignals bzw. der daraus abgeleiteten Messgröße und des Schwellwerts kann das Messsignal bzw. die daraus abgeleitete Messgröße infolge der Schwellwertüberschreitung einen größeren oder kleineren Wert annehmen als der Schwellwert.
In einer bevorzugten Ausführung wird das Positionsmaß aus dem Messsignal des Abstandssensors bzw. aus dem von dem separaten Wegsensor ausgegebenen Messsignal anhand einer vorgegebenen Kennlinie ermittelt. Diese Kennlinie wird hierbei beispielsweise mittels einer mathematischen Funktion beschrieben. Alternativ ist die Kennlinie in Form von diskreten Werten in einer Kennwerttabelle hinterlegt. In diesem Fall wird einem jeden Signalwert des jeweiligen Messsignals ein korrespondierender Wert des Positionsmaßes zugeordnet. Die Signalwerte werden dabei vorzugsweise mit einer in Abhängigkeit der Kennwerttabelle festgelegten Messfrequenz aus dem Messsignal ausgelesen, so dass jeder Signalwert mit einem entsprechenden Kennwert der Kennwerttabelle verglichen werden kann.
Um das Positionsmaß auf einfache Weise mit hoher Konstanz, d. h. über eine Vielzahl von Verstellvorgängen hinweg, präzise bestimmen zu können, wird in einer weiteren zweckmäßigen Ausführung das Positionsmaß vorzugsweise in wenigstens einer referenzierten Endlage des Verstellteils kalibriert. Vorteilhafterweise kann dadurch auf besonders einfache Weise eine Verschmutzung des Abstandssensors und/oder des separaten Wegsensors kompensiert werden. Hierzu wird beispielsweise das jeweilige Messsignal bzw. das daraus abgeleitete Positionsmaß mit einem Offset beaufschlagt oder auf einen der referenzierten Endlage entsprechenden Anfangswert gesetzt.
Unter „referenzierte Endlage” wird insbesondere verstanden, dass diese Endlage über unabhängige Positionserkennungsmittel verifizierbar, insbesondere mechanisch festgelegt ist. In einfacher Ausführung kann es sich bei den Positionserkennungsmitteln beispielsweise um einen mechanischen Anschlag handeln, gegen den das Verstellteil in eine so genannte Blockstellung verfährt. Zusätzlich oder alternativ zu dem Anschlag sind die Positionserkennungsmittel beispielsweise durch wenigstens einen Endlagenschalter gebildet, der ein entsprechendes Positionssignal (nachfolgend Kalibriersignal) ausgibt, sobald das Verstellteil die jeweilige Endlage erreicht. Für den Fall, dass es sich bei dem Verstellteil um eine motorisch verstellbare Tür oder Heckklappe des Fahrzeugs handelt, kommt hierbei häufig eine so genannte Zuziehhilfe zum Einsatz. Eine solche Zuziehhilfe ist insbesondere dazu vorgesehen, die Tür bzw. Heckklappe, die durch die Stelleinheit aufgrund des vergleichsweise hohen Widerstands der Dichtungen des Fahrzeugrahmens regelmäßig lediglich bis in den Dichtungsbereich geschlossen wird, gegen den Widerstand der Dichtung in die endgültige Schließposition zu ziehen. Im Rahmen der Erfindung ist es hierbei denkbar, dass das entsprechende Kalibriersignal von dieser Zuziehhilfe ausgegeben wird, wenn diese die Tür bzw. Heckklappe in die endgültige Schließposition eingezogen hat.
Insbesondere bei einer Kalibrierung des Positionsmaßes in wenigstens einer referenzierten Endlage wird in einer optionalen Variante des Kollisionsschutzverfahrens das Positionsmaß anhand einer Änderung des jeweiligen Messsignals bzw. der jeweils daraus abgeleiteten Messgröße in Bezug zu der referenzierten Endlage ermittelt. Hierbei wird beispielsweise die Änderung des Messsignals bzw. der Messgröße seit der Kalibrierung erfasst, aus dieser Änderung die von dem Verstellteil zurückgelegte Stellwegstrecke abgeleitet und diese Stellwegstrecke auf den der Endlage entsprechenden Ausgangswert aufaddiert oder von diesem abgezogen. Im Rahmen der Erfindung ist es dabei auch denkbar, dass bei einer Unterbrechung der Verstellung die bei der Unterbrechung von dem Verstellteil eingenommene Zwischenposition abgespeichert wird und bei der nachfolgenden weiteren Verstellung des Verstellteils die Änderung des Messsignals bzw. der Messgröße in Bezug auf die abgespeicherte Zwischenstellung gesetzt und daraus das Positionsmaß ermittelt wird.
Die erfindungsgemäße Kollisionsschutzeinrichtung für das Verstellteil umfasst den zur Prüfung auf Hindernisfreiheit des Stellwegs vorgesehenen Abstandssensor sowie eine Kollisionsschutz-Steuereinheit (nachfolgend kurz Steuereinheit). Die Steuereinheit ist schaltungs- oder programmtechnisch dazu eingerichtet, das vorstehend beschriebene Kollisionsschutzverfahren vorzugsweise automatisch durchzuführen. Die Steuereinheit kann im Rahmen der Erfindung als nicht-programmierbare elektronische Schaltung ausgebildet sein und hierbei beispielsweise in eine übergeordnete Steuerung des Verstellteils oder des Fahrzeugs integriert sein. Vorzugsweise ist die Steuereinheit allerdings durch einen Mikrocontroller gebildet, in dem die Funktionalität der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kollisionsschutzverfahrens in Form eines Softwaremoduls implementiert ist. Dieses Softwaremodul kann hierbei insbesondere einen Bestandteil einer übergreifenden Steuersoftware (Firmware) der übergeordneten Steuerung bilden.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Kollisionsschutzeinrichtung autark funktionsfähig, insbesondere nicht auf die Zuführung einer extern ermittelten Information über die Stellposition des Verstellteils angewiesen ist. Die erfindungsgemäße Kollisionsschutzeinrichtung ist somit auch einfach aufgebaut, da lediglich eine signalübertragungstechnische Kopplung in Richtung der Stelleinheit des Verstellteils vorhanden sein braucht, mittels derer ein Steuersignal zum Stoppen oder Reversieren der Stelleinheit auf letztere übertragen werden kann.
In bevorzugter Ausführung ist der Abstandssensor hierbei durch einen kapazitiven Näherungssensor gebildet. Grundsätzlich kann der Abstandssensor allerdings auch auf einem anderen physikalischen Abstands-Messprinzip, beispielsweise Ultraschall oder Infrarotstrahlung, beruhen.
In weiterer bevorzugter Ausführung umfasst die Kollisionsschutzeinrichtung den von dem Abstandssensor separaten kapazitiven Wegsensor zur Ermittlung des Positionsmaßes des Verstellteils entlang dessen Stellwegs. Durch die Verwendung des kapazitiven Wegsensors kann die Kollisionsschutzeinrichtung auf besonders einfache Weise autark betrieben werden. Die Kollisionsschutzeinrichtung ist hierdurch insbesondere unabhängig von einer Bestimmung der Stellposition durch eine von der Kollisionsschutzeinrichtung separate Funktionalität (bspw. dem Stellmotor des Verstellteils).
In einer weiteren Ausführungsform der Kollisionsschutzeinrichtung ist der separate Wegsensor insbesondere durch einen zweiten kapazitiven Abstandssensor gebildet. Hierbei wird die Auswertung durch die Steuereinheit besonders vereinfacht, da der (erste) Abstandssensor, der zur Prüfung auf Hindernisfreiheit im Stellweg herangezogen wird, und der zweite Abstandssensor vorzugsweise durch zwei gleich ausgebildete Auswerteeinheiten oder beispielsweise auch durch dieselbe Auswerteeinheit ausgewertet werden können.
In bevorzugter Ausführungsform handelt es sich bei dem Verstellteil um eine (motorisch angetriebene) Heckklappe des Fahrzeugs. Der separate Wegsensor ist hierbei vorzugsweise im Bereich der Anlenkung, insbesondere des Scharniers der Heckklappe an dem Fahrzeug angeordnet. Diese Anordnung des separaten Wegsensors hat den Vorteil, dass in diesem Bereich der Heckklappe externe Störungen des Wegsensors, beispielsweise durch Eingriffe einer Person oder durch Verschmutzung, unwahrscheinlich oder gänzlich ausgeschlossen sind. In diesem Fall ist es denkbar, dass der separate kapazitive Wegsensor (alternativ zu der Ausführung als zweiter Abstandssensor) beispielsweise auch als Winkelsensor ausgebildet und an dem Scharnier angeordnet ist.
Vorzugsweise ist der Messbereich des separaten Wegsensors derart ausgelegt, dass eine Änderung des kapazitiven Messsignals über den gesamten Stellweg Heckklappe messbar ist. Im Rahmen der Erfindung ist es alternativ aber auch denkbar, dass sich das kapazitive Messsignal nur über einen vorgegebenen Teilbereich des Stellwegs ändert, so dass das Positionsmaß auch nur in diesem Teil des Stellwegs ermittelt wird. Eine solche Begrenzung des Messbereichs ist beispielsweise für den Fall zweckmäßig, dass ein Einklemmen eines Körperteils einer Person nur in einem begrenzten Teilbereich des Stellwegs (Schließbereich) möglich oder gefährlich ist.
In einfacher Ausführung kommt das erfindungsgemäße Kollisionsschutzverfahren lediglich beim Schließen des Verstellteils, d. h. bei einer Verstellung zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung des Verstellteils, zum Einsatz, da hierbei die Gefahr besteht, dass ein Gegenstand oder schlimmstenfalls ein Körperteil, beispielsweise ein Finger, eines Fahrzeuginsassen oder einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Person zwischen dem Fahrzeugrahmen und dem Verstellteil eingeklemmt wird. Insbesondere für den Fall, dass das Verstellteil durch die Heckklappe des Fahrzeugs gebildet ist, ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Kollisionsschutzverfahrens auch beim Öffnen, d. h. bei der Verstellung von der Schließstellung in die Öffnungsstellung, zweckmäßig, da die Heckklappe hierbei beispielsweise an ein Hindernis, wie z. B. die Wand eines Parkhauses oder einen Baum, anschlagen kann.
In einer weiteren Ausführung, die auch für sich als Erfindung angesehen wird, ist die Steuereinheit der Kollisionsschutzeinrichtung zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, das vorstehend beschriebene Kollisionsschutzverfahren auch bei einem manuellen Schließen des Verstellteils, insbesondere der Heckklappe, durchzuführen. Dadurch wird erreicht, dass bei dem manuellen Schließen, bei dem regelmäßig die motorische Stelleinheit des Verstellteils inaktiv ist, ebenfalls ein – insbesondere automatisierter – Schutz vor einem Einklemmen von Gegenständen oder Körperteilen gegeben ist. Vorzugsweise umfasst die Kollisionsschutzeinrichtung hierbei eine so genannte Kurzschlussbremse oder ist signalübertragungstechnisch mit einer solchen Kurzschlussbremse, die in der der motorisch angetriebenen Stelleinheit integriert ist, verbunden. Die Kollisionsschutzeinrichtung ist hierbei zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, die Kurzschlussbremse zu aktivieren, um die (manuelle) Verstellung des Verstellteils zu stoppen, wenn ein Hindernis im Stellweg erkannt wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Kollisionsschutzeinrichtung beispielsweise auch dazu eingerichtet, die Stelleinheit zu aktivieren und das Verstellteil motorisch in die entgegengesetzte Richtung zu verstellen, wenn das Hindernis im Stellweg erkannt wird. Im Rahmen der Erfindung kann zusätzlich auch ein Warnsignal, bspw. ein Warnton, durch eine, mittels der Kollisionsschutzeinrichtung angesteuerte, Signaleinrichtung ausgegeben werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuereinheit der Kollisionsschutzeinrichtung insbesondere dazu eingerichtet, das Kollisionsschutzverfahren erst ab einem vorgegebenen Grenzwert der Schließgeschwindigkeit der manuellen Verstellung durchzuführen. Die Schließgeschwindigkeit wird hierbei beispielsweise anhand der zeitlichen Änderung des Positionsmaßes bestimmt. Der Grenzwert der Schließgeschwindigkeit ist vorzugsweise derart gewählt, dass unterhalb dieses Grenzwertes das Risiko einer Verletzung des Körperteils oder einer Beschädigung eines Gegenstandes aufgrund der niedrigen Bewegungsenergie des Verstellteils ausgeschlossen oder zumindest unwahrscheinlich ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in schematischer Seitenansicht das Heck eines Fahrzeugs mit einer Heckklappe und einer der Heckklappe zugeordneten Kollisionsschutzeinrichtung,
2 in einem schematischen Blockschaltbild die Kollisionsschutzeinrichtung, und
3 in einem schematischen Diagramm einen typischen Verlauf einer durch die Kollisionsschutzeinrichtung ermittelten Messgröße sowie eines Schwellwertes zur Erkennung einer Kollision der Heckklappe mit einem Hindernis.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch das Heck eines Kraftfahrzeugs mit einer daran angeordneten Heckklappe 1 dargestellt. Die Heckklappe 1 ist um eine Oberkante 2 verschwenkbar an dem Heck angelenkt. Bei der Heckklappe 1 handelt es sich um ein verstellbares Fahrzeugteil, das zum reversiblen Verschließen einer im Bereich des Hecks angeordneten Kofferraumöffnung 4 vorgesehen ist. Die Heckklappe 1 ist hierzu zwischen einer Schließstellung 6 (in der, durch eine Strichlinie angedeutet, die Heckklappe 1 im Wesentlichen vertikal ausgerichtet an dem Heck des Fahrzeugs anliegt) und einer Offenstellung 8 (in der, ebenfalls durch eine Strichlinie angedeutet, die Heckklappe 1 im Wesentlichen waagerecht von dem Heck absteht) entlang eines Stellwegs X, der in etwa einen Viertelkreis beschreibt, verschwenkbar.
Die Heckklappe 1 ist zur Verstellung zwischen der Schließstellung 6 und der Offenstellung 8 durch eine elektromotorische Stelleinheit 10 angetrieben. Die Stelleinheit 10 weist dazu in nicht näher dargestellter Weise einen Elektromotor und ein dem Elektromotor nachgeordnetes Getriebe auf, mittels dessen eine Stellkraft über einen Hebelarm 12 auf die Heckklappe 1 übertragen wird.
Um zu verhindern, dass beim Schließen der Heckklappe 1, d. h. bei der Verstellung von der Offenstellung 8 in die Schließstellung 6, ein Hindernis, beispielsweise ein Körperteil einer Person oder ein sonstiger Gegenstand, zwischen der Heckklappe 1 und dem die Kofferraumöffnung 4 umrandenden Fahrzeugrahmen 14 eingeklemmt wird, ist der Stelleinheit 10 eine Kollisionsschutzeinrichtung 16 zugeordnet. Die Kollisionsschutzeinrichtung 16 umfasst eine Kollisionsschutz-Steuereinheit (nachfolgend kurz Steuereinheit 18) sowie einen kapazitiven Abstandssensor 20 und einen von dem Abstandssensor 20 (funktional) separaten kapazitiven Wegsensor 22. Der Abstandssensor 20 und der Wegsensor 22 sind jeweils über eine Sensorleitung 24 bzw. 25 signalübertragungstechnisch mit der Steuereinheit 18 verbunden.
Die Steuereinheit 18 ist dazu eingerichtet, beim Schließen der Heckklappe 1 unter Durchführung eines nachfolgend näher beschriebenen Kollisionsschutzverfahrens ein Hindernis zwischen der Heckklappe 1 und dem Fahrzeugrahmen 14 zu erkennen und gegebenenfalls den Motor der Stelleinheit 10 zu stoppen oder zu reversieren. Hierzu ist die Steuereinheit 18 über eine Steuerleitung 26 mit der Stelleinheit 10 verbunden.
In 2 ist die Kollisionsschutzeinrichtung 16 schematisch näher dargestellt. Der kapazitive Abstandssensor 20 umfasst zur Abstandsmessung zwischen der Heckklappe 1 und dem Fahrzeugrahmen 14 bzw. einem gegebenenfalls vorhandenen Hindernis einen Sensorkörper 28, in den eine Sendeelektrode und eine Empfangselektrode (nicht näher dargestellt) integriert sind. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode des Sensorkörpers 28 ein als Messfeld 30 bezeichnetes elektrisches Wechselfeld (d. h. ein elektrisches Feld, in dem die Feldstärke periodisch das Vorzeichen wechselt) aufgebaut. Gemäß 1 ist der Sensorkörper 28 derart an der Heckklappe 1 angeordnet, dass das Messfeld 30 von der Heckklappe 1 in Richtung der Schließstellung 6, d. h. in Richtung des Fahrzeugrahmens 14 abgestrahlt wird. Die Sendeelektrode und die Empfangselektrode des Sensorkörpers 28 bilden einen elektrischen Kondensator mit einer Kapazität C₁. Die Kapazität C₁ wird von dem Abstandssensor 20 in Form eines ersten Messsignals S₁ erfasst und über die Sensorleitung 24 der Steuereinheit 18 zugeführt.
Der kapazitive Wegsensor 22 ist gleichermaßen wie der kapazitive Abstandssensor 20 aufgebaut. Der kapazitive Wegsensor 22 umfasst somit einen Sensorkörper 32, in dem eine Sendeelektrode und eine Empfangselektrode integriert sind (nicht näher dargestellt), wobei durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein als Messfeld 34 bezeichnetes elektrisches Wechselfeld aufgebaut wird. Die Sendeelektrode und die Empfangselektrode des Sensorkörpers 32 bilden somit ebenfalls einen elektrischen Kondensator, der die Kapazität C₂ aufweist. Die Kapazität C₂ wird von dem Wegsensor 22 in Form eines zweiten Messsignals S₂ erfasst und über die Sensorleitung 25 der Steuereinheit 18 zugeführt. Der Wegsensor 22 ist, wie in 1 nur schematisch angedeutet ist, derart im Bereich der Oberkante 2 an der Heckklappe 1 angeordnet, dass die Erfassung der zweiten Kapazität C₂ nicht durch das Eingreifen einer Person in den Spalt zwischen der Heckklappe 1 und dem Fahrzeugrahmen 14 oder durch das Vorliegen eines Hindernisses in diesem Spalt verfälscht werden kann.
Das Messsignal S₁ des Abstandssensors 20 wird einem ersten Auswertemodul 36 der Steuereinheit 18 zugeführt. In dem Auswertemodul 36 wird aus dem Messsignal S₁ die Kapazität C₁ ermittelt. Das Messsignal S₂ des Wegsensors 24 wird einem zweiten Auswertemodul 38 zugeführt, in dem aus dem Messsignal S₂ die Kapazität C₂ abgeleitet wird. Aus der Kapazität C₂ wird in dem Auswertemodul 38 zusätzlich ein Maß für die Stellposition x (nachfolgend kurz: Positionsmaß x') der Heckklappe 1 entlang des Stellwegs X abgeleitet. Das Positionsmaß x' gibt beispielsweise den Abstand der Heckklappe 1 von dem Fahrzeugrahmen 14 oder – da die Heckklappe 1 um ihre Oberkante 2 verschwenkt wird – den Schwenkwinkel der Heckklappe 1 wieder.
Das Positionsmaß x' sowie die Kapazität C₁ werden anschließend einem Vergleichsmodul 40 der Steuereinheit 18 zugeführt. In dem Vergleichsmodul 40 ist eine in Abhängigkeit der Stellposition x, speziell dem Positionsmaß x', vorgegebene Kapazitäts-Referenzkurve (nachfolgend kurz Referenzkurve C_R(x')) sowie ein dieser Referenzkurve C_R(x') zugeordneter Kapazitäts-Schwellwert ΔC_s(x') hinterlegt. Die Differenz des Kapazitäts-Schwellwerts ΔC_S(x') von der Referenzkurve C_R(x') bildet dabei einen wegabhängigen Schwellwert C_S(x'). Der Verlauf der Kapazität C₁ (nachfolgend der Kapazitätsverlauf C₁(x')) wird in dem Vergleichsmodul 40 mit der Referenzkurve C_R(x') verglichen.
Anhand von 3 wird nachfolgend das von der Steuereinheit 18 durchgeführte Kollisionsschutzverfahren anhand eines Diagramms näher beschrieben. In dem Diagramm ist die Kapazität C₁ über dem Positionsmaß x' aufgetragen. Im störungsfreien Betrieb, d. h. in Abwesenheit des Hindernisses, entspricht der gemessene Kapazitätsverlauf C₁(x') dem mit durchgezogener Linie in 3 eingetragenen Referenzverlauf C_R(x'). Der Referenzverlauf C_R(x') wird im laufenden störungsfreien Betrieb der Stelleinheit 10 von der Steuereinheit 18 eingelernt, wobei der Referenzverlauf C_R(x') vorzugsweise über mehrere vorausgegangene Stellvorgänge gemittelt wird.
Der Referenzverlauf C_R(x') beschreibt somit den zu erwartenden Verlauf der stellpositionsabhängigen Kapazität C₁. Konkret beschreibt der Referenzverlauf C_R(x') dabei die zu erwartende Abnahme der Kapazität C₁ bei einem typischen störungsfreien Schließvorgang der Heckklappe 1, die auf der Annäherung der Heckklappe 1 an den leitfähigen und geerdeten Fahrzeugrahmen 14 beruht.
Durch ein zwischen die Heckklappe 1 und dem Fahrzeugrahmen 14 eingebrachtes Hindernis, insbesondere durch ein menschliches Körperteil, wird ein sprunghafter Abfall der gemessenen Kapazität C₁ verursacht, wie er in 3 exemplarisch als Kapazitätsverlauf C_E(x') abgebildet ist. Der Kapazitätsverlauf C_E(x') fällt hierbei früher, d. h. an einer vor der Schließstellung 6 liegenden Stellposition x, ab als der Referenzverlauf C_R(x'). Der somit von dem Referenzverlauf C_R(x') abweichende Kapazitätsverlauf C_E(x') wird von der Steuereinheit 18 dabei daran erkannt, dass der gemessene Kapazitätsverlauf C_E(x') den Referenzverlauf C_R(x') um einen vorgegeben Schwellwert ΔC_S(x') unterschreitet.
Konkret prüft die Steuereinheit 18 im Vergleichsmodul 40 fortlaufend das Kriterium C₁(x') < C_S(x') = C_R(x') – ΔC_S(x') Glg. 1
Wenn die Kapazität C₁(x') den Schwellwert C_S(x') gemäß Glg. 1 überschreitet, wenn sich also die Kapazität C₁(x') gegenüber dem Referenzverlauf C_R(x') um mehr als den Schwellwert ΔC_S(x') verringert (wie in 3 exemplarisch anhand des Wertes des Kapazitätsverlaufs C_E(x') dargestellt), wird durch das Vergleichsmodul 40 ein Stoppsignal H an die Stelleinheit 10 ausgegeben (siehe 2).
Der Schwellwert ΔC_S(x') ist bezüglich des eingelernten Referenzverlaufs C_R(x') derart gewählt, dass im Betrieb eine übliche Schwankungsbreite des Kapazitätsverlaufs C₁(x') um den Referenzverlauf C_R(x') berücksichtigt ist, so dass eine fehlerhafte Auslösung durch die Kollisionsschutzeinrichtung 16 verhindert wird. Schwankungen können beispielsweise aufgrund temperaturbedingter Leicht- bzw. Schwergängigkeiten der Verstellmechanik (der Stelleinheit 10 selbst oder des Hebelarms 12) oder witterungsbedingten Einflüssen auf das Messverhalten des Abstandssensors 20 auftreten.
Die Steuereinheit 18 ist des Weiteren dazu eingerichtet, das Positionsmaß x' in der Offenstellung 8, auf einen festgelegten Wert zu kalibrieren. Hierzu umfasst die Kollisionsschutzeinrichtung 16 einen nicht dargestellten Endlagenschalter, der ein Kalibriersignal ausgibt, wenn sich die Heckklappe 1 in der Offenstellung 8 befindet. Alternativ (oder zusätzlich) ist die Steuereinheit 18 dazu eingerichtet, das Positionsmaß x' in der Schließstellung 8 zu kalibrieren.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
Bezugszeichenliste

1: Heckklappe
2: Oberkante
4: Kofferraumöffnung
6: Schließstellung
8: Offenstellung
10: Stelleinheit
12: Hebelarm
14: Fahrzeugrahmen
16: Kollisionsschutzeinrichtung
18: Kollisionsschutz-Steuereinheit
20: Abstandssensor
22: Wegsensor
24, 25: Signalleitung
26: Steuerleitung
28: Sensorkörper
30: Messfeld
32: Sensorkörper
34: Messfeld
36: Auswertemodul
38: Auswertemodul
40: Vergleichsmodul
X: Stellweg
S₁: Messsignal
S₂: Messsignal
C₁: Kapazität
C₂: Kapazität
x: Stellposition
x': Positionsmaß
H: Stoppsignal
C₁(x'): Kapazitätsverlauf
C_R(x'): Kapazitäts-Referenzkurve
C_E(x'): Kapazitätsverlauf
ΔC_S(x'): Kapazitäts-Schwellwert
C_S(x'): Schwellwert

Claims

Kollisionsschutzverfahren für ein verstellbares Fahrzeugteil (1), wobei während der Verstellung des Fahrzeugteils (1) fortlaufend mittels eines Abstandssensors (20) geprüft wird, ob sich ein Hindernis im Stellweg (X) des Fahrzeugteils (1) befindet, wobei die Verstellung gestoppt oder reversiert wird, wenn ein von dem Abstandssensor (20) ausgegebenes Messsignal (S₁) oder eine daraus abgeleitete Messgröße (C₁) ein vorgegebenes Auslösekriterium erfüllen, wobei das Auslösekriterium in Abhängigkeit der Stellposition (x) des Fahrzeugteils (1) entlang des Stellwegs (X) variierend vorgegeben ist, und wobei ein Maß (x') für die Stellposition (x) mittels desselben Abstandssensors (20) oder mittels eines separaten kapazitiven Wegsensors (22) ermittelt wird.
Kollisionsschutzverfahren nach Anspruch 1, wobei als Auslösekriterium ein stellpositionsabhängig vorgegebener Schwellwert (C_S(x')) herangezogen wird und wobei die Verstellung gestoppt oder reversiert wird, wenn das Messsignal (S₁) bzw. die daraus abgeleitete Messgröße (C₁) den Schwellwert (C_S(x')) überschreitet.
Kollisionsschutzverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Maß (x') für die Stellposition (x) aus dem Messsignal (S₁) des Abstandssensors (20) bzw. aus einem von dem separaten Wegsensor (22) ausgegebenen Messsignal (S₂) anhand einer vorgegebenen Kennlinie ermittelt wird.
Kollisionsschutzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Maß (x') für die Stellposition (x) in wenigstens einer referenzierten Endlage (6, 8) des Fahrzeugteils (1) kalibriert wird.
Kollisionsschutzverfahren nach Anspruch 4, wobei das Maß (x') für die Stellposition (x) anhand einer Änderung des jeweiligen Messsignals (S₁, S₂) in Bezug auf die referenzierte Endlage (6, 8) ermittelt wird.
Kollisionsschutzeinrichtung (16) für ein verstellbares Fahrzeugteil (1), – mit einem Abstandssensor (20) zur Ermittlung, ob sich ein Hindernis im Stellweg (X) des Fahrzeugteils (1) befindet, und – mit einer Kollisionsschutz-Steuereinheit (18), die dazu eingerichtet ist, das Kollisionsschutzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
Kollisionsschutzeinrichtung (16) nach Anspruch 6, wobei der Abstandsensor (20) durch einen kapazitiven Näherungssensor gebildet ist.
Kollisionsschutzeinrichtung (16) nach Anspruch 6 oder 7, mit einem von dem Abstandssensor (20) separaten kapazitiven Wegsensor (22) zur Ermittlung eines Maßes (x') für die Stellposition (x) des Fahrzeugteils (1) entlang des Stellwegs (X).
Kollisionsschutzeinrichtung (16) nach Anspruch 8, wobei der separate Wegsensor (22) durch einen zweiten Abstandssensor gebildet ist.
Kollisionsschutzeinrichtung (16) nach Anspruch 8 oder 9, wobei es sich bei dem Fahrzeugteil um eine Heckklappe (1) handelt, und wobei der separate Wegsensor (22) im Bereich der Anlenkung der Heckklappe (1) an dem Fahrzeug angeordnet ist.