DE102023103224A1

DE102023103224A1 - Türbewebungscontroller mit beschleunigungsmesserausgleich

Info

Publication number: DE102023103224A1
Application number: DE102023103224.0A
Authority: DE
Inventors: Roman Paerschke; Martin Dannemann; Sebastian Prengel; John G. Zeabari
Original assignee: Magna Closures Inc
Current assignee: Magna Closures Inc
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2023-02-09
Publication date: 2023-08-17
Also published as: US20230258036A1; CN116607859A

Abstract

Ein System zum Öffnen oder Schließen eines Verschlusselements eines Fahrzeugs und ein Beschleunigungsmesserkalibrierungsverfahren werden bereitgestellt. Das System umfasst eine Aktuatorbaugruppe mit einem Elektromotor, der mit einem ausfahrbaren Element zum Öffnen oder Schließen des Verschlusselements betriebsfähig gekoppelt ist. Das System umfasst auch einen Beschleunigungsmesser, der so ausgebildet ist, dass er die Bewegung des Verschlusselements erfasst und ein Beschleunigungsmessersignal ausgibt. Ein Aktuator-Controller ist mit dem Elektromotor und dem Beschleunigungsmesser gekoppelt und so ausgebildet, dass er ein eingestelltes Beschleunigungsmessersignal bestimmt, wobei das Beschleunigungsmessersignal unter Verwendung eines von mehreren vorbestimmten Kompensationsfaktoren eingestellt wird, die durch einen Beschleunigungsmesser-Kalibrierungsprozess zeitlich vor der Installation des Beschleunigungsmessers in dem Fahrzeug bestimmt werden. Der Aktuator steuert dann das Öffnen oder Schließen des Verschlusselements unter Verwendung des Elektromotors auf der Grundlage der Bewegung des Verschlusselements, die durch das eingestellte Beschleunigungsmessersignal dargestellt wird.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Kraft-Aktuator für einen Fahrzeugverschluss. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Offenbarung einen Controller für eine Kraft-Aktuatoranordnung für eine Fahrzeugseitentür mit Beschleunigungsmesser-Kompensation.
HINTERGRUND
Verschlusselemente von Kraftfahrzeugen können mit einem oder mehreren Scharnieren an der Fahrzeugkarosserie befestigt sein. Beispielsweise können Fahrgasttüren mit einem oder mehreren Scharnieren so ausgerichtet und an der Fahrzeugkarosserie befestigt sein, dass sie um eine im Allgemeinen vertikale Schwenkachse schwingen können. In einer solchen Anordnung umfasst jedes Türscharnier typischerweise ein mit der Fahrgasttür verbundenes Türscharnierband, ein mit der Fahrzeugkarosserie verbundenes Karosseriescharnierband und einen Drehzapfen, der so angeordnet ist, dass er das Türscharnierband schwenkbar mit dem Karosseriescharnierband verbindet und eine Drehachse definiert. Solche schwenkbaren Fahrgasttüren („Schwenktüren“) können durch kraftbetätigte Schließvorrichtungssysteme bewegt werden. Insbesondere kann das kraftbetätigte Schließsystem dazu dienen, die Fahrgasttür automatisch um ihre Schwenkachse zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung zu schwenken, den Benutzer beim Bewegen der Fahrgasttür zu unterstützen und/oder die Fahrgasttür für den Benutzer automatisch zwischen der geschlossenen und der offenen Stellung zu bewegen.
Typischerweise umfassen Systeme zur Betätigung von Kraft-Verschlusselementen eine kraftbetriebene Vorrichtung, wie z. B. einen Elektromotor, und eine Vorrichtung zur Umwandlung von Rotation in lineare Bewegung, mit der die Rotationsleistung des Elektromotors in eine Translationsbewegung eines ausfahrbaren Elements umgewandelt werden kann. In vielen Anordnungen sind der Elektromotor und die Umwandlungsvorrichtung an der Fahrgasttür angebracht, und das distale Ende des ausfahrbaren Elements ist fest an der Fahrzeugkarosserie befestigt. Ein Beispiel für ein System zur Betätigung eines kraftbetriebenen Verschlusselements für eine Fahrgasttür ist in der internationalen Publikation Nr. WO2013/013313 von Scheuring et al. dargestellt, die die Verwendung einer rotierenden in eine lineare Umwandlungsvorrichtung offenbart, die eine mit einem Außengewinde versehene Leitspindel aufweist, die durch den Elektromotor rotierend angetrieben wird, sowie eine mit einem Innengewinde versehene Antriebsmutter, die mit der Leitspindel in Eingriff steht und an der das ausfahrbare Element befestigt ist. Dementsprechend führt die Steuerung der Geschwindigkeit und der Drehrichtung der Leitspindel zu einer Steuerung der Geschwindigkeit und der Richtung der Translationsbewegung der Antriebsmutter und des ausfahrbaren Elements zur Steuerung der Schwenkbewegung der Fahrgasttür zwischen ihrer offenen und geschlossenen Position.
Kraftbetätigte Schließsysteme können die Fahrgasttür automatisch bewegen, z. B. als Reaktion auf eine einzelne Eingabe (z. B. die Aktivierung eines Schalters), oder sie können die Bewegung während einer kontinuierlichen Krafteinwirkung kontinuierlich unterstützen (z. B. durch Unterstützung der Bewegung, wenn der Benutzer die Fahrgasttür bewegt). Derartige Systeme zur Betätigung von Kraft-Verschlusselementen sind in der Regel auf genaue Sensormessungen angewiesen, um die Position der Fahrgasttür korrekt zu bestimmen.
In Anbetracht der obigen Ausführungen besteht nach wie vor die Notwendigkeit, verbesserte Systeme zum Öffnen oder Schließen eines Verschlusselements eines Fahrzeugs, Verfahren zur Kalibrierung von Sensoren und zur Verwendung kompensierter Sensorwerte zu entwickeln, die die Einschränkungen und Nachteile bekannter kraftbetriebener Betätigungssysteme für Verschlusselemente angehen und überwinden sowie eine höhere Genauigkeit und verbesserte Betriebsmöglichkeiten bieten.
ZUSAMMENFASSUNG
Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Systems zum Öffnen oder Schließen eines Verschlusselements eines Fahrzeugs. Das System umfasst eine Aktuatoranordnung mit einem Elektromotor, der mit einem ausfahrbaren Element verbunden ist, das entweder mit einer Karosserie oder dem Verschlusselement verbunden ist, um das Verschlusselement zu öffnen oder zu schließen. Das System umfasst auch einen Beschleunigungsmesser, der so ausgebildet ist, dass er die Bewegung des Verschlusselements erfasst und ein Beschleunigungsmessersignal ausgibt, das der erfassten Bewegung entspricht. Ein Aktuator ist mit dem Elektromotor und dem Beschleunigungsmesser gekoppelt und so ausgebildet, dass er die Bewegung des Verschlusselements mithilfe des Beschleunigungsmessers erfasst. Der Aktuator-Controller ist auch so ausgebildet, dass er ein angepasstes Beschleunigungsmessersignal als das Beschleunigungsmessersignal bestimmt, das unter Verwendung eines von mehreren vorbestimmten Kompensationsfaktoren angepasst wird, die durch einen Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozess zeitlich vor der Installation des Beschleunigungsmessers in dem Fahrzeug bestimmt werden. Der Aktuator-Controller steuert dann das Öffnen oder Schließen des Verschlusselements unter Verwendung des Elektromotors auf der Grundlage der Bewegung des Verschlusselements, die durch das eingestellte Beschleunigungssignal dargestellt wird.
In einem anderen Aspekt umfasst das System ferner einen Stromsensor zum Detektieren eines erfassten Stroms, der in dem Elektromotor fließt, wobei der haptische Steueralgorithmus ferner so ausgebildet ist, dass er den erfassten Strom empfängt und ein Zieldrehmoment berechnet.
In einem weiteren Aspekt umfasst das System außerdem eine Antriebseinheit zur Umwandlung der Kompensationskraft in einen Sollstrom, der dem Stromregelsystem mit geschlossener Schleife zugeführt wird.
In einem anderen Aspekt umfasst der haptische Steueralgorithmus eine Summierung einer Anzahl von Kräften aus einer Anzahl von Kraftberechnungen durch einen Summierer, der das Zieldrehmoment an die Antriebseinheit ausgibt, wobei die Anzahl von Kraftberechnungen eine Reibungskraftberechnung, die eine Geschwindigkeit der Tür empfängt und eine Reibungskraft ausgibt, eine Rastkraftberechnung, die eine Position der Tür empfängt und eine Rastkraft ausgibt, eine Neigungskraftberechnung, die das Beschleunigungssignal empfängt und eine Neigungskraft ausgibt, umfasst, eine Trägheitskraftberechnung, die das Beschleunigungssignal empfängt und eine Trägheitskraft ausgibt, eine Antriebsmoduskraftberechnung, die die Position der Tür und die Geschwindigkeit der Tür empfängt und eine Antriebsmoduskraft ausgibt, eine Aufschlagschutzkraftberechnung, die die Position der Tür und die Geschwindigkeit der Tür empfängt und eine Aufschlagschutzkraft ausgibt, und eine Benutzereingabe-Drehmomentkraftberechnung, die den erfassten Strom von dem Stromsensor 406 empfängt und eine Benutzereingabe-Drehmomentkraft ausgibt.
In einem anderen Aspekt umfasst das System ferner ein Beschleunigungsmesserkompensationsmodul des Aktuator-Controllers, das so ausgebildet ist, dass es das Beschleunigungsmessersignal anpasst, bevor das Beschleunigungsmessersignal von der Neigungskraftberechnung und der Trägheitskraftberechnung des haptischen Steuerungsalgorithmus verwendet wird.
In einem anderen Aspekt umfasst das Stromregelungssystem mit geschlossenem Regelkreis einen Motorblock, der mit einem H-Brückenblock und einem Subtrahierer verbunden ist, der so ausgebildet ist, dass er einen vom Stromsensor erfassten Strom vom Zielstrom der Antriebseinheit subtrahiert, um einen korrigierten Strom an den Motorblock auszugeben, wobei der Motorblock und der H-Brückenblock so ausgebildet sind, dass sie den korrigierten Strom in den vom Stromsensor erfassten Antriebsstrom umsetzen.
In einem anderen Aspekt umfasst das System außerdem einen Türpositionssensor, der so ausgebildet ist, dass er eine Winkelposition des Verschlusselements erfasst und eine Position der Tür ausgibt.
Ein weiterer Aspekt ist, dass der Türpositionssensor ein Hall-Effekt-Sensor ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Kompensation eines Beschleunigungssignals eines in einem Fahrzeug installierten Beschleunigungsmessers bereitgestellt. Der Beschleunigungsmesser dient zum Erfassen der Bewegung eines Verschlusselements. Das Verfahren umfasst den Schritt des Empfangens des Beschleunigungssignals von dem Beschleunigungsmesser. Der nächste Schritt des Verfahrens ist das Bestimmen eines angepassten Beschleunigungsmessersignals als das Beschleunigungsmessersignal, das unter Verwendung eines von mehreren vorbestimmten Kompensationsfaktoren angepasst wird, die durch einen Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozess bestimmt werden. Das Verfahren umfasst auch den Schritt der Berechnung einer auf das Verschlusselement auszuübenden Kompensationskraft unter Verwendung des eingestellten Beschleunigungsmessersignals.
Ein weiterer Aspekt ist, dass die Kalibrierung des Beschleunigungsmessers zeitlich vor dem Einbau des Beschleunigungsmessers in das Fahrzeug erfolgt.
Einem weiteren Aspekt zufolge wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Beschleunigungsmessers eines Fahrzeugs zur Erfassung der Bewegung eines Verschlusselements bereitgestellt. Das Verfahren umfasst den Schritt der Montage des Beschleunigungsmessers in einem Controllergehäuse eines Controllers. Anschließend wird das Gehäuse des Controllers an einer Kalibriervorrichtung befestigt. Der nächste Schritt des Verfahrens ist das Ausrichten des Controllergehäuses und des Beschleunigungsmessers in jedem einer Anzahl von Winkeln relativ zu einer Ausgangsposition unter Verwendung der Kalibrierungsvorrichtung, während gleichzeitig Unterschiede zwischen einem Beschleunigungsmessersignal, das erhalten wird, wenn der Beschleunigungsmesser in jedem der Anzahl von Winkeln ausgerichtet ist, verglichen mit einem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungsmessersignal für jeden der Anzahl von Winkeln bestimmt werden. Das Verfahren fährt fort mit dem Bestimmen einer Anzahl von vorbestimmten Kompensationsfaktoren auf der Grundlage der Differenzen zwischen dem Beschleunigungsmessersignal und dem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungsmessersignal für jeden der Anzahl von Winkeln. Das Verfahren fährt fort mit dem Schritt des Programmierens eines Beschleunigungsmesserkompensationsmoduls des Controllers, um das Beschleunigungsmessersignal auf ein angepasstes Beschleunigungsmessersignal anzupassen, das durch die Anzahl der vorbestimmten Kompensationsfaktoren angepasst wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein System zum Öffnen oder Schließen eines Verschlusselements eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das System umfasst eine Aktuatorbaugruppe, die einen Elektromotor umfasst, der funktionsfähig mit einem ausfahrbaren Element gekoppelt ist, das entweder mit einer Karosserie oder dem Verschlusselement zum Öffnen oder Schließen des Verschlusselements verbunden ist. Das System umfasst auch einen Beschleunigungsmesser, der so ausgebildet ist, dass er entweder die Bewegung oder die Ausrichtung des Verschlusselements erfasst und ein Beschleunigungsmessersignal ausgibt, das entweder der erfassten Bewegung oder der Ausrichtung des Verschlusselements entspricht. Der Elektromotor wird unter Verwendung eines eingestellten Beschleunigungssignals gesteuert.
In einem anderen Aspekt umfasst das System ferner einen Controller, der mit dem Elektromotor und dem Beschleunigungsmesser gekoppelt ist, wobei der Controller so ausgelegt ist, dass er das Beschleunigungsmessersignal empfängt, das angepasste Beschleunigungsmessersignal erzeugt und den Elektromotor auf der Grundlage des angepassten Beschleunigungsmessersignals steuert.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Steuersystem zur Steuerung eines Elektromotors einer Aktuatoranordnung bereitgestellt, die zum Öffnen oder Schließen eines Verschlusselements verwendet wird. Das Steuersystem umfasst einen Beschleunigungsmesser, der so ausgebildet ist, dass er ein Beschleunigungsmessersignal ausgibt. Das Steuersystem umfasst auch einen Controller, der so ausgebildet ist, dass er das Beschleunigungsmessersignal empfängt, wobei der Controller ferner so angepasst ist, dass er das Beschleunigungsmessersignal auf der Grundlage von mindestens einem vorbestimmten Parameter einstellt, um ein eingestelltes Beschleunigungsmessersignal zu erzeugen, und den Elektromotor unter Verwendung des eingestellten Beschleunigungsmessersignals steuert.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Kraftfahrzeugs, das mit einem kraftbetätigten Verschlusssystem ausgestattet ist, das sich zwischen der Fahrgast-Schwenktür und einer Fahrzeugkarosserie befindet, gemäß den Aspekten der Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Teilansicht des Kraftfahrzeugs mit einem anderen Verschlusselement, das mit einer Verriegelungsanordnung gemäß den Aspekten der Offenbarung ausgestattet ist;
3 ist eine perspektivische Innenseitenansicht eines in 1 gezeigten Verschlusselements, wobei verschiedene Komponenten nur zur Verdeutlichung entfernt wurden, in Bezug auf einen Teil der Fahrzeugkarosserie, der mit dem kraftbetriebenen Verschlusselement-Betätigungssystem gemäß den Aspekten der Offenbarung ausgestattet ist;
4 zeigt das Verschlusselement von 3, das schwenkbar an Scharnieren befestigt ist, die mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden sind, um sich um eine Schwenkachse zu drehen, entsprechend den Aspekten der Offenbarung;
5 zeigt eine perspektivische Vorderansicht eines angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung;
6 zeigt eine weitere Ansicht des Beschleunigungsmessers im Controllergehäuse
7 zeigt ein Blockdiagramm des Systems zur Betätigung des Kraft-Verschlusses gemäß den Aspekten der Offenbarung;
8 zeigt ein weiteres Blockdiagramm des kraftbetriebenen Betätigungssystems für das Verschlusselement zur Bewegung des Verschlusselements in einem automatischen Modus gemäß den Aspekten der Offenbarung;
9 und 10 sind Blockdiagramme eines Motorsteuerungssystems zur Steuerung der Bewegung der Tür gemäß den Aspekten der Offenbarung;
11A und 11B zeigen Diagramme eines Griffkraftfehlers gegenüber einer Griffkraft aus der Schwerkraft für eine herkömmliche Tür und eine schwere Tür ohne Beschleunigungsmesserkalibrierung.
12A und 12B zeigen Diagramme des Griffkraftfehlers gegenüber einer Griffkraft aus der Schwerkraft für die herkömmliche Tür und die schwere Tür nach einer Beschleunigungsmesserkalibrierung in nur einer Ausrichtung gemäß den Aspekten der Offenbarung;
13A und 13B zeigen eine beispielhafte Kalibrierungsvorrichtung im Betrieb während eines Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozesses des Beschleunigungsmessers gemäß den Aspekten der Offenbarung;
14 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines weiteren Beispiels einer Kalibrierungsvorrichtung gemäß den Aspekten der Offenbarung;
15 veranschaulicht die Schritte eines Verfahrens zur Kompensation eines Beschleunigungsmessersignals eines im Fahrzeug installierten Beschleunigungsmessers in Übereinstimmung mit Aspekten der Offenbarung; und
16 zeigt die Schritte eines Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozesses des Beschleunigungsmessers des Fahrzeugs gemäß den Aspekten der Offenbarung;
Entsprechende Ziffern bezeichnen die entsprechenden Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zunächst wird in 1 ein Beispiel für ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, das eine erste Fahrgasttür 12 aufweist, die über ein oberes Türscharnier 16 und ein unteres Türscharnier 18, die gestrichelt dargestellt sind, schwenkbar an einer Fahrzeugkarosserie 14 angebracht ist. Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein kraftbetätigtes Verschlusselement-Betätigungssystem 20 schwenkbar zwischen der ersten Fahrgasttür 12 und der Fahrzeugkarosserie 14 angebracht. Gemäß einer bevorzugten Konfiguration umfasst das kraftbetätigte Verschlusselement-Betätigungssystem 20 im Allgemeinen einen kraftbetätigten Aktuatormechanismus oder Aktuator 22, der in einem inneren Hohlraum der Fahrgasttür 12 befestigt ist, und einen Drehantriebsmechanismus, der durch den kraftbetätigten Aktuatormechanismus 22 angetrieben wird und antriebsmäßig mit der Fahrzeugkarosserie 14 gekoppelt ist. Die angetriebene Drehung des Drehantriebsmechanismus bewirkt eine kontrollierte Schwenkbewegung der Fahrgasttür 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14. Gemäß dieser bevorzugten Konfiguration ist der kraftbetätigte Betätigungsmechanismus 22 schwenkbar mit der geschlossenen Seite der Tür 12 zwischen den Scharnieren 16, 18 gekoppelt und befindet sich in unmittelbarer Nähe zu dieser, während der Drehantriebsmechanismus schwenkbar mit der Fahrzeugkarosserie 14 gekoppelt ist. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass alternative Einbaukonfigurationen für das Betätigungssystem 20 des elektrischen Verschlusselements zur Verfügung stehen, um den verfügbaren Bauraum auszunutzen. Eine solche alternative Einbaukonfiguration kann die Montage des kraftbetätigten Betätigungsmechanismus 22 an der Fahrzeugkarosserie 14 und die Antriebsverbindung des Drehantriebsmechanismus mit der Tür 12 umfassen.
Das obere Türscharnier 16 und das untere Türscharnier 18 umfassen jeweils ein Scharnierteil für die Türmontage und ein Scharnierteil für die Karosseriemontage, die durch einen Scharnierstift oder -pfosten schwenkbar miteinander verbunden sind. Die an der Tür montierte Scharnierkomponente wird im Folgenden als Türscharnierband bezeichnet, während die an der Karosserie montierte Scharnierkomponente im Folgenden als Karosserie-Scharnierband bezeichnet wird. Das Betätigungssystem 20 für das kraftbetätigte Verschlusselement ist zwar nur in Verbindung mit der Fahrgasttür 12 dargestellt, aber Fachleute werden erkennen, dass das Betätigungssystem 20 für das kraftbetätigte Verschlusselement auch mit jedem anderen Verschlusselement (z. B. Tür oder Heckklappe) des Fahrzeugs 10 verbunden werden kann, wie z. B. mit den hinteren Fahrgasttüren 17 und der Heckklappe 19.
Die Fahrzeugkarosserie (14) des Kraftfahrzeugs (10) bildet gemäß 2 eine Öffnung 23 zu einem inneren Fahrgastraum Das Verschlusselement, z. B. die hintere Fahrgasttür 17, ist in der Abbildung schwenkbar an der Fahrzeugkarosserie 14 angebracht, so dass es zwischen einer geöffneten Position (dargestellt) und einer vollständig geschlossenen Position bewegt werden kann, um die Öffnung 23 mit der Verriegelungsanordnung 83 zu öffnen bzw. zu schließen. Beispiele für die Verriegelungsanordnung 83 sind in der US-Veröffentlichung Nr. 2018/0100331 zu finden, die hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird. Obwohl die hintere Fahrgasttür 17 dargestellt ist, sollte es verstanden werden, dass die Verriegelungsanordnung 83 alternativ oder zusätzlich für die Tür 12 verwendet werden kann und/oder das elektrische Verschlusselement-Betätigungssystem 20 für die hintere Fahrgasttür 17 verwendet werden kann. Die Verriegelungsanordnung 83 ist an der hinteren Fahrgasttür 17 in der Nähe eines Kantenabschnitts 17A befestigt und umfasst einen Verriegelungsmechanismus, der lösbar mit einem Schließer 24 in Eingriff gebracht werden kann, der fest an einem vertieften Kantenabschnitt 23A der Öffnung 23 befestigt ist. Wie noch näher erläutert wird, kann die Verriegelungsanordnung 83 in den Schließer 24 eingreifen und das Verschlusselement 17 lösbar in seiner vollständig geschlossenen Position halten. Ein äußerer Griff 25 und ein innerer Griff 26 sind für die selektive Betätigung eines Verriegelungsfreigabemechanismus der Verriegelungsanordnung 83 vorgesehen, um den Schließer 24 aus dem Verriegelungsmechanismus freizugeben und die anschließende Bewegung der hinteren Fahrgasttür 17 in ihre offene Position zu ermöglichen. Ein optionaler Verriegelungsknopf 27 zeigt den verriegelten Zustand der Verriegelungsvorrichtung 83 an und kann auch betätigt werden, um den verriegelten Zustand der Verriegelungsvorrichtung 83 mechanisch zu ändern. Eine Wetter- oder Türdichtung 29 ist an dem Randabschnitt 23A der Öffnung 23 in der Fahrzeugkarosserie 14 angebracht und so ausgelegt, dass sie bei Eingriff mit einer entsprechenden Dichtungsfläche der hinteren Fahrgasttür 17 elastisch zusammengedrückt wird, wenn die hintere Fahrgasttür 17 durch den Verriegelungsmechanismus der Verriegelungsanordnung 83 in ihrer vollständig geschlossenen Position gehalten wird, um so eine abgedichtete Schnittstelle dazwischen zu schaffen, die so ausgebildet ist, dass sie das Eindringen von Regen und Schmutz in den Fahrgastraum verhindert und gleichzeitig beispielsweise hörbare Windgeräusche minimiert.
Das Betätigungssystem 20 für das kraftbetätigte Verschlusselement ist allgemein in 3 dargestellt und dient, wie bereits erwähnt, zum kontrollierten Schwenken der Fahrzeugtür 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position. Wie in 3 dargestellt, umfasst das untere Scharnier 18 des Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystems 20 ein Türscharnierband 28, das mit der Fahrzeugtür 12 verbunden ist, und ein Karosseriescharnierband 30, das mit der Fahrzeugkarosserie 14 verbunden ist. Das Türscharnierband 28 und das Karosseriescharnierband 30 des unteren Türscharniers 18 sind entlang einer allgemein vertikal ausgerichteten Schwenkachse A über einen Scharnierstift 32 miteinander verbunden, um die schwenkbare Verbindung zwischen dem Türscharnierband 28 und dem Karosseriescharnierband 30 herzustellen. Es kann jedoch auch jeder andere Mechanismus oder jede andere Vorrichtung verwendet werden, um die schwenkbare Verbindung zwischen dem Türscharnierband 28 und dem Karosserie-Scharnierband 30 herzustellen, ohne dass dies vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abweicht.
Wie in 3 dargestellt, umfasst das System 20 zur Betätigung des kraftbetätigten Verschlusselements den kraftbetriebenen Betätigungsmechanismus 22 mit einer Motor- und Getriebeanordnung 34, die starr mit der Fahrzeugtür 12 verbunden werden kann. In der Abbildung ist das Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystem 20 schwenkbar mit der Schließfläche 162 der Fahrzeugtür 12 verbunden. Die Motor- und Getriebeanordnung 34 ist so ausgebildet, dass sie eine Drehkraft um die Drehachse A erzeugt. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Motor- und Getriebeanordnung 34 einen Elektromotor 36, der mit einer Drehzahlreduzierungs-/Drehmomentvervielfachungsbaugruppe 38 als Getriebe mit einer oder mehreren Stufen mit einem Übersetzungsverhältnis betriebsbereit gekoppelt ist, das es dem Motor 36 und der Getriebeanordnung 34 ermöglicht, eine Drehkraft mit einem hohen Ausgangsdrehmoment durch eine sehr niedrige Drehzahl des Elektromotors 36 zu erzeugen. Es kann jedoch auch jede andere Motor- und Getriebeanordnung 34 verwendet werden, um die erforderliche Drehkraft zu erzeugen, ohne dass dies vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abweicht. Der Elektromotor 36 wird durch eine Elektronik gesteuert, die in 3 als Block 50 dargestellt ist und einen Mikroprozessor 110 und eine Leistungselektronik 92, wie z. B. eine H-Brücke oder FETS, umfassen kann, die vom Mikroprozessor 110 gesteuert wird. Der Controller 50 ist elektrisch mit Befehlsquellen wie einem Türöffnungs- oder -schließungsschalter 53 oder mit einem anderen Controller 65 wie einem Karosserie-Steuermodul oder einem Authentifizierungscontroller wie z. B. einem PKE-Controller verbunden.
Die Motor- und Getriebeanordnung 34 umfasst eine Halterung 40 zur Herstellung der Verbindung mit der Fahrzeugtür 12 und dem kraftbetätigten Aktuatormechanismus 22. Die verbindbare Beziehung des kraftbetätigten Aktuatormechanismus 22 mit der Fahrzeugtür 12 über die Montagehalterung 40 ist als eine Schwenkverbindung dargestellt, die es dem kraftbetätigten Aktuatormechanismus 22 ermöglicht, um eine Schwenkachse B zu schwenken, z. B. mit Drehungen, die in 3 mit PA bezeichnet sind. Die Halterung 40 ist so ausgebildet, dass sie mit der Fahrzeugtür 12 zwischen dem oberen Türscharnier 16 und dem unteren Scharnier 18 verbunden werden kann und beispielsweise mit der Verschlussfläche 162 verbunden werden kann. Die Verschlussfläche 162 umfasst einen Anschluss oder eine Öffnung, durch den/die die Antriebswelle 42 hindurchgeführt werden kann, wobei ein solcher Anschluss in der Regel mit dem Durchgang eines Tür-Kontrollelements verbunden sein kann. Wie in 3 weiter gezeigt, wird durch diese Montage der Motorbaugruppe 34 in der hier beschriebenen Weise der kraftbetätigte Betätigungsmechanismus 22 des Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystems 20 in unmittelbarer Nähe der Drehachse B angeordnet. Die Montage der Motor- und Getriebeanordnung 34 in der Nähe der Drehachse B der Fahrzeugtür 12 minimiert die Auswirkung, die das Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystem 20 auf das Massenträgheitsmoment (d. h. die Drehachse A) der Fahrzeugtür 12 haben kann, wodurch die Bewegung der Fahrzeugtür 12 zwischen ihrer offenen und ihrer geschlossenen Position verbessert oder erleichtert wird. Durch die Verringerung der Masse des Betätigungselements und die Verlagerung der Masse des Betätigungselements 22 näher an die Schwenkachse A wird die Masse der Tür 14 verringert und der Schwerpunkt näher an die Schwenkachse C verlagert, wodurch die Leistung und/oder Größe des Motors 36 verringert werden kann. Darüber hinaus ermöglicht, wie auch in 3 gezeigt, die Anbringung der Motor- und Getriebeanordnung 34 näher an der Drehachse A der Fahrzeugtür 12, dass das Betätigungssystem 20 des Kraftschlusselements vor einem A-Säulen-Glaslaufkanal und anderen inneren Türkomponenten und Blechpaneelen, die mit der Fahrzeugtür 12 verbunden sind, untergebracht werden kann und somit jegliche Störung einer Glasfensterfunktion der Fahrzeugtür 12 vermieden wird. Anders ausgedrückt, kann das Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystem 20 in einem Teil eines inneren Türhohlraums 39 innerhalb der Fahrzeugtür 12 untergebracht werden, der nicht benutzt wird, und reduziert oder eliminiert daher die Beeinträchtigung vorhandener Hardware/Mechanismen innerhalb der Fahrzeugtür 12. Obwohl das Betätigungssystem für das Verschlusselement (20) zwischen dem oberen Türscharnier 16 und dem unteren Scharnier (18) der Fahrzeugtür (12) dargestellt ist, kann das Betätigungssystem für das Verschlusselement (20) alternativ auch an anderer Stelle innerhalb der Fahrzeugtür 12 oder sogar an der Fahrzeugkarosserie 14 angebracht werden, ohne dass dies vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abweicht.
Das kraftbetätigte Verschlusselement-Betätigungssystem 20 umfasst ferner den Drehantriebsmechanismus, der durch den kraftbetätigten Betätigungsmechanismus 22 in Drehung versetzt wird. Wie in 3 dargestellt, umfasst der Drehantriebsmechanismus eine Antriebswelle 42, die mit einem Ausgangselement des Getriebes 38 der Motor- und Getriebeanordnung 34 verbunden ist und die sich von beiden Seiten des Getriebes 38 ausfährt und einfährt. Darüber hinaus kann als optionale Konfiguration, obwohl nicht ausdrücklich gezeigt, eine Kupplung, wie z. B. eine mechanische oder elektrische Kupplung, zwischen dem rotierenden Ausgang des Getriebes 38 und dem ersten Ende 44 der Antriebswelle 42 angeordnet sein. Die Kupplung kann mit jeder geeigneten Art von Kupplungsmechanismus ein- und ausgekuppelt werden, wie z. B. mit einem Satz von Klemmkörpern, Rollen, einer Umschlingungsfeder, Reibungsplatten oder einem anderen geeigneten Mechanismus. Die Kupplung kann so beschaffen sein, dass die Tür 12 vom Benutzer manuell zwischen ihrer offenen und ihrer geschlossenen Stellung relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 bewegt werden kann. Eine solche Kupplung könnte zum Beispiel auch zwischen dem Ausgang des Elektromotors 36 und dem Eingang des Getriebes 38 angeordnet sein. Die Anordnung dieser optionalen Kupplung kann unter anderem davon abhängen, ob das Getriebe 38 eine rückwärts gerichtete Verzahnung aufweist oder nicht. In einer anderen möglichen Konfiguration kann das Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystem 20 keine Kupplung aufweisen, wodurch sich die Masse des Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystems 20 und der Tür 14 verringert. Möglicherweise kann das Getriebe 38 ein „rücktreibbares“ Getriebe enthalten, um es einem Benutzer zu ermöglichen, die Tür 14 manuell zu bewegen, wodurch das Getriebe des Getriebes 38 zum Drehen veranlasst wird. Möglicherweise kann das Getriebe 38 alternativ ein nicht rückreibbares Getriebe aufweisen, das einen Benutzer daran hindert, die Tür 14 manuell zu bewegen, wobei das Getriebe des Getriebes 38 nicht durch die Bewegung der Tür 14 zum Drehen veranlasst werden kann, sondern nur eine Aktivierung des Motors 22 das Getriebe des Getriebes 38 zum Drehen bringt, um die Tür 14 zu bewegen. Ein Bremsmechanismus, der die Drehung des Motors 22, des Getriebes 36 oder die Bewegung der Antriebswelle 42 verhindert, kann auch nicht mit dem Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystem 20 vorgesehen werden, um auch die Masse des Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystems 20 und der Tür 14 weiter zu reduzieren.
Um eine Winkelbewegung aufgrund der Schwenkbewegung der Tür 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 auszugleichen, umfasst das Betätigungssystem für das kraftbetriebene Verschlusselement 20 außerdem eine Schwenkverbindung 45, die zwischen der Fahrzeugkarosserie 14 und dem ersten Ende 44 der Antriebswelle 42 angeordnet ist. Das zweite Ende 46 der Antriebswelle 42 ist so ausgebildet, dass es sich in den Hohlraum 39 hinein- und herausbewegt, wenn die Antriebswelle 42 durch das Getriebe 38 in Reaktion auf die Betätigung des Motors 36 angetrieben wird. Bei der Verbindung 45 handelt es sich um eine Stift- und Buchsenverbindung, die eine Drehung der Antriebswelle 42 um eine Achse C ermöglicht, die sich parallel oder im Wesentlichen parallel zur Schwenkachse A der Tür 12 und zur Schwenkachse B des kraftbetätigten Aktuatormechanismus 22 erstreckt. Die Verschiebung der Antriebswelle 42 durch den Betrieb der Motor- und Getriebeanordnung 34 bewirkt, dass die Tür 12 von der Fahrzeugkarosserie 14 weggedrückt wird, wenn die Antriebswelle 42 aus dem Hohlraum 39 zurückgezogen wird, und dass die Tür 12 zur Fahrzeugkarosserie 14 hin gezogen wird, wenn die Antriebswelle 42 in den Hohlraum 39 verschoben wird. Infolgedessen ist das Betätigungssystem 20 in der Lage, die Bewegung der Fahrzeugtür 12 zwischen ihrer offenen und geschlossenen Position zu bewirken, indem es „direkt“ eine Drehkraft auf die Fahrzeugkarosserie 14 über eine lineare Verschiebung der angetriebenen Antriebswelle 42 im dargestellten Beispiel von 3 überträgt. Wenn die Motor- und Getriebeanordnung 34 mit der Fahrzeugtür 12 in der Nähe der Schließfläche 162 verbunden ist, kann sich das zweite Ende 46 der Antriebswelle 42 im Hohlraum 39 hin- und herbewegen und schwingen, während sich die angetriebene Welle 42 im Getriebe 38 hin- und herbewegt. Je nach verfügbarem Platz im Türhohlraum 39 kann das zweite Ende 46 der Antriebswelle 42 eine Kollision mit internen Komponenten im Hohlraum 49 vermeiden, wenn der kraftbetätigte Betätigungsmechanismus 22 um die Achse B schwenkt, da beispielsweise die Antriebswelle 42 aus dem Hohlraum 39 zurückgezogen wird, wenn die Tür 12 geöffnet wird.
4 zeigt die Tür 12 schwenkbar an den Scharnieren 16, 18, die mit der Fahrzeugkarosserie 14 (nicht vollständig dargestellt) zur Drehung um die Schwenkachse A verbunden sind. Die Tür 12 umfasst innere und äußere Blechtafeln 12a und 12b mit einem Verbindungsteil 12c zwischen den inneren und äußeren Blechtafeln 12a und 12b. Der kraftbetriebene Aktuatormechanismus oder kraftbetriebene Aktuator 22 umfasst das ausfahrbare Betätigungselement oder die angetriebene Welle 42, die zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Position beweglich ist, um die Schwenkbewegung der Tür 12 zu bewirken. Darüber hinaus ist ein Beschleunigungsmesser 200 in einem Controllergehäuse 202 des Controllers 50 angebracht.
Ein weiteres Beispiel für einen elektrischen Aktuator 122' ist in 5 dargestellt und umfasst eine Montageanordnung 300 mit einer Türadapterhalterung, auch als Montagehalterung 304 bezeichnet, die für eine schwenkbare Befestigung am Getriebe 140 und für eine feste Befestigung an der Verschlussplatte 12 ausgebildet ist, so dass die Montagehalterung 304 und das Getriebe 140 mit allem, was funktionsfähig am Getriebe 140 einschließlich des Motors 36 befestigt ist, relativ zueinander schwenken können. In der Abbildung ist die Halterung 304 für eine schwenkbare Befestigung direkt am Getriebe 140 ausgebildet, so dass das Getriebe 140 nur um die Achse B geschwenkt werden kann. Daher ermöglicht die Halterung 304 eine einachsige Schwenkbewegung des Getriebes 140 um diese Achse herum. Die Halterung 304 ist mit einer Anzahl (Paar, beispielhaft und ohne Einschränkung) von Befestigungsöffnungen 305 dargestellt, die für die Aufnahme von Befestigungselementen, wie z. B. Gewindebolzen (nicht dargestellt), bemessen sind, um die feste Befestigung der Halterung 304 an der Verschlussplatte 12, z. B. an der Verschlussfläche 162, zu erleichtern. Es ist anzuerkennen, dass hier eine entgegengesetzte Anordnung in Betracht gezogen wird, so dass die Halterung 304 für eine feste Befestigung am Getriebe 140 und für eine schwenkbare Befestigung an der Verschlussplatte 12 ausgebildet werden kann, wodurch die Halterung 304, das Getriebe 140 und alles, was funktionsfähig am Getriebe 140 befestigt ist, relativ zur Verschlussplatte 12 schwenken kann. Die Befestigungsanordnung 300 ist ein anschauliches Beispiel für eine schwenkbare Verbindung 45. Die Befestigungsanordnung 300 kann so ausgebildet sein, dass der elektrische Aktuator 122' um eine einzige Drehachse schwenkbar ist, beispielsweise um die Schwenkachse B. Die Schwenkachse B verläuft parallel zur Y-Achse, die mit der nach unten gerichteten Anziehungskraft aufgrund der Schwerkraft ausgerichtet ist. In der Abbildung ist nur eine einzige Drehachse zwischen dem Aktuator 122' und der Fahrzeugtür 12 vorgesehen. Die Halterung 304 ist als U-förmiger Bügel ausgeführt. Zur Erleichterung der Schwenkbefestigung hat die Halterung 304, wie dargestellt, ein Paar Joche, die auch als Ohren oder Flansche 306 bezeichnet werden, mit axial ausgerichteten Durchgangsöffnungen, die für die Aufnahme von Zapfen, wie sie durch Stifte 308 bereitgestellt werden können, ausgelegt sind. Die Stifte 308 können zur Aufnahme in axial ausgerichteten Aufnahmevorsprüngen 310 angeordnet sein, die sich vom Getriebe 140 (z. B. parallel zur Achse B) erstrecken, obwohl es denkbar ist, dass die Stifte als ein monolithisches Materialstück mit dem Getriebe 140 geformt werden können, falls gewünscht. Die Stifte 308 sorgen für eine Schwenkbewegung des Getriebes 140 relativ zur Halterung 304. Flansche 306 stützen gegen die Bewegung des Getriebes 140 in Y-Richtung. Beispielsweise kann die untere Nabe 310 von dem unteren Flansch 306 getragen werden, wodurch das Gewicht des Antriebs 122' unterstützt wird. Der obere Flansch 306 kann die obere Nabe 310 z. B. durch die Verbindung mit dem Stift 308 abstützen. Daher wird das Gewicht des Aktuators 122', einschließlich des Gewichts des Getriebes 140 und des Motors 36, auf die Halterung 304 und nicht auf das ausfahrbare Element 134 übertragen, wie es beispielsweise der Fall wäre, wenn die Vorsprünge 310 und die Stifte 308 um neunzig Grad gedreht würden, so dass sich die Stifte 308 entlang einer Z-Achse erstrecken. Die Verteilung des Gewichts des Aktuators 122' auf die Halterung 304 im Gegensatz zum Gewicht des Aktuators 122', wie z. B. das Gewicht des Getriebes 140 und/oder des Motors 36, das vom ausfahrbaren Element 134 getragen wird, reduziert die Kräfte zwischen der Verzahnung des Getriebes 140 und dem ausfahrbaren Element 134, die dazu neigen würden, das Binden zu verstärken, die Reibung zwischen dem Mutterrohr und den Zähnen des ausfahrbaren Elements 134 zu erhöhen und möglicherweise ein Biegen des ausfahrbaren Elements 134 zu verursachen, was eine Vergrößerung des Motors erfordern kann, um diese Kräfte zu kompensieren. Um eine uneingeschränkte Schwenkbewegung des Getriebes 140 relativ zur Halterung 304 zu ermöglichen, weist die Halterung 304 eine durchgehende Spielöffnung 312 auf. Die Durchgangsöffnung 312 ist für die Aufnahme des ausfahrbaren Elements 134 vorgesehen und so bemessen, dass eine freie, ungehinderte Schwenkbewegung darin möglich ist, wenn sich die Verschlussplatte oder die Tür 12 zwischen ihrer geschlossenen und ihrer offenen Position bewegt. Die Durchgangsöffnung 312 ist so dargestellt, dass sie sich eher in Richtung der Z-Achse als in Richtung der Y-Achse erstreckt. Dementsprechend ist sichergestellt, dass das ausfahrbare Element 134 in einer Abstandsbeziehung zur Halterung 304 verbleibt, wenn die Verschlussplatte 12 zwischen der geschlossenen und der offenen Position bewegt wird und wenn sich das ausfahrbare Element 134 durch die Abstandsöffnung 312 bewegt und relativ zur Halterung 304 schwenkt. Das ausfahrbare Element 134 ist aufgrund der einzigen Schwenkachse B nur in Z-Richtung schwenkbar.
Da das ausfahrbare Element 134 relativ zu und innerhalb der Freiraumöffnung 312 der Halterung 304 um den Drehpunkt B schwenken kann, ist eine Verbindungsstange nicht erforderlich. Als solches kann ein distales Ende 314 des ausfahrbaren Elements 134, ähnlich wie das erste Ende, schwenkbar direkt an der Fahrzeugkarosserie 14 befestigt werden, wobei das distale Ende 314 eine Befestigungsdurchgangsöffnung 136 aufweist, Infolgedessen können das Getriebe 140 und die daran befestigten Komponenten, einschließlich des Elektromotors 36, unmittelbar neben der Verschlussfläche 162 bewegt werden, wodurch geringere Momentschwankungen und verbesserte haptische/servomotorische Steuerreaktionen erzielt werden, insbesondere da der Momentarm nicht variiert, wenn sich die Verschlussplatte 12 zwischen der geschlossenen und der offenen Position bewegt. Durch den Verzicht auf eine zusätzliche Schwenkachse, die mit der schwenkbaren Verbindung zwischen dem Aktuator 122' und der Schließfläche 162 verbunden ist, wie z. B. eine sich in Z-Richtung erstreckende Rotationsachse, und die Bereitstellung nur einer einzigen Rotationsachse, wie z. B. der Rotationsachse B, können außerdem zusätzliche komplexe schwenkbare Kupplungskonfigurationen vermieden werden, wodurch abstandserzeugende Komponenten zwischen der Schließfläche 162 und dem Getriebe 140 weiter eliminiert werden, die Masse des Aktuators 122' reduziert wird und die Masse des Aktuators 122' näher an die Türschwenkachse C gebracht werden kann. Die Größe des Motors 36 kann daher verringert werden, die Bremsfähigkeit und die Reaktionszeit des Motors 36 können aufgrund der geringeren Masse, die eine von der Drehachse C entfernte Trägheit erzeugt, verbessert werden. Darüber hinaus wird durch die Bereitstellung eines Getriebekastens 140 als Strukturträger für andere Komponenten die Bindung des ausfahrbaren Elements 134 mit der Verzahnung des Getriebes 140 sowie die sonstige Belastung der Zahnräder des Getriebes 140 verringert, da die gesamte Verzahnung wie hier beschrieben durch Lastlager gestützt wird.
6 zeigt eine weitere Ansicht des Beschleunigungsmessers im Controllergehäuse 202. Insbesondere kann der Beschleunigungsmesser aus einem Chip bestehen, der auf einer Controller-Leiterplatte 204 montiert ist (z. B. zusammen mit dem Mikroprozessor 110 und der Leistungselektronik 92, wie z. B. H-Brücke, FETS). Das Controller-Gehäuse 202 kann, wie dargestellt, auch Befestigungslöcher 206 aufweisen (z. B. zur Befestigung des Controller-Gehäuses 202 an der Tür 12).
7 zeigt ein Blockdiagramm eines kraftbetätigten Türsystems 21 mit dem kraftbetätigten Verschlusselement-Betätigungssystem 20 zum Bewegen des Verschlusselements (z. B. der Fahrzeugtür 12) des Fahrzeugs 10 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung relativ zur Fahrzeugkarosserie 14. Wie oben beschrieben, umfasst das elektrische Betätigungssystem 20 für das Verschlusselement den Aktuator 22, der mit dem Verschlusselement (z. B. der Fahrzeugtür 12) und der Fahrzeugkarosserie 14 gekoppelt ist. Der Aktuator 22 ist so ausgebildet, dass er das Verschlusselement 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 bewegt. Das elektrische Betätigungssystem 20 für das Verschlusselement umfasst auch den Controller oder Aktuator-Controller 50, der mit dem Aktuator 22 gekoppelt ist und mit anderen Fahrzeugsystemen (z. B. einem Türknoten-Steuermodul 52 oder einem Karosserie-Steuermodul (BCM)) kommuniziert und auch Fahrzeugstrom vom Fahrzeug 10 erhält (z. B. von einer Fahrzeugbatterie 53).
Der Aktuator 50 kann in mindestens einem automatischen Modus (als Reaktion auf einen Eingang 54 zur Einleitung des Automatikmodus) oder in einem Modus mit Kraftunterstützung (als Reaktion auf einen Bewegungseingang 56) betrieben werden. Im Automatikmodus steuert der Aktuator 50 die Bewegung des Verschlusselements durch ein vorgegebenes Bewegungsprofil (z. B. zum Öffnen des Verschlusselements). Der Unterstützungsmodus unterscheidet sich vom Automatikmodus dadurch, dass die Bewegungseingabe 56 vom Benutzer 75 kontinuierlich erfolgen kann, um das Verschlusselement zu bewegen, im Gegensatz zu einer einmaligen Eingabe durch den Benutzer 75 im Automatikmodus. Der Aktuator 50 kann daher als Servo-Controller ausgebildet werden, der beispielsweise elektrische Signale, die die Position der Tür anzeigen, vom Betätigungssystem 20 für das Verschlusselement empfängt, wie z. B. einen Hochpositionszählsensor, wie er weiter unten als anschauliches Beispiel näher beschrieben wird, und in Reaktion darauf elektrische Signale an den Aktuator 22 auf der Grundlage der empfangenen Hochpositionszählsignale sendet, um das Türverschlusselement 12 zu bewegen. Es sind keine separaten Tasten- oder Schalterbetätigungen durch einen Benutzer erforderlich, um das Verschlusselement 12 zu bewegen, der Benutzer muss lediglich das Verschlusselement 12 direkt bewegen. Befehle 51 von den Fahrzeugsystemen können beispielsweise Anweisungen an den Aktuator 50 enthalten, das Verschlusselement zu öffnen, das Verschlusselement zu schließen oder die Bewegung des Verschlusselements zu stoppen. Solche Steuereingänge, wie die Eingänge 54, 56, können auch andere Arten von Eingängen 55 umfassen, wie z.B. einen Eingang von einem Karosseriesteuermodul, das einen drahtlosen Befehl zur Steuerung der Türöffnung auf der Grundlage eines Signals empfangen kann, wie z.B. eines drahtlosen Signals, das von dem Schlüsselanhänger 60 oder einem anderen drahtlosen Gerät, wie z.B. einem zellularen Smartphone, empfangen wird, oder von einer Sensoranordnung, die an dem Fahrzeug vorgesehen ist, wie z.B. einer Radar- oder optischen Sensoranordnung, die eine Annäherung eines Benutzers erfasst, wie z.B. eine Geste oder einen Gang, z.B. ein Gehen, des Benutzers 75 bei Annäherung des Benutzers 75 an das Fahrzeug. Ebenfalls dargestellt sind andere Komponenten, die einen Einfluss auf den Betrieb des Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystems 20 haben können, wie z. B. die Türdichtungen 57 der Fahrzeugtür 12. Darüber hinaus können die Umgebungsbedingungen 59 (Regen, Kälte, Hitze usw.) durch das Fahrzeug 10 (z. B. durch das Karosseriesteuermodul 52) und/oder den Aktuator-Controller 50 überwacht werden. Der Aktuator-Controller 50 umfasst auch einen Lernalgorithmus mit künstlicher Intelligenz 61 (z. B. eine Reihe von Knoten, die ein neuronales Netzmodell bilden), auf den weiter unten näher eingegangen wird.
Bezugnehmend auf 8 ist der Aktuator 50 so ausgebildet, dass er die Eingabe 54 zur Einleitung des Automatikmodus empfängt und in den Automatikmodus übergeht, um als Reaktion auf den Empfang der Eingabe 54 zur Einleitung des Automatikmodus oder der Eingabe des Bewegungsbefehls 62 einen Bewegungsbefehl auszugeben. Der Automatikmodus-Einleitungseingang 54 kann eine manuelle Eingabe am Verschlusselement selbst oder eine indirekte Eingabe am Fahrzeug sein (z. B. ein Verschlusselementschalter 58 am Verschlusselement, ein Schalter an einem Schlüsselanhänger 60 usw.). So kann die Eingabe 54 zur Einleitung des Automatikmodus beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Benutzer oder Bediener einen Schalter betätigt (z. B. den Schalter 58 des Verschlusselements), eine Geste in der Nähe des Fahrzeugs 10 macht oder einen Schlüsselanhänger 60 in der Nähe des Fahrzeugs 10 besitzt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass andere automatische Moduseinleitungseingaben 54 in Betracht gezogen werden, wie z. B., aber nicht beschränkt auf eine Nähe des Benutzers 75, die von einem Näherungssensor erfasst wird.
Darüber hinaus umfasst das System zur Betätigung des Verschlusselements 20 mindestens einen Sensor zur Rückmeldung des Verschlusselements 64, um mindestens eine Position, eine Geschwindigkeit oder eine Lage des Verschlusselements zu bestimmen. Somit erfasst der mindestens eine Rückkopplungssensor 64 für das Verschlusselement Signale entweder vom Aktuator 22 durch Zählen der Umdrehungen des Elektromotors 36, der absoluten Position eines ausfahrbaren Elements (nicht dargestellt) oder von der Tür 12 (z. B. ein absoluter Positionssensor an einer Türkontrolle als Beispiel) und kann Positionsinformationen an den Aktuator-Controller 50 liefern. Der Rückkopplungssensor 64, der mit dem Aktuator 50 in Verbindung steht, ist Teil eines Rückkopplungssystems oder eines Bewegungserfassungssystems zur direkten oder indirekten Erfassung der Bewegung der Tür, z. B. durch Erfassen von Änderungen der Geschwindigkeit und der Position des Verschlusselements oder der damit verbundenen Komponenten. Das Bewegungserfassungssystem kann z. B. hardwarebasiert sein (z. B. eine Hall-Sensoreinheit und eine damit verbundene Schaltung), um die Bewegung eines Ziels auf dem Verschlusselement (z. B. auf dem Scharnier) oder dem Aktuator 22 (z. B. auf einer Motorwelle) zu erfassen, und/oder kann auch softwarebasiert sein (z. B. unter Verwendung von Code und Logik zur Ausführung eines Ripple-Counting-Algorithmus), der z. B. von dem Aktuator-Controller 50 ausgeführt wird. Andere Arten von Positions-, Geschwindigkeits- und/oder Orientierungsdetektoren wie Beschleunigungsmesser und induktionsbasierte Sensoren können ohne Einschränkung verwendet werden.
Das Kraft-Verschlusselement-Betätigungssystem 20 umfasst zusätzlich mindestens einen berührungslosen Hinderniserkennungssensor 66, der Teil eines berührungslosen Hinderniserkennungssystems sein kann, das mit dem Aktuator-Controller 50 gekoppelt, z. B. elektrisch gekoppelt, ist. Der Aktuator-Controller 50 ist so ausgebildet, dass er feststellt, ob ein Hindernis mit Hilfe des mindestens einen berührungslosen Hinderniserkennungssensors 66 erkannt wird (z. B. unter Verwendung eines berührungslosen Hinderniserkennungsalgorithmus 69), und kann beispielsweise die Bewegung des Verschlusselements als Reaktion auf die Feststellung, dass das Hindernis erkannt wurde, einstellen. Das System zur berührungslosen Hinderniserkennung kann auch so ausgebildet sein, dass es den Abstand zwischen dem Verschlusselement und dem Objekt oder Hindernis oder einem Benutzer als Objekt oder Hindernis und der Tür 12 berechnet. Das berührungslose Hinderniserkennungssystem kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass es Laufzeitberechnungen durchführt, um die Entfernung unter Verwendung eines radargestützten Sensors 66 zu bestimmen oder das Objekt als Benutzer oder Mensch im Vergleich zu einem nicht-menschlichen Objekt zu charakterisieren, beispielsweise auf der Grundlage der Bestimmung des Reflexionsvermögens des Objekts unter Verwendung eines radargestützten Sensors 66 und Systems. Das berührungslose Hinderniserkennungssystem kann auch so ausgebildet sein, dass es feststellt, wann ein Hindernis erkannt wird, z. B. durch Erkennung von reflektierten Wellen des Objekts oder des Hindernisses oder des Benutzers, die von dem Hindernissensor 66 gesendet werden. Das berührungslose Hinderniserkennungssystem kann auch so ausgebildet sein, dass es feststellt, wann ein Hindernis nicht erkannt wird, indem es beispielsweise keine reflektierten Wellen des Objekts oder Hindernisses oder des Radarbenutzers erkennt, die vom Hindernissensor 66 gesendet werden. Der Betrieb und das Beispiel des mindestens einen berührungslosen Hinderniserkennungssensors 66 und des Systems werden in der US-Patentanmeldung Nr. 2018/0238099 erörtert, die hier durch Bezugnahme einbezogen ist.
Im Automatikmodus kann der Aktuator-Controller 50 ein oder mehrere Bewegungsprofile 68 für das Verschlusselement enthalten, die vom Aktuator-Controller 50 bei der Erzeugung des Bewegungsbefehls 62 (z. B. mit einem Bewegungsbefehlsgenerator 70 des Aktuator-Controllers 50) im Hinblick auf die Hinderniserkennung durch den mindestens einen berührungslosen Hinderniserkennungssensor 66 verwendet werden. Im Automatikmodus hat der Bewegungsbefehl 62 also ein vorgegebenes Bewegungsprofil 68 (z.B. Beschleunigungskurve, Geschwindigkeitskurve, Verzögerungskurve, und stoppt schließlich an einer offenen Position) und wird per Benutzerrückmeldung (z.B. Automatikmodus-Initiierungseingang 54) kontinuierlich optimiert.
9 und 10 sind Blockdiagramme eines Motorsteuerungssystems 400 zur Steuerung der Bewegung der Tür 12. Das System 400 kann den Motor 36 zum Bewegen der Tür 12 enthalten. Das System 400 kann auch ein Stromregelsystem 401 (10) enthalten, das den Antriebsstrom I steuert, der dem Motor 36 zugeführt wird, um den Motor 36 so zu steuern, dass er ein Drehmoment oder eine Kraft F auf die Tür 12 ausübt. Das System 400 umfasst auch ein Kraftkompensationsmodul oder einen haptischen Steueralgorithmus 402, der für die Berechnung einer Kompensationskraft F_haptic ausgebildet ist, die dem Stromregelsystem 401 zugeführt wird. Gemäß einem Aspekt basiert das Kraftkompensationsmodul oder der haptische Steueralgorithmus 402 auf einem Überlagerungsprinzip von Drehmomenten. Das Stromregelsystem 401 regelt den Antriebsstrom I auf der Grundlage der Kompensationskraft F_haptic.
Der haptische Steueralgorithmus 402 ist ein Beispielmodul, das so ausgebildet ist, dass es einen Kompensationswert oder -faktor bereitstellt, z. B. durch Berechnung eines Drehmomentwerts, eines Stromwerts oder eines Kraftwerts (als nicht einschränkende Beispiele), um externe Einflüsse, die auf die Bewegung der Tür 12 einwirken, entweder teilweise, im Wesentlichen oder vollständig zu kompensieren oder zu negieren. Es kann eine Antriebseinheit 404 (10) vorgesehen sein, die so ausgebildet ist, dass sie den vom haptischen Steueralgorithmus 402 ausgegebenen Drehmomentwert in einen Zielstrom umwandelt, der in das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 401 eingegeben wird. Ein Beispiel für den haptischen Steueralgorithmus 402 ist in der WO2021081664A1 mit dem Titel „Powered door unit optimized for servo control“ beschrieben, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. In einer möglichen Konfiguration kann das Steuersystem 301 als integrale Einheit mit dem Motor-Controller 408 bereitgestellt werden.
So können das stromgeregelte Motorsteuerungssystem 401, der haptische Steueralgorithmus 402, die Antriebseinheit 404 und der Motor 36 als Teil des Motorsteuerungssystems 400 zusammenarbeiten. Im Einzelnen kann das System 400 den Motor 36 zum Bewegen der Tür 12 umfassen. Das System 400 kann auch das Stromregelungssystem 401 umfassen, das den Antriebsstrom I steuert, der dem Motor 36 zugeführt wird, um den Motor 36 so zu steuern, dass er die Kraft F auf die Tür 12 ausübt. Das System 300 umfasst auch den haptischen Steueralgorithmus 402, der zur Berechnung der Kompensationskraft F_haptic ausgebildet ist, die dem Stromregelsystem 401 zugeführt wird. Das Stromregelsystem 401 steuert den Antriebsstrom I auf der Grundlage der Kompensationskraft F_haptic.
Die Steuerung des Motors 36 mit Hilfe eines Motorsteuerungssystems mit geschlossenem Regelkreis und Stromrückführung 401, das einen auf der Grundlage von Drehmomentwerten berechneten Steuerbefehl erhält, verbessert die Leistung der Türsteuerung durch den Motor 36. Da der Antriebsstrom I, der dem Motor 36 zugeführt wird, über das Rückkopplungssystem 401 mit geschlossenem Regelkreis gesteuert wird und da der Antriebsstrom I proportional zum Motordrehmoment T und der Kraft F ist (oder alternativ von einem Bezugspunkt eines Benutzers aus betrachtet wird, der einen Drehmomenteingang auf den Motor 36 verursacht, indem der Benutzer die Tür 12 bewegt, wodurch der Motor 36 als Drehmomenteingangsgenerator wirkt, um den Antriebsstrom I proportional zu verändern).
Das System 400 umfasst auch verschiedene Sensoren, die für die verschiedenen Steuerblöcke des Systems 400 vorgesehen sind. Insbesondere umfasst das System 400 auch einen Stromsensor 406 zum Detektieren eines erfassten Stroms I_sensed, der im Motor 36 fließt. Der haptische Steueralgorithmus 401 ist ferner so ausgebildet, dass er den erfassten Strom I_sensed empfängt und die Kompensationskraft F_haptic berechnet. Somit sind der Stromsensor 406, der dem haptischen Steueralgorithmus genaue Drehmomentwerte liefert, und ein Beschleunigungsmesser 200 (und Türpositionssensoren 64, die oben und weiter unten ausführlicher beschrieben werden) für den Betrieb des stromrückgekoppelten Motorsteuerungssystems 401 vorgesehen.
Insbesondere kann der Beschleunigungsmesser 200 eine empfindlichere Erfassung der Türbewegung ermöglichen, während die Türpositionssensoren 64 vorgesehen sein können, um dem System 50 eine zuverlässige Erfassung der Türposition und -bewegung zu ermöglichen. Mit anderen Worten: Die Empfindlichkeit des Beschleunigungsmessers 200 ist größer als die Positionsempfindlichkeit des Türpositionssensors 64, so dass der Beschleunigungsmesser 200 Bewegungen erfasst, die vom Türpositionssensor 64 nicht erfasst werden können. Daher können verschiedene Sensoren genaue, zuverlässige und empfindliche Daten für die Rückmeldung der Bewegung der Tür 12 im Steuerungssystem 400 liefern.
Die kraftbasierte Steuerung des Motors 36 wird also verbessert, indem der Stromsensor 406 (z. B. eine Nebenschlusswiderstandskonfiguration) verwendet wird, der den Strom vom Motor 36 durch den Rückkopplungszweig des stromrückgekoppelten Motorsteuerungssystems 401 erfasst, indem beispielsweise direkt der Strom gemessen wird, der durch den Motor 36 fließt, wie er durch das Drücken des Benutzers auf die Tür 12 verändert wird, um den Motor 36 zu veranlassen, als Generator zu fungieren, was einen ableitbaren Drehmomentwert zur Verwendung durch den haptischen Steueralgorithmus 402 liefert. Durch die direkte Überwachung des Antriebsstroms I kann dem haptischen Steueralgorithmus 402 ein genaues Eingangsdrehmoment (über die Proportionalität des erfassten Stroms I_sensed) eingegeben werden, das der Benutzer auf die Tür 12 ausübt. Im Vergleich zu anderen Sensortypen, wie z. B. Türpositionssensoren oder Beschleunigungsmessern 200, können solche Sensoren die auf die Tür 12 ausgeübte Kraft nicht erfassen und würden eine Übertragungsfunktion benötigen, um die Positions- oder Bewegungssignale in einen ungefähren Kraftwert zu übersetzen. Durch Erfassen des erfassten Stroms I_sensed, der durch den Motor 36 fließt, da ein solcher Antriebsstrom I proportional zum Drehmoment T des Motors 36 ist, kann ein solcher erfasster oder gemessener Strom I_sensed an den haptischen Steueralgorithmus 402 zurückgegeben werden, um die Kompensationskraft F_{haptic zu} modifizieren, die der Antriebseinheit 404 zugeführt wird. Da der haptische Steueralgorithmus 402 Berechnungen in Form von Drehmomentwerten durchführt und der erfasste Motorstrom leicht in Drehmomentwerte umgewandelt werden kann, die vom haptischen Steueralgorithmus 402 verwendet werden, können andere Sensoren wie Positionssensoren und Beschleunigungsmesser 200, die im Vergleich dazu komplexe Umwandlungen von Positions-/Geschwindigkeits-/Beschleunigungsdaten in ein Drehmoment erfordern, möglicherweise auch nicht in der Lage sein, Daten oder genaue Daten zum Extrahieren der auf die Tür 12 wirkenden Kraft zur Verwendung durch den haptischen Steueralgorithmus 402 zu liefern. Daher führt die Verwendung eines stromrückgekoppelten Motorsteuerungssystems 401, bei dem der Strom in der Rückkopplungsleitung vom Motor 36 erfasst wird, um vom haptischen Steueralgorithmus 402 verwendet zu werden, um Daten bereitzustellen, die mit dem genauen Drehmoment korreliert sind, das der Benutzer auf die Tür 12 ausübt, zu einer präzisen Kompensationskraft F_haptic vom haptischen Steueralgorithmus 402, die der Antriebseinheit 404 zugeführt wird, die das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 401 wiederum verwendet, um das auf die Tür 12 wirkende Motordrehmoment einzustellen, und die vom Benutzer erfasst wird. Daher kann die Kraft des Benutzers, die auf die Tür 12 einwirkt, durch den haptischen Steueralgorithmus 402 genau kompensiert werden, da die Kraft des Benutzers durch die Erfassung des Motorstroms genau erfasst werden kann.
Unter besonderer Bezugnahme auf 10 liefert der Beschleunigungsmesser 200 ein Beschleunigungssignal a_x,y,z an das Stromregelsystem 401 und/oder den haptischen Regelalgorithmus 402. Der haptische Steueralgorithmus 402 umfasst eine Summierung einer Anzahl von Kräften aus einer Anzahl von Kraftberechnungen 416, 418, 420, 422, 424, 426, 428 durch einen Summierer 414, der die Kompensationskraft F_haptic an die Antriebseinheit 404 ausgibt. Mit anderen Worten, der haptische Steueralgorithmus 402 berechnet ein Zieldrehmoment als Steuerparameter für die Antriebseinheit 404, das von der Antriebseinheit 404 auf das Verschlusselement (z. B. die Tür 12) ausgeübt wird, um externe Umgebungsfaktoren, die die Position der Tür 12 beeinflussen, zu kompensieren. Die mehreren Kraftberechnungen umfassen eine Reibungskraftberechnung 416, die eine Geschwindigkeit des Verschlusselements oder der Tür v_door empfängt und eine Reibungskraft F_friction ausgibt, eine Rastkraftberechnung 418, die eine Position der Tür x_door empfängt und eine Rastkraft F_detent ausgibt, eine Neigungskraftberechnung 420, die das Beschleunigungssignal a_x,y,z empfängt und eine Neigungskraft F_incline ausgibt, eine Trägheitskraftberechnung 422, die das Beschleunigungssignal a_x,y,z empfängt und eine Trägheitskraft F_inertia ausgibt, eine Antriebsmoduskraftberechnung 424, die die Position der Tür x_door und die Geschwindigkeit der Tür v_door empfängt und eine Antriebsmoduskraft F_drivemode ausgibt, eine Aufschlagschutzkraftberechnung 426, die die Position der Tür x_door und die Geschwindigkeit der Tür v_door empfängt und eine Aufschlagschutzkraft F_slamprotect ausgibt, und eine Benutzereingabe-Drehmomentkraftberechnung 428, die den erfassten Strom I_sensed vom Stromsensor 406 empfängt und eine Benutzereingabe-Drehmomentkraft F_userinput ausgibt. Gemäß einem Aspekt kann das Beschleunigungssignal a_x,y,z , das an die Steigungskraftberechnung 420 und die Trägheitskraftberechnung 422 gesendet wird, angepasst werden, bevor es von der Steigungskraftberechnung 420 und der Trägheitskraftberechnung 422 verwendet wird.
Der Motor-Controller 408 ist so gestaltet, dass er interne Einflüsse, die auf die Bewegung der Tür 12 wirken, kompensieren kann. Interne Einflüsse können Auswirkungen auf die Türbewegung umfassen, die dem angetriebenen Aktuator 22, 122' zugeschrieben werden oder von ihm ausgehen, wie z. B. Getriebe (Spielreaktionen, Unterschiede im Betrieb zwischen einer rückwärtsgerichteten und einer vorwärts gerichteten Antriebsrichtung des angetriebenen Aktuators 22, 122'), interne Reibung aufgrund von Verzahnungen oder Buchsenarten, Momentenschwankungen aufgrund von Verbindungspunkten des Aktuators 22, 122' mit der Fahrzeugkarosserie und/oder der Fahrzeugtür, einer Flexkupplung, einer Spindel/Mutter-Schnittstelle, wobei solche Effekte tendenziell zu Unterschieden in der Türbewegung in Bezug auf die erwartete Türbewegung und die tatsächliche Türbewegung führen, weil der Aktuator 22, 122' keinen Sollkraftwert ausgibt, der beispielsweise von der Ausgabe des haptischeSteueralgorithmus 302, z. B. der kraftbetriebene Aktuator 22, 122' keine Kompensationskraft F_haptic als Kraft F auf die Tür 12 ausübt. Der Motor-Controller 308 ist daher so ausgebildet, dass er ein dem Motor 36 zugeführtes Steuersignal erzeugt, das variiert wird, um internen Einflüssen oder Effekten entgegenzuwirken, die dem kraftbetriebenen Türaktuator 22, 122' zugeschrieben werden. Daher wird das System 400 zur Steuerung der Bewegung einer Tür 12 bereitgestellt, das veranschaulichend einen Kraftseitentüraktuator 22, 1221 umfasst, der einen Motor 36 zum Erzeugen einer Ausgangskraft zum Bewegen der Tür 12 und einen Motor-Controller zum Steuern des Motors 36 mit einer Kompensationskraft F_haptic umfasst, wobei der Motor-Controller angepasst ist, um Effekte zu kompensieren, die mit dem Kraftseitentüraktuator 22, 122' verbunden sind, die die Kraftausgabe F des Motors 36 im Vergleich zur Kompensationskraft F_haptic verändern. Wenn der Motor 36 beispielsweise mit einer Kompensationskraft F_haptic von 10 Newton gesteuert werden soll, so dass erwartet wird, dass eine Kraft von 10 Newton auf die Tür 12 ausgeübt wird, und der kraftbetriebene Seitentürantrieb 22, 122' einen Effekt hat, der dazu neigt, eine Differenz zwischen dem Kraftbefehlswert und der tatsächlichen Kraftausgabe zu verursachen, beispielsweise aufgrund interner Reibung, die dazu führt, dass die tatsächliche Motorausgabe F um 0.5 Newton verursacht, ist der Controller in der Lage, die Kompensationskraft F_haptic von 10 Newton auf 10,5 Newton einzustellen, so dass die ausgegebene Motorkraft gleich der erwarteten Ausgangskraft ist, die auf die Tür wirkt, nämlich 10 Newton (10,5 Newton - 0,5 Newton). Als weiteres Beispiel aufgrund von Betriebsineffizienzen des Kraftseitentüraktuators 22, 122' aufgrund von Betriebsunterschieden zwischen Rückwärtsfahrt und Vorwärtsfahrt (beispielsweise aufgrund des Getriebes), die es erforderlich machen, dass der Motor 36 unterschiedlich betrieben wird, wenn er entweder in der Rückwärtsfahrtrichtung oder in der Vorwärtsfahrtrichtung gesteuert wird, wie durch Block 438 bestimmt, ist der Controller, beispielsweise die Antriebseinheit 404, angepasst, um die Kompensationskraft F_haptic einzustellen, um den Effizienzverlust zu überwinden, wenn der Kraftseitentüraktuator 22, 122' in der Rückwärtsfahrtrichtung betrieben wird, so dass die tatsächliche Motorleistung (d. h., Kraft F) der Kompensationskraft F_haptic entspricht.
Das Stromregelungssystem 301 mit geschlossenem Regelkreis umfasst einen Motorblock 430, der mit einem H-Brückenblock 432 verbunden ist. Ein Subtrahierer 434 subtrahiert den vom Stromsensor 406 erfassten Strom I_sensed vom Zielstrom I_target, um einen korrigierten Strom I_corr an den Motorblock 430 auszugeben. Der Motorblock 430 und der H-Brückenblock 432 sind so ausgebildet, dass sie den korrigierten Strom I_corr in den Antriebsstrom I umwandeln, der vom Stromsensor 406 erfasst wird.
Der Beschleunigungsmesser 200 selbst kann vom Lieferanten des Beschleunigungsmessers 200 eine Grundkalibrierung erhalten haben, dennoch ist in der Regel noch ein gewisser Fehler im Beschleunigungsmesser 200 (d. h. im integrierten Schaltkreis selbst) vorhanden. Die und zeigen den Fehler der Griffkraft gegenüber der Griffkraft aus der Schwerkraft in Newton (N) für eine herkömmliche Tür und eine schwere Tür ohne Beschleunigungsmesserkalibrierung. Wenn der Beschleunigungsmesser überhaupt nicht kalibriert wurde, könnte der Griffkraftfehler bei der traditionellen Tür (33 kg) bis zu 14 N und bei der schweren Tür (100 kg) bis zu 40 N betragen. Diese Kraftfehler sind für den Benutzer 75 leicht zu erkennen und können sogar dazu führen, dass die Tür 12 auf- oder zufällt. Diese Kräfte machen sich noch stärker bemerkbar, wenn die Tür 12 als leicht kalibriert ist (d. h. im Modus der elektrischen Unterstützung).
Folglich kann das System 400 ein Beschleunigungsmesserkompensationsmodul 450 des Controllers 50 umfassen, das so ausgebildet ist, dass es das Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z anpasst, bevor das Beschleunigungsmessersignal a_{x,y,z von} der Neigungskraftberechnung 420 und der Trägheitskraftberechnung 422 des haptischen Steueralgorithmus 402 verwendet wird. Der Beschleunigungsmesser 200 erfasst also die Bewegung des Verschlusselements 12 und gibt das Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z entsprechend der erfassten Bewegung aus. Der Aktuator-Controller 50 ist so ausgebildet, dass er die Bewegung des Verschlusselements 12 mithilfe des Beschleunigungsmessers 200 erfasst. Der Aktuator-Controller 50 bestimmt ein angepasstes Beschleunigungsmessersignal A_adjusted als das Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z , das mit einem von mehreren vorbestimmten Kompensationsfaktoren angepasst wird, die durch einen Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozess oder -verfahren bestimmt werden. Gemäß einem Aspekt erfolgt der Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozess zeitlich vor dem Einbau des Beschleunigungsmessers 200 in das Fahrzeug 10. Der Aktuator steuert dann das Öffnen oder Schließen des Verschlusselements 12 mit Hilfe des Elektromotors 36 auf der Grundlage der Bewegung des Verschlusselements 12, wie sie durch das angepasste Beschleunigungsmessersignal dargestellt wird.
Die 12A und 12B zeigen Diagramme des Griffkraftfehlers gegenüber einer Griffkraft aus der Schwerkraft in Newton für die herkömmliche Tür und die schwere Tür nach einer Beschleunigungsmesserkalibrierung in nur einer Ausrichtung. Wie gezeigt, würde bei einer Kalibrierung in nur einer Ausrichtung der Fehler für die traditionelle 33-kg-Tür bis zu 2,7 N und für die schwere 1 00-kg-Tür bis zu 8 N betragen. Diese Kraftfehler liegen immer noch nicht in einem akzeptablen Bereich. Diese Fehler sind bei Türen 12, die als schwer kalibriert sind, möglicherweise nicht zu erkennen. Bei Türen 12, die als leicht kalibriert sind, sind sie jedoch deutlich erkennbar.
Der hier beschriebene Kalibrierungsprozess des Beschleunigungsmessers umfasst daher die Ausrichtung des Beschleunigungsmessers 200 in jedem von mehreren Winkeln relativ zu einer Ausgangsposition und den gleichzeitigen Vergleich des Beschleunigungsmessersignals a_x,y,z, das erhalten wird, wenn der Beschleunigungsmesser 200 in jedem der mehreren Winkel ausgerichtet ist, mit einem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungsmessersignal für jeden der mehreren Winkel. Diese Winkel können je nach Anwendung variieren, ein Beispiel für diese Winkel könnten jedoch -45, -12, -8, -4, 0, 4, 8, 12, 45 Grad sein. Die 13A und 13B zeigen eine beispielhafte Kalibrierungsvorrichtung 500 im Betrieb während eines Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozesses des Beschleunigungsmessers 200. Die Kalibrierung des Beschleunigungsmessers 200 wird durchgeführt, sobald der Beschleunigungsmesser 200 in das Controllergehäuse 202 oder den Controller 50 eingebaut ist. Die Kalibrierungsvorrichtung 500 umfasst einen Schrittmotor 502, der funktionsfähig mit einer Montageplattform 504 verbunden ist, die den Controller 50 trägt. Der Schrittmotor 502 ist so ausgebildet, dass er die Montageplattform 504 und das Aktuatorgehäuse 202 des Aktuators Controller 50 (und den Beschleunigungsmesser 200) ausgehend von der Startposition in jeden der mehreren Winkel bewegt. Der Schrittmotor 502 treibt also den Controller 50 an. Gemäß einem Aspekt werden 18 Messungen durchgeführt. Der Kalibrierungsvorgang dauert etwa 1 Minute pro Controller 50.
14 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines weiteren Beispiels einer Kalibriervorrichtung 500. Im Beispiel von 14 ist die Montageplattform 504 so ausgebildet, dass sie mit einer Anzahl von Aktuator-Controllern 50 (d. h. mit dem Beschleunigungsmesser 200 im Aktuatorgehäuse 202) in Eingriff kommt und diese trägt. Der Schrittmotor 502 ist so ausgebildet, dass er die Montageplattform 504 und das Aktuatorgehäuse 202 jedes Aktuator-Controllers 50 (und des Beschleunigungsmessers 200) in jeden der mehreren Winkel bewegt, beginnend mit der Startposition. In diesem Fall sind gemäß einem Aspekt nur 9 Messungen erforderlich. Dadurch wird die Kalibrierungszeit auf weniger als 25 Sekunden pro Satz Controller 50 reduziert. Die Montageplattform 504 kann erweitert werden, damit mehrere Controller 50 gleichzeitig kalibriert werden können.
Die während des Kalibrierungsprozesses erhaltenen Kalibrierungsdaten werden in den Controller 50 integriert, um die Verstärkung und den Offset des Beschleunigungsmessers anzupassen, bevor das Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z vom Kraftkompensationsmodul oder dem haptischen Steuerungsalgorithmus 402 zur Trägheits- und Neigungskompensation verwendet wird. Der Aktuator-Controller 50 ist ferner so ausgebildet, dass er eine Kompensationskraft F_haptic berechnet, die auf das Verschlusselement 12 unter Verwendung des angepassten Beschleunigungsmessersignals A_adjusted ausgeübt wird.
15 zeigt die Schritte eines Verfahrens zur Kompensation eines Beschleunigungssignals a_x,y,z eines in einem Fahrzeug 10 installierten Beschleunigungsmessers 200. Wie bereits erwähnt, dient der Beschleunigungsmesser 200 zum Erfassen der Bewegung des Verschlusselements 12. Das Verfahren umfasst den Schritt 600 des Empfangens des Beschleunigungssignals a_x,y,z vom Beschleunigungsmesser 200. Der nächste Schritt des Verfahrens ist 602 die Bestimmung eines angepassten Beschleunigungsmessersignals A_adjusted als das Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z , das unter Verwendung eines von mehreren vorbestimmten Kompensationsfaktoren angepasst wird, die durch einen Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozess bestimmt werden. Das Verfahren wird fortgesetzt durch 604 Berechnen einer Kompensationskraft F_haptic, die auf das Verschlusselement 12 unter Verwendung des eingestellten Beschleunigungsmessersignals A_adjusted auszuüben ist. Gemäß einem Aspekt und wie unten näher erläutert, kann der Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozess zeitlich vor dem Einbau des Beschleunigungsmessers 200 in das Fahrzeug 10 erfolgen.
16 zeigt die Schritte eines Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozesses eines Beschleunigungsmessers 200 eines Fahrzeugs 10. Das Verfahren umfasst den Schritt 700 der Montage des Beschleunigungsmessers 200 in einem Controllergehäuse 202 eines Controllers 50. Es ist vorteilhaft, auch mit dem Controllergehäuse 202 zu kalibrieren, da es einige Versätze geben kann, die dadurch verursacht werden, wie der Beschleunigungsmesser 200 in dem Aktuatorgehäuse 202 sitzt. Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird das Controllergehäuse 202 an einer Kalibriervorrichtung 500 befestigt. Die Controller 50 werden in unterschiedlichen Ausrichtungen für verschiedene Programme montiert. Selbst wenn es sich um Programme mit Seitentüren handelt, kann die Einbaulage des Controllers 50 variieren. Dadurch können sich die im Kalibrierungsprozess gewählten Winkel ändern. Der nächste Schritt des Verfahrens ist 704 die Ausrichtung des Controllergehäuses 202 und des Beschleunigungsmessers 200 in jedem einer Anzahl von Winkeln relativ zu einer Ausgangsposition unter Verwendung der Kalibrierungsvorrichtung 500, während gleichzeitig Unterschiede zwischen einem Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z, das erhalten wird, wenn der Beschleunigungsmesser 200 in jedem der Anzahl von Winkeln ausgerichtet ist, im Vergleich zu einem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungsmessersignal für jeden der Anzahl von Winkeln bestimmt werden. Genauer gesagt kann das Verfahren gemäß einem Aspekt den Schritt des Erstellens einer Best-Fit-Linie der Differenzen zwischen einem Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z, das erhalten wird, wenn der Beschleunigungsmesser 200 in jedem der Anzahl von Winkeln ausgerichtet ist, im Vergleich zu dem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungsmessersignal für jeden der Anzahl von Winkeln umfassen. So werden die Differenzen zwischen den vorbestimmten erwarteten und den tatsächlichen Beschleunigungsmesserwerten (d. h. dem Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z ) gemessen, und dann können die Werte für den besten Anpassungsversatz und die Verstärkung berechnet werden. Die vorgegebenen erwarteten Werte sind bekannt. Zum Beispiel wird die Montageplattform 504 die Controller um 50 bis 45 Grad drehen. Der Wert, den der Beschleunigungsmesser anzeigt, das Beschleunigungssignal a_x,y,z , wird abgelesen. Wenn das Beschleunigungssignal a_x,y,z anzeigt, dass sich der Controller 50 in einem Winkel von 43 Grad befindet, ist bekannt, dass bei diesem Winkel ein Fehler von 2 Grad vorliegt. Dann werden alle diese Fehler verwendet, um eine beste Anpassungslinie zu erstellen. Das Verfahren fährt mit dem Schritt 706 fort, bei dem eine Anzahl von vorbestimmten Kompensationsfaktoren auf der Grundlage der Differenzen zwischen dem Beschleunigungssignal a_x,y,z und dem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungssignal für jeden der Anzahl von Winkeln bestimmt wird. Die Anpassungsfaktoren oder vorbestimmten Kompensationsfaktoren (Verstärkung und Offset (A_offset)) sind konstant und unabhängig vom Türwinkel. Die vorbestimmten Kompensationsfaktoren können Offsets für X, Y, Z und auch Verstärkungswerte für X, Y, Z enthalten. Nach der Identifizierung werden die vorbestimmten Kompensationsfaktoren in die Software programmiert. Das Verfahren umfasst also auch den Schritt 708 des Programmierens eines Beschleunigungsmesserkompensationsmoduls 450 des Controllers 50, um das Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z auf ein angepasstes Beschleunigungsmessersignal angepasstes Beschleunigungsmessersignal A_adjusted, das um die Mehrzahl der vorbestimmten Kompensationsfaktoren angepasst ist. Gemäß einem Aspekt umfassen die mehreren vorbestimmten Kompensationsfaktoren einen Beschleunigungsmesser-Offset A_offset und eine Beschleunigungsmesser-Verstärkung Gain unabhängig von einem Winkel des Verschlusselements 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14. Genauer gesagt kann das angepasste Beschleunigungsmessersignal A_adjusted gleich dem Beschleunigungsmesser-Offset A_{offset sein}, der zu der Beschleunigungsmesser-Verstärkung addiert oder von dieser subtrahiert wird, multipliziert mit dem Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z. (d.h. A_adjusted = A_offset+/- Gain X a_x,y,z). Gemäß einem Aspekt werden also die am besten passenden Offset- und Verstärkungskalibrierungswerte in der Software des Controllers 50 addiert, um den Gesamtfehler zu minimieren. Es gibt Offset-Werte, die zu den Beschleunigungsmesserwerten addiert bzw. subtrahiert werden. Und es gibt Verstärkungswerte, die im Wesentlichen Multiplikatoren für das Beschleunigungssignal a_x,y,z sind. Die Offsets und Verstärkungswerte sind konstant, unabhängig von der Position der Tür 12.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/013313 [0003]
US 2018/0238099 [0037]
WO 2021081664 A1 [0040]

Claims

System 400 zum Öffnen oder Schließen eines Verschlusselements 12 eines Fahrzeugs 10, das aufweist: eine Aktuatoranordnung 22, 122', die einen Elektromotor 36 umfasst, der funktionsfähig mit einem ausfahrbaren Element 42, 134 gekoppelt ist, das entweder mit einem Karosserie 14 oder dem Verschlusselement 12 verbunden ist, um das Verschlusselement 12 zu öffnen oder zu schließen; einen Beschleunigungsmesser 200, der so ausgebildet ist, dass er entweder die Bewegung oder die Ausrichtung des Verschlusselements 12 erfasst und ein Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z ausgibt, das entweder der erfassten Bewegung oder der Ausrichtung des Verschlusselements 12 entspricht; wobei der Elektromotor 36 mit Hilfe eines eingestellten Beschleunigungsmessersignals A_adjusted gesteuert wird.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Controller 50 umfasst, der mit dem Elektromotor 36 und dem Beschleunigungsmesser 200 gekoppelt ist, wobei der Controller 50 so eingerichtet ist, dass er das Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z empfängt, das eingestellte Beschleunigungsmessersignal A_adjusted erzeugt und den Elektromotor auf der Grundlage des eingestellten Beschleunigungsmessersignals A_adjusted steuert.
System 400 nach Anspruch 2, wobei der Controller ferner so ausgebildet ist, dass er das eingestellte Beschleunigungsmessersignal A_adjusted als das Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z bestimmt, das unter Verwendung eines von mehreren vorbestimmten Kompensationsfaktoren eingestellt wurde, die durch einen Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozess zeitlich vor dem Einbau des Beschleunigungsmessers 200 in das Fahrzeug 10 bestimmt wurden.
System 400 nach Anspruch 3, wobei der Beschleunigungsmesserkalibrierungsprozess das Ausrichten des Beschleunigungsmessers 200 in jedem einer Anzahl von Winkeln relativ zu einer Startposition und das gleichzeitige Vergleichen des Beschleunigungsmessersignals a_x,y,z, das erhalten wird, wenn der Beschleunigungsmesser 200 in jedem der Anzahl von Winkeln ausgerichtet ist, mit einem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungsmessersignal für jeden der Anzahl von Winkeln umfasst.
System 400 nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Controller 50 ferner so ausgebildet ist, dass er eine auf das Verschlusselement 12 auszuübende Kompensationskraft F_haptic unter Verwendung des eingestellten Beschleunigungsmessersignals A_adjusted berechnet.
System 400 gemäß Anspruch 5, wobei der Controller 50 umfasst: ein Stromregelungssystem 401 mit geschlossenem Regelkreis, das einen Antriebsstrom I steuert, der dem Elektromotor 36 zugeführt wird, um den Elektromotor 36 so zu steuern, dass er die Ausgleichskraft F_haptic auf das Verschlusselement 12 ausübt; und einen haptischen Steueralgorithmus 402, der zum Berechnen der Kompensationskraft F_haptic ausgebildet ist, die dem Stromregelsystem 401 zugeführt werden soll, wobei das Stromregelsystem 401 den Antriebsstrom I auf der Grundlage der Kompensationskraft F_haptic steuert.
Verfahren zur Kalibrierung eines Beschleunigungsmessers für ein Fahrzeug zum Erfassen der Bewegung eines Verschlusselements, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmung einer Betriebsunregelmäßigkeit des Beschleunigungsmessers; und die Anpassung eines Controllers, um die festgestellte Unregelmäßigkeit des Beschleunigungsmessers auszugleichen.
Verfahren nach Anspruch 7 mit ferner: Befestigung des Beschleunigungsmessers an einer Kalibrierungshalterung; Ausrichten des Beschleunigungsmessers in einer Anzahl von Winkeln unter Verwendung der Kalibrierungshalterung; Erfassen des Beschleunigungssignals, wenn der Beschleunigungsmesser in jedem der mehreren Winkel ausgerichtet ist, Vergleichen des Beschleunigungsmessersignals mit einem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungsmessersignal für jeden der Anzahl von Winkeln; Bestimmen einer Anzahl von vorbestimmten Kompensationsfaktoren auf der Grundlage der Differenzen zwischen dem Beschleunigungsmessersignal und dem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungsmessersignal für jeden der Anzahl von Winkeln.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Anpassen eines Controllers zum Kompensieren der festgestellten Unregelmäßigkeit des Beschleunigungsmessers das Anpassen des Controllers zum Einstellen des Beschleunigungsmessersignals auf ein eingestelltes Beschleunigungsmessersignal durch die Anzahl der vorbestimmten Kompensationsfaktoren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, das ferner umfasst: Einbau des Beschleunigungsmessers in ein Controllergehäuse eines Controllers; Befestigung des Controllergehäuses an einer Kalibriervorrichtung; Ausrichten des Controllergehäuses und des Beschleunigungsmessers in jedem einer Anzahl von Winkeln relativ zu einer Ausgangsposition unter Verwendung der Kalibrierungsvorrichtung, während gleichzeitig Unterschiede zwischen einem Beschleunigungsmessersignal, das erhalten wird, wenn der Beschleunigungsmesser in jedem der Anzahl von Winkeln ausgerichtet ist, im Vergleich zu einem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungsmessersignal für jeden der Anzahl von Winkeln bestimmt werden; Bestimmen einer Anzahl von vorbestimmten Kompensationsfaktoren auf der Grundlage der Differenzen zwischen dem Beschleunigungsmessersignal und dem vorbestimmten erwarteten Beschleunigungsmessersignal für jeden der Anzahl von Winkeln und Anpassen des Beschleunigungsmessersignals an ein angepasstes Beschleunigungsmessersignal durch die Anzahl der vorbestimmten Kompensationsfaktoren.
Steuersystem 400 zum Steuern eines Elektromotors 36 einer Aktuatoranordnung 22, 122', die zum Öffnen oder Schließen eines Verschlusselements 12 eines Fahrzeugs 10 verwendet wird, wobei das Steuersystem 400 umfasst: einen Beschleunigungsmesser 200, der so ausgebildet ist, dass er ein Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z ausgibt; und einen Controller 50, der so ausgebildet ist, dass er das Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z empfängt, wobei der Controller 50 ferner so angepasst ist, dass er das Beschleunigungsmessersignal a_x,y,z auf der Grundlage mindestens eines vorbestimmten Parameters einstellt, um ein eingestelltes Beschleunigungsmessersignal A_adjusted zu erzeugen, und den Elektromotor 36 unter Verwendung des eingestellten Beschleunigungsmessersignals A_adjusted steuert.