DE202006008465U1

DE202006008465U1 - Steuerungsvorrichtung und Verstellsystem eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE202006008465U1
Application number: DE202006008465U
Authority: DE
Original assignee: Brose Schliesssysteme GmbH and Co KG
Current assignee: Brose Schliesssysteme GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2016-05-25
Also published as: EP2275634A1; ES2509498T3; EP1860265B1; EP1860265A2; EP1860265A3; EP2275634B1; ATE539220T1

Abstract

Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Heckklappe,
mit einem Antrieb zur Verstellung eines Verstellteils,
mit einem Treiber, der zur Bestromung des Antriebs mit dem Antrieb verbunden ist,
mit einem Sensor zur Messung einer Istgeschwindigkeit des Antriebs,
mit einer Recheneinheit, die mit dem Treiber und mit dem Sensor verbunden und eingerichtet ist
– eine Verstellbewegung eines Verstellteils zu regeln,
– zur Regelung die Istgeschwindigkeit und mit einer Sollgeschwindigkeit zu vergleichen,
– die Sollgeschwindigkeit von einer Startposition zu einer Zielposition durch eine Sollfunktion mit einer Anzahl von Verstellphasen mit unterschiedlicher Sollgeschwindigkeit oder mit unterschiedlichem Verlauf der Sollgeschwindigkeit zu bestimmen, und
– die Sollgeschwindigkeit oder den Verlauf der Sollgeschwindigkeit innerhalb mindestens einer Verstellphase in Abhängigkeit von der Startposition und/oder der Zielposition zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung und ein Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs.
Aus der DE 37 36 400 A1 ist ein Verstellantrieb bekannt. Bei diesem wird zur Erfüllung einer vorgegebenen Federrate in bestimmten Versteilbereichen zur Herabsetzung der kinematischen Energie eine Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsreduzierung des Antriebs vorgenommen. Das bewegliche Teil wird mittels eines Antriebsmotors über einen gefährdeten Klemmbereich, in dem Fremdkörper zwischen dem beweglichen Teil und einem ruhenden Teil einklemmbar sind, in eine Schließstellung bewegt. Wegen unvermeidlicher Verzögerung bei der Signalverarbeitung und der Trägheit des mechanisch bewegten Teils, kann trotz einer den Einklemmschutz darstellenden Sicherheitsvorrichtung der Fremdkörper zwischen dem bewegten Teil und dem ruhenden Teil eingeklemmt werden.
Um dieses zu vermeiden ist in der DE 37 36 400 A1 vorgesehen, dass die Verstellgeschwindigkeit beim Schließen des beweglichen Teils in dem gefährdeten Klemmbereich verringert wird. Der eigentliche Einklemmschutz kann dann gegebenenfalls das bewegliche Teil augenblicklich anhalten und eventuell die Bewegungsrichtung umkehren (Reversieren). Bei diesem bekannten Verstellantrieb erfolgt die Reduzierung der Geschwindigkeit in Stufen, d. h. es wird von einer hohen Stufe in einem Schritt auf eine niedrige Stufe der Schließgeschwindigkeit umgeschaltet.
In der DE 196 18 484 A1 ist ein Verstellantrieb mit Einklemmschutz offenbart, der einen kontinuierlichen Übergang von einer hohen auf eine bestimmte niedrige Schließgeschwindigkeit aufweist. Innerhalb eines vorgegebenen Bereichs vor Erreichen der "Geschlossen"-Position wird die Drehzahl oder die Leistung des Antriebs nach einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang abgesenkt, so dass die Absenkung auf eine Minimaldrehzahl bzw. Minimalleistung innerhalb eines bestimmten Positionsbereichs erfolgt. Die Minimaldrehzahl bzw. Minimalleistung wird an einer bestimmten Position vor der "Geschlossen"-Position erreicht. Dabei ist die Minimaldrehzahl bzw. Minimalleistung im Wesentlichen konstant. Die Absenkung der Drehzahl oder der Leistung des Antriebs erfolgt linear oder nach einer Exponentialfunktion.
Die Absenkung erfolgt in der DE 196 18 484 A1 nach einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang auf die Minimaldrehzahl bzw. Minimalleistung über einen konstanten Positionsbereich, wobei sich die Absenkungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der aktuellen Versorgungsleistung, ändert. Oder es erfolgt die Absenkung auf die Minimaldrehzahl bzw. Minimalleistung über einen variablen Positionsbereich, wobei sich dessen Startpunkt in Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Versorgungsleistung ändert. Die notwendige Minimaldrehzahl bzw. Minimalleistung wird dabei empirisch derart ermittelt, dass unter allen Bedingungen, wie insbesondere Temperatur und Feuchtigkeit, noch ausreichend hohe Schließkräfte gewährleistet sind.
Die Steuerung der Drehzahl bzw. der Leistung des elektrischen Antriebs erfolgt in der DE 196 18 484 A1 durch Halbleiterbauelemente, wie Linearregler oder Taktregler mit variablem Puls-Pausen-Verhältnis. Der Verstellantrieb ist zusammen mit einer Schaltung für den Schutz gegen Einklemmen von Fremdkörpern zwischen einem bewegten Teil und einem festen Anschlag in der "Geschlossen"-Position einsetzbar Bei der Berechnung der Drehzahlabsenkung durch Einklemmvorgänge wird die jeweils bekannte Steigung der Absenkung nach einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang von Drehzahl oder Leistung des Antriebs als Korrekturfaktor berücksichtigt. Zur Korrektur ist ein adaptiver Speicher vorgesehen, in welchem die gesteuerte Absenkung von Drehzahl oder Leistung als geringfügige Schwergängigkeit gespeichert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Steuerungsvorrichtung oder ein Verstellsystem anzugeben, dass die sichtbare Verstellbewegung für den Nutzer optisch möglichst verbessert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verstellsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verstellsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6, durch ein Verstellsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9, durch ein Verstellsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 oder durch ein Verstellsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Weiterhin wird die Erfindung durch eine Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Demzufolge ist eine Steuerungsvorrichtung zum Betrieb eines Verstellsystems eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Heckklappe vorgesehen. Diese Steuerungsvorrichtung weist eine Recheneinheit auf, die mit Funktionen zur Steuerung des Verstellsystems eingerichtet ist. Diese Funktionen können durch Hardware oder durch einen implementierten Programmablauf realisiert werden. Ebenso wird die Aufgabe durch ein Verstellsystem mit einer derartigen Recheneinheit gelöst, dessen Funktionen ebenfalls entsprechend implementiert sind.
Weiterhin weist das Verstellsystem einen Antrieb zur Verstellung eines Verstellteils, einen Treiber, der zur Bestromung des Antriebs mit dem Antrieb verbunden ist, und einen Sensor zur Messung einer Istgeschwindigkeit des Antriebs auf. Der Antrieb, der Treiber und der Sensor sind dabei vorzugsweise ein Teil eines elektrischen Schaltkreises der Steuerungsvorrichtung. Weiterhin ist die Recheneinheit mit dem Treiber und mit dem Sensor verbunden.
Gemäß einer ersten Erfindungsvariante ist zur Realisierung der Funktionen die Recheneinheit eingerichtet

– eine Verstellbewegung eines Verstellteils zu regeln,
– zur Regelung die Istgeschwindigkeit und mit einer Sollgeschwindigkeit zu vergleichen,
– die Sollgeschwindigkeit von einer Startposition zu einer Zielposition durch eine Sollfunktion mit einer Anzahl von Verstellphasen mit unterschiedlicher Sollgeschwindigkeit oder mit unterschiedlichem Verlauf der Sollgeschwindigkeit zu bestimmen, und
– die Sollgeschwindigkeit oder den Verlauf der Sollgeschwindigkeit innerhalb mindestens einer Verstellphase in Abhängigkeit von der Startposition und/oder der Zielposition zu bestimmen.

Für die Funktionen kann beispielsweise ein Verfahren zum Betrieb eines Verstellsystems genutzt werden, dass durch Schaltvorgänge einer Hardware (ROM, FPGA) oder durch eine Software in der Recheneinheit implementiert ist.
Das Verstellteil ist beispielsweise eine Heckklappe, die durch den Antrieb motorisch verstellbar ist. Zur Regelung der Verstellbewegung des Verstellteils ist vorzugsweise ein Regler mit integralem Verhalten (PI-Regler, PID-Regler) implementiert. Der Regler weist dabei zumindest eine Regelschleife auf, innerhalb derer die Istgeschwindigkeit gemessen und eine Sollgeschwindigkeit vorgebbar ist. Die Sollgeschwindigkeit ist dabei eine Funktion, die von der Startposition und der Zielposition einer jeden Verstellbewegung abhängig ist. Beginnt die Verstellposition beispielsweise in der Mitte des Verstellweges ist die Funktion der Sollgeschwindigkeit von dieser Startposition in der Mitte und von der voraussichtlichen Zielposition – beispielsweise eine geschlossene Position oder eine vollständig geöffnete Position – entsprechend der angewählten Verstellrichtung abhängig. Für kurze mögliche Verstellwege ist beispielsweise eine Sollfunktion mit geringer Sollgeschwindigkeit vorgesehen. Ebenfalls ist es möglich zusätzlich eine Beschleunigung und/oder eine Abbremsung als Verlauf der Sollgeschwindigkeit in der Sollfunktion in Abhängigkeit von der Startposition und/oder der Zielposition zu verändern. Verschiedene Verstellphasen der Sollfunktion weisen dabei unterschiedliche Verläufe auf, wobei beispielsweise zumindest eine Verstellphase zur Beschleunigung und zumindest eine Verstellphase zur Abbremsung vorsehen ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verlauf der Sollgeschwindigkeit verstellpositionsabhängig und/oder verstellzeitabhängig ist. Beispielsweise kann eine Beschleunigungsphase auf eine halbe Sekunde und eine Abbremsphase auf 10cm Verstellweg des Verstellteils eingestellt sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sollfunktion in Folge eine Beschleunigungsphase, eine an die Beschleunigungsphase anschließenden Gleichlauf phase, eine an die Gleichlaufphase anschließenden Abbremsphase und eine an die Abbremsphase anschließenden Langsamlaufphase aufweist. Diese Phasen können dabei noch weiter unterteilt werden, indem beispielsweise die Gleichlaufphase in unterschiedliche Teile mit unterschiedlichen auf das Verstellsystem wirkenden physikalischen Einflüssen unterteilt wird. Vorzugsweise schließen die Phasen einander unmittelbar an. In einer alternativen Ausgestaltung sind weitere Zwischenphasen vorgesehen, so dass sich die Beschleunigungsphase, die Gleichlaufphase, die Abbremsphase und die Langsamlaufphase nicht unmittelbar einander anschließen.
In eine vorteilhaften Ausgestaltung wird die Sollfunktion mit einer Ausgleichsphase bestimmt, wobei in der Ausgleichsphase eine Änderung einer durch zumindest einen mechanischen Energiespeicher dem Verstellsystem zugeführte oder entzogene Energie im Verlauf der Sollgeschwindigkeit, insbesondere für eine gleichmäßige Istgeschwindigkeit ausgleichend, berücksichtigt wird. Ein derartiger Energiespeicher ist beispielsweise ein Federsystem aus einer oder mehrerer Federn, wie Spiralfeder, Blattfedern oder Druckluftfedern. Ein weitere mögliche Energie kann als potentielle Energie durch die Erdanziehungskraft gespeichert sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sollgeschwindigkeit zumindest einer Verstellphase und/oder der Verlauf der Sollgeschwindigkeit zumindest einer Verstellphase und/oder die Sollfunktion in Abhängigkeit von einer zum Zustand des Verstellsystems korrelierenden Größe, insbesondere einer aktuellen Temperatur des Verstellsystems, einer Versorgungsspannung, einer Verstelldauer oder einer Sensierung einer Hanglage des Kraftfahrzeugs, bestimmt wird. Die Sollfunktion wird beispielsweise derart angepasst, dass eine Regelreserve erhalten bleibt. Beispielsweise führt eine Hanglage eines Kraftfahrzeugs zu einer signifikanten Gewichtskraft einer Schiebetür, die entgegen der Schwerkraft geschlossen wird. In diesem Fall wird die Sollgeschwindigkeit und damit natürlich auch die Verstellgeschwindigkeit reduziert um eine Regelreserve von beispielsweise 5 % zu behalten, die zur Ausregelung von lokalen Schwergängigkeit genutzt werden.
Eine zweite, auch kombinierbare Erfindungsvariante sieht ebenfalls vor, dass eine Verstellbewegung eines Verstellteils geregelt wird, zur Regelung eine Istgeschwindigkeit gemessen und mit einer Sollgeschwindigkeit verglichen wird und die Sollgeschwindigkeit von einer Startposition zu einer Zielposition durch eine Sollfunktion mit einer Anzahl von Verstellphasen bestimmt wird.
Gemäß dieser zweiten Erfindungsvariante ist als Verstellphase eine Abbremsphase vorgesehen, innerhalb derer die Sollfunktion als fallende Funktion hin zu einer Minimalsollgeschwindigkeit bestimmt wird. Die Minimalsollgeschwindigkeit ist dabei ein Teil der Sollfunktion. Die Minimalsollgeschwindigkeit ist beispielsweise eine der Verstellphasen und kann auch als Langsamlaufphase bezeichnet werden.
Die Steuerungsvorrichtung des Verstellsystems ist dabei derart eingerichtet, dass die fallende Funktion der Abbremsphase in Abhängigkeit von einem zu mechanischen Schwingungen neigenden Feder-Masse-Systems des Verstellsystems und einer Sollgeschwindigkeit zu Beginn der Abbremsphase derart bestimmt wird, dass durch die fallende Funktion der Abbremsphase ein Überschwingen des Feder-Masse-Systems derart bedämpft wird, dass vor der Zielposition die Istgeschwindigkeit die Minimalgeschwindigkeit erreicht. Das Feder-Masse-System ist beispielsweise eine Heckklappe, die eine Elastizität als Feder und einen Aufbau aus Karosserie, Schloss, Scheibe etc. als Masse aufweist.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steilheit der Funktion der Abbremsphase in Abhängigkeit von der Sollgeschwindigkeit zu Beginn der Abbremsphase bestimmt wird, indem für eine höhere Sollgeschwindigkeit eine geringere Steilheit der Funktion und für eine geringere Sollgeschwindigkeit eine höhere Steilheit der Funktion bestimmt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest eine auf das Feder-Masse-System wirkende Kraft verstellpositionsabhängig veränderlich ist. Diese Kraft kann beispielsweise durch ein Federsystem erzeugt werden, dass zusammen mit einer Gewichtskraft einen Kipppunkt aufweist. In diesem Kipppunkt ändert sich die Richtung der wirkenden Kraft bezüglich der Verstellrichtung. Eine andere wirkende Kraft ist beispielsweise eine Dichtkraft, die in einer Verstellposition beim Auftreffen des Verstellteils auf eine Dichtung erzeugt wird. Vorzugsweise wird die fallende Funktion in der Abbremsphase in Abhängigkeit von zumindest einer Verstellposition dieser fallenden Funktion bestimmt.
In einer dritten, auch kombinierbaren Erfindungsvariante ist ebenfalls vorgesehen, dass eine Verstellbewegung eines Verstellteils geregelt wird, zur Regelung eine Istgeschwindigkeit gemessen und mit einer Sollgeschwindigkeit verglichen wird und die Sollgeschwindigkeit von einer Startposition zu einer Zielposition durch eine Sollfunktion mit einer Anzahl von Verstellphasen bestimmt wird.
In dieser dritten Erfindungsvariante ist als Verstellphase eine Beschleunigungsphase vorgesehen, innerhalb derer die Sollfunktion als steigende Funktion hin zu einer Gleichlaufgeschwindigkeit bestimmt wird. Die steigende Funktion der Beschleunigungsphase wird in Abhängigkeit von einem zu mechanischen Schwingungen neigenden Feder-Masse-Systems des Verstellsystems und einer Sollgeschwindigkeit zu Beginn der Beschleunigungsphase derart bestimmt, dass durch die steigende Funktion der Beschleunigungsphase ein Überschwingen des Feder-Masse-Systems bedämpft wird, so dass vorzugsweise Schwingungen des Verstellteils durch das Auge nicht wahrnehmbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass während der Regelung in Abhängigkeit von der Istgeschwindigkeit ein Einklemmfall ermittelt wird. Der Einklemmfall wird dabei vorzugsweise aus einer zeitlichen oder örtlichen Änderung der Istgeschwindigkeit errechnet, die zu einer Kraftänderung am eingeklemmten Objekt korreliert.
In einer vierten, auch kombinierbaren Erfindungsvariante ist ebenfalls vorgesehen, dass eine Verstellbewegung eines Verstellteils geregelt wird, zur Regelung eine Istgeschwindigkeit gemessen und mit einer Sollgeschwindigkeit verglichen wird und die Sollgeschwindigkeit von einer Startposition zu einer Zielposition durch eine Sollfunktion mit einer Anzahl von Verstellphasen bestimmt wird.
In dieser vierten Erfindungsvariante ist vorgesehen, dass während der Regelung in Abhängigkeit von einer von der Verstellbewegung abhängigen Messgröße und/oder einer Regelgröße der Regelung ein Einklemmfall ermittelt wird. Zur Ermittelung des Einklemmfalls werden dabei zumindest zwei Algorithmen verwendet. Innerhalb zumindest einer Verstellphase wird einer der zumindest zwei Algorithmen unempfindlicher gesetzt. Um einen Algorithmus unempfindlicher zu setzen, könnte beispielsweise ein Parameter des Algorithmus verändert werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest zwei Algorithmen innerhalb zumindest einer Verstellphase eine unterschiedliche Selektivität zwischen einer Einklemmkraft und einer Störkraft aufweisen. Eine Störkraft kann beispielsweise durch eine Schwergängigkeit oder durch dynamische Kräfte des Systems verursacht werden. Das Auftreten dieser Störkraft stellt jedoch keinen Einklemmfall dar. Wird von der Recheneinheit diese Störkraft fälschlicherweise als Einklemmfall interpretiert, wird die eigentlich gewünschte Verstellbewegung angehalten oder die Verstellrichtung umgekehrt (Fehlreversieren). Wird der diesbezügliche Algorithmus unempfindlicher geschalten, wird auch die Einklemmkraft erhöht. Daher ist eine hohe Sensitivität für eine Einklemmkraft bei gleichzeitiger geringer Sensitivität für eine Störkraft gefordert. Das Verhältnis dieser Sensitivitäten kann als Selektivität bezeichnet werden. Bevorzugt wird derjenige der Algorithmen mit der kleineren Selektivität unempfindlicher im Verhältnis zu dem Algorithmus mit der größeren Selektivität gesetzt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Setzung der Unempfindlichkeit der entsprechende Algorithmus mit der kleineren Selektivität innerhalb der Verstellphase deaktiviert. Hierdurch kann Rechenleistung der Recheneinheit eingespart werden.
Zudem ist vorteilhafterweise möglich die Selektivität eines Algorithmus zu optimieren. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Selektivität einer der zwei Algorithmen innerhalb einer Verstellphase des Sollfunktion durch Einstellung einer Anzahl von Parametern maximiert wird. Hierbei wird beispielsweise eine Dynamik des Systems bei einer Beschleunigung oder Abbremsung berücksichtigt. In Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass das Unempfindlichsetzen bezüglich einer Verstellphase oder verstellpositionsabhängig erfolgt.
In einer fünften, auch kombinierbaren Erfindungsvariante ist ebenfalls vorgesehen, dass eine Verstellbewegung eines Verstellteils geregelt wird, zur Regelung eine Istgeschwindigkeit gemessen und mit einer Sollgeschwindigkeit verglichen wird. Dabei kann optional die Sollgeschwindigkeit von einer Startposition zu einer Zielposition durch eine Sollfunktion mit einer Anzahl von Verstellphasen bestimmt werden.
Gemäß dieser fünften Erfindungsvariante wird die Istgeschwindigkeit mit einer Schwellgeschwindigkeit verglichen. Wenn die Istgeschwindigkeit die Schwellgeschwindigkeit unterschreitet, wird eine Stellgröße der Regelung integriert, die zu einer zum Motor zugeführten Leistung zugeordnet ist. Wenn das Integral der Stellgröße einen Integralschwellwert überschreitet, wird der Motor gestoppt oder seine Verstellrichtung umgekehrt.
Bevorzugt erfolgt während der Integration keine Auswertung der Istgeschwindigkeit. Die Erkennung des Einklemmfalles erfolgt dabei vorteilhafterweise ausschließlich anhand der Auswertung des Integralwertes.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Schwellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von eine zum Zustand des Verstellsystems korrelierenden Größe verändert. Diese Größe ist beispielsweise eine Temperatur, eine Versorgungsspannung, eine Federsteifigkeit einer Verstellmechanik des Verstellsystems oder eine Sollgeschwindigkeit.
Sämtliche Erfindungsvarianten können weitergebildet werden, indem ein Regelparameter der Regelung in Abhängigkeit von der jeweiligen Verstellphase und/oder von der Sollgeschwindigkeit und/oder dem Verlauf der Sollgeschwindigkeit bestimmt wird. Eine andere variantenübergreifende Weiterbildung sieht eine Positionssensierung vor. Zur Positionssensierung wird beispielsweise eine Sensierung einer Rastung in einer Schlossraste zusätzlich ausgewertet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in zeichnerischen Darstellungen näher erläutert.
Dabei zeigen
1 ein schematisches Diagramm mit einer Sollfunktion mit mehreren Verstellphasen,
2a ein schematisches Diagramm einer von einem Motor bewirkten Verstellkraft für einen Schließfall, und
2b ein schematisches Diagramm einer von einem Motor bewirkten Verstellkraft für einen Einklemmfall.
Zur Steuerung von Kraftfahrzeugverstelleinrichtung wie beispielsweise Heckklappen oder Kofferraumdeckel oder Schiebetüren wird eine elektronische Steuerungsvorrichtung verwendet, die eine Recheneinheit mit weiterer Elektronik, wie beispielsweise Treiber oder Sensoren, zur Steuerung der Funktionen der Verstelleinrichtung aufweist. Die Recheneinheit ist dabei für die Funktionen beispielsweise mittels einem fest implementierten oder programmierbaren Steuerungsablauf eingerichtet. Dieser Ablauf kann beispielsweise mittels einer Software realisiert werden, die Verfahrensschritte rechentechnisch durchführt. Alternativ kann auch eine Digital- und/oder Analog recheneinheit mit einem Hardware-implementierten Ablauf vorgesehen sein. In dem Ablauf werden Eingangssignale, beispielsweise von Sensoren oder Eingabegeräten ausgewertet. Zur Auswertung werden weiterhin Parameter verwendet, die in einem Speicher applikationsspezifisch programmierbar oder aus Messwerten berechenbar sind. In Abhängigkeit von physikalischen Randbedingungen können die Parameter auch empirisch ermittelt werden.
1 zeigt ein schematisches Diagramm, anhand dessen die Funktionalität einer in der Recheneinheit implementierten Regelung näher erläutert wird. Die Regelung durch die Recheneinheit soll bewirken, dass die messbare Istgeschwindigkeit durch eine Steuerung der dem Motor zugeführten Energie einer gewünschten Sollgeschwindigkeit angenähert wird. Hierzu wird beispielsweise ein PI-Regler (Proportional-Integral-Regler) oder ein PID-Regler (Proportional-Integral-Differential-Regler) in der Recheneinheit implementiert. Die gewünschte Sollgeschwindigkeit ist dabei verstellpositionsabhängig und/oder verstellzeitabhängig und in 1 als Sollfunktion f_x(x,t) mittels einer durchgezogenen Linie dargestellt.
Verschiedene Abschnitte der Sollfunktion f_x(x,t) sind im Ausführungsbeispiel der 1 fünf Verstellphasen I, II, III, IV und V zugeordnet. Die erste Verstellphase I ist dabei eine Beschleunigungsphase die eine steigende Funktion als Sollfunktion f_x(x,t) aufweist. Die zweite Verstellphase II ist eine Gleichlaufphase, die eine konstante Sollgeschwindigkeit als Sollfunktion f_x(x,t) aufweist. Die dritte Verstellphase III ist eine Abbremsphase, die eine fallende Funktion als Sollfunktion f_x(x,t) aufweist. Die vierte Verstellphase IV ist eine Langsamlaufphase, die eine konstante Sollgeschwindigkeit als Sollfunktion f_x(x,t) aufweist, wobei die Sollgeschwindigkeit in der Langsamlaufphase IV kleiner ist als in der Gleichlaufphase II und beispielsweise nur ein Drittel beträgt. Die fünfte Phase V ist eine Stoppphase, in der ein zu verstellendes Verstellteil seine Zielposition erreicht. In dieser Stoppphase V fällt die Sollfunktion f_x(x,t) beispielsweise auf den Wert Null.
Die Sollfunktion f_x(x,t) ist dabei in jeder Verstellphase durch die Recheneinheit dynamisch veränderbar. Diese Veränderbarkeit ist in 1 durch Pfeile angedeutet. So kann in der ersten Verstellphase I die Steigung einer Rampenfunktion als Sollfunktion f_x(x,t) in der Steilheit durch die Recheneinheit verändert werden. Ebenfalls ist es möglich den Verstellweg und damit auch die Dauer der ersten Verstellphase I zu verändern. Analog kann in der dritten Verstellphase III eine negative Steigung einer Rampe als Sollfunktion f_x(x,t) und/oder ein den Beginn und das Ende der dritten Verstellphase festlegender Verstellweg durch die Recheneinheit verändert werden. In den Verstellphasen II und IV kann jeweils der Absolut- oder Relativwert der Sollgeschwindigkeit und/oder ein der jeweiligen Verstellphase II, IV zugeordneter Verstellweg durch die Recheneinheit verändert werden. Die Recheneinheit ist daher eingerichtet die Sollfunktion f_x(x,t) beliebig auszubilden.
Dabei ist die Erfindung nicht auf die in 1 dargestellte Sollfunktion f_x(x,t) begrenzt. Die Recheneinheit kann mittels der Ausbildung der Sollfunktion f_x(x,t) beliebige physikalische Einflüsse auf das Verstellsystem berücksichtigen und gegebenenfalls ausgleichen. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind die möglichen Veränderungen der Sollfunktion f_x(x,t) von einer Startposition x_s und/oder eine Zielposition x_z abhängig. Ist beispielsweise die Zielposition x_z eine Verstellposition in der eine Heckklappe geöffnet ist und die Startposition x_s eine Verstellposition in der die Heckklappe geschlossen ist, werden zur Bestimmung der Sollfunktion f_x(x,t) die beim Öffnungsvorgang wirkenden äußeren Kräfte, wie die wirkende Gewichtskraft der Heckklappe berücksichtigt. Ist hingegen die Zielposition eine Verstellposition in der die Heckklappe geschlossen ist und wird die Heckklappe aus einer mittleren Verstellposition als Startposition x_s in diese Zielposition x_z verfahren, wirken andere Kräfte oder Kraftrichtungen im Verstellsystem. Demzufolge ist die Sollfunktion f_x(x,t) dann diesen anderen Kräften oder Kraftrichtungen angepasst.
Ein Vorteil der Anpassung der Sollfunktion f_x(x,t) ist, dass mechanische Schwingungen bedämpft werden und für das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbar sind. Mechanische Schwingungen können immer dann auftreten, wenn ein Feder-Masse-System der Mechanik angeregt wird und die mechanische Dämpfung zu gering ist. Ein derartiges System neigt zu Schwingungen, die durch die Anpassung der Sollfunktion f_x(x,t) reduziert werden. Weiterhin ist alternativ oder in Kombination auch eine Veränderung der Sollfunktion f_x(x,t) in Abhängigkeit von anderen Systemgrößen möglich. Beispielsweise wird die Sollfunktion f_x(x,t) derart angepasst, dass bei einer niedrigen Versorgungsspannung die Sollgeschwindigkeit in der Gleichlaufphase II reduziert wird, um eine so genannte Regelreserve zu behalten. Entsprechend werden zumindest die Verstellphasen I und III angepasst.
In einem in 1 ebenfalls dargestellten Ausführungsbeispiel, das auch mit der Veränderung der Sollfunktion f_x(x,t) kombiniert werden kann, ist die Recheneinheit eingerichtet ein Einklemmen eines Gegenstandes oder Körperteils während eines Schließvorgangs zu detektieren. Wird beispielsweise die Heckklappe geschlossen, so ermittelt die Recheneinheit aus zumindest einer Messgröße, wie beispielsweise der Drehzahl n eines Antriebsmotors des Verstellsystems, und/oder einer Regelgröße, wie zum Beispiel das Stellsignal einer Puls-Weiten-Modulation eines Motorstroms, mittels einer Anzahl von Algorithmen, ob ein Einklemmfall vorliegt. Im Ausführungsbeispiel der 1 werden drei unterschiedliche Algorithmen verwendet. Werden mehrere Sensorsignale ausgewertet kann auch eine höhere Anzahl von Algorithmen vorteilhaft sein.
Aufgrund eines Zusammenhangs der Algorithmen mit unterschiedlichen physikalischen Effekten im Verstellsystem weisen diese Algorithmen eine unterschiedliche Empfindlichkeit auf, deren Empfindlichkeit zudem von einer Verstellsituation wie einer Beschleunigung, einer Abbremsung oder einer gleichförmigen Verstellbewegung abhängt.
Aufgrund des Zusammenhangs eines Algorithmus mit einem oder mehreren der physikalischen Effekte weist jeder Algorithmus zudem eine unterschiedliche Selektivität zwischen einer Einklemmkraft und einer Störkraft auf. Um so größer dabei die Fähigkeit eines Algorithmus ist eine Einklemmkraft von einer Störkraft im Unterschied zu einer Störkraft auszuwerten, um so größer ist seine Selektivität. Demzufolge ist das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Störsignal für eine hohe Selektivität besonders hoch. In diesem Fall der hohen Selektivität reagiert der Algorithmus sensitiv auf Einklemmereignisse, hingegen unempfindlich gegenüber Störereignissen, wie eine Schwingung des Systems oder ein Auflösungsrauschen des Sensorsignals.
Eine Selektivität SN_K der drei Algorithmen für unterschiedliche Verstellphasen I, II, III, IV oder V ist in der 1 schematisch dargestellt. Beispielsweise ist in der Beschleunigungsphase I die Selektivität SN_(MTA) eines Algorithmus der Perioden einer Motorumdrehung des Antriebsmotors auswertet höher als die Selektivität SN_(MTC) eines Algorithmus, der die zeitliche Ableitung der Perioden einer Motorumdrehung des Antriebsmotors auswertet. Anhand dieses beispielsweise empirisch ermittelten Selektivitätsunterschieds wird in der Verstellphase I der Algorithmus, der die zeitliche Ableitung der Perioden einer Motorumdrehung des Antriebsmotors auswertet, unempfindlicher gesetzt und hierzu beispielsweise einfach deaktiviert. Ein Fehlreversieren aufgrund einer fehlerhaften Detektion durch den Algorithmus, der die zeitliche Ableitung der Perioden einer Motorumdrehung des Antriebsmotors auswertet, wird hierdurch vermieden. Ähnliches gilt für die Verstellphase III, in der ebenfalls der Algorithmus der die zeitliche Ableitung der Perioden einer Motorumdrehung des Antriebsmotors auswertet, eine geringere Selektivität aufweist, so dass dieser in der Abbremsphase III ebenfalls in der Empfindlichkeit reduziert ist, indem beispielsweise Parameter des Algorithmus entsprechend gesetzt werden.
In der Gleichlaufphase II hingegen weist der Algorithmus, der die zeitliche Ableitung der Perioden einer Motorumdrehung des Antriebsmotors auswertet, eine hinreichend gute Selektivität auf. Zudem weist dieser Algorithmus eine hohe Empfindlichkeit für schnelle Kraftänderungen in einem Einklemmfall auf, so dass dieser Algorithmus nun parallel zum Algorithmus, der Perioden einer Motorumdrehung des Antriebsmotors auswertet, verwendet wird.
In der Verstellphase V kann aufgrund der teilweise sehr geringen Geschwindigkeit weder der Algorithmus, der Perioden einer Motorumdrehung des Antriebsmotors auswertet, noch der Algorithmus, der die zeitliche Ableitung der Perioden einer Motorumdrehung des Antriebsmotors auswertet, verwendet werden. Hier wird ein dritter Algorithmus verwendet, der anhand der 2a und 2b näher erläutert wird. Die die Motorumdrehung berücksichtigenden Algorithmen werden deaktiviert.
Die Erfindung ist dabei nicht auf die zuvor genannten Algorithmen oder Sensorsignale begrenzt. Beispielsweise kann eine Transformationen in den Frequenzbereich als Algorithmus verwendet werden. Weiterhin wird vorteilhafterweise als Sensorsignal ein Motorstrom, beispielsweise dessen durch mechanische Kommutierung bedingte Welligkeit, zur Detektion eines Einklemmfalles ausgewertet.
In 2a ist ein schematisches Diagramm mit einer vom Motor erzeugten Kraft F_M und einem Verstellweg x über die Verstellzeit t für ein normales Schließen einer Heckklappe gezeigt. Dabei erfolgt eine im linken Bereich des Diagramms dargestellte Verstellbewegung in der eine Verstellposition x sich der Schließposition x₀ als Zielposition nähert. Die vom Motor erzeugte Kraft F_M ist zum Verstellzeitpunkt t_d als im Wesentlichen konstant dargestellt, kann je nach Schwergängigkeit der Verstellung jedoch auch variieren.
Im Verstellzeitpunkt t_d beginnt die Heckklappe in eine an der Kraftfahrzeugkarosserie befestigten Dichtung einzulaufen. Nachfolgend steigt die Kraft F_M an, wobei der Kraftanstieg durch Elastizitäten beispielsweise der Dichtung und durch den Regler beeinflusst ist. Ein Einklemmschutzalgorithmus integriert die Fläche unter der Kraftkurve. Bevor jedoch ein Integralwert Int_a einen Integralschwellwert überschreitet, wird im Zeitpunkt t_a ein Rasten in einer Schlossraste erkannt. Ein Motorstrom wird aufgrund dieses Ereignisses R abgeschaltet und der Integralwert Int_a auf Null zurückgesetzt.
In Abweichung zu 2a ist in 2b ein schematisches Diagramm für einen Einklemmfall dargestellt. Wiederum sind der Verstellweg x und die vom Motor erzeugte Kraft F_M über der Verstellzeit t dargestellt. Zum Verstellzeitpunkt t_int unterschreitet eine Drehzahl des Motors (in 2b nicht dargestellt) eine Schwellgeschwindigkeit. Ab diesem Zeitpunkt beginnt der Einklemmschutzalgorithmus die Kraft F_M über die Verstellzeit t zu integrieren. Der Integralschwellwert Int_b wird dabei fortlaufend mit dem Integralschwellwert verglichen.
Da die Heckklappe auf dem eingeklemmten Hindernis aufliegt, kann die Heckklappe nicht in die Dichtung einlaufen. Dieser Einklemmfall führt zu einem erhöhten Kraftanstieg ab dem Verstellzeitpunkt t_EKF. Zum Verstellzeitpunkt t_b überschreitet der Integralwert Int_b den Integralschwellwert. Dieses Ereignis A bewirkt, dass der Motorstrom abgeschalten wird. Ebenfalls ist es möglich den Motor in die Gegenrichtung zu bestromen, so dass das einklemmte Objekt wieder frei gegeben wird.
Während der Einklemmschutzalgorithmus integriert, ist die Drehzahl des Motors so niedrig, dass die Drehzahl nicht zur Ermittlung der Motorkraft F_M genutzt werden kann. Im Einklemmschutzalgorithmus wird daher ein Stellsignal des Reglers integriert, wobei das Stellsignal – beispielsweise ein Puls-Weiten-Verhältnis – zu der vom Motor erzeugten Kraft F_M korreliert.

Claims

Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Heckklappe, mit einem Antrieb zur Verstellung eines Verstellteils, mit einem Treiber, der zur Bestromung des Antriebs mit dem Antrieb verbunden ist, mit einem Sensor zur Messung einer Istgeschwindigkeit des Antriebs, mit einer Recheneinheit, die mit dem Treiber und mit dem Sensor verbunden und eingerichtet ist – eine Verstellbewegung eines Verstellteils zu regeln, – zur Regelung die Istgeschwindigkeit und mit einer Sollgeschwindigkeit zu vergleichen, – die Sollgeschwindigkeit von einer Startposition zu einer Zielposition durch eine Sollfunktion mit einer Anzahl von Verstellphasen mit unterschiedlicher Sollgeschwindigkeit oder mit unterschiedlichem Verlauf der Sollgeschwindigkeit zu bestimmen, und – die Sollgeschwindigkeit oder den Verlauf der Sollgeschwindigkeit innerhalb mindestens einer Verstellphase in Abhängigkeit von der Startposition und/oder der Zielposition zu bestimmen.
Verstellsystem nach Anspruch 1, bei dem der Verlauf der Sollgeschwindigkeit verstellpositionsabhängig und/oder verstellzeitabhängig ist.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sollfunktion – eine Beschleunigungsphase, – eine an die Beschleunigungsphase anschließende Gleichlaufphase, – eine an die Gleichlaufphase anschließende Abbremsphase und – eine an die Abbremsphase anschließende Langsamlaufphase aufweist.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Recheneinheit eingerichtet ist die Sollfunktion mit einer Ausgleichsphase zu bestimmen, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist in der Ausgleichsphase eine Änderung einer durch zumindest einen mechanischen Energiespeicher dem Verstellsystem zugeführte oder entzogene Energie im Verlauf der Sollgeschwindigkeit, insbesondere für eine gleichmäßige Istgeschwindigkeit ausgleichend, zu berücksichtigen.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Recheneinheit eingerichtet ist die Sollgeschwindigkeit zumindest einer Verstellphase und/oder der Verlauf der Sollgeschwindigkeit zumindest einer Verstellphase und/oder die Sollfunktion in Abhängigkeit von einer zum Zustand des Verstellsystems korrelierenden Größe, insbesondere eine aktuelle Temperatur des Verstellsystems, eine Versorgungsspannung, eine Verstelldauer oder eine Sensierung einer Hanglage des Kraftfahrzeugs, zu bestimmen.
Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Heckklappe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, mit einer Mechanik mit einem Feder-Masse-System, das zu Schwingen neigt, mit einem Antrieb zur Verstellung eines Verstellteils, mit einem Treiber, der zur Bestromung des Antriebs mit dem Antrieb verbunden ist, mit einem Sensor zur Messung einer Istgeschwindigkeit des Antriebs, mit einer Recheneinheit, die mit dem Treiber und mit dem Sensor verbunden und eingerichtet ist – eine Verstellbewegung eines Verstellteils zu regeln, – zur Regelung eine Istgeschwindigkeit mit einer Sollgeschwindigkeit zu vergleichen, – die Sollgeschwindigkeit von einer Startposition zu einer Zielposition durch eine Sollfunktion mit einer Anzahl von Verstellphasen zu bestimmen, – innerhalb einer Abbremsphase als Verstellphase die Sollfunktion als fallende Funktion hin zu einer Minimalsollgeschwindigkeit (als Teil der Sollfunktion) zu bestimmen, und – die fallende Funktion der Abbremsphase in Abhängigkeit von dem Feder-Masse-Systems und einer Sollgeschwindigkeit zu Beginn der Abbremsphase derart zu bestimmen, dass durch die fallende Funktion der Abbremsphase ein Überschwingen des Feder-Masse-Systems derart bedämpft ist, dass vor der Zielposition die Istgeschwindigkeit die Minimalgeschwindigkeit erreicht.
Verstellsystem nach Anspruch 6, bei dem die Recheneinheit eingerichtet ist die Steilheit der Funktion der Abbremsphase in Abhängigkeit von der Sollgeschwindigkeit zu Beginn der Abbremsphase zu bestimmen, so dass für eine höhere Sollgeschwindigkeit eine Steilheit der Funktion geringer ist und für eine geringere Sollgeschwindigkeit eine Steilheit der Funktion höher ist.
Verstellsystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem zumindest eine auf das Feder-Masse-System wirkende Kraft verstellpositionsabhängig veränderlich ist, wobei die Recheinheit eingerichtet ist die fallende Funktion in der Abbremsphase in Abhängigkeit von zumindest einer Verstellposition dieser fallenden Funktion zu bestimmen.
Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Heckklappe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, mit einer Mechanik mit einem Feder-Masse-System, das zu Schwingen neigt, mit einem Antrieb zur Verstellung eines Verstellteils, mit einem Treiber, der zur Bestromung des Antriebs mit dem Antrieb verbunden ist, mit einem Sensor zur Messung einer Istgeschwindigkeit des Antriebs, mit einer Recheneinheit, die mit dem Treiber und mit dem Sensor verbunden und eingerichtet ist – eine Verstellbewegung eines Verstellteils zu regeln, – zur Regelung eine Istgeschwindigkeit mit einer Sollgeschwindigkeit zu vergleichen, – die Sollgeschwindigkeit von einer Startposition zu einer Zielposition durch eine Sollfunktion mit einer Anzahl von Verstellphasen zu bestimmen, – innerhalb einer Beschleunigungsphase als Verstellphase die Sollfunktion als steigende Funktion hin zu einer Gleichlaufgeschwindigkeit zu bestimmen, – die steigende Funktion der Beschleunigungsphase in Abhängigkeit von dem Feder-Masse-Systems und einer Sollgeschwindigkeit zu Beginn der Beschleunigungsphase derart zu bestimmen, dass durch die steigende Funktion der Beschleunigungsphase ein Überschwingen des Feder-Masse-Systems bedämpft ist, so dass vorzugsweise Schwingungen des Verstellteils durch das Auge nicht wahrnehmbar sind.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Recheneinheit eingerichtet ist während der Regelung in Abhängigkeit von der Istgeschwindigkeit einen Einklemmfall zu ermitteln.
Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Heckklappe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, mit einem Antrieb zur Verstellung eines Verstellteils, mit einem Treiber, der zur Bestromung des Antriebs mit dem Antrieb verbunden ist, mit einem Sensor zur Messung einer Istgeschwindigkeit des Antriebs, mit einer Recheneinheit, die mit dem Treiber und mit dem Sensor verbunden und eingerichtet ist – eine Verstellbewegung eines Verstellteils zu regeln, – zur Regelung eine Istgeschwindigkeit mit einer Sollgeschwindigkeit zu vergleichen, – die Sollgeschwindigkeit von einer Startposition zu einer Zielposition durch eine Sollfunktion mit einer Anzahl von Verstellphasen zu bestimmen, – während der Regelung in Abhängigkeit von einer von der Verstellbewegung abhängigen Messgröße und/oder einer Regelgröße der Regelung ein Einklemmfall zu ermitteln, wobei – die Recheneinheit zur Ermittlung des Einklemmfalls zumindest zwei Algorithmen aufweist, – die Recheneinheit eingerichtet ist innerhalb zumindest einer Verstellphase einen der zumindest zwei Algorithmen unempfindlicher zu setzen.
Verstellsystem nach Anspruch 11, bei dem – die zumindest zwei Algorithmen innerhalb zumindest einer Verstellphase eine unterschiedliche Selektivität zwischen einer Einklemmkraft und einer Störkraft aufweisen, – die Recheneinheit eingerichtet ist denjenigen der Algorithmen mit der kleineren Selektivität unempfindlicher im Verhältnis zu dem Algorithmus mit der größeren Selektivität zu setzen.
Verstellsystem nach Anspruch 11, bei dem zur Setzung der Unempfindlichkeit die Recheneinheit eingerichtet ist denjenigen Algorithmus mit der kleineren Selektivität innerhalb derjenigen Verstellphase zu deaktivieren.
Verstellsystem nach einem der Ansprüche 11 oder 13, bei dem die Recheneinheit eingerichtet ist die Selektivität einer der zwei Algorithmen innerhalb einer Verstellphase durch Einstellung einer Anzahl von Parametern zu maximieren.
Verstellsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Recheneinheit eingerichtet ist den Algorithmus bezüglich einer Verstellphase unempfindlicher zu setzen.
Verstellsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Recheneinheit eingerichtet ist den Algorithmus in Abhängigkeit von zumindest einer Verstellposition unempfindlicher zu setzen.
Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Heckklappe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, mit einem Antrieb zur Verstellung eines Verstellteils, mit einem Treiber, der zur Bestromung des Antriebs mit dem Antrieb verbunden ist, mit einem Sensor zur Messung einer Istgeschwindigkeit des Antriebs, mit einer Recheneinheit, die mit dem Treiber und mit dem Sensor verbunden und eingerichtet ist – eine Verstellbewegung eines Verstellteils zu regeln, – zur Regelung eine Istgeschwindigkeit mit einer Sollgeschwindigkeit zu vergleichen, – die Istgeschwindigkeit wird mit einer Schwellgeschwindigkeit zu vergleichen, – eine Stellgröße der Regelung zu integrieren, wenn die Istgeschwindigkeit die Schwellgeschwindigkeit unterschreitet, wobei die Stellgröße zu einer zum Motor zugeführten Leistung zugeordnet ist, – den Motor zu stoppen oder eine Verstellrichtung umzukehren, wenn das Integral der Stellgröße einen Integralschwellwert überschreitet.
Verstellsystem nach Anspruch 17, bei dem die Recheneinheit eingerichtet ist die Schwellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von eine zum Zustand des Verstellsystems korrelierenden Größe, insbesondere einer Temperatur, einer Versorgungsspannung, einer Federsteifigkeit einer Verstellmechanik des Verstellsystems oder einer Sollgeschwindigkeit, zu verändern.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Recheneinheit zur Bestimmung eines Regelparameters der Regelung in Abhängigkeit von der jeweiligen Verstellphase und/oder von der Sollgeschwindigkeit und/oder dem Verlauf der Sollgeschwindigkeit eingerichtet ist.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Positionssensor, der eine Rastung in einer Schlossraste sensiert.
Steuerungsvorrichtung zum Betrieb eines Verstellsystems, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.