DE60122060T2

DE60122060T2 - Verfahren und Anordnung zur Detektion des Widerstands eines elektrischen Fahrzeugfensterhebers

Info

Publication number: DE60122060T2
Application number: DE60122060T
Authority: DE
Inventors: Timothy Hermitage Davies; Pascal Bonduel; Francois Breynaert; Charles Lebanon Hopson; Christos Southfield Kyrtsos; Joseph Clawson Tyckowski
Original assignee: Meritor Light Vehicle Systems Inc
Current assignee: ArvinMeritor OE LLC
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: BR0103369A; DE60122060D1; EP1168582A1; EP1168582B1; JP2002038818A; US6448729B1; ES2270927T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Erfassung einer Widerstandskraft, die aufgrund eines im Weg des Kraftfahrzeugfensters eingeklemmten Gegenstands gegen einen Kraftfahrzeugfensterheber aufgebracht wird.
Viele der Kraftfahrzeuge haben heute elektronisch gesteuerte Verschlüsse wie etwa Fenster und möglicherweise Sonnen-/Monddächer. Für die Zwecke dieser Anmeldung werden all diese Schließvorrichtungen als Fenster bezeichnet. Diese Systeme ermöglichen es der Bedienperson, die Fenster auf einfache Weise zu öffnen und zu schließen. Wenn jedoch die Bedienperson beim Schließen des Fensters abgelenkt ist, kann ein Objekt wie etwa ein Arm, eine Hand oder ein Finger zwischen dem Fenster und dem Fensterrahmen des Kraftfahrzeugfensters eingeklemmt werden.
Ein Fensterhebersystem besteht aus einer Stellvorrichtung, die an das Fenster gekoppelt ist und von einem Motor mit Elektroantrieb angetrieben wird. Ein Standardmotor weist eine Abtriebswelle auf, die mit einer einem Zahnrad zugeordneten Schnecke verbunden ist. Das Zahnrad ist mit einem an die Stellvorrichtung gekoppelten Abtriebselement verbunden. Wenn sich der Motor dreht, dreht sich die Schnecke und bewirkt, dass sich auch das Zahnrad dreht. Die Drehung des Zahnrads führt dazu, dass die Stellvorrichtung nach oben und nach unten angetrieben wird.
Ein derartiges System ist in der US-Parallelanmeldung mit dem Titel "Method And System For Detecting An Object Caught In The Path Of An Automotive Window Using A Piezoelectric Torque Sensing Device" mit der Anmeldenummer 09/391,298 offenbart, welche am 9. September 1999 eingereicht und anschließend als US 6,452,351 erteilt wurde.
Eine Methode zur Messung/Erfassung der Anwesenheit eines zwischen einem Fenster und seinem Rahmen eingeklemmten Gegenstands beim Schließen des Fensters verwendet einen elastisch verformbaren Dämpfer, der zwischen dem Zahnrad und dem Abtriebselement zwischengeschaltet ist. Das elastisch verformbare Element ermöglicht eine Winkelverlagerung zwischen dem Rad und dem Abtriebselement, wenn ein Widerstandsdrehmoment auf das Abtriebselement aufgebracht wird. Die Winkelverlagerung wird dann unter Verwendung von zwei Winkelstellungsgebern erfasst, wobei ein Geber dem Zahnrad zugeordnet ist und der andere Geber dem Abtriebselement zugeordnet ist. Wenn ein Gegenstand vorhanden ist, wird ein Widerstandsdrehmoment auf das Abtriebselement aufgebracht, was die Verformung des Dämpfers bewirkt und eine Winkelverlagerung zwischen dem Abtriebselement und dem Zahnrad verursacht. Diese Methode besitzt jedoch hinsichtlich der Dämpfer zahlreiche schwierige technische Probleme. Damit das System eine zuverlässige Rückmeldung liefert, muss beispielsweise die elastische Nachgiebigkeit über den gesamten Drehmomentsbereich linear sein, und die elastische Nachgiebigkeit muss Winkelverlagerungen gestatten, die groß genug sind, um von den Gebern erfasst zu werden. Das System ist auch kompliziert, da sich die elastische Steifheit mit dem Altern des Dämpfers verändert.
Es werden somit ein Verfahren und ein System benötigt, die ein Drehmoment, das einer auf einen Fensterheber aufgebrachten Widerstandskraft zugeordnet ist, erfassen und die obigen Probleme beseitigen.
Es wird eingeräumt, dass die FR 2 623 587 einen Motor mit Elektroantrieb für einen Kraftfahrzeugfensterheber beschreibt, wobei der Fensterheber ein Verfahren zur Erfassung der Anwesenheit eines zwischen dem Fenster und einem entsprechenden Rahmen eingeklemmten Gegenstands nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein System zur Erfassung einer Widerstandskraft bereitzustellen, welche aufgrund eines im Weg des Fensterhebers eingeklemmten Gegenstands auf eine Motorwelle einer Fensterheberstellvorrichtung aufgebracht wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erfassung der auf die Motorwelle aufgebrachten Widerstandskraft unter Verwendung eines piezoelektrischen Sensors.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, die Erfassung der Widerstandskraft, wie sie von dem piezoelektrischen Sensor erfasst wurde, unter Verwendung einer sekundären, mit dem Fensterhebermotor verbundene Bürste zu übertragen.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erfassung der Widerstandskraft, wie sie von dem piezoelektrischen Sensor gemessen wurde, unter Verwendung der Power Line Carrier-Technolodgie zu übertragen.
Bei der Erfüllung der obigen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung der Anwesenheit eines Gegenstands bereitgestellt, welcher zwischen einem Kraftfahrzeugfenster und einem entsprechenden Rahmen eingeklemmt ist, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

(i) Vorsehen eines Fensters, das sich über eine Stellvorrichtung öffnet und schließt, welche von einem Kommutatormotor mit Elektroantrieb angetrieben wird, der von einem Steuerschaltkreis gesteuert und über eine Stromleitung mit Strom versorgt wird, wobei der Kommutatormotor eine Welle und ein dieser Welle zugeordnetes Zahnrad zum Zusammenwirken mit einem zweiten Zahnrad eines mit der Stellvorrichtung verbundenen Ausgangelements aufweist;
(ii) Erfassen eines auf die Stellvorrichtung aufgebrachten Widerstandsdrehmoments und Erzeugen eines Signals mit einem Wert, der zum Widerstandsdrehmoment proportional ist;
(iii) Übertragen des Signals zum Steuerschaltkreis über die Stromleitung; und
(iv) Verarbeiten des Signals um zu bestimmen, ob ein Gegenstand zwischen dem Fenster und einem entsprechenden Rahmen eingeklemmt ist;

Weiterhin wird bei der Erfüllung der obigen Aufgaben und anderer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ein System bereitgestellt, mit einem Kraftfahrzeugfenster, das sich über eine Stellvorrichtung öffnet und schließt, welche von einem Kommutatormotor mit Elektroantrieb angetrieben wird, wobei der Kommutatormotor über eine mit einer Stromleitung verbundene primäre Bürstenanordnung von einem Stromnetz mit Strom versorgt wird, mit einem piezoelektrischen Schichtsensor, der am Antriebsmotor angebracht ist, um ein auf die Stellvorrichtung aufgebrachtes Widerstandsdrehmoment zu erfassen und ein Signal mit einem Wert, der das Widerstandsdrehmoment angibt, zu erzeugen, mit einer Verbindung zur Übertragung des Signals von dem Sensor über die Stromleitung und mit einem Steuerschaltkreis, der mit der Verbindung und dem Antriebsmotor verbunden ist, um das Signal zu empfangen und auf Grundlage des Signals zu bestimmen, ob ein Gegenstand zwischen dem Fenster und einem Rahmen eingeklemmt ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal unter Verwendung der Power Line Carrier-Technologie (PLC-Technologie) über die Motorbürste-Kommutatoranker-Verbindung übertragen wird.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den nachfolgenden Zeichnungen klar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Blockdarstellung eines Fensterhebersystems, das die das Drehmoment erfassende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung aufweist; und
2 ist eine perspektivische Teilansicht in zerlegter Anordnung der das Drehmoment erfassenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 3-3 aus 2.
4 ist eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt ein Fensterhebersystem 10, das die das Drehmoment erfassende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung aufweist. Ein Kraftfahrzeug hat eine Tür 12 und einen Fensterrahmen 14, der eine Fensteröffnung 16 begrenzt. Es ist zwar ein Seitenfenster gezeigt, doch der Begriff "Fenster", wie er in dieser Anmeldung und insbesondere in den Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich auch auf Heckfenster, Monddächer, Sonnendächer und weitere Fahrzeugschließbauteile.
Die Tür 12 ist mit einer Fensterscheibe 18 ausgestattet, die hinsichtlich der Höhe in der Fensteröffnung 16 bewegt werden kann, und mit einem Antriebsmotor 20, der zum Antreiben der Fensterscheibe 18 nach oben und nach unten mit einer Stellvorrichtung 22 verbunden ist. Ein Mikroprozessor oder ein Steuerschaltkreis 24 steuert den Antriebsmotor 20 über den Motorantriebsschaltkreis 26 in Reaktion auf Signale, die von dem Schalter 28 ausgegeben werden, der die Bewegung der Fensterscheibe 18 nach oben/unten steuert.
Mit Bezug nun auf 2 ist eine perspektivische Teilansicht der das Drehmoment erfassenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung ist im Antriebsmotor integriert, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist. Der Antriebsmotor 20 weist einen Motorabschnitt 30, eine Abtriebsrotorwelle 32 und eine zylindrische Schneckenhülse 34 auf, die verschiebbar an der Welle 32 angebracht ist. Die Schneckenhülse 34 dreht sich somit, wenn sich die Rotorwelle 32 dreht, was dazu führt, dass sich auch das Zahnrad 36 dreht. Wenn sich das Zahnrad 36 dreht, dreht sich auch ein Ausgangselement 38. Das Ausgangselement 38 ist an die Stellvorrichtung 22 gekoppelt, so dass sich die Stellvorrichtung 22 dementsprechend nach oben und nach unten bewegt, wenn sich das Ausgangselement 38 dreht. Der Aufbau des Zahnrads 36 und des Ausgangselements 38 ist etwas schematisch gezeigt.
Wie in 3 gezeigt, ist zwischen den Bauteilen 34 und 32 an einer Schnittstellenfläche 37 eine piezoelektrische Schicht 5 angeordnet. Somit wird eine Kraft F auf diese piezoelektrische Schicht 5 aufgebracht, wobei sich die Kraft mit zunehmendem Drehmoment zwischen den Teilen 32 und 34 erhöht. Dieses Drehmoment würde eine Rückmeldung zur Steuerung 24 liefern und einen Hinweis darauf geben, dass ein zu großes Drehmoment aufgebracht wird. Dies kann dann von der Steuerung 24 als Hinweis darauf verstanden werden, dass ein Hindernis zwischen der Scheibe 18 und dem Rahmen 14 eingeklemmt ist.
Eine weitere Ausführungsform ist in 4 gezeigt, wobei der Motorabschnitt 30 aus einem Motorgehäuse 40 zur Unterbringung des Rotors 42 besteht, der über eine Koppelwelle 46 an einen Koppler 44 gekoppelt ist, aus Primärbürsten 45 und Primärkontakten 47. Die Bürsten 45 sind an ein Stromnetz 49 wie etwa eine Fahrzeugbatterie gekoppelt und werden über einen Steuerschaltkreis 24 so gesteuert, dass die Drehung des Rotors 42 bewirkt wird. Der Koppler 44 weist einen oberen Abschnitt 48 und einen unteren Abschnitt 50 auf, wobei eine piezoelektrische Sensorschicht 52 zwischen diesen angeordnet ist. Wenn sich ein Hindernis zwischen dem Fenster 18 und dem Rahmen 14 befindet, wird somit eine Widerstandkraft gegen die Stellvorrichtung 22 aufgebracht und zum Koppler 44 übertragen. Diese Kraft wird von der piezoelektrischen Schicht 52 erfasst, die dann ein Signal wie etwa ein Spannungssignal mit einem Wert erzeugt, welcher zum Betrag der gegen den Koppler 44 aufgebrachten Kraft proportional ist. Das heißt, wenn sich die Widerstandskraft verstärkt, wird das von der piezoelektrischen Schicht 52 erzeugte Signal dementsprechend verstärkt.
Das von der piezoelektrischen Schicht 5 erzeugte Signal wird dann zum Steuerschaltkreis 24 übertragen. Im Betrieb dreht sich der Antriebsmotor entsprechend den von dem Steuerschaltkreis 24 in Reaktion auf den Schalter 28 erzeugten Steuersignalen. Wenn keine Widerstandkraft über die Stellvorrichtung 22 auf das Ausgangselement 38 aufgebracht wird, wird die Schneckenhülse 34 nicht gegen die piezoelektrische Schicht 52 gedrückt. Wenn andererseits eine Widerstandskraft auf das Ausgangselement 38 aufgebracht wird, wird die Schneckenhülse 34 gegen die piezoelektrische Schicht 52 gedrückt. Die piezoelektrische Schicht 52 erzeugt ein Signal, das zu dieser Kraft proportional ist und von dem Steuerschaltkreis 24 empfangen wird. Dieses Signal wird mit einem Referenzsignal verglichen. Ein spezifischer Signalpegel ist mit einem Hinweis darauf verknüpft, dass sich im Weg des Fensters ein Hindernis befindet. Wenn der Steuerschaltkreis 24 eine Überschreitung dieses Pegels erfasst, gibt der Steuerschaltkreis 24 dem Motorabschnitt 30 den Befehl, entweder anzuhalten oder seine Richtung umzukehren.
Die Übertragung des von der piezoelektrischen Schicht 52 erzeugten Signals zum Steuerschaltkreis 24 kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Zunächst kann das Signal über mindestens eine mit dem Steuerschaltkreis 24 verbundene Sekundärbürste 54 und einen entsprechenden im Motorabschnitt 30 angeordneten Sekundärkontakt 56 übertragen werden. Hier ist die piezoelektrische Schicht 52 über ein Drahtverbindung, die durch die Koppelwelle 46 hindurch verläuft, mit dem Sekundärkontakt 56 verbunden. Da der Sekundärkontakt 56 sich mit der Sekundärbürste 54 in Drehkontakt befindet, wird das Signal über die Sekundärbürste 54 zum Steuerschaltkreis 24 übertragen. Ein Antriebs-/Pufferschaltkreis 58 kann zur Signalverstärkung zwischen der piezoelektrischen Schicht 52 und dem Sekundärkontakt 56 zwischengeschaltet sein, um die Geräusche zu minimieren und weitere Schaltkreise antreiben zu können.
Als weiteren Vorteil kann der Antriebs-/Pufferschaltkreis 58 an einen Spannungs-Frequenz-Wandler 60 gekoppelt werden, bevor er mit dem Sekundärkontakt 56 verbunden wird, um das von der piezoelektrischen Schicht 52 erzeugte Spannungssignal in ein Frequenzsignal umzuwandeln. Somit werden die Geräusche noch weiter minimiert, da ein Frequenzsignal im Allgemeinen nicht so stark verzerrt wird wie ein einfaches Spannungssignal.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird das von der piezoelektrischen Schicht 52 ausgegebene Signal vielmehr über die Power Line Carrier-Technologie als über eine sich drehende elektrische Kopplung zum Steuerschaltkreis 24 übertragen. Bei dieser Ausführungsform wird das Spannungssignal mittels der Primärkontakte 47 und der Primärbürsten 45 durch eine PLC-Vorrichtung 62 mit einer hohen Frequenz über die Stromleitung moduliert. Das Signal wird vorzugsweise unter Verwendung der Spread-Spectrum-Technik gesendet, so dass die Bandbreite groß genug ist, um die Signalverschlechterung zu minimieren. Ein PLC-Dekodierer 64 ist im Steuerschaltkreis 24 erforderlich, um die von der Stromleitung 65 ausgegebene Information umzuwandeln.
Hier kann wiederum die Ausgabe aus dem Puffer-/Antriebsschaltkreis 58 durch den Spannungs-Frequenz-Wandler 60 hindurch geleitet werden, bevor sie von der PLC-Vorrichtung 62 moduliert wird. Das von der piezoelektrischen Schicht 52 ausgegebene Signal wird dann verstärkt und in ein robusteres Frequenzsignal umgewandelt, bevor es an der Stromleitung 65 moduliert wird.
Dementsprechend wird jegliche gegen die Stellvorrichtung 22 aufgebrachte Widerstandskraft direkt über die piezoelektrische Schicht 52 erfasst, die wiederum ein Signal erzeugt, dessen Wert zum Betrag der an der Stellvorrichtung 22 aufgebrachten Kraft proportional ist. Dieses Signal wird dann für einen Vergleich mit einem Referenzsignal entweder mittels einer sich drehenden elektrischen Kopplung oder mittels Stromleitungen zum Motor 30 zum Steuerschaltkreis 24 übertragen, um zu bestimmen, ob die Kraft ausreichend ist, um darauf hinzuweisen, dass sich im Weg des Fensterhebers ein Hindernis befindet.
Es wurden bevorzugte Ausführungsform offenbart. Ein Arbeiter auf diesem Gebiet würde jedoch erkennen, dass Änderungen im Umfang dieser Erfindung liegen. Aus diesem Grund sollten die nachfolgenden Ansprüche genau gelesen werden, um den Umfang und den Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.
Es ist anzumerken, dass der in der gesamten Beschreibung verwendete Begriff "Stellvorrichtung" sich auf einen Fensterstellmechanismus als herkömmlichen Fensterhalter und herkömmliche Fensterkurbel beziehen soll, mit denen die Drehung des Antriebsmotors in eine vertikale Fensterbewegung umgesetzt wird.

Claims

Verfahren zur Erfassung der Anwesenheit eines Gegenstands, das zwischen einem Kraftfahrzeugfenster (18) und einem entsprechenden Rahmen (14) eingeklemmt ist, wobei das Verfahren folgendes umfasst: (i) Vorsehen eines Fensters (18), das sich über eine Stellvorrichtung (22) öffnet und schließt, welche von einem Kommutatormotor mit Elektroantrieb (20) angetrieben wird, der von einem Steuerschaltkreis (24) gesteuert und über eine Stromleitung (65) mit Strom versorgt wird, wobei der Kommutatormotor eine Welle (32) und ein dieser Welle zugeordnetes Zahnrad (34) zum Zusammenwirken mit einem zweiten Zahnrad (36) eines mit der Stellvorrichtung verbundenen Ausgangelements (38) aufweist; (ii) Erfassen eines auf die Stellvorrichtung aufgebrachten Widerstandsdrehmoments und Erzeugen eines Signals mit einem Wert, der zum Widerstandsdrehmoment proportional ist; (iii) Übertragen des Signals zum Steuerschaltkreis über die Stromleitung; und (iv) Verarbeiten des Signals um zu bestimmen, ob ein Gegenstand zwischen dem Fenster und einem entsprechenden Rahmen eingeklemmt ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Signal unter Verwendung der Power Line Carrier-Technologie (PLC-Technologie) über die Motorbürste-Kommutatoranker-Verbindung übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Erzeugen des Signals ferner die Verstärkung des Signals umfasst, bevor das Signal übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Erzeugen des Signals ferner das Umwandeln des Signals in ein Frequenzsignal umfasst, bevor das Signal übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verarbeiten des Signals folgendes umfasst: Vergleichen des Signals mit einem vorbestimmten Wert; und Erfassen des Gegenstands, wenn sich das Signal um einem vorbestimmten Betrag von dem vorbestimmten Wert unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner die Steuerung des Antriebsmotors in Reaktion auf die Erfassung des Gegenstands umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Steuern des Antriebsmotors das Anhalten des Antriebsmotors umfasst, um das Fenster daran zu hindern, sich zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem das Steuern des Antriebsmotors das Umsteuern des Antriebsmotors umfasst, um das Fenster zu öffnen.
Fenstersystem mit einem Kraftfahrzeugfenster (18), das sich über eine Stellvorrichtung (22) öffnet und schließt, welche von einem Kommutatormotor (20) mit Elektroantrieb angetrieben wird, wobei der Kommutatormotor über eine mit einer Stromleitung (65) verbundene primäre Bürstenanordnung von einem Stromnetz (49) mit Strom versorgt wird, mit einem piezoelektrischen Schichtsensor (5; 52), der am Antriebsmotor angebracht ist, um ein auf die Stellvorrichtung aufgebrachtes Widerstandsdrehmoment zu erfassen und ein Signal mit einem Wert, der das Widerstandsdrehmoment angibt, zu erzeugen, mit einer Verbindung zur Übertragung des Signals von dem Sensor über die Stromleitung und mit einem Steuerschaltkreis (24), der mit der Verbindung und dem Antriebsmotor verbunden ist, um das Signal zu empfangen und auf Grundlage des Signals zu bestimmen, ob ein Gegenstand zwischen dem Fenster und einem Rahmen (14) eingeklemmt ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal unter Verwendung der Power Line Carrier-Technologie (PLC-Technologie) über die Motorbürste-Kommutatoranker-Verbindung übertragen wird.
System nach Anspruch 8, bei dem der Steuerschaltkreis ferner zur Steuerung des Antriebsmotors in Reaktion auf die Bestimmung, ob ein Gegenstand vorhanden ist, betrieben wird.
System nach Anspruch 9, bei dem der Steuerschaltkreis über die Steuerung des Antriebsmotors ferner zum Anhalten des Antriebsmotors betrieben wird.
System nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei dem der Steuerschaltkreis über die Steuerung des Antriebsmotors ferner zur Umsteuerung des Antriebsmotors betrieben wird, um das Fenster zu öffnen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem der Steuerschaltkreis über die Bestimmung, ob ein Gegenstand eingeklemmt ist oder nicht, ferner zum Vergleichen eines Wertes des Signals mit einem vorbestimmten Wert betrieben wird.