CN110607969B - 调节使用者为了操作盖而必须施加的力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作力支持装置，其适于在操作盖(10)时支持使用者。本发明还涉及一种用于调节使用者为了操作盖(10)而必须施加的力(FH)的方法。此外，本发明涉及一种适于输出在根据本发明的方法中使用的放大系数和/或电枢电压的计算机模块。

Description

调节使用者为了操作盖而必须施加的力的方法
技术领域
本发明涉及一种操作力支持装置，其适于在操作盖时支持使用者。本发明还涉及一种用于调节使用者为了操作盖而必须施加的力的方法。此外，本发明涉及一种计算机模块，其适于输出在根据本发明的方法中使用的放大系数和/或电枢电压。
背景技术
一种必须由使用者操作盖的情况是例如为了访问或关闭车辆的行李舱的车辆的行李舱盖。由于该示例对于本发明的申请人特别重要，所以以下参照铰接在车辆(例如小汽车)的车体上的行李舱盖来说明本发明。另外，仅一个或多个致动器可以联接到盖。在下文中，仅针对一个致动器说明本发明。应当理解的是，本发明的范围不以任何方式限于该示例。
现有技术的盖通常包括具有驱动单元的致动器，致动器适于相对于车体致动盖。通常，这些致动器适于例如在不需要使用者的手动辅助的情况下自动地致动盖。
为了将盖保持在盖的整个移动范围内的任何期望位置，这些致动器需要诸如盘簧或制动器的无源元件。为了将盖保持在期望位置所需要的力(以及因此这些无源元件的选择)可以取决于盖的重量和盖的重心。
有时，使用者需要在不启动致动器的情况下用手移动盖。基于例如无源元件的选择、盖的重量、盖的重心以及盖的铰链中的摩擦力，使用者在用手移动盖时必须施加特定量的手动力。
在现有技术的系统中，这些力在制造车辆时预设一次，并且之后可能不适于各个高度水平。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种操作力支持装置，其适于支持移动盖的使用者，并且适于允许在制造车辆之后调节操作力。
本发明通过提供如下操作力支持装置来解决该目的，该操作力支持装置包括：包括驱动单元的致动器、与所述致动器联接的盖以及与所述盖以可移动的方式连结的单元，所述致动器适于使所述盖相对于与所述盖连结的所述单元致动；检测单元，其与所述致动器连接并且适于在手动操作所述盖的情况下检测所述致动器的所述驱动单元的速度以及所述盖相对于与所述盖连结的所述单元的角度；确定单元，其与所述检测单元连接并且适于根据所述致动器的所述驱动单元的所述速度和所述盖相对于与所述盖连结的所述单元的所述角度来确定所述致动器的所述驱动单元应被致动的电枢电压，或者适于根据所述致动器的所述驱动单元的所述速度和所述盖相对于与所述盖连结的所述单元的所述角度来确定放大系数，基于所述放大系数确定所述电枢电压；以及输出单元，其与所述确定单元连接并且适于将所述电枢电压输出到所述致动器的所述驱动单元，使得所述致动器的所述驱动单元根据所述电枢电压产生支持转矩。
因此，通过无源地移动驱动单元，即通过盖的手动移动来驱动驱动单元，检测单元检测致动器的驱动单元的速度。基于检测到的驱动单元的速度和也由检测单元检测到的盖相对于车体的角度，确定单元能够基于操作支持力的预设来确定电枢电压，操作支持力支持盖的借助于使用者的移动，从而减小使用者为了移动盖而必须施加的操作力。
可以以如下方式调节装置：操作力支持装置根据盖相对于车体的角度来致动致动器，以使得使用者为了移动盖而必须施加的手动力在盖的整个移动范围内恒定，并且使得盖的移动需要使用者根据盖相对于车体的角度来施加不同的手动力来移动盖。
当操作力支持装置已经致动致动器以便支持移动盖的使用者时，基于施加到驱动单元的电枢电压以特定速度来驱动致动器的驱动单元。在进行确定支持力的进一步迭代时，必须考虑驱动单元的速度，该速度由施加到驱动单元的电枢电压引起以便支持移动盖的使用者而不是由使用者自身引起。在这种情况下，确定应施加到致动器的驱动单元的电枢电压包括：
-确定基于先前的支持作用、例如归因于所施加的电枢电压、已经由操作力支持装置驱动的驱动单元的速度，
-确定被驱动的驱动单元的实际速度，其通过检测单元检测该速度来确定，以及
-确定使用者根据盖当前所处的角度而打算施加到盖的预设手动操作力。
可以基于转矩来计算操作力，该转矩由致动器基于致动器的驱动单元的速度和施加到致动器的驱动单元的电枢电压、并且基于使用者为了移动盖而根据盖相对于车体的角度而打算施加的预设转矩来施加。
如果通过操作力支持装置致动致动器引起的致动器的速度/转矩以及基于预设的期望作为手动操作力的致动器的速度/转矩的和低于实际检测到的致动器的速度/转矩，则操作力支持装置必须增大电枢电压，以便在以相对于车体的特定角度和速度移动盖时将使用者施加的手动操作力减小到期望水平。
在这一点上要注意的是，基于车体、盖和致动器的几何形状，可能必须根据盖相对于车体的角度以不同的速度来驱动致动器，以便在盖的整个移动范围中以恒定的速度移动盖。
有利地，由致动器的驱动单元产生的支持转矩可以小于仅通过致动器的驱动单元以检测到的速度移动盖所需的转矩。因此，为了移动盖，使用者必须手动施加额外的转矩。因此，可以防止致动器自身使盖移动，而且总是需要使用者施加手动操作力来移动盖。
在本发明的实施方式中，操作力支持装置还可以包括温度传感器和/或倾斜度传感器，所述温度传感器适于检测所述致动器附近的温度，所述倾斜度传感器适于检测与所述盖连结的所述单元相对于重力方向的角度。致动器附近的温度和车体的倾斜度两者都可能影响到取决于盖相对于车体的角度的移动盖所需的转矩。
然后，当分别确定电枢电压或放大系数时，确定单元可以考虑检测到的温度和/或检测到的车体的倾斜度。
在本发明的实施方式中，操作力支持装置还可以包括存储单元，在所述存储单元中存储检索表，所述检索表包括至少取决于所述盖相对于与所述盖连结的所述单元(即车体)的所述角度的电枢电压和/或放大系数的具体值。这可以允许至少根据盖的角度来简单地选择特定值、而不是计算该特定值。这可以减少系统的复杂性和操作力支持装置的计算工作量。检索表还可以考虑致动器附近的温度和/或车体相对于重力方向的倾斜度和/或盖移动的速度。
在本发明的实施方式中，致动器可以是线性主轴驱动器(spindle drive)。线性主轴驱动器在移动车辆的行李舱盖的应用领域中最为常见。当然，根据本发明的操作力支持装置和/或方法可以在所有种类的致动器中实现，例如，转动驱动器、线性驱动器、剪式驱动器、液压驱动器、气动驱动器等。
在第二方面，本发明涉及一种用于调节使用者为了操作盖而必须施加的力的方法，其中适于致动所述盖的致动器联接到所述盖，所述方法包括：设置所述盖，所述致动器布置于所述盖；检测手动操作所述盖的情况下所述致动器的驱动单元的速度以及所述盖相对于与所述盖连结的单元的角度；根据所述致动器的所述驱动单元的所述速度和所述盖相对于与所述盖连结的所述单元的所述角度来确定放大系数；确定所述致动器的所述驱动单元应被致动的电枢电压；将所述电枢电压输出到所述致动器的所述驱动单元，使得所述致动器的所述驱动单元根据所述电枢电压产生支持转矩。
在这一点上需要提到的是，关于操作力支持装置所说明的全部特征和优点也可以应用于根据本发明的用于调节力的方法，反之亦然。
如同关于操作力支持装置所说明的，根据本发明的方法允许通过比较致动器的当前速度或转矩与预定转矩或力(即，使用者为了移动盖而打算施加的手动操作力的预设)来调节使用者为了操作车辆的盖所必须施加的手动力。
由于力的该预设可能仅基于算法的值、而不是基于硬件设置，因此可以在制造车辆之后的任何时间通过调节这些值来调节必须由使用者施加的力。
基于放大系数使用以下公式确定电枢电压：
uA＝i*R+K*θ*nM (1)
其中uA是电枢电压，i是施加的电流，R是电气系统的电阻，K是放大系数，θ是转动惯量，并且nM是使用者应施加到盖以移动盖的驱动单元的手动速度。
有利地，由致动器的驱动单元产生的支持转矩可以小于仅通过致动器的驱动单元以检测到的速度移动盖所需的转矩单元。这样做时，致动器不能自身致动盖，而且总是需要使用者施加额外的手动操作力以移动盖。在此，致动器可以被理解为纯支持装置。
根据本发明的方法还可以包括检测与所述盖连接的所述单元相对于重力方向的角度。也就是，检测与盖连结的车体的倾斜度。由于移动盖所需的转矩根据盖相对于车体的角度而不同，归因于相应地改变盖的重心相对于车体上的盖的铰接点的杠杆力，所以车体的倾斜度可能影响该杠杆作用并因此影响取决于盖的角度的移动盖所需的转矩。
此外，根据本发明的方法还可以包括检测致动器附近的温度。由于致动器的部件可能因温度变化而收缩或膨胀，并且/或者彼此相对移动的部件之间的摩擦可能因温度变化而改变，因此在确定使用者为了移动盖而必须施加的转矩时(即，在确定为了支持移动盖的使用者而待施加到致动器的驱动单元的电枢电压时)，可以考虑致动器附近的温度。
有利地，确定放大系数可以包括至少根据所述盖相对于与所述盖连结的所述单元(即车体)的所述角度来从检索表中选择值。通过简单地从检索表内的多个值中选择放大系数，确定放大系数的过程不如使用公式和方程计算放大系数复杂。
附加地或可选地，确定所述致动器的所述驱动单元应被致动的电枢电压可以包括至少根据所述致动器的所述驱动单元的所述速度和所述放大系数来从检索表中选择值。如上所述，放大系数也可以从检索表中选择。另外，代替驱动单元的速度或除了驱动单元的速度以外，当从检索表中选择值时，可以考虑由驱动单元产生的转矩。根据本发明，这可以进一步减少复杂性或计算工作量。
可以基于至少根据盖角度的限定具体操作力的预设来选择放大系数和/或电枢电压。该预设可以例如由使用者、车辆制造商、车辆经销商、车辆的服务提供者等调节。预设可以包括使用者为了移动盖而针对盖相对于车体的各角度所必须施加的具体手动操作力，或者至少包括多个值-角度-关系(例如，对于每1°的值)。
该方法和操作力支持装置分别可以适于针对盖相对于车体的角度(该角度介于预设的两个给定角度之间)对操作力进行插值。附加地或可选地，预设可以包括根据盖的角度限定操作力的图形曲线。
可以经由人机界面调节或输入预设。
如在本发明的说明书开头所陈述的，盖可以是适于允许或防止访问车辆行李舱的车辆行李舱盖。应再次注意的是，本发明不限于封闭容器或空间的盖，而且术语“盖”应理解为以可移动的方式联接到另一部件的被致动部件，例如，窗户、门等。
在另一方面中，本发明涉及一种计算机模块，其适于输出在根据上述的本发明的方法中使用的放大系数和/或电枢电压，所述输出基于由使用者进行的取决于盖相对于与所述盖连结的单元(即车体)的角度的所述盖的手动操作力的输入。根据本发明的计算机模块可以包括至少一些上述特征，并且可以包括包含上述检索表的存储单元。
计算机模块的使用者可以输入期望的手动操作力，即取决于盖相对于车体的角度的移动盖所需的手动操作力/转矩的预设。计算机模块可以基于检测到的驱动单元的速度和盖的角度和/或致动器附近的温度和/或车体的倾斜度、通过向致动器的驱动单元输出特定的电枢电压来控制由致动器产生的转矩。
有利地，输入可以包括取决于盖的角度的图形曲线，该图形曲线限定操作力。通过根据盖相对于车体的特定角度来限定操作力的图形曲线，计算机模块的使用者可以使用图形用户界面(GUI)来调节盖的使用者为了移动盖所需的操作力的预设。这可以为计算机模块的使用者提供直观的方式来调节手动操作力的预设。
附图说明
在下文中，将参照附图说明本发明，在附图中：
图1示出了车辆的后部，包括施加的力和杠杆作用；
图2示出了取决于盖的角度的多个操作力的图形曲线；
图3示出了说明致动器的驱动单元的速度、电枢电压以及产生的转矩的相关性的图。
具体实施方式
在图1中，行李舱盖10在枢轴点14处铰接在车体12上。在盖10的重心处，在重力FG对枢轴点14的杠杆作用IFG的情况下重力FG施加到盖10。
致动器16在其一端联接到盖10并且在其另一端联接到车体12。在图1中，仅示出了一个致动器16，但是应当理解，第二致动器可以布置在车体12的另一纵向侧。当然，在多个致动器的情况下，支持力必须相应地分布于致动器。通过距离ISD说明了致动器16在盖10处的联接点对枢轴点14的杠杆作用。
盖10相对于车体12的角度在图1中用角度α表示。
此外，在盖10处的把手点18处示出了为了使盖10相对于车体12移动而必须由使用者施加的力FH。把手点18到枢轴点14的距离由半径RFH表示。
当使用者在盖10的把手点18处沿箭头FH的方向移动盖10时，在所示实施方式中为线性主轴驱动器的致动器16的长度减小。这引起由主轴驱动器的驱动单元驱动的主轴或主轴螺母的转动，并因此引起驱动单元的无源启动(例如，电动马达的驱动轴的转动)。通过检测单元20检测在驱动单元中(即，这里是在电动马达中)产生的速度n。检测单元20还例如通过使用相应的传感器检测盖10相对于车体12的角度α。
检测到的致动器的驱动单元的速度n和检测到的盖10的角度α被传送到适于确定电枢电压uA的确定单元22，致动器的驱动单元将根据致动器的驱动单元的速度n和盖10的角度α以电枢电压uA致动。确定单元22还可以确定放大系数K，基于该放大系数K使用以下公式确定电枢电压uA：
uA＝i*R+K*θ*nM (1)
其中i是施加的电流，R是电气系统的电阻，θ是转动惯量，并且nM是使用者应施加到盖以移动盖的驱动单元的手动速度。
确定单元22可以包括检索表，该检索表包括取决于盖10相对于车体12的角度α的手动操作力FH的预设值。该预设可以包括表示针对盖10的各角度α的手动操作力FH的图形曲线。图2中示出了这种图形曲线的多个可能示例，其中X轴示出了以度为单位的盖10的角度α(在图2中称为“后尾门打开角度”)，Y轴示出了以牛顿为单位的手动操作力FH(在图2中用“把手作用力”表示)。
当根据具体情况选择具体的手动操作力FH时，输出单元24将电枢电压uA输出到致动器16的驱动单元，使得致动器16的驱动单元根据电枢电压uA产生支持转矩M。
在致动器16的驱动单元的恒定速度n下改变电枢电压uA(例如，增大电枢电压uA)引起致动器16的转矩M改变(例如，增大)。
在图3中示出致动器16的驱动单元的速度对引起具体转矩M的电枢电压uA的依赖性。X轴表示致动器16的驱动单元的速度n，Y轴表示由致动器16产生的转矩M。从图的左上方到右下方延伸的斜线表示在不同的电枢电压u1(下/左虚线)、u2(实线)和u3(上/右虚线)下的不同马达特性，其中u1<u2<u3。
从u1的马达特性指向u3的马达特性的箭头表示在致动器16的驱动单元的恒定速度n下增大电枢电压uA引起转矩M增大。
结果，根据需要，可以通过增大或减小致动器16的驱动单元处的电枢电压uA来增大或减小根据本发明的致动器16产生的支持力。

Claims (14)

1.一种操作力支持装置，其包括：
包括驱动单元的致动器(16)、与所述致动器(16)联接的盖(10)以及与所述盖(10)以可移动的方式连结的单元(12)，所述致动器(16)适于使所述盖(10)相对于与所述盖(10)连结的所述单元(12)致动，
检测单元(20)，其与所述致动器(16)连接并且适于在手动操作所述盖(10)的情况下检测所述致动器(16)的所述驱动单元的速度(n)以及所述盖(10)相对于与所述盖(10)连结的所述单元(12)的角度(α)，
确定单元(22)，其与所述检测单元(20)连接并且适于根据所述致动器(16)的所述驱动单元的所述速度(n)和所述盖(10)相对于与所述盖(10)连结的所述单元(12)的所述角度(α)来确定放大系数(K)，基于所述放大系数(K)确定所述致动器(16)的所述驱动单元应被致动的电枢电压(uA)，以及
输出单元(24)，其与所述确定单元(22)连接并且适于将所述电枢电压(uA)输出到所述致动器(16)的所述驱动单元，使得所述致动器(16)的所述驱动单元根据所述电枢电压(uA)产生支持转矩(M)，
其特征在于，使用以下公式确定所述电枢电压：
uA＝i*R+K*θ*nM
其中uA是所述电枢电压，i是施加的电流，R是电气系统的电阻，K是所述放大系数，θ是转动惯量，并且nM是使用者应施加到所述盖以移动所述盖的所述驱动单元的手动速度，
所述致动器(16)是线性主轴驱动器。
2.根据权利要求1所述的操作力支持装置，其特征在于，
由所述致动器(16)的所述驱动单元产生的所述支持转矩(M)小于仅通过所述致动器(16)的所述驱动单元以检测到的所述速度(n)移动所述盖(10)所需的转矩。
3.根据权利要求1或2所述的操作力支持装置，其特征在于，
所述操作力支持装置还包括温度传感器和/或倾斜度传感器，所述温度传感器适于检测所述致动器(16)附近的温度，所述倾斜度传感器适于检测与所述盖(10)连结的所述单元(12)相对于重力方向(FG)的角度。
4.根据权利要求1或2所述的操作力支持装置，其特征在于，
所述操作力支持装置还包括存储单元，在所述存储单元中存储检索表，所述检索表包括至少取决于所述盖(10)相对于与所述盖(10)连结的所述单元(12)的所述角度(α)的电枢电压(uA)和/或放大系数(K)的具体值。
5.一种用于调节使用者为了操作盖(10)而必须施加的力(FH)的方法，其中适于致动所述盖(10)的致动器(16)联接到所述盖(10)，所述方法包括：
-设置所述盖(10)，所述致动器(16)布置于所述盖(10)，
-检测手动操作所述盖(10)的情况下所述致动器(16)的驱动单元的速度(n)以及所述盖(10)相对于与所述盖(10)连结的单元(12)的角度(α)，
-根据所述致动器(16)的所述驱动单元的所述速度(n)和所述盖(10)相对于与所述盖(10)连结的所述单元(12)的所述角度(α)来确定放大系数(K)，
-确定所述致动器(16)的所述驱动单元应被致动的电枢电压(uA)，
-将所述电枢电压(uA)输出到所述致动器(16)的所述驱动单元，使得所述致动器(16)的所述驱动单元根据所述电枢电压(uA)产生支持转矩(M)，
其特征在于，使用以下公式确定所述电枢电压：
uA＝i*R+K*θ*nM
其中uA是所述电枢电压，i是施加的电流，R是电气系统的电阻，K是所述放大系数，θ是转动惯量，并且nM是使用者应施加到所述盖以移动所述盖的所述驱动单元的手动速度，
所述致动器(16)是线性主轴驱动器。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
由所述致动器(16)的所述驱动单元产生的所述支持转矩(M)小于仅通过所述致动器(16)的所述驱动单元以检测到的所述速度(n)移动所述盖(10)所需的转矩。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括：
-检测与所述盖(10)连接的所述单元(12)相对于重力方向(FG)的角度。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括：
-检测所述致动器(16)附近的温度。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，
确定放大系数(K)包括至少根据所述盖(10)相对于与所述盖(10)连结的所述单元(12)的所述角度(α)来从检索表中选择值。
10.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，
确定所述致动器(16)的所述驱动单元应被致动的电枢电压(uA)包括至少根据所述致动器(16)的所述驱动单元的所述速度(n)和所述放大系数(K)来从检索表中选择值。
11.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，
至少根据所述盖(10)的角度(α)、基于限定具体操作力(FH)的预设来选择所述放大系数(K)和/或所述电枢电压(uA)。
12.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，
所述盖(10)是车辆的行李舱盖(10)，其适于允许或防止访问所述车辆的行李舱。
13.一种计算机模块，其适于输出在根据权利要求1至4中任一项所述的操作力支持装置和根据权利要求5至8中任一项所述的方法中使用的放大系数(K)和/或电枢电压(uA)，所述输出基于由使用者进行的取决于盖(10)相对于与所述盖(10)连结的单元(12)的角度(α)的所述盖(10)的手动操作力(FH)的输入。
14.根据权利要求13所述的计算机模块，其特征在于，
所述输入包括根据所述盖(10)的所述角度(α)限定所述操作力(FH)的图形曲线。
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