DE102013016547A1

DE102013016547A1 - Kollisionsschutzvorrichtung für ein bewegliches Fahrzeugteil

Info

Publication number: DE102013016547A1
Application number: DE201310016547
Authority: DE
Inventors: Florian Pohl; Detlef Russ; Christian Herrmann; Holger Würstlein
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2015-04-09

Abstract

Es wird eine Kollisionsschutzvorrichtung (20) für ein bewegliches Fahrzeugteil (2) angegeben. Die Kollisionsschutzvorrichtung (20) umfasst einen kapazitiven Näherungssensor (21) zur Erfassung eines Messsignals (M), das für die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Hindernisses im Stellweg (L) des Fahrzeugteils (2) charakteristisch ist, sowie eine Kollisionsschutz-Steuereinheit (22). Diese erkennt anhand des Messsignals (M) unter zusätzlicher Berücksichtigung eines in Abhängigkeit der Stellposition (x) des Fahrzeugteils (2) vorgegebenen Referenzsignals (R), ob sich ein Hindernis im Stellweg (L) des Fahrzeugteils (2) befindet, und gibt gegebenenfalls ein Warnsignal (W) aus. Ein Maß (x', x'') für die Stellposition (x) des Fahrzeugteils (2) wird dabei von der Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) durch Extrapolation oder Interpolation aus diskreten Werten (pi) eines zugeführten digitalen Positionssignals (P) ermittelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kollisionsschutzvorrichtung für ein bewegliches Fahrzeugteil. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Stellvorrichtung zur motorischen Verstellung eines solchen Fahrzeugteils.
Eine Kollisionsschutzvorrichtung dient allgemein zur Detektion eines Hindernisses in einem Stellweg eines Fahrzeugteils, das gegenüber einem festen Rahmen (z. B der Fahrzeugkarosserie) zwischen zwei Endpositionen (insbesondere einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung) beweglich ist. Bei dem beweglichen Fahrzeugteil handelt es sich insbesondere um eine Heckklappe. Alternativ kann das zu überwachende Fahrzeugteil aber auch eine Seitentür, eine Kofferraum- oder Motorraumklappe, ein Schiebedach, ein Klappverdeck oder dergleichen sein. Kollisionsschutzvorrichtungen werden dabei insbesondere dann eingesetzt, wenn das jeweils zugeordnete Kraftfahrzeugteil motorisch bewegt ist.
Als Stellweg (oder auch „Öffnungsbereich”) wird der Raum bezeichnet, den das Fahrzeugteil während einer Stellbewegung durchstreift, also zumindest zeitweise einnimmt. Zu dem beim Schließen einer Heckklappe zurückgelegten Stellweg gehört dabei insbesondere derjenige Raumbereich, der sich zwischen einer Schließkante der Heckklappe und einer in der Schließstellung an dieser anliegenden korrespondierenden Kante der Fahrzeugkarosserie befindet.
Bei einer Stellbewegung von beweglichen Fahrzeugteilen, insbesondere beim Schließen einer Heckklappe oder sonstigen Türen und Fenstern eines Fahrzeugs, besteht regelmäßig die Gefahr, dass ein Körperteil oder sonstiger Gegenstand zwischen dem Fahrzeugteil und der Karosserie eingeklemmt wird. Eine zur Vermeidung eines solchen Einklemmfalls und der daraus resultierenden Gefahr eines Personen- und/oder Sachschadens dienende Kollisionsschutzvorrichtung ist nachfolgend auch als „Einklemmschutzvorrichtung” bezeichnet. Andererseits kann eine Kollisionsschutzvorrichtung allerdings auch eingesetzt werden, um Hindernisse zu erkennen, die einer öffnenden Bewegung des Fahrzeugteils im Wege stehen.
In jedem Fall erzeugt die Kollisionsschutzvorrichtung ein Warnsignal, wenn sie ein Hindernis im Stellweg des Fahrzeugteils erkennt. Bei motorisch bewegten Fahrzeugteilen wird dieses Warnsignal in der Regel der Motor-Steuereinheit eines das Fahrzeugteil bewegenden Stellmotors zugeführt, wobei die Motor-Steuereinheit in diesem Fall die Stellbewegung stoppt oder reversiert, um einen Personen- oder Sachschaden infolge einer Kollision des Fahrzeugteils mit dem Hindernis zu verhindern.
Es wird zwischen indirekten und direkten Kollisionsschutzvorrichtungen unterschieden. Eine indirekte Kollisionsschutzvorrichtung erkennt den Einklemm- oder Kollisionsfall anhand einer Überwachung einer Betriebsgröße des das Fahrzeugteil antreibenden Stellmotors, insbesondere an einem abnormalen Anstieg des Motorstroms oder einer abnormalen Abnahme der Motordrehzahl. Eine direkte Kollisionsschutzvorrichtung umfasst dagegen üblicherweise einen oder mehrere Sensoren, die eine für die Anwesenheit bzw. Abwesenheit eines Hindernisses im Stellweg charakteristische Messgröße erfassen, sowie eine Auswerteeinheit, die anhand dieser Messgröße entscheidet, ob ein Hindernis im Stellweg vorliegt. Unter den direkten Kollisionsschutzvorrichtungen unterscheidet man wiederum Systeme mit so genannten Berührungssensoren, die die Anwesenheit eines Hindernisses erst anzeigen, wenn das Hindernis den Sensor bereits berührt, und Systeme mit berührungslosen Sensoren, die ein Hindernis bereits in einem gewissen Abstand zu dem Sensor detektieren. Zu den berührungslosen Sensoren gehören insbesondere so genannte kapazitive Näherungssensoren.
Ein kapazitiver Näherungssensor umfasst eine Elektrodenanordnung mit einer oder mehreren Elektroden, über die ein elektrisches Feld im Stellweg des Fahrzeugteils aufgebaut wird. Ein Hindernis im Öffnungsbereich wird durch Überwachung der (elektrischen) Kapazität der Elektrodenanordnung erkannt. Hierbei wird ausgenutzt, dass ein Hindernis, insbesondere ein menschliches Körperteil das von dem Sensor erzeugte elektrische Feld, und somit die Kapazität der Elektrodenanordnung beeinflusst.
In einer üblichen Bauform eines solchen kapazitiven Näherungssensors umfasst die Elektrodenanordnung dieses Sensors mindestens eine Sendeelektrode, die mit einem Signalerzeugungsschaltkreis verschaltet ist, sowie eine Empfangselektrode, die mit einem Empfangsschaltkreis verbunden ist. Ein solcher Sensor misst die zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode gebildete Kapazität oder eine damit korrelierende Messgröße. Dieses Messprinzip ist nachfolgend als „Sender-Empfänger-Messung” bezeichnet. Eine zur Überwachung des Öffnungsbereichs einer Heckklappe vorgesehene Kollisionsschutzvorrichtung bzw. Einklemmschutzvorrichtung mit einem solchen Sensor ist aus DE 20 2007 008 440 U1 bekannt.
In einer alternativen Bauform umfasst die Elektrodenanordnung nur eine Sensorelektrode oder mehrere gleichartige (d. h. nicht in Sende- und Empfangselektroden gegliederte) Sensorelektroden. Mit der oder jeder Sensorelektrode wird hierbei ein elektrisches Feld gegenüber Masse aufgebaut. Entsprechend misst ein solcher Sensor die Kapazität der Elektrodenanordnung gegenüber Masse oder eine damit korrelierende Messgröße. Dieses Messprinzip ist nachfolgend als „Ein-Elektroden-Messung” bezeichnet.
Bei beiden vorstehend beschriebenen Bauformen kapazitiver Näherungssensoren hängt die gemessene Kapazität allerdings regelmäßig nicht nur von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Hindernissen im Stellweg ab, sondern darüber hinaus auch von der Stellposition des Fahrzeugteils entlang des Stellweges. Bei einer Heckklappe liegt dies vor allem daran, dass sich der Abstand zwischen dem Sensor und – je nach Position des Sensors – der Schließkante der Heckklappe bzw. der auf Massepotenzial liegenden Fahrzeugkarosserie ändert, so dass die Heckklappe bzw. Fahrzeugkarosserie eine variierende Störkapazität verursacht. Um Detektionsfehler der Kollisionsschutzvorrichtung aufgrund einer solchen – stellbewegungsbedingten – Kapazitätsänderung zu vermeiden, berücksichtigt eine Kollisionsschutzvorrichtung für die Hinderniserkennung meist zusätzlich ein Referenzsignal, das in Abhängigkeit der Stellposition des Fahrzeugteils vorgegeben ist und die stell bewegungsbedingte Kapazitätsänderung ganz oder zumindest teilweise kompensiert. Zur Ermittlung der Stellposition des Fahrzeugteils greift die Kollisionsschutzvorrichtung dabei regelmäßig auf ein Positionssignal zu, das der Kollisionsschutzvorrichtung von einem externen Positionsgeber (insbesondere dem Motor-Steuergerät einer dem Fahrzeugteil zugeordneten Stellvorrichtung) übermittelt wird.
Bei modernen Fahrzeug-Bordnetzen wird der Kollisionsschutzvorrichtung dieses (für die Stellposition der Heckklappe charakteristische) Positionssignal üblicherweise als Digitalsignal über einen Datenbus (insbesondere einem so genannten CAN-Bus) übermittelt. Nachteiligerweise kann hierbei das Positionssignal – bei vertretbarem schaltungstechnischem Aufwand – oft nur mit einer vergleichsweise schlechten zeitlichen und wertmäßigen Auflösung übertragen werden. Als „zeitliche Auflösung” des Positionssignals wird hierbei die Aktualisierungsrate bezeichnet, mit der der Wert des Positionssignals aktualisiert, d. h. an die sich kontinuierlich ändernde Stellposition des Fahrzeugteils angepasst wird. Als „wertmäßige Auflösung” wird die Anzahl verschiedener Werte (im Sinne von Wertstufen oder Wertniveaus) bezeichnet, die das Positionssignal grundsätzlich annehmen kann, und somit die Genauigkeit, mit der das Positionssignal die tatsächliche Stellposition des Fahrzeugteils angibt. Beispielsweise kann die tatsächliche Stellposition des Fahrzeugteils in dem an die Kollisionsschutzvorrichtung übertragenen Positionssignal nur in einer 8-Bit-Auflösung (d. h. 256 diskreten Wertstufen) und in einem 10-ms-Takt (d. h. mit einer Erneuerungsrate von 100 Werten pro Sekunde) angegeben werden. Der Kollisionsschutzvorrichtung ist die tatsächliche Stellposition des Fahrzeugteils daher nur vergleichsweise ungenau bekannt. Diese Ungenauigkeit der Positionsbestimmung kann zu Fehlern bei der Hinderniserkennung führen.
Ein weiteres Problem bei der Übermittlung des Positionssignals ist die mit der Datenübertragung verbundene Verzögerung. Bei Nutzung eines üblichen Bussystems, insbesondere eines CAN-Busses, für die Übertragung des Positionssignals ist die Verzögerung mitunter beträchtlich. Zudem ist die Verzögerung in der Regel zeitlich nicht abschätzbar, zumal in einem gewöhnlichen Bordnetz eine Vielzahl von Busgeräten mit variierenden Datenvolumen auf den Bus zugreifen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit und Fehlersicherheit einer Kollisionsschutzvorrichtung mit einfachen Mitteln zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Die erfindungsgemäße Kollisionsschutzvorrichtung umfasst einen kapazitiven Näherungssensor zur Erfassung eines Messsignals, das für die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Hindernisses im Stellweg des Fahrzeugteils charakteristisch ist. Die Kollisionsschutzvorrichtung umfasst des Weiteren eine (Kollisionsschutz-)Steuereinheit. Diese Steuereinheit ist dabei dazu eingerichtet, anhand des Messsignals des Näherungssensors unter zusätzlicher Berücksichtigung eines in Abhängigkeit der Stellposition des Fahrzeugteils vorgegebenen Referenzsignals zu erkennen, ob sich ein Hindernis im Stellweg des Fahrzeugteils befindet, wobei die Steuereinheit gegebenenfalls (d. h. bei Erkennung eines Hindernisses im Stellweg des Fahrzeugteils) ein Warnsignal ausgibt.
In an sich herkömmlicher Weise greift die Steuereinheit zur Ermittlung der Stellposition des Fahrzeugteils auf ein digitales Positionssignal zurück. Dieses Positionssignal wird der Steuereinheit insbesondere von einem externen Positionsgeber bereits in digitaler Form zugeführt. Im Rahmen der Erfindung ist allerdings auch denkbar, dass die Steuereinheit das Positionssignal zunächst von einem Analogwertgeber als Analogsignal erhält und für die Auswertung mittels eines internen Analog-Digital-Wandlers in digitale Form umwandelt.
Erfindungsgemäß verwendet die Steuereinheit das digitale Positionssignal allerdings nicht unmittelbar als Maß für die Stellposition des Fahrzeugteils. Vielmehr leitet die Steuereinheit ein Maß für die Stellposition des Fahrzeugteils (nachfolgend kurz Stellpositionsmaß) durch Extrapolation oder Interpolation aus den diskreten Werten des Positionssignals ab.
Als „Extrapolation” wird hierbei allgemein die Abschätzung (Vorausberechnung) der gegenwärtigen oder zukünftigen Stellposition anhand des bisherigen Verlaufs des Positionssignals bezeichnet. Die extrapolative Bestimmung des Stellpositionsmaßes nutzt die Steuereinheit dabei insbesondere im laufenden Betrieb der Stellvorrichtung, d. h. für die Kollisions- bzw. Einklemmfallerkennung während eines laufenden Stellvorgangs. Als „Interpolation” wird dagegen die Berechnung von Datenpunkten des Stellpositionsmaßes bezeichnet, die zwischen vorhandenen Werten des Positionssignals liegen. Die interpolative Bestimmung des Stellpositionsmaßes wird von der Steuereinheit dabei insbesondere in einem Einlernmodus verwendet, um das Referenzsignal einzulernen.
Durch die interpolative bzw. extrapolative Bestimmung des Stellpositionsmaßes kann die tatsächliche Stellposition des Fahrzeugteils mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, ohne dass das Positionssignal selbst mit entsprechender zeitlicher und/oder wertmäßiger Auflösung erzeugt und übertragen werden müsste. Die verbesserte Genauigkeit der Kollisionsschutz-Vorrichtung wird somit mit besonders geringem schaltungstechnischem Aufwand erzielt.
In an sich herkömmlicher Weise ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, das Positionssignal über einen Datenbus, insbesondere einen CAN-Bus zu empfangen. Die üblicherweise mit einer solchen Busverbindung einhergehenden Nachteile der vergleichsweise geringen Datenübertragungskapazität und der zeitlich unregelmäßigen Datenübertragung werden durch die Erfindung effektiv abgemildert. Insbesondere wird durch die Erfindung ermöglicht, die durch die Kollisionsschutzvorrichtung verursachte Buslast gering zu halten.
In besonders einfacher, gleichwohl aber zweckmäßiger Ausführung ist die Kollisionsschutz-Steuereinheit dazu eingerichtet, das Stellpositionsmaß durch lineare Extrapolation oder Interpolation aus zwei zeitlich benachbarten Werten des Positionssignals zu berechnen. Abweichend hiervon kann in genaueren, aber numerisch aufwändigeren Varianten der Erfindung das Stellpositionsmaß durch die Steuereinheit auch durch nicht-lineare Extra- oder Interpolation des Positionssignals ermittelt werden (z. B. durch quadratische, kubische Extrapolation, durch Spline-Interpolation, etc.). In einer besonders zweckmäßigen Variante ist die Steuereinheit insbesondere dazu eingerichtet, das Stellpositionsmaß unter zusätzlicher Berücksichtigung eines (numerisches) Trägheitsmodells des Fahrzeugteils zu ermitteln. Als Trägheitsmodell wird hierbei ein Algorithmus (insbesondere in Form einer oder mehrerer mathematischer Gleichungen) verstanden, der die mechanische Trägheit des Fahrzeugteils berücksichtigt, um aus den empfangenen Werten des Positionssignals die zu erwartende Änderung der tatsächlichen Stellposition des Fahrzeugteils in besonders realistischer Weise abschätzen zu können.
Zusätzlich oder alternativ hierzu können für die Berechnung des Stellpositionsmaßes im Rahmen der Erfindung ein Kalmann-Filter und/oder eine so genannte Sliding-Mode-Regelung herangezogen werden.
Um (insbesondere unregelmäßigen) Verzögerungen bei der Übertragung des Positionssignals entgegenzuwirken, und somit eine besonders präzise Berechnung der Stellpositionsänderung zu ermöglichen, ist die Kollisionsschutz-Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, zusammen mit jedem Wert des Positionssignals ein zugehöriges Zeitsignal zu empfangen. Als Zeitsignal wird hierbei allgemein ein Signal bezeichnet, das denjenigen Zeitpunkt kennzeichnet, zu dem der zugehörige Wert des Positionssignals erzeugt wurde. Die Kollisionsschutz-Steuereinheit ist hierbei dazu eingerichtet, bei der Bestimmung des Stellpositionsmaßes die jeweils berücksichtigten Werte des Positionssignals mit demjenigen Zeitpunkt zu berücksichtigen, der durch das zugehörige Zeitsignal gekennzeichnet ist. Unregelmäßigkeiten und Verzögerungen in der zeitlichen Übertragung des Positionssignals wirken sich hierdurch nicht auf die inter- bzw. extrapolative Bestimmung des Stellpositionsmaßes aus.
Der einem jeden Wert des Positionssignals zugeordnete Zeitpunkt kann durch einen von der Kollisionsschutz-Steuereinheit separaten Positionsgeber gemessen werden. In diesem Fall handelt es sich bei dem Zeitsignal zweckmäßigerweise um einen (digitalen) Zeitstempel, der eine Angabe über den genannten Zeitpunkt in Form eines Datenworts enthält. In alternativer Ausführung der Kollisionsschutzvorrichtung kann es sich bei dem Zeitsignal allerdings auch um ein bloßes Triggersignal (z. B. einen einzigen Signalpuls) handeln, das selbst keine von seinem Übertragungszeitpunkt unabhängige Zeitinformation enthält. In diesem Fall wird der einem jeden Wert des Positionssignals zugeordnete Zeitpunkt durch die Kollisionsschutz-Steuereinheit bei Empfang des Triggersignals bestimmt und abgespeichert. Das Triggersignal wird der Kollisionsschutz-Steuereinheit zur Vermeidung von Übertragungsverzögerungen über eine gesonderte Signalleitung synchron mit der Erzeugung des zugeordneten Werts des Positionssignals zugeführt. Das Positionssignal und die zugeordneten Triggersignale werden somit unabhängig voneinander über verschiedene Signal- bzw. Datenübertragungsleitungen geleitet. Das Triggersignal wird hierbei zweckmäßigerweise nicht über eine Busleitung, sondern über eine End-zu-End-Verbindung zwischen einem das Positionssignal erzeugenden Positionsgeber und der Kollisionsschutz-Steuereinheit gesendet.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Kollisionsschutz-Steuereinheit einen internen Zeitgeber. Um Berechnungsfehler bei der inter- bzw. extrapolativen Bestimmung des Stellpositionsmaßes nach Möglichkeit zu vermeiden, ist die Kollisionsschutz-Steuereinheit dabei vorzugsweise dazu eingerichtet, diesen internen Zeitgeber mit einem Zeitgeber eines das Positionssignal erzeugenden externen Positionsgebers zu synchronisieren.
Die Kollisionsschutz-Steuereinheit ist vorzugsweise durch einen Mikrocontroller gebildet, in dem die vorstehend beschriebenen Funktionsmerkmale – einzeln oder in beliebiger Kombination – in Form eines Softwareprogramms (Firmware) lauffähig implementiert sind, so dass der Mikrocontroller in seinem bestimmungsgemäßen Betrieb die jeweils beschriebene Funktion erfüllt (insbesondere die beschriebenen Verfahrensabläufe automatisch durchführt). Die Kollisionsschutz-Steuereinheit kann im Rahmen der Erfindung grundsätzlich allerdings auch als nicht-programmierbares Bauteil (beispielsweise als ASIC) ausgebildet sein, in dem die vorstehend beschriebenen Funktionsmerkmale – einzeln oder in beliebiger Kombination – schaltungstechnisch implementiert sind.
Grundsätzlich kann die Kollisionsschutzvorrichtung im Rahmen der Erfindung bei einem Fahrzeugteil zum Einsatz kommen, das lediglich manuell verstellbar ist. Vorzugsweise ist die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Kollisionsschutzvorrichtung aber Teil einer Stellvorrichtung, die zusätzlich zu der Kollisionsschutzvorrichtung einen Stellmotor zur motorischen Verstellung des Fahrzeugteils sowie eine Motor-Steuereinheit zur Ansteuerung des Stellmotors umfasst. Das Motorsteuergerät dient hierbei vorzugsweise als Positionsgeber zur Erzeugung des Positionssignals für die Kollisionsschutz-Steuereinheit.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in schematischer Seitenansicht das Heck eines Kraftfahrzeugs mit einer sich in einer Schließstellung befindenden Heckklappe,
2 in Darstellung gemäß 1 das Fahrzeug, wobei die Heckklappe in einer Öffnungsstellung sowie in einer teilweise geöffneten Stellposition dargestellt ist,
3 in einem schematischen Blockschaltbild eine Stellvorrichtung zur motorischen Verstellung der Heckklappe, mit einem Stellmotor, einer Motor-Steuereinheit sowie einer zugeordneten Kollisionsschutzvorrichtung (hier in Anwendung als Einklemmschutzvorrichtung),
4 in einem schematischen Diagramm gegen die Zeit einen exemplarischen Verlauf der Stellposition der Heckklappe sowie ein für diese Stellposition charakteristisches Positionssignal, das von dem Motor-Steuergerät an die Kollisionsschutzvorrichtung ausgegeben wird,
5 in gegenüber 4 ausschnitthaft vergrößerter Darstellung den Verlauf der Stellposition, das entsprechende Positionssignal sowie ein von der Kollisionsschutzvorrichtung durch Extrapolation aus diskreten Stützstellen des Positionssignals abgeleitetes Stellpositionsmaß,
6 in Darstellung gemäß 5 die Stellposition der Heckklappe, das entsprechende Positionssignal sowie ein von der Kollisionsschutzvorrichtung durch Interpolation aus diskreten Stützstellen des Positionssignals abgeleitetes Stellpositionsmaß,
7 in Darstellung gemäß 3 eine alternative Ausführungsform der Stellvorrichtung, bei der von der Motor-Steuereinheit zu jedem Wert des Positionssignals ein zugehöriger Zeitstempel an die Kollisionsschutzvorrichtung übermittelt wird,
8 anhand eines Diagramms gemäß 4 eine von der Kollisionsschutzvorrichtung vorgenommene Zeitkorrektur des empfangenen Positionssignals anhand der Zeitstempel, und
9 in Darstellung gemäß 7 eine Variante der dortigen Stellvorrichtung, bei der anstelle des Zeitstempels von der Motor-Steuereinheit zu jedem Wert des Positionssignals ein Triggersignal an die Kollisionsschutzvorrichtung übermittelt wird.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung das Heck eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer schwenkbaren Heckklappe 2.
Die Heckklappe 2 ist im Bereich einer Oberkante 3 an einer Karosserie 4 des Kraftfahrzeugs 1 angelenkt. Die Oberkante 3 definiert hierbei eine Schwenkachse 5, um welche die Heckklappe 2 aus einer in 1 dargestellten Schließstellung 6 reversibel in eine in 2 gestrichelt angedeutete Öffnungsstellung 7 schwenkbar ist.
Der Öffnungsbereich der Heckklappe 2, d. h. der Raumbereich, den die Heckklappe 2 beim Öffnen oder Schließen durchstreift, definiert einen Schwenkweg L. Die Position, die die Heckklappe 2 entlang des Schwenkwegs L einnimmt, ist nachfolgend allgemein als Stellposition x bezeichnet. Mit durchgezogenen Linien ist die Heckklappe 2 in 2 beispielhaft in einer zwischen der Schließstellung 6 und der Öffnungsstellung 7 liegenden Stellposition x dargestellt.
Die Heckklappe 2 ist durch eine in 3 schematisch skizzierte Stellvorrichtung 10 motorisch zwischen der Schließstellung 6 und der Öffnungsstellung 7 verstellbar.
Die in 3 grob skizzierte Stellvorrichtung 10 umfasst einen elektrischen Stellmotor 11, der über eine Stellmechanik 12 mit der Heckklappe 2 gekoppelt ist. Die Stellmechanik 12 umfasst einen teleskopierbaren Hebelarm 13, der exzentrisch bezüglich der Schwenkachse 5 an der Karosserie 4 und der Heckklappe 2 derart angelenkt ist, dass durch Verlängerung bzw. Verkürzung des Hebelarms 13 die Heckklappe 2 zwischen der Schließstellung 6 und der Öffnungsstellung 7 verschwenkt wird. Der Hebelarm 13 umfasst ein Zylinderrohr 14, in dem eine Spindel 15 unter Wirkung des Stellmotors 11 verschiebbar geführt ist.
Zur Ansteuerung des Stellmotors 11 umfasst die Stellvorrichtung 10 weiterhin eine (Motor-)Steuereinheit 16. Bei dieser Steuereinheit 16 handelt es sich um einen Mikrocontroller mit einer darin lauffähig installierten Steuersoftware (Firmware), die die Funktionalität der Steuereinheit 16 zur Ansteuerung des Stellmotors 11 implementiert. Im Betrieb stellt die Steuereinheit 16 durch Versorgung des Stellmotors 11 mit einer Motorspannung V die Drehzahl und Drehrichtung des Stellmotors 11 nach vorgegebenen Kriterien ein. Über einen mit der Stellmechanik 12 (und hierbei insbesondere mit der Motorwelle des Stellmotors 11) gekoppelten Drehzahlsensor 17 erhält die Steuereinheit 16 während der Ansteuerung des Stellmotors 11 ein für die Drehzahl des Stellmotors 11 charakteristisches Drehzahlsignal n und berechnet hieraus die Stellposition x der Heckklappe 2.
Beim Schließen der Heckklappe 2 besteht ein gewisses Risiko, dass ein Hindernis, insbesondere ein Körperteil eines Fahrzeugnutzers zwischen einer Schließkante 18 der Heckklappe 2 und einer gegenüberliegenden Kante 19 der Karosserie 4 eingeklemmt wird. Zur rechtzeitigen Erkennung und Vermeidung eines solchen Einklemmfalls ist der Stellvorrichtung 10 eine Kollisionsschutzvorrichtung 20 beigeordnet, die ebenfalls in 3 skizziert ist. Die Kollisionsschutzvorrichtung 20 umfasst hierbei einen kapazitiven (Näherungs-)Sensor 21 sowie eine (Kollisionsschutz-)Steuereinheit 22. Letztere ist wiederum zumindest im Wesentlichen durch einen Mikrocontroller gebildet, in dem die Funktionalität zur Erkennung eines drohenden Einklemmfalls und zur Auslösung geeigneter Gegenmaßnahmen in Form einer Steuersoftware (Firmware) implementiert ist.
Der Sensor 21 ist in dem in 3 abgebildeten Beispiel im Bereich der Kante 19 der Karosserie 4 angeordnet und überwacht den dieser Kante 19 vorgelagerten Öffnungsbereich der Heckklappe 2 in der eingangs beschriebenen Weise (nämlich wahlweise durch eine Sender-Empfänger-Messung oder einer Ein-Elektroden-Messung) auf die Anwesenheit eines Hindernisses, insbesondere eines Körperteils. Ein entsprechendes Messsignal M, das mit der durch den Sensor 21 messbaren Kapazität korreliert ist, wird der Steuereinheit 22 als Eingangsgröße zugeführt.
Die Steuereinheit 22 entscheidet durch Auswertung des Messsignals M, ob sich ein Hindernis zwischen der Schließkante 18 und der gegenüberliegenden Kante 19 befindet und somit ein Einklemmfall droht. Gegebenenfalls sendet sie ein Warnsignal W über eine Auslöseleitung 23 an die Motor-Steuereinheit 16, die bei Erhalt des Warnsignals W den Stellmotor 11 abschaltet und somit die Stellbewegung der Hecklappe 2 stoppt. Um eine schnelle und fehlersichere Übertragung des Warnsignals W sicherzustellen, handelt es sich bei der Auslöseleitung 23 um eine End-Zu-End-Leitung, die ausschließlich die Steuereinheiten 16 und 22 miteinander verbindet und nur zur Datenübertragung zwischen diesen beiden Steuereinheiten 16 und 22 genutzt wird.
Wie eingangs beschrieben, variiert das Messsignal M auch bei Abwesenheit eines Hindernisses im Stellweg L der Heckklappe 2 in Abhängigkeit der Stellposition x, zumal die sich bei einer Schließbewegung an den Sensor 21 annähernde Heckklappe 2 eine stellpositionsabhängige variierende Störkapazität verursacht.
Um Fehlauslösungen aufgrund dieser stellpositionsabhängigen Variation des Messsignals M zu vermeiden, dennoch aber mit hoher Präzision Hindernisse im Öffnungsbereich der Heckklappe 2 erkennen zu können, berücksichtigt die Kollisionsschutz-Steuereinheit 22 bei der Prüfung auf das Vorliegen eines drohenden Einklemmfalles zusätzlich zu dem Messsignal M ein Referenzsignal R, das in der Steuereinheit 22 als variable, von der Stellposition x der Heckklappe 2 abhängige Größe (insbesondere in Form einer Kennlinie) hinterlegt ist.
Das Referenzsignal R ist insbesondere derart hinterlegt, dass es dem gewöhnlichen Verlauf des Messsignals M während eines ungestörten (insbesondere in Abwesenheit eines Hindernisses durchgeführten) Schließvorgangs der Heckklappe 2 entspricht. Die Steuereinheit 22 bildet hierbei in zweckmäßiger Ausführung periodisch die Differenz des aktuellen Wertes des Messsignals M mit einem in Abhängigkeit der Stellposition x ausgewählten Wert des Referenzsignals R und erzeugt das Warnsignal W, wenn diese Differenz einen vorgegebenen Schwellwert über- oder unterschreitet.
Die Information über die Stellposition x der Heckklappe 2 leitet die Steuereinheit 22 hierbei aus einem Positionssignal P ab, das der Steuereinheit 22 von der Motor-Steuereinheit 16 zur Verfügung gestellt wird. Das Positionssignal P wird hierbei in Form eines Digitalsignals über einen Datenbus 24 (beispielsweise einen CAN-Bus) übertragen, an den beide Steuergeräte 16 und 22 angeschlossen sind.
Um das Positionssignal P in einer für die Übertragung über den Datenbus 24 geeigneten Form bereitzustellen, kodiert die Steuereinheit 16 während des Stellvorgangs in einem 10-ms-Takt (also 100-fach pro Sekunde) den jeweils aktuell berechneten Wert der Stellposition x in einem 8-Bit-Datenwort (entsprechend einer natürlichen Zahl zwischen 0 und 255). Jedes dieser Datenworte ist nachfolgend als Positionswert p_i des Positionssignals P bezeichnet, wobei der Index „i” (i = 1, 2, ..., N) eine mit jedem neu erzeugten Positionswert p_i inkrementierten Zählvariable darstellt. Das Positionssignal P enthält also in zeitlicher Abfolge die Positionswerte p₁, p₂, ..., p_i, ..., P_N.
Wie aus dem schematischen Diagramm gemäß 4 erkennbar ist, hat das Positionssignal P hierdurch sowohl in zeitlicher als auch in wertmäßiger Hinsicht eine nur begrenzte Auflösung und gibt somit die kontinuierliche Veränderung der tatsächlichen Stellposition x während des Schließvorgangs der Heckklappe 2 nur mit erheblicher Ungenauigkeit wieder.
Hinzu kommt, dass die einzelnen Positionswerte p_i des Positionssignals P über den Datenbus 24 nicht in Echtzeit (also nicht zum Zeitpunkt ihrer Erzeugung) übertragen werden können. Vielmehr ist die Datenübertragung über den Datenbus 24 regelmäßig mit einer nicht vernachlässigbaren und nicht exakt vorausberechenbaren Verzögerung verbunden. Die einzelnen Positionswerte p_i werden von der Steuereinheit 22 somit – gemäß ihrer durch einen internen Zeitgeber 25 vorgegebenen Systemzeit t' – in unregelmäßiger zeitlicher Folge zu Zeitpunkten t'_i (i = 1, 2, ..., N) empfangen (4). Jeder Positionswert p_i bildet dabei zusammen mit dem Zeitpunkt t'_i (i = 1, 2, ...), zu dem dieser Positionswert p_i von der Steuereinheit 22 empfangen wird, einen Datenpunkt, der nachfolgend als Stützstelle P_i (i = 1, 2, ...) des Positionssignals P bezeichnet wird (P_i = {p_i, t'_i}). In beispielhafter Ausführung der Kollisionsschutzvorrichtung 20 speichert die Steuereinheit 22 während eines jeden Schließvorgangs der Heckklappe 2 fortlaufend stets die zuletzt übertragene Stützstelle P_i und die davor Stützstelle P_i-1 temporär ab.
Durch lineare Extrapolation berechnet die Steuereinheit 22 aus diesen Stützstellen P_i und P_i-1 ein (nachfolgend als Stellpositionsmaß x') bezeichnetes Maß für die Stellposition x der Heckklappe 2 zum aktuellen Zeitpunkt t'_a (t'_a > t_i' > t'_i-1) gemäß
Eine der Glg. 1 entsprechende Extrapolationsgerade 26 ist in 5 schematisch eingetragen. Anhand des auf diese Weise bestimmten Stellpositionsmaßes x' bestimmt die Steuereinheit 22 den mit dem aktuellen Wert des Messsignals M zu vergleichenden Wert des Referenzsignals R.
Das Referenzsignal R kann grundsätzlich im Rahmen der Erfindung werksseitig, und somit unveränderlich in der Steuereinheit 22 hinterlegt werden. In bevorzugter Ausführung ist die Steuereinheit 22 aber dazu eingerichtet, in einem Einlernmodus das Referenzsignal R während eines störungsfreien Schließvorgangs der Heckklappe 2 einzulernen. Hierzu werden während eines ausgewählten Schließvorgangs das Messsignal M und das Positionssignal P aufgezeichnet. Nach störungsfreien Abschluss des Stellvorgangs werden dann eine Anzahl von Werten des Messsignals M jeweils zusammen mit einem (Stellpositions-)Maß x'' für die zeitlich entsprechende Stellposition x der Heckklappe 2 als Stützstellen des Referenzsignals R hinterlegt. Dieses Stellpositionsmaß x'' wird von der Steuereinheit 22 durch Interpolation zwischen zwei Stützstellen P_i und P_i-1 gemäß
berechnet, wobei die Stützstellen P_i und P_i-1 derart gewählt sind, dass der Interpolationszeitpunkt t'₀ zwischen den zugeordneten Zeitpunkten t'_i und t'_i-1 liegt (t'_i-1 ≤ t'₀ ≤ t_i). Eine der Glg. 2 entsprechende Interpolationskurve 27 ist in 6 mit gepunkteter Linie eingetragen.
In 7 ist eine weiter verbesserte Ausführungsform der Stellvorrichtung 10 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Motor-Steuereinheit 16 selbst einen internen Zeitgeber 28, der für diese Steuereinheit 16 eine Systemzeit t'' vorgibt. Die Steuereinheit 16 erstellt hierbei mit jeder erneuten Erzeugung eines Positionswertes p_i einen (numerischen) Zeitstempel T. Bei dem Zeitstempel T handelt es sich hierbei um ein Datenwort, das eine Angabe zu dem Zeitpunkt t''_i (gemessenen in der Systemzeit t'') enthält, zu dem der Positionswert p_i erzeugt wurde. Diesen Zeitstempel T sendet die Steuereinheit 16 zusammen mit dem Positionssignal P an die Kollisionsschutz-Steuereinheit 22. Sowohl das Positionssignal P als auch der Zeitstempel T werden hierbei über den Datenbus 24 übertragen.
Bei der Speicherung der Stützstellen P_i berücksichtigt die Steuereinheit 22 jeweils die in dem zugehörigen Zeitstempel T enthaltenen Zeitangaben (P_i = {p_i, t''_i}). Für jede Stützstelle P_i wird somit der Positionswert p_i zusammen mit dem Zeitpunkt t''_i seiner Erzeugung abgespeichert. Hierdurch wird der Einfluss der Übertragungszeit des Positionssignals P über dem Datenbus 24 eliminiert. Die vorstehend beschriebene Zeitkorrektur ist in 8 schematisch dargestellt.
Um zu verhindern, dass die Systemzeiten t' und t'' durch Gangunterschiede der jeweiligen Zeitgeber 25 und 28 sukzessive auseinanderlaufen, werden die Zeitgeber 25 und 28 durch die Steuereinheiten 16 und 22 durch Austausch von Synchronisationssignalen Y über die Auslöseleitung 23 in regelmäßigen Zeitabständen synchronisiert, wobei die Systemzeiten t' und t'' aneinander angeglichen werden. Die Synchronisationssignale Y können alternativ auch mit hoher Priorisierung (und entsprechend geringem Zeitverlust) über den Datenbus 24 übertragen werden. Diese Synchronisation erfolgt vorzugsweise stets bei stehender Heckklappe 2, und somit zu Zeiträumen, in denen das Auftreten eines Einklemmfalles ausgeschlossen ist.
Bei einer in 9 dargestellten Variante der Stellvorrichtung 10 bestimmt die Steuereinheit 16 den Zeitpunkt, zu dem die einzelnen Werte p_i des Positionssignals P erzeugt werden, nicht selbst. Vielmehr werden diese Zeitpunkte t'_i wiederum durch die Steuereinheit 22 in der dieser zugrundeliegenden Systemzeit t' bestimmt. Die Steuereinheit 22 erhält hierbei von der Steuereinheit 16 für jeden Positionswert p_i ein Triggersignal S, das von der Steuereinheit 16 zeitgleich mit der Erzeugung des jeweiligen Positionswertes p_i erzeugt wird. Bei den Triggersignalen S handelt es sich jeweils um einen einzelnen Signalpuls.
Das jeweilige Triggersignal S wird hierbei nicht über den Datenbus 24, sondern über die hierzu parallele Auslöseleitung 23 an die Steuereinheit 22 übermittelt. Im Vergleich zu den typischen Übertragungszeiten für die Übertragung des Positionssignals P über den Datenbus 24 ist die Übertragungszeit für die Übertragung des Triggersignals S über die Auslöseleitung 23 vernachlässigbar, so dass das Triggersignal S näherungsweise gleichzeitig mit der Erzeugung des zugeordneten Positionswertes p_i in der Steuereinheit 22 eintrifft.
Die unter Berücksichtigung dieses Zeitpunktes t'_i hinterlegten Stützstellen P_i (mit P_i = {p_i, t'_i}) sind daher ebenfalls nicht nennenswert durch Übertragungsverzögerungen verfälscht.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Heckklappe
3: Oberkante
4: Karosserie
5: Schwenkachse
6: Schließstellung
7: Öffnungsstellung
10: Stellvorrichtung
11: Stellmotor
12: Stellmechanik
13: Hebelarm
14: Zylinderrohr
15: Spindel
16: (Motor-)Steuereinheit
17: Drehzahlsensor
18: Schließkante
19: Kante
20: Kollisionsschutzvorrichtung
21: (Näherungs-)Sensor
22: (Kollisionsschutz-)Steuereinheit
23: Auslöseleitung
24: Datenbus
25: Zeitgeber
26: Extrapolationsgerade
27: Interpolationskurve
28: Zeitgeber
L: Schwenkweg
x: Stellposition
V: Motorspannung
n: Drehzahlsignal
M: Messsignal
W: Warnsignal
R: Referenzsignal
p_i: Positionswert
P: Positionssignal
t': Systemzeit Zeitpunkt
P_i: Stützstelle
x': (Stellpositions-)Maß
t'_a: (aktueller) Zeitpunkt
x'': (Stellpositions-)Maß
t'₀: Interpolationszeitpunkt
t'': Systemzeit
T: Zeitstempel
S: Triggersignal
Y: Synchronisationssignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202007008440 U1 [0008]

Claims

Kollisionsschutzvorrichtung (20) für ein bewegliches Fahrzeugteil (2), mit einem kapazitiven Näherungssensor (21) zur Erfassung eines Messsignals (M), das für die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Hindernisses im Stellweg (L) des Fahrzeugteils (2) charakteristisch ist, sowie mit einer Kollisionsschutz-Steuereinheit (22), die dazu eingerichtet ist, anhand des Messsignals (M) unter zusätzlicher Berücksichtigung eines in Abhängigkeit der Stellposition (x) des Fahrzeugteils (2) vorgegebenen Referenzsignals (R) zu erkennen, ob sich ein Hindernis im Stellweg (L) des Fahrzeugteils (2) befindet und gegebenenfalls ein Warnsignal (W) auszugeben, wobei die Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) weiterhin dazu eingerichtet ist, ein Maß (x', x'') für die Stellposition (x) des Fahrzeugteils (2) durch Extrapolation oder Interpolation aus diskreten Werten (p_i) eines digitalen Positionssignals (P) zu ermitteln.
Kollisionsschutzvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) dazu eingerichtet ist, das Positionssignal (P) über einen Datenbus (24) zu empfangen.
Kollisionsschutzvorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) dazu eingerichtet ist, das Maß (x', x'') für die Stellposition (x) des Fahrzeugteils (2) durch lineare Extrapolation oder Interpolation aus zwei zeitlich benachbarten Werten (p_i) des Positionssignals (P) zu ermitteln.
Kollisionsschutzvorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) dazu eingerichtet ist, das Maß (x', x'') für die Stellposition (x) des Fahrzeugteils (2) unter Heranziehung eines Trägheitsmodells des Fahrzeugteils (2) zu ermitteln.
Kollisionsschutzvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) dazu eingerichtet ist, zusammen mit jedem Wert (p_i) des Positionssignals (P) ein zugehöriges Zeitsignal (T, S) zu empfangen, das den Zeitpunkt (t_i', t_i'') kennzeichnet, zu dem dieser Wert (p_i) des Positionssignals (P) erzeugt wurde, und wobei die Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) dazu eingerichtet ist, bei der Bestimmung des Maßes (x', x'') für die Stellposition (x) des Fahrzeugteils (2) zusätzlich diesen von dem Zeitsignal (T, S) gekennzeichneten Zeitpunkt (t_i', t_i'') zu berücksichtigen.
Kollisionsschutzvorrichtung (20) nach Anspruch 5, wobei das Zeitsignal ein Zeitstempel (T) ist, der eine Angabe über den Zeitpunkt (t_i''), zu dem der zugeordnete Wert (p_i) des Positionssignals (P) erzeugt wurde, in Form eines Datenworts enthält.
Kollisionsschutzvorrichtung (20) nach Anspruch 5, wobei das Zeitsignal ein Triggersignal (S) ist, das der Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) über eine gesonderte Signalleitung (23) synchron mit der Erzeugung des zugeordneten Werts (p_i) des Positionssignals (P) zugeführt wird, wobei die Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) dazu eingerichtet ist, den Zeitpunkt (t_i', t_i''), zu dem der zugeordnete Wert (p_i) des Positionssignals (P) erzeugt wurde, anhand des Triggersignals (S) zu bestimmen.
Kollisionsschutzvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) einen internen Zeitgeber (25) aufweist und zur Synchronisation dieses internen Zeitgebers (25) mit einem Zeitgeber (28) eines das Positionssignal (P) erzeugenden Positionsgebers (16) eingerichtet ist.
Stellvorrichtung (10) für ein bewegliches Fahrzeugteil (2), mit einem Stellmotor (11) zur motorischen Verstellung des Fahrzeugteils (2), mit einer Motor-Steuereinheit (16) zur Ansteuerung des Stellmotors (11) sowie mit einer Kollisionsschutzvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Stellvorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei die Motor-Steuereinheit (16) als Positionsgeber zur Erzeugung des Positionssignals (P) für die Kollisionsschutz-Steuereinheit (22) eingerichtet ist.