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Die Erfindung betrifft ein System zur Erkennung von Stellungen eines Verschlusselements eines Kraftfahrzeuges mit einem Faltverdeck relativ zur Verschlussaufnahme. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung von Stellungen eines Verschlusselementes eines Kraftfahrzeuges.
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Stand der Technik
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Es sind Verdecksysteme für Cabriolet-Fahrzeuge bekannt, die vollständig manuell zu betätigen sind. Das Umklappen des Verdecks zum Öffnen und Schließen und die Verriegelung an dem Karosserierahmenteil müssen von Hand ausgeführt werden.
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Größeren Komfort bieten Cabriolet-Verdecke, die zumindest teilweise automatisiert schließen und öffnen. So sind aus der Praxis Verdecke bekannt, die nach manueller Überführung in die Verriegelungsbereitschaftsstellung automatisch verriegelt werden. Ferner sind auch vollautomatische Systeme bekannt, bei denen sowohl die Bewegung des Verdecks zwischen der Offenstellung und der Verriegelungsbereitschaftsstellung als auch die Verriegelung und Entriegelung des Verdecks an bzw. von dem Karosserierahmenteil in einer durch einen Motor oder Aktuator oder Hydraulik- oder Pneumatikantrieb angetriebenen, durch eine Steuerung gesteuerten Weise erfolgen. Zur automatischen Verriegelung schwenkt oder fährt z. B. ein an dem Verdeck angebrachtes Verriegelungselement, z. B. ein Verschlusshaken, mit einer gesteuerten Bewegung aus und wird in einem an dem Windschutzscheibenrahmen angebrachten Verriegelungsgegenelement, z. B. einer Öse oder einem sonstigen Hakeneingriff, eingefangen. Während das Verriegelungselement und das Verriegelungsgegenelement in Eingriff gelangen, wird das Verdeck gleichzeitig dichtend festgezogen und verriegelt. Dabei treten hohe Anzugskräfte zwischen dem Verriegelungselement und dem Verriegelungsgegenelement auf. Unabhängig davon, ob das Verdeck teil- oder vollautomatisiert schließt, muss erkannt werden, wann das Verdeck die Verriegelungsbereitschaftsstellung einnimmt. Hierzu wird üblicherweise ein Sensor eingesetzt, der bspw. detektiert, wenn das Verriegelungselement eine festgelegte Position in hinreichender Nähe des Verriegelungsgegenelementes erreicht, so dass durch seine gesteuerte Einfangbewegung beide Elemente miteinander in Eingriff gelangen. Der Sensor meldet diesen Zustand dann der Steuerung, die daraufhin den Verriegelungsvorgang auslöst. Für eine gute Funktionsweise und Zuverlässigkeit muss die Einnahme der Verriegelungsbereitschaftsstellung sicher und schnell erkannt werden. Der Sensor muss hinreichend schnell ansprechen, damit der gesteuerte Bewegungsablauf für das Verdeck und die Verriegelungseinrichtung sichergestellt werden kann. Fehldetektionen müssen jedoch vermieden werden. Insbesondere darf das Verriegelungselement, z. B. der Verschlusshaken nach dem ausgelösten Verriegelungsvorgang nicht ins Leere greifen. Das heißt, es tritt eine Fehlfunktion auf, wenn der Verschlusshaken nicht in das vorgesehene Verriegelungsgegenelement trifft. Dies kann insofern eine Herausforderung darstellen, als das Schließen des Verdecks auch während der Fahrt bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit, die sogar beispielsweise 80 km/h betragen kann, und auch bei Gegenwind, problemlos bewirkt werden muss. Die an dem Verdeck angreifenden Luftkräfte, plötzliche Windböen, Erschütterungen, Verzöge an dem Verdeckmaterial, Verformungen an der Tragkonstruktion des Verdecks, eventuelle Verwindungen des Fahrzeugs und sonstige Faktoren können aber die Position des Verschlusshakens in Bezug auf das vorgesehene Verriegelungselement beeinflussen und die Präzision der Detektion der Verriegelungsbereitschaftsstellung beeinträchtigen. Aus der Druckschrift
DE 10 2011 000 391 B3 ist ein System zur Verriegelung eines Verschlusselementes für ein Kraftfahrzeug bekannt. Das System weist dabei einen ersten Sensor auf, wobei durch den ersten Sensor eine festgelegte Position eines Verschlusselementes detektierbar ist. Weiter weist das System einen zweiten Sensor auf, der als Reedschalter ausgebildet ist. Der Reedschalter schaltet bei einem bestimmten anliegenden Magnetfeldstärkenwert. Der bestimmte Magnetfeldstärkenwert wird durch einen Magneten erzeugt, welcher an einem schwenkbaren Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs angeordnet ist. Durch ein Verschwenken des Verdecks in die Nähe des Reedschalters erfolgt dementsprechend eine Verschwenkung des Magneten, wodurch bei einer bestimmten Position des Magneten an dem Reedschalter der bestimmte Magnetfeldstärkenwert erreicht wird. Als nachteilig hat sich allerdings herausgestellt, dass nur durch das Erreichen eines bestimmten Magnetfeldstärkenwert ein Schaltvorgang des Reedschalters ausgelöst werden kann, d.h. dass der bestimmte Magnetfeldstärkenwert durch den eingesetzten Magneten überschritten werden muss. Die Nutzung eines schwächeren Magneten, z. B. im Falle eines Austausches, ist damit nicht möglich, was zu einer eingeschränkten Nutzbarkeit des Systems führt.
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In den aktuellen Dachsystemen befinden sich unterschiedliche Sensoren zur Signalisierung von Zuständen „ready to latch“ RTL und „Latched“ an verschiedenen Positionen im Verschlusssystem. Zunächst wird das Fahrzeugdach soweit zugeklappt, sodass der Dachrahmen am Windlaufrahmen ankommt und die Kinematik des Faltdaches vollständig ausgefahren ist. Befindet sich der Verschluss so nah an der Aufnahme, dass die Verschlusshaken die dafür vorgesehene Rolle umgreifen können, soll das Steuergerät des Fahrzeugdaches die Rückmeldung RTL (Ready To Latch) erhalten. Der Verschluss befindet sich nun innerhalb des Fangwegs. Daraufhin werden die Haken angetrieben und das Verdeck geschlossen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Erkennen von Stellungen eines Verschlusselements eines Kraftfahrzeuges mit einem Faltverdeck relativ zur Verschlussaufnahme und ein Verfahren zur Erkennung bereitzustellen, wobei das System einen einfachen und kostengünstigen Aufbau mit einem Sensor aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein System zur Erkennung von Stellungen eines Verschlusselements eines Kraftfahrzeuges mit einem Faltverdeck relativ zur Verschlussaufnahme bereitgestellt, mit einem Sensor eine Verriegelungsbereitschaftsstellung und eine Verriegelungsstellung detektiert. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass nur ein Sensor verwendet werden muss, um zwei für die Verriegelung relevante Zustände zu detektieren. D Es ist dabei von Vorteil, dass ein Positionssensor im Verschlusselement angeordnet ist, der ein vom Abstand und Position des Verschlusselements zur Verschlussaufnahme abhängiges Signal erzeugt. Vorteilhafterweise wird dabei ein Hallsensor verwendet. Nachdem Hallsensoren unterdessen sehr kleine Baugrößen aufweisen ist es von Vorteil, dass das Verschlusselement einen Verschlusshaken aufweist und der Positionssensor im Verschlusselement wenige mm vom Verschlusshaken positioniert ist. Um eine Ermittlung der Drehung des Verschlusshakens um seine Drehachse zu ermöglichen, weist der Verschlusshaken einen Segmentmagneten auf. Das System wird dadurch optimiert, dass der Segmentmagnet sich radial entlang der äußeren Kontur des Verschlusshakens erstreckt. Durch die Drehung des Verschlusshakens ergibt sich dadurch eine signifikante Änderung des Magnetfeldes, das detektiert werden kann. Wenn das System mit dem Verschlusselement ein Dämpfungselement besitzt, ist es eine besonders günstige Lösung, den Positionssensor auf der Höhe des Dämpfungselements anzubringen. Beim verschließen des Verdecks umgreift der Verschlusshaken einen Bolzen in der Verschlussaufnahme. Um die Annäherung des Verschlusselements an die Verschlussaufnahme besser zu detektieren, besitzt die Verschlussaufnahme einen Permanentmagneten, der in der Nähe des Bolzens verbaut ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Position eines Verschlusselements relativ zur Verschlussaufnahmen mit einem Positionssensor wird so ausgeführt, dass die Drehung des Verschlusshakens um die Drehachse D sowie die Annäherung an die Verschlussaufnahme erfasst wird und ein Ausgangssignal erzeugt wird, das eindeutig zu zwei Verschlusspositionen (RTL, L) zugeordnet werden kann. Der große Vorteil des Verfahrens ist dabei, dass das Ausgangssignal des Positionssensors eindeutig für die beiden Stellungen „ready to latch“ und „latched“ ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der beispielhaften Ausführungsform in der Position der Verriegelungsbereitschaft
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Position Verriegelung.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des Systems für ein Fahrzeugverdeck.
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3 zeigt schematisch den Aufbau des Systems 1, dass aus einem Verschlusselement 2 und einer Verschlussaufnahme 3 besteht. Das Verschlusselement 2 weist dabei einen Verschlusshaken 4 auf, der in der 3 sichtbar ist. Die Verschlusselemente, im Beispiel zwei Verschlusselemente 2 sind zentrisch um eine Mittelachse angeordnet und werden in einen Dachrahmen 11 verbaut. Alternativ kann das System auch nur ein Verschlusselement und eine Verschlussaufnahme mittig vorsehen.
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Der Dachrahmen, oft auch Dachspitze genannt, ist ein festes Bauteil, an dem die Mechanik des faltbaren Verdecks sowie der Stoffbezug befestigt sind. Der Dachrahmen 11 nähert sich vor dem Verschließen des Faltverdecks einem Windlaufrahmen 14, der die Oberkante einer Windschutzscheibe 15 umfasst. Im Windlaufrahmen 14 befindet sich die Verschlussaufnahme 3. Im geschlossenen Zustand wird der Dachrahmen 11 über Zentrierzapfen 12 am Windlaufrahmen 14 zentriert und mit den Verschlusshaken 4 über eine Dichtung 13 fest mit dem Windlaufrahmen verbunden.
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In den 1 und 2 wird das System im Detail dargestellt. In 1 ist ein Verschlusselement 2 dargestellt, das einen Verschlusshaken 4 besitzt, der auf einer Drehachse D drehbar angeordnet ist. Der Verschlusshaken 4 besitzt eine Hakenspitze 16, das Verschlusselement zudem zudem einen Zentrierzapfen 12. Das Verschlusselement 2 weist ein Dämpfungselement 10 auf. Benachbart zu dem Dämpfungselement 10 ist ein Positionssensor 7 angebracht. Eine Verschlussaufnahme 3 weist einen Bolzen 6 auf, der vom Verschlusshaken umfasst werden soll. Nahe des Bolzens 6 ist ein Magnet 9 angebracht, der ein Permanentmagnet ist. In 1 sind Verschlusselement 2 und Verschlussaufnahme 3 bereits angenähert. Die Hakenspitze 16 liegt bereits unterhalb des Mittelpunkts des Bolzens 6 an. Der Abstand der Drehachse D vom Mittelpunkt des Bolzens 6 beträgt einen Wert A. Diese Position der Verriegelungsbereitschaft, RTL, besitzt einen Abstand A von circa 30 bis 35 mm, der Winkel Alpha des Verschlusshakens zur Horizontalen beträgt dabei etwa 42–46°. Der Verschlusshaken 4 trägt einen Segmentmagneten 8, der aus zwei Segmenten mit Nord- bzw. Südpol besteht. Der Segmentmagnet 8 besitzt die Form eines Teilringes und umfasst die Drehachse D in einem gewissen Abstand vom Mittelpunkt. Der ringförmige Segmentmagnet 8 ist gegenüber der langen Außenkante k des Verschlusshakens angebracht. Es reicht aus, den Segmentmagneten 8 auf einem Teil des Umfangs anzuordnen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der ringförmige Segmentmagnet in etwa 70° bis 90° entlang des Außenumfangs. Der Positionssensor 7 ist ein Hallsensor, der auf Höhe des Dämpfungselementes 10 und wenige Millimeter vom Verschlusshaken 4 entfernt angebracht ist. Der Hallsensor nimmt die die Drehung des Verschlusshakens 4 über eine Änderung des Magnetfeldes wahr. Zusätzlich ist der Magnet 9 in der Verschlussaufnahme verbaut und ermöglicht eine Messung der Annäherung. Der Magnet 9 ist dabei wenige Millimeter vom Bolzen 6 entfernt eingebaut. Die magnetische Orientierung ist dabei so angepasst, dass das Signal des Hallsensors optimal auslesbar und bewertbar wird.
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In 2 sind das Verschlusselement und die Verschlussaufnahme verriegelt. Man erkennt dass die Hakenspitze 16 den Bolzen 6 umfasst. Der Abstand zwischen der Drehachse D und die Mittelpunkt des Bolzens 6 beträgt B und liegt deutlich unter dem Abstand A bei etwas über 20 mm. Der Winkel des Verschlusshakens zur Horizontalen wird durch die Drehung des Verschlusshakens vergrößert und beträgt in diesem Beispiel bei der Verriegelungsposition 75–80°.
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Der Positionssensor 7 stellt über das sich ändernde Magnetfeld des Segmentmagnetrings durch die Drehung, zusätzlich zu den sich ändernden Magnetfeld des Magneten 9 durch Annäherung an die Verschlussaufnahme eindeutig die Positionen fest. Die Position der Verschlussbereitschaft sowie die endgültige Verriegelung können auf diese Art und Weise sicher festgestellt werden. Der Positionssensor 7 ist dabei mit einer Auswerteelektronik verbunden, die die Signale des Hallsensors auslesen, und im Verlauf der Signalkurve die kritischen Positionen, beispielsweise durch einen Plateauverlauf des Signals an den zu bestimmenden Positionen detektieren kann.
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Sollte der Verriegelungsversuch fehlschlagen würde der Haken 4 oberhalb des Bolzens 6 eine Drehbewegung machen, wobei die Hakenspitze über dem Bolzen 6 entlangbewegt wird. Bei dieser Position wäre der Abstand C zwischen Drehachse D des Hakens 4 und dem Bolzenmittelpunkt deutlich größer als der Abstand A und der Sensor könnte zwar die Drehung des Hakens feststellen, aber die Annäherung an die Verschlussaufnehme unterbliebe. Dadurch würde kein Signal erzeugt, das als „verriegelt“ auslesbar wäre. Die genaue Position des Sensors sowie die Auslegung des gesamten Systems hängen von den baulichen Gegebenheiten des Fahrzeugverdecks ab. Wichtig für die Durchführung des Verfahrens ist dabei nur, dass der Verschlusshaken selbst einen Segmentmagneten trägt, so dass sich bei Drehung des Verschlusshakens eine Änderung im Magnetfeld ergibt. In einer alternativen Ausführungsform ist der Segmentmagnet nicht ringförmig sondern zweiteilig aufgebaut oder in Form von Kreisabschnitten oder Kreisausschnitten gestaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Verschlusselement
- 3
- Verschlussaufnahme
- 4
- Verschlusshaken
- 5
- Zentrierzapfen
- 6
- Bolzen
- A
- erster Abstand RTL
- B
- zweiter Abstand L
- A
- Winkel RTL
- B
- Winkel L
- D
- Drehachse
- 7
- Positionssensor
- 8
- Segmentmagnet
- 9
- Magnet
- 10
- Dämpfungselement
- 11
- Dachrahmen
- 12
- Zentrierzapfen
- 13
- Dichtung
- 14
- Windlaufrahmen
- 15
- Windschutzscheibe
- 16
- Hakenspitze
- k
- Außenkante
- C
- Abstand Fehlverriegelung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011000391 B3 [0003]
