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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für eine Klappe eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1.
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Die in Rede stehende Antriebsanordnung kommt im Rahmen der Komfortsteigerung in Kraftfahrzeugen zunehmend zum Einsatz. Hierbei geht es darum, die Klappe des Kraftfahrzeugs motorisch zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung zu verstellen.
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Der Begriff „Klappe“ ist vorliegend weit zu verstehen. Er umfasst Heckklappen, Heckdeckel, Motorhauben, Türen, insbesondere Seitentüren, o. dgl. eines Kraftfahrzeugs.
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Bei der bekannten Antriebsanordnung (
DE 10 2007 043 372 A1 ), von der die Erfindung ausgeht, sind zwei Spindelantriebe mit jeweils einem Antriebsmotor vorgesehen, die von einer Antriebssteuerung angesteuert werden. Den Spindelantrieben ist jeweils ein Hall-Sensor zugeordnet, so dass eine synchronisierte Ansteuerung der beiden Spindelantriebe auf robuste Weise möglich ist. Heute sind die Hall-Sensoren oftmals als Doppel-Hall-Sensoren ausgestaltet, mit denen auch eine Richtungserkennung möglich ist.
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Nachteilig bei der bekannten Antriebsanordnung ist die Tatsache, dass für jeden Spindelantrieb ein eigener Hall-Sensor vorgesehen sein muss, um die synchronisierte Ansteuerung gewährleisten zu können. Solche Hall-Sensoren sind speziell bei der Verwendung von Doppel-Hall-Sensoren vergleichsweise kostspielig und bauraumtechnisch nicht immer leicht zu integrieren.
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Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, die bekannte Antriebsanordnung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass sich eine kosten- und bauraumoptimierte Anordnung ergibt.
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Das obige Problem wird bei einer Antriebsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, dass für die hier zu ermittelnde Verstellinformation, bei der es sich beispielsweise um einen Verstellweg des Spindelantriebs handeln kann, nicht notwendigerweise ein separater Sensor vorgesehen sein muss. Vielmehr ist erkannt worden, dass aus den meist ohnehin vorliegenden Betriebsparametern wie dem Motorstrom oder der Motorspannung eine Schätzung der betreffenden Verstellinformation mit hinreichender Genauigkeit vorgenommen werden kann. Der Begriff „Schätzen“ ist ganz allgemein im mathematischen Sinne so zu verstehen, dass eine Schätzung nach einer Schätzvorschrift vorgenommen wird, um aus gemessenen, empirischen Werten eine Information über an sich unbekannte Größen zu erhalten.
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Von besonderer Bedeutung für die vorschlagsgemäße Lösung ist nun, dass die beiden Spindelantriebe basierend auf der jeweils geschätzten Verstellinformation im Hinblick auf ein Synchronisierungskriterium miteinander synchronisiert werden. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Synchronisierung der beiden Spindelantriebe nahezu schwingungsfrei möglich ist, obwohl die Synchronisierung „nur“ auf geschätzten Verstellinformationen beruht.
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Im Einzelnen wird weiter vorgeschlagen, dass in der Antriebssteuerung für beide Spindelantriebe jeweils ein Zustandsmodell abgelegt ist, das den Zusammenhang zwischen mindestens einem Betriebsparameter des betreffenden Spindelantriebs und einer Verstellinformation des betreffenden Spindelantriebs repräsentiert. Dadurch, dass die Antriebssteuerung fortlaufend mittels mindestens einer Messanordnung für beide Spindelantriebe jeweils mindestens einen obigen Betriebsparameter misst, kann von dem jeweils gemessenen Betriebsparameter über das Zustandsmodell auf die interessierende Verstellinformation geschlossen werden. Allerdings ist es so, dass die gemessenen Betriebsparameter, bei denen es sich hier und vorzugsweise um den Motorstrom und die Motorspannung handelt, beträchtlichen Fehlern unterworfen sind, so dass eine Synchronisierung der beiden Spindelantriebe allein basierend auf diesen Werten nicht möglich wäre.
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Daher ist es vorschlagsgemäß vorgesehen, dass die Antriebssteuerung für beide Spindelantriebe jeweils eine Schätzeinrichtung aufweist, die für beide Spindelantriebe die Verstellinformation schätzt Diese Schätzung nimmt die Schätzeinrichtung fortlaufend aus einer Folge gemessener Betriebsparameter und aus dem Zustandsmodell, basierend auf einer Schätzvorschrift, vor. Die damit für beide Spindelantriebe vorliegende, geschätzte Verstellinformation kann nun zur Synchronisierung der beiden Spindelantriebe genutzt werden.
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Bemerkenswert ist, dass die vorschlagsgemäße Lösung ohne einen separaten Sensor für die Erfassung der Verstellinformation auskommt. Dies führt zu einer insgesamt kosten- und bauraumoptimierten Anordnung.
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Vorschlagsgemäß sind, wie oben angesprochen, zwei Schätzeinrichtungen vorgesehen, die jeweils einem der beiden Spindelantriebe zugeordnet sind. Daher ist es gemäß Anspruch 3 möglich, dass die Schätzvorschrift und/oder das Zustandsmodell für die beiden Spindelantriebe unterschiedlich parametriert ist, bzw. sind. Dies kann den ggf. unterschiedlichen, hardwaretechnischen Gegebenheiten Rechnung tragen.
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Ganz allgemein dient das vorschlagsgemäße Schätzen der Verstellinformation dafür, eine der tatsächlichen Verstellinformation mit möglichst hoher Wahrscheinlichkeit nahekommende, geschätzte Verstellinformation zu ermitteln. Im Einzelnen besteht für mindestens einen der Spindelantriebe die Schätzvorschrift vorzugsweise darin, dass bei einer vorgegebenen Varianz des gemessenen Betriebsparameters die geschätzte Verstellinformation mit einer Mindest-Grenzwahrscheinlichkeit der tatsächlichen Verstellinformation entspricht. Die Varianz ist vorliegend im aus der Stochastik üblichen Sinne als Maß für die Streuung der Wahrscheinlichkeitsverteilung einer Zufallsvariablen, hier des jeweiligen Betriebsparameters, zu verstehen. Je größer die Varianz der Zufallsvariablen, umso wahrscheinlicher ist es, dass der gemessene Betriebsparameter von dem tatsächlichen Betriebsparameter abweicht. Diese Abweichung kann bei der Messung von Motorstrom und Motorspannung insbesondere auf Signalrauschen zurückgehen.
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Gemäß Anspruch 4 wird wie oben angesprochen, davon ausgegangen, dass die Varianz des gemessenen Betriebsparameters vorgegeben ist. Die Varianz kann beispielsweise auf vorangegangene Messreihen, also auf Erfahrungswerte, zurückgehen.
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Bei der besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 findet eine Schätzeinrichtung nach Art eines Kalman-Filters Anwendung, das als solches bekannt ist. Die Verwendung eines solchen Kalman-Filters hat bei der vorschlagsgemäßen Synchronisierung der beiden Spindelantriebe besonders stabile Ergebnisse gezeigt.
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Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 6 bis 8 betreffen die Existenz einer Referenz-Messanordnung, mit der die Verstellinformation mindestens eines der Spindelantriebe messbar ist. Damit lässt sich eine Optimierung des Zustandsmodells und/oder der Schätzvorschrift umsetzen, die auf dem Abgleich der geschätzten Verstellinformation mit der gemessenen Verstellinformation beruht.
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Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 9 und 10 sind darauf gerichtet, nicht nur die obige Verstellinformation, sondern auch das Lastmoment an dem Antriebsmotor mindestens eines der Spindelantriebe zu schätzen. Damit ist es grundsätzlich möglich, die Schätzeinrichtung auch für die Erfassung eines Einklemmfalls zu nutzen, wenn nämlich das geschätzte Lastmoment ein vorbestimmtes Grenz-Lastmoment überschreitet. Für diesen Fall ist es gemäß Anspruch 10 vorgesehen, dass die Antriebsanordnung eine Einklemmroutine auslöst, die beispielsweise ein Reversieren beider Spindelantriebe umfasst.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 den Heckbereich eines Kraftfahrzeugs mit einer vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung und
- 2 die Antriebsanordnung gemäß 1 in einer ganz schematischen Darstellung.
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Die in der Zeichnung dargestellte Antriebsanordnung 1 ist einer Klappe 2 eines Kraftfahrzeugs 3 zugeordnet. Auf die weite Auslegung des Begriffs „Klappe“ gemäß dem einleitenden Teil der Beschreibung darf verwiesen werden. Vorliegend handelt es sich bei der Klappe 2 um eine Heckklappe. Alle eine Heckklappe betreffenden Ausführungen gelten für alle anderen Arten von Klappen entsprechend.
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Die vorschlagsgemäße Antriebsanordnung 1 dient der motorischen Verstellung der Klappe 2 zwischen einer in 1 in durchgezogener Linie dargestellten Schließstellung und einer in 1 in gestrichelter Linie dargestellten Offenstellung. Hierfür weist die Antriebsanordnung 1 zwei Spindelantriebe 4a, 4b auf, die im montierten Zustand antriebstechnisch mit der Klappe 2 einerseits und mit der Kraftfahrzeugkarosserie andererseits gekoppelt sind. Die beiden Spindelantriebe 4a, 4b sind jeweils mit einem Antriebsmotor M1, M2 ausgestattet, die in ans sich üblicher Weise ein Spindel-Spindelmutter-Getriebe antreiben.
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Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die beiden Spindelantriebe 4a, 4b an zwei gegenüberliegenden Seiten einer Klappenöffnung 5, die durch die Klappe 2 verschließbar ist, angeordnet. Dabei ist die Anordnung der Spindelantriebe 4a, 4b so getroffen, dass eine Verstellung der Klappe 2 abgesehen von mechanischen Toleranzen mit weitgehend identischen Verstellbewegungen der beiden Spindelantriebe 4a, 4b einhergeht.
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2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung 1. Hier dargestellt ist insbesondere eine Antriebssteuerung 6 zur Ansteuerung der beiden Spindelantriebe 4a, 4b. Die Antriebssteuerung 6 weist eine Bewegungssteuerung 7 auf, die über einen Datenbus 8 mit einer übergeordneten Fahrzeugsteuerung kommuniziert.
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Die Bewegungssteuerung 7 sorgt für einen vorbestimmten Bewegungsablauf beim motorischen Öffnen und Schließen der Klappe 2. Der Bewegungssteuerung 7 nachgeschaltet ist ein Regler 9, der von der Bewegungssteuerung 7 zumindest mit Sollwerten für Verstellposition und/oder Verstellgeschwindigkeit und/oder Verstellbeschleunigung versorgt wird.
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Dem Regler 9 wiederum nachgeschaltet sind Treiber 10a, 10b, die basierend auf den Stellsignalen des Reglers 9 die elektrische Antriebsleistung an die beiden Spindelantriebe 4a, 4b abgeben. Dieser grundsätzliche Aufbau der Antriebssteuerung 6 kann auch anders vorgesehen sein. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Bewegungssteuerung 7 in einer räumlich separaten Klappensteuerung implementiert ist.
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Wesentlich ist nun, dass die Antriebssteuerung 6 dazu eingerichtet ist, für beide Spindelantriebe 4a, 4b jeweils eine Verstellinformation zu schätzen und eine Synchronisierung der beiden Spindelantriebe 4a, 4b basierend auf der jeweils geschätzten Verstellinformation miteinander zu synchronisieren.
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Für das vorschlagsgemäße Schätzen der Verstellinformation ist in der Antriebssteuerung 6 für beide Spindelantriebe 4a, 4b jeweils ein Zustandsmodell 11a, 11b abgelegt, das den Zusammenhang zwischen mindestens einem Betriebsparameter des betreffenden Spindelantriebs 4a, 4b und einer Verstellinformation des betreffenden Spindelantriebs 4a, 4b repräsentiert.
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Bei dem Betriebsparameter handelt es sich vorzugsweise um den Motorstrom und/oder um die Motorspannung des Antriebsmotors M1, M2 des betreffenden Spindelantriebs 4a, 4b. Bei der Verstellinformation kann es sich um einen Verstellweg, insbesondere um die Auslängung, des Spindelantriebs 4a, 4b handeln. Der Begriff „Auslängung“ steht hier für die Längenänderung des Spindelantriebs 4a, 4b entlang der Längserstreckung des Spindelantriebs 4a, 4b. Alternativ handelt es sich bei der Verstellinformation um eine Motordrehzahl o. dgl. des Antriebsmotors M1, M2 des Spindelantriebs 4a, 4b.
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Ganz allgemein ermöglicht das Zustandsmodell, von dem Betriebsparameter auf die Verstellinformation zu schließen. Ein Beispiel hierfür ist die Ermittlung der Stellung der Motorwelle des Antriebsmotors M1, M2 aus der Messung des Motorstroms. Speziell bei Gleichstrommotoren ergeben sich im Motorstrom durch die Kommutierungsvorgänge impulsartige Verläufe (Stromripple), die Aufschluss auf eine vorbekannte Verstellung der Motorwelle geben können. Der genaue Zusammenhang zwischen dem Verstellweg der Motorwelle und gemessenem Motorstrom ist in dem vorschlagsgemäßen Zustandsmodell 11a, 11 b abgebildet.
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Als Basis für das vorschlagsgemäße Schätzen der Verstellinformation ist es vorgesehen, dass die Antriebssteuerung 6 fortlaufend mittels mindestens einer Messanordnung 12a, 12b für beide Spindelantriebe 4a, 4b jeweils mindestens einen Betriebsparameter misst. Hier und vorzugsweise sind zwei Messanordnungen 12a, 12b vorgesehen, die jeweils einem der beiden Spindelantriebe 4a, 4b zugeordnet sind.
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Die Antriebssteuerung 6 weist für beide Spindelantriebe 4a, 4b jeweils eine Schätzeinrichtung 13a, 13b auf, die fortlaufend aus einer Folge gemessener Betriebsparameter und aus dem Zustandsmodell 11a, 11b basierend auf einer Schätzvorschrift 14a, 14b die jeweilige Verstellinformation schätzt. Hinsichtlich der Einzelheiten des Schätzens einer Verstellinformation eines Antriebs basierend auf gemessenen Betriebsparametern, insbesondere auf einem Motorstrom oder einer Motorspannung, darf auf den vorbekannten Stand der Technik verwiesen werden.
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Bemerkenswert bei der vorschlagsgemäßen Lösung ist die Tatsache, dass die Antriebsanordnung 1 die beiden Spindelantriebe 4a, 4b basierend auf der jeweils geschätzten Verstellinformation im Hinblick auf ein Synchronisierungskriterium miteinander synchronisiert. Die Synchronisierung der beiden Spindelantriebe 4a, 4b miteinander ist in erster Linie erforderlich, um ein Verspannen der beiden Spindelantriebe 4a, 4b, die beide mit der starren Klappe 2 gekoppelt sind, zu vermeiden. Ein solches Verspannen kann grundsätzlich zu einem Verbiegen der Klappe 2 führen, was optisch wenig ansprechend ist und sogar zu einer Zerstörung von Komponenten der Antriebsanordnung 1 und/oder der Klappe 2 führen kann. Für die Synchronisierung der beiden Spindelantriebe 4a, 4b miteinander können unterschiedliche Synchronisierungskriterien zur Anwendung kommen. Eine Variante für ein Synchronisierungskriterium ist die Bereitstellung einer identischen Verstellgeschwindigkeit für die beiden Spindelantriebe 4a, 4b. Alternativ kann das Synchronisierungskriterium auf einen identischen Verstellweg, insbesondere auf eine identische Auslängung, der beiden Spindelantriebe 4a, 4b gerichtet sein. Weiter alternativ kann es vorteilhaft sein, das Synchronisierungskriterium darauf zu richten, dass beide Spindelantriebe eine identische elektrische Leistung aufnehmen.
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Bei der in 2 dargestellten Antriebsanordnung 1 übernimmt der Regler 9 selbst die Synchronisierung nach dem vorbestimmten Synchronisierungskriterium. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass dem Regler eine Synchronisierungseinheit nachgeschaltet ist.
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Die Schätzvorschrift 14a, 14b und/oder das Zustandsmodell 11a, 11b, kann bzw. können für beide Spindelantriebe 4a, 4b unterschiedlich parametriert sein. Es wurde weiter oben darauf hingewiesen, dass hierdurch auf geringfügige Unterschiede zwischen den beiden Spindelantrieben 4a, 4b, die herstellungsbedingt oder verschleißbedingt vorhanden sein können, auf besonders einfache Weise reagiert werden kann.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung besteht die Schätzvorschrift darin, dass bei einer vorgegebenen Varianz des gemessenen Betriebsparameters die geschätzte Verstellinformation mit einer Mindest-Grenzwahrscheinlichkeit der tatsächlichen Verstellinformation entspricht.
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Eine besonders robuste Vorgehensweise bei der Schätzung der Verstellinfomation besteht darin, dass für mindestens einen der Spindelantriebe 4a, 4b die Schätzeinrichtung 13a, 13b nach Art eines Kalman-Filters arbeitet. Das Kalman-Filter schätzt aus einer Folge gemessener Betriebsparameter und aus dem Zustandsmodell 11a, 11b basierend auf einer Schätzvorschrift 14a, 14b die Verstellinformation des betreffenden Spindelantriebs 4a, 4b. Zu Einzelheiten der Arbeitsweise eines Kalman-Filters darf auf den vorbekannten Stand der Technik verwiesen werden.
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Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, dass eine Referenz-Messanordnung 15 vorgesehen ist, mit der die Verstellinformation mindestens eines der Spindelantriebe 4a, 4b, vorzugsweise genau eines der Spindelantriebe 4a, 4b, messbar ist. Mit einer solchen Messung lässt sich die vorschlagsgemäße Schätzung der Verstellinformation auf die tatsächlichen Gegebenheiten anpassen. Im Einzelnen wird hierzu vorgeschlagen, dass die Antriebssteuerung 6 basierend auf der geschätzten Verstellinformation und der gemessenen Verstellinformation das Zustandsmodell 11a , 11b und/oder die Schätzvorschrift 14a, 14b zu dem jeweiligen Spindelantrieb 4a, 4b derart verändert, dass der Unterschied zwischen der geschätzten Verstellinformation und der gemessenen Verstellinformation minimiert wird. Es handelt sich hier um ein einfach zu lösendes Optimierungsproblem, bei dem das Zustandsmodell und/oder die Schätzvorschrift daraufhin optimiert wird bzw. werden, dass die geschätzte Verstellinformation der gemessenen Verstellinformation möglichst nahe kommt.
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Die Referenz-Messanordnung kann grundsätzlich einen Wegsensor, einen Gescchwindigkeitssensor o. dgl. aufweisen. Hier und vorzugsweise ist es jedoch so, dass die Referenz-Messanordnung 15 lediglich überprüft, ob die Klappe 2 ihre vollständig geschlossene Stellung einnimmt. Dies bedeutet, dass beim Ansprechen der Referenz-Messanordnung 15 die geschätzte Verstellinformation genau dem vollständig geschlossenen Zustand der Klappe 2 entsprechen muss. Sofern sich hier eine übermäßige Abweichung ergibt, muss eine Anpassung des Zustandsmodells 11a, 11b und/oder der Schätzvorschrift 14a, 14b vorgenommen werden.
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Die Referenz-Messanordnung 15 ist hier und vorzugsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugschlosses 16, das der Klappe 2 zugeordnet ist. Es handelt sich hier um einen sogenannten Ajar-Sensor, der das Erreichen der Hauptschließstellung des Kraftfahrzeugschlosses 16 erfasst. Die vorliegende Doppelnutzung des Ajar-Schalters des Kraftfahrzeugschlosses 16 führt vorliegend zu einer besonders kostengünstigen und insgesamt kompakten Anordnung.
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Die vorschlagsgemäße Anordnung kann nicht nur für das Schätzen der Verstellinformation des bestreffenden Spindelantriebs 4a, 4b, sondern auch für das Schätzen eines Lastmoments an dem Antriebsmotor M1, M2 des betreffenden Spindelantriebs 4a, 4b genutzt werden. In diesem Rahmen ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Antriebssteuerung 6 fortlaufend aus einer Folge gemessener Betriebsparameter und aus dem Zustandsmodell 11a, 11b basierend auf einer Schätzvorschrift 14a, 14b das Lastmoment an dem Antriebsmotor M1, M2 mindestens eines der Spindelantriebe 4a, 4b schätzt. Hierfür sind das Zustandsmodell 11a, 11b sowie die Schätzvorschrift 14a, 14b entsprechend anzupassen.
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Das obige Schätzen des Lastmoments ist insoweit vorteilhaft, als das geschätzte Lastmoment für die Erfassung eines Einklemmfalls genutzt werden kann. Hierbei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Antriebssteuerung 6 eine Einklemmroutine auslöst, wenn das geschätzte Lastmoment ein vorbestimmtes Grenz-Lastmoment übersteigt. Im Rahmen der Einklemmroutine kann es vorgesehen sein, dass beide Spindelantriebe 4a, 4b zunächst gestoppt und anschließend reversiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine akustische, optische oder haptische Warnmeldung abgegeben werden. Andere Maßnahmen im Rahmen der Einklemmroutine sind denkbar.
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Ganz allgemein darf noch darauf hingewiesen werden, dass das vorschlagsgemäße Schätzen der Verstellinformation eines Spindelantriebs für eine Antriebsanordnung Anwendung finden kann, bei der nur dieser eine Spindelantrieb vorgesehen ist. Regelmäßig ist es dabei vorgesehen, dass zusätzlich zu dem motorischen Spindelantrieb ein passives Federelement, insbesondere ein Gasdruckdämpfer, an der Klappe angreift. Der aktive, motorische Spindelantrieb und das passive Federelement können an gegenüberliegenden Seiten der zugeordneten Klappenöffnung angreifen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007043372 A1 [0004]
