DE102017125433A1

DE102017125433A1 - Baugruppe zum Verstellen eines Verstellelements relativ zu einem feststehenden Abschnitt eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017125433A1
Application number: DE102017125433.1A
Authority: DE
Inventors: Christoph Haberberger
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-05-02
Also published as: CN109723310A; US10947769B2; CN109723310B; US20190128041A1

Abstract

Eine Baugruppe zum Verstellen eines Verstellelements (11) relativ zu einem feststehenden Abschnitt (10) eines Fahrzeugs (1), insbesondere einer Fahrzeugtür relativ zu einer Fahrzeugkarosserie umfasst einen Antriebsmotor (22) zum elektromotorischen Verstellen des Verstellelements (11), eine elektrisch betätigbare Kupplungseinrichtung (21), eine Sensoreinrichtung (3) zum Messen eines Beschleunigungswerts des Verstellelements (11) bei einem Verstellen des Verstellelements (11) und eine Steuereinrichtung (4) zum Steuern des Antriebsmotors (22) und der Kupplungseinrichtung (21). Dabei ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, anhand eines bei einem Verstellen des Verstellelements (11) in einem Schlupfzustand der Kupplungseinrichtung (21) über die Sensoreinrichtung (3) erhaltenen Beschleunigungswerts einen an der Kupplungseinrichtung (21) wirkenden Kraftwert oder Drehmomentwert zu berechnen. Auf diese Weise wird eine Baugruppe zum Verstellen eines Verstellelements relativ zu einem feststehenden Abschnitt eines Fahrzeugs bereitgestellt, die eine Diagnose der Funktionalität vor Inbetriebnahme, aber auch im späteren Betrieb ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zum Verstellen eines Verstellelements relativ zu einem feststehenden Abschnitt eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Verstellen eines Verstellelements relativ zu einem feststehenden Abschnitt eines Fahrzeugs.
Ein solches Verstellelement kann beispielsweise durch eine Fahrzeugtür, beispielsweise eine Fahrzeugseitentür oder eine Heckklappe eines Fahrzeugs, verwirklicht sein. Eine solche Fahrzeugtür kann relativ zu einer Fahrzeugkarosserie bewegt werden, um eine Fahrzeugöffnung freizugeben. Die Fahrzeugtür kann hierbei beispielsweise verschwenkbar an der Fahrzeugkarosserie angeordnet sein. Ebenso ist aber denkbar und möglich, dass die Fahrzeugtür verschiebbar an der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist.
Eine solche Baugruppe umfasst einen Antriebsmotor zum elektromotorischen Verstellen des Verstellelements und eine elektrisch betätigbare Kupplungseinrichtung, die ein Kupplungselement zum Kuppeln des Antriebsmotors mit einem Übertragungselement zum Verstellen des Verstellelements aufweist. Das Kupplungselement kann insbesondere in einen Kupplungszustand geschaltet werden, in dem eine Kupplung zwischen dem Antriebsmotor und dem Übertragungselement zum Verstellen des Verstellelements besteht. Das Kupplungselement kann aber auch in einen schleifenden Schlupfzustand geschaltet werden, in dem das Kupplungselement derart mit einem weiteren Kupplungselement oder dem Übertragungselement zusammenwirkt, dass ein Schlupf zwischen den Kupplungselementen oder dem Kupplungselement und dem Übertragungselement besteht, eine Drehbewegung des Antriebsmotors somit nicht vollständig in eine Verstellbewegung des Verstellelements umgesetzt wird.
Zudem dient eine Sensoreinrichtung zum Messen eines Beschleunigungswerts, der eine Beschleunigung des Verstellelements beim Verstellen anzeigt. Eine Steuereinrichtung ist vorgesehen, um den Antriebsmotor und die Verriegelungseinrichtung zu steuern.
Über eine solche Baugruppe kann ein Verstellelement, zum Beispiel eine Fahrzeugtür, elektromotorisch verstellt werden. Über die Baugruppe kann zudem auch ein Bremsen des Verstellelements, zum Beispiel zum Begrenzen einer Bewegungsgeschwindigkeit bei einem manuellen Bewegen des Verstellelements oder zum Bereitstellen einer sogenannten Endanschlagsdämpfung, bewirkt werden, indem die Kupplungseinrichtung in ihren schleifenden Schlupfzustand geschaltet wird und somit bei schleifenden Kupplungselementen ein Bremsen der Bewegung des Verstellelements bewirkt.
Die Bremswirkung hängt hierbei ab von der Ansteuerung der Kupplungseinrichtung, dazu aber auch von Toleranzen im System und von einem Verschleiß zum Beispiel an den Kupplungselementen.
Bei einem Verstellsystem zum Beispiel einer Fahrzeugseitentür kommt es im Betrieb zu großen Beanspruchungen. Beispielsweise unterliegt eine Fahrzeugseitentür einer Vielzahl von Öffnungs- und Schließzyklen, beispielsweise bis zu 100.000 Öffnungs- und Schließzyklen, über die das Verstellsystem zuverlässig funktionieren soll.
Wünschenswert ist, einen Verschleiß z.B. aufgrund von Systemalterung im Betrieb zu erkennen, anzuzeigen und gegebenenfalls (wenn möglich) auszugleichen. Zudem können Toleranzen im System existieren, die gegebenenfalls in der Ansteuerung der Kupplungseinrichtung berücksichtigt werden sollten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Baugruppe und ein Verfahren zum Verstellen eines Verstellelements relativ zu einem feststehenden Abschnitt eines Fahrzeugs bereitzustellen, die eine Diagnose der Funktionalität vor Inbetriebnahme, aber auch im späteren Betrieb ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist die Steuereinrichtung ausgebildet, anhand eines bei einem Verstellen des Verstellelements in dem Schlupfzustand der Kupplungseinrichtung über die Sensoreinrichtung erhaltenen Beschleunigungswerts einen an der Kupplungseinrichtung wirkenden Kraftwert oder Drehmomentwert zu berechnen.
Anhand der Berechnung des Kraftwerts oder Drehmomentwerts kann eine Diagnose des Schlupfzustands der Kupplungseinrichtung erfolgen. Insbesondere ergibt sich aus dem Kraftwert bzw. dem Drehmomentwert, welche Kraft bei bestehender Ansteuerung im Schlupfzustand an der Kupplungseinrichtung wirkt.
Zum Zwecke der Diagnose wird die Kupplungseinrichtung insbesondere zu Beginn einer Verstellbewegung des Verstellelements oder zum Bremsen der Bewegung des Verstellelements in den Schlupfzustand geschaltet. Abhängig von der Ansteuerung der Kupplungseinrichtung wirkt an der Kupplungseinrichtung ein Kraftwert oder ein Drehmomentwert, der dem zum Verstellen des Verstellelements übertragenen Kraftwert oder Drehmomentwert (bei elektromotorischer Verstellung des Verstellelements) oder dem zum Bremsen des Verstellelements an der Kupplungseinrichtung wirkenden Kraftwert oder Drehmomentwert (bei Abbremsen eines zum Beispiel manuell verstellten Verstellelements) entspricht. Dieser Kraftwert oder Drehmomentwert kann anhand der (positiven oder negativen) Beschleunigung des Verstellelements bestimmt werden, basierend auf der Erkenntnis, dass eine positive Beschleunigung des Verstellelements durch eine über die Kupplungseinrichtung übertragene Verstellkraft und umgekehrt eine einem Abbremsen entsprechende negative Beschleunigung des Verstellelements durch eine durch die Kupplungseinrichtung bewirkte Bremskraft bewirkt wird. Anhand der gemessenen Beschleunigung des Verstellelements kann somit auf die über die Kupplungseinrichtung zum Verstellen übertragene Kraft oder die an der Kupplungseinrichtung zum Abbremsen anliegende Kraft geschlossen werden.
Die Kupplungseinrichtung kann, in einer Ausgestaltung, unterschiedliche Zustände aufweisen. So kann in einem Kupplungszustand das Kupplungselement den Antriebsmotor mit dem Übertragungselement kuppeln, um eine Verstellkraft zum Verstellen des Verstellelements von dem Antriebsmotor auf das Übertragungselement und darüber auf das Verstellelement zu übertragen. In einem Entkupplungszustand ist demgegenüber das Kupplungselement entkuppelt, sodass auch der Antriebsmotor von dem Übertragungselement entkuppelt ist und sich die Kupplungseinrichtung somit in einem Leerlaufzustand befindet. In dem Kupplungszustand befindet sich die Kupplungseinrichtung insbesondere für ein elektromotorisches Verstellen des Verstellelements, angetrieben durch den Antriebsmotor. In dem Entkupplungszustand hingegen befindet sich die Kupplungseinrichtung, um zum Beispiel ein manuelles Verstellen des Verstellelements, zum Beispiel einer Fahrzeugtür, durch einen Nutzer zu ermöglichen.
Der Kraftwert oder der Drehmomentwert kann insbesondere anhand des Beschleunigungswerts und eines die Masse des Verstellelements angebenden Massewerts berechnet werden. Ist die Masse des Verstellelements bekannt und wird der (aktuelle, in der Regel zeitvariable) Beschleunigungswert durch die Sensoreinrichtung gemessen, so ergibt sich aus dem Produkt der Beschleunigung und der Masse die (aktuell) an dem Verstellelement wirkende Kraft bzw. (bei einem verschwenkbaren Verstellelement, zum Beispiel einer Fahrzeugseitentür) das an dem Verstellelement wirkende (aktuelle) Drehmoment (die Beschleunigung entspricht in diesem Fall einer Winkelbeschleunigung). Befindet sich die Kupplungseinrichtung in ihrem schleifenden Schlupfzustand, kann somit anhand der gemessenen Beschleunigung auf die über die Kupplungseinrichtung zum Verstellen übertragene Kraft (bei einem elektromotorischen Verstellen mit positiver Beschleunigung) oder die an der Kupplungseinrichtung bewirkte Bremskraft (bei Abbremsen des Verstellelements mit negativer Beschleunigung) geschlossen werden.
Die Ansteuerung der Kupplungseinrichtung zum Einnehmen des Schlupfzustands erfolgt generell über die Steuereinrichtung, die hierzu Kupplungselemente zum Beispiel mit vorbestimmter Kraft (anhand zum Beispiel eines in der Steuereinrichtung hinterlegten Kraftwerts) in (schleifende) Anlage miteinander bringt. Der in dem Schlupfzustand erhaltene Schlupf kann hierbei auch gemessen werden, insbesondere anhand der Drehzahl des Antriebsmotors und der Geschwindigkeit des Verstellelements beim Verstellen. Die Drehzahl des Antriebsmotors kann beispielsweise durch einen geeigneten Drehzahlsensor, zum Beispiel einen Hall-Sensor oder dergleichen, an der Antriebswelle des Antriebsmotors gemessen werden. Die Drehzahl des Antriebsmotors entspricht, bei mit dem Übertragungselement gekuppeltem Antriebsmotor, einer Sollgeschwindigkeit des Verstellelements, zum Beispiel der Fahrzeugtür. Die aktuelle Geschwindigkeit des Verstellelements, zum Beispiel die Winkelgeschwindigkeit einer schwenkbaren Fahrzeugtür, kann demgegenüber über eine geeignete Sensoreinrichtung an dem Verstellelement (zum Beispiel einen Sensor zum Bestimmen der absoluten Winkelposition der Fahrzeugtür oder der Winkelgeschwindigkeit der Fahrzeugtür) bestimmt werden, sodass aus der Differenz zwischen der Sollgeschwindigkeit (die sich bei vollständig hergestellter Kupplung anhand der Drehzahl des Antriebsmotors ergeben würde) und der aktuell gemessenen Geschwindigkeit auf den Schlupf zwischen dem Verstellelement und dem Antriebsmotor geschlossen werden kann.
Anhand des berechneten Kraftwerts oder Drehmomentwerts kann die Steuereinrichtung die Ansteuerung der Kupplungseinrichtung kalibrieren. So kann für eine bestimmte Ansteuerung, zum Beispiel für eine Ansteuerung der Kupplungseinrichtung mit einem vorbestimmten Strom, in der Steuereinrichtung gespeichert werden, welcher Kraftwert oder welcher Drehmomentwert sich ergibt, wobei zusätzlich der sich ergebende Schlupf gespeichert werden kann. Erfolgt dies für unterschiedliche Ansteuerungsparameter, zum Beispiel für unterschiedliche Stromwerte zur Ansteuerung der Kupplungseinrichtung, so kann in der Steuereinrichtung zum Beispiel eine Tabelle abgelegt werden, in der Ansteuerungsparameter einem sich ergebenden Kraftwert oder einem Drehmoment zugeordnet sind, sodass im weiteren Betrieb eine Ansteuerung der Kupplungseinrichtung zum Erhalten eines bestimmten Kraftwerts oder Drehmomentwerts (zum elektromotorischen Verstellen des Verstellelements oder zum Abbremsen des Verstellelements) anhand der hinterlegten Kalibrationstabelle erfolgen kann.
Das System kann selbstlernend sein. Hierzu können Diagnoseroutinen vor Inbetriebnahme und/oder regelmäßig im Betrieb durchgeführt werden, um die Steuereinrichtung (fortwährend) neu zu kalibrieren und somit eine Veränderung im System, zum Beispiel aufgrund eines Verschleißes, zu erkennen und eine Ansteuerung der Kupplungseinrichtung entsprechend anzupassen.
Bei der Diagnose können auch weitere Mess- oder Kennwerte mitberücksichtigt werden. So können Sensorsignale von im oder am Fahrzeug befindlichen Sensoren, zum Beispiel Neigungssensoren, Temperatursensoren, Beschleunigungssensoren oder Kraftsensoren ausgewertet und in die Diagnose mit einbezogen werden, um zum Beispiel bei der Kalibrierung solche Sensorsignale mit zu berücksichtigen. Beispielsweise können auf diese Weise eine Fahrzeugneigung oder extern auf die Fahrzeugtür wirkende Kräfte zum Beispiel infolge eines Winddrucks oder die Temperatur im oder am Fahrzeug für die Kalibrierung mitberücksichtigt werden.
Diagnoseroutinen können hierbei beim Anfahren des Verstellelements oder auch beim Abbremsen des Verstellelements durchgeführt werden.
So kann eine erste Diagnoseroutine regelmäßig zu Beginn einer Verstellbewegung des Verstellelements, zum Beispiel einer Fahrzeugtür, durchgeführt werden. Hierzu kann die Steuereinrichtung die Kupplungseinrichtung zu Beginn der Verstellbewegung in ihren Schlupfzustand schalten, sodass eine Übertragung einer Verstellkraft auf das Verstellelement zu Beginn der Verstellbewegung unter Schlupf erfolgt. Der Schlupf kann hierbei variabel sein, insbesondere indem die Kupplungseinrichtung immer weiter geschlossen wird und somit der Schlupf kontinuierlich von einem maximalen Schlupf auf 0 reduziert wird (wobei der maximale Schlupf dem Entkupplungszustand bei leerlaufender Kupplung und ein Schlupf von 0 dem Kupplungszustand bei vollständig gekuppelten Kupplungselementen entspricht). Die sich hierbei ergebenden (veränderlichen) Beschleunigungswerte an dem Verstellelement können gemessen werden, um die sich ergebenden, veränderlichen Kraftwerte oder Drehmomentwerte an der Kupplungseinrichtung zu bestimmen. Bei sich veränderndem Schlupf wird somit bestimmt, welche Kraft bzw. Drehmoment aktuell über die Kupplungseinrichtung übertragen wird, was entsprechend zusammen mit den zugehörigen Ansteuerungsparametern der Kupplungseinrichtung in der Steuereinrichtung gespeichert und zum Kalibrieren verwendet werden kann.
Eine zweite Diagnoseroutine kann zusätzlich oder alternativ regelmäßig beim Abbremsen einer Verstellbewegung des Verstellelements durchgeführt werden. Zum Abbremsen einer Verstellbewegung des Verstellelements, beispielsweise bei einem manuellen Verstellen des Verstellelements zum Begrenzen der Verstellgeschwindigkeit oder zum Bereitstellen einer Endanschlagsdämpfung vor Erreichen einer vollständig geöffneten Stellung, wird die Kupplungseinrichtung in den Schlupfzustand geschaltet, sodass die Kupplungselemente der Kupplungseinrichtung schleifend zusammenwirken und eine Bremskraft (bei zum Beispiel stillstehendem Antriebsmotor) an dem Verstellelement bewirken. Anhand der über die Sensoreinrichtung an dem Verstellelement gemessenen Beschleunigung kann dann auf die an der Kupplungseinrichtung wirkende Bremskraft geschlossen werden.
Wiederum kann die Ansteuerung der Kupplungseinrichtung variiert werden, um einen variablen Schlupf an der Kupplungseinrichtung zu erhalten. Beispielsweise kann im Rahmen der zweiten Diagnoseroutine der Schlupf kontinuierlich von einem maximalen Schlupf auf 0 reduziert werden (wobei wiederum der maximale Schlupf dem Entkupplungszustand bei leerlaufender Kupplung und ein Schlupf von 0 dem Kupplungszustand bei vollständig gekuppelten Kupplungselementen entspricht). Die gemessenen Kraftwerte oder Drehmomentwerte können zusammen mit den Ansteuerungsparametern in der Steuereinrichtung gespeichert und zum Kalibrieren verwendet werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Verstellen eines Verstellelements relativ zu einem feststehenden Abschnitt eines Fahrzeugs, insbesondere einer Fahrzeugtür relativ zu einer Fahrzeugkarosserie, aufweisend:

- Verstellen des Verstellelements unter Verwendung eines Antriebsmotors, wobei eine elektrisch betätigbare Kupplungseinrichtung über ein Kupplungselement, das in einem Schlupfzustand der Kupplungseinrichtung derart mit einem weiteren Kupplungselement oder einem Übertragungselement zusammenwirkt, dass ein Schlupf zwischen dem Kupplungselement und dem weiteren Kupplungselement oder dem Übertragungselement besteht, den Antriebsmotor mit einem Übertragungselement zum Verstellen des Verstellelements kuppelt,
- Messen eines Beschleunigungswerts des Verstellelements bei einem Verstellen des Verstellelements unter Verwendung einer Sensoreinrichtung, und
- Berechnen eines an der Kupplungseinrichtung wirkenden Kraftwerts oder Drehmomentwerts, durch eine Steuereinrichtung, anhand eines bei einem Verstellen des Verstellelements in dem Schlupfzustand der Kupplungseinrichtung über die Sensoreinrichtung erhaltenen Beschleunigungswerts.

Diagnoseroutinen der vorangehend beschriebenen Art können bei der Herstellung oder Montage des Verstellelements, z.B. der Fahrzeugtür, also in der Produktion, durchgeführt werden (z.B. als sogenannter „End-of-Line-Test“ als Funktionsbereitschaftstest nach der Herstellung). Solche Diagnoseroutinen können aber auch während des Betriebs nach Auslieferung des Fahrzeugs an einen Kunden durchgeführt werden. Die Diagnoseroutinen können hierbei vollständig selbsttätig gesteuert durch die Steuereinrichtung ausgeführt werden, wobei eine Anpassung von Systemparametern und eine Kalibrierung des Systems selbsttätig durch die Steuereinrichtung vorgenommen werden kann und auch Fehlermeldungen selbsttätig generiert und angezeigt werden können. Durch Verwendung solcher Diagnose- und Steuerroutinen können Alterungseffekte im Gesamtsystem des Verstellelements ausgeglichen und nachnormiert werden, so dass die Funktionsbereitschaft des Verstellsystems erhalten wird, eventuelle Fehlfunktionen ausgeglichen und/oder Fehlermeldungen generiert werden können, um eine Wartung zu ermöglichen.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Verstellelements in Form einer Fahrzeugtür an einem feststehenden Abschnitt in Form einer Fahrzeugkarosserie;
2 eine schematische Ansicht einer Baugruppe mit einem Antriebsmotor, einer Kupplungseinrichtung, einer Steuereinrichtung und einem Übertragungselement zur Kraftübertragung zum Verstellen des Verstellelements;
3 eine schematische Ansicht eines Antriebsmotors und einer Kupplungseinrichtung;
4A-4D grafische Ansichten des Verlaufs der Ansteuerung der Kupplung, der Position der Fahrzeugtür, des sich ergebenden Schlupfs und der Beschleunigung der Tür, bis zu einem ersten Zeitpunkt;
4E eine schematische Ansicht der korrespondierenden Stellung der Fahrzeugtür zu dem ersten Zeitpunkt;
5A-5D grafische Ansichten des Verlaufs der Ansteuerung der Kupplung, der Position der Fahrzeugtür, des sich ergebenden Schlupfs und der Beschleunigung der Tür, bis zu einem zweiten Zeitpunkt;
5E eine schematische Ansicht der korrespondierenden Stellung der Fahrzeugtür zu dem zweiten Zeitpunkt;
6A-6D grafische Ansichten des Verlaufs der Ansteuerung der Kupplung, der Position der Fahrzeugtür, des sich ergebenden Schlupfs und der Beschleunigung der Tür, bis zu einem dritten Zeitpunkt;
6E eine schematische Ansicht der korrespondierenden Stellung der Fahrzeugtür zu dem dritten Zeitpunkt;
7A-7D grafische Ansichten des Verlaufs der Ansteuerung der Kupplung, der Position der Fahrzeugtür, des sich ergebenden Schlupfs und der Beschleunigung der Tür, bis zu einem vierten Zeitpunkt; und
7E eine schematische Ansicht der korrespondierenden Stellung der Fahrzeugtür zu dem vierten Zeitpunkt;

1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug 1, das eine Fahrzeugkarosserie 10 und ein an der Fahrzeugkarosserie 10 um eine Schwenkachse entlang einer Öffnungsrichtung O verschwenkbares Verstellelements in Form einer Fahrzeugtür 11 aufweist.
Das Verstellelement 11 kann beispielsweise durch eine Fahrzeugseitentür oder auch durch eine Heckklappe verwirklicht sein. Das Verstellelement 11 verdeckt in einer geschlossenen Stellung eine Fahrzeugöffnung 100 in der Fahrzeugkarosserie 10, beispielsweise eine Queröffnung oder eine Heckklappenöffnung in der Fahrzeugkarosserie 10.
Angemerkt sei, dass das Verstellelement 11 beispielsweise auch verschiebbar an der Fahrzeugkarosserie 10, beispielsweise als Schiebetür, angeordnet sein kann. Das nachstehend Erläuterte ist analog anwendbar auch auf zu verschiebende Verstellelement.
Das Verstellelement 11 ist über eine Antriebseinrichtung 2 elektromotorisch aus seiner geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung bewegbar, so dass das Verstellelement 11 in Form der Fahrzeugtür selbsttätig in elektromotorischer Weise bewegt werden kann. Die Verstelleinrichtung 2, schematisch veranschaulicht in 1 und in einem Ausführungsbeispiel schematisch in 2 dargestellt, weist einen Antriebsmotor 22 auf, der über eine Kupplungseinrichtung 21 mit einem Übertragungselement 20 gekuppelt ist, über das Verstellkräfte zwischen dem Verstellelement 11 und der Fahrzeugkarosserie 10 übertragen werden können. Der Antriebsmotor 22 kann hierbei beispielsweise ortsfest an dem Verstellelement 11 angeordnet sein, während das Übertragungselement 20 beispielsweise nach Art eines so genannten Fangbands an einem Ende 200 gelenkig und somit verschwenkbar an der Fahrzeugkarosserie 10 festgelegt ist.
In einer konkreten Ausgestaltung kann die Antriebseinrichtung 2 beispielsweise wie in der DE 10 2015 215 627 A1 ausgebildet sein, deren Inhalt vorliegend vollumfänglich mit einbezogen sein soll.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Antriebseinrichtung 2 dient der Antriebsmotor 22 zum Antreiben eines Antriebselements 23 in Form einer Seiltrommel, die über ein Kopplungselement 24 in Form eines flexiblen, zur Übertragung von (ausschließlich) Zugkräften ausgebildeten, biegeschlaffen Zugelements, insbesondere in Form eines Zugseils (beispielsweise eines Stahlseils), mit dem Übertragungselement 20 gekoppelt ist. Die Seiltrommel 23 kann hierbei beispielsweise an dem längserstreckten Übertragungselement 20 abgestützt sein und an dem Übertragungselement 20 abrollen. Das Kopplungselement 24 ist über ein erstes Ende 240 im Bereich des Endes 200 des Übertragungselements 20 und über ein zweites Ende 241 im Bereich eines zweiten Endes 201 mit dem Übertragungselement 20 verbunden und dabei um das Antriebselement 23 in Form der Seiltrommel geschlungen. Wird das Antriebselement 23, angetrieben durch den Antriebsmotor 22, in eine Drehbewegung versetzt, rollt das Kopplungselement 24 in Form des Zugelements (Zugseil) an dem Antriebselement 23 ab, so dass das Antriebselement 23 relativ zu dem Übertragungselement 20 bewegt und somit entlang der Längsrichtung des Übertragungselements 20 zu dem Übertragungselement 20 bewegt wird, was zu einem Verstellen des Verstellelements 11 relativ zu der Fahrzeugkarosserie 10 führt.
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass auch andere Bauformen von Antriebseinrichtungen denkbar und möglich sind. Beispielsweise kann der Antriebsmotor 22 auch ein Ritzel antreiben, das mit dem Übertragungselement 20 in Verzahnungseingriff steht. Denkbar und möglich ist zudem auch, dass die Antriebseinrichtung als Spindelantrieb mit einer zum Beispiel drehbaren Spindel, die mit einer Spindelmutter in Eingriff steht, ausgebildet ist.
Die Kupplungseinrichtung 21 dient dazu, den Antriebsmotor 22 mit dem Antriebselement 23 zu kuppeln oder von dem Antriebselement 23 zu entkuppeln. In einem Kupplungszustand stellt die Kupplungseinrichtung 21 einen Kraftfluss zwischen dem Antriebsmotor 22 und dem Antriebselement 23 her, so dass eine Drehbewegung einer Motorwelle des Antriebsmotors 20 auf das Antriebselement 23 übertragen und demzufolge das Antriebselement 23 in eine Drehbewegung versetzt wird, um auf diese Weise eine Verstellkraft in das Übertragungselement 20 einzuleiten. In einem Entkupplungszustand ist demgegenüber der Antriebsmotor 22 von dem Antriebselement 23 entkuppelt, so dass der Antriebsmotor 22 unabhängig von dem Antriebselement 23 und umgekehrt das Antriebselement 23 unabhängig von dem Antriebsmotor 22 bewegt werden kann. In diesem Entkupplungszustand kann beispielsweise ein manuelles Verstellen des Verstellelements 11 möglich sein, ohne dass hierbei der Antriebsmotor 22 mit Kräften beaufschlagt wird.
Die Kupplungseinrichtung 21 weist zudem einen Schlupfzustand auf, entsprechend einem schleifenden Zustand, in dem Kupplungselemente 210, 211, schematisch dargestellt in 3, schleifend miteinander in Anlage sind. Ein erstes Kupplungselement 210 ist hierbei wirkverbunden mit einer Motorwelle 220 des Antriebsmotors 22, während ein zweites Kupplungselement 211 wirkverbunden ist mit dem Antriebselement 23. In diesem schleifenden Schlupfzustand kann die Kupplungseinrichtung 21 beispielsweise eine Bremskraft während eines manuellen Verstellens des Verstellelements 11 bereitstellen, bewirkt durch die schleifende Anlage der Kupplungselemente 210, 211 aneinander.
Eine Steuereinrichtung 4 dient zum Steuern der Verstelleinrichtung 2, insbesondere zum Ansteuern des Antriebsmotors 22 und der Kupplungseinrichtung 21. Mittels der Steuereinrichtung 4 kann die Kupplungseinrichtung 21 angesteuert werden, um die Kupplungseinrichtung 21 zwischen ihren unterschiedlichen Zuständen zu schalten und dazu die Kupplungselemente 210, 211 relativ zueinander zu bewegen. Insbesondere sind in dem Entkupplungszustand die Kupplungselemente 210, 211 voneinander entkuppelt und können somit unabhängig voneinander bewegt werden, sodass sich die Kupplungseinrichtung 21 in einem Leerlaufzustand befindet. In dem Kupplungszustand werden die Kupplungselemente 210, 211 pressend miteinander in Anlage gedrückt und sind somit kraftschlüssig miteinander verbunden, sodass eine Verstellkraft vom Antriebsmotor 22 ohne Schlupf auf das Antriebselement 23 und darüber auf das Übertragungselement 20 übertragen werden kann. In dem Schlupfzustand besteht ein Schlupf zwischen den Kupplungselementen 210, 211, sodass die Kupplungselemente 210, 211 aneinander schleifen und eine Drehbewegung des Antriebsmotors 22 mit Schlupf auf das Antriebselement 23 (in Form der Seiltrommel) übertragen wird.
Beispielsweise kann ein Nutzer über eine Betätigungseinheit 5 in Form eines Funkschlüssels einen Öffnungsvorgang initiieren, beispielsweise indem ein Nutzer einen Knopf 50 der Betätigungseinheit 5 drückt und damit ein Öffnungssignal generiert, das an die Steuereinrichtung 4 übermittelt wird. Stellt die Steuereinrichtung 4 fest, dass das Verstellelement 11 geöffnet werden soll, so steuert die Steuereinrichtung 4 den Antriebsmotor 22 und die Kupplungseinrichtung 21 an, um eine Kupplung zwischen dem Antriebsmotor 22 und dem Antriebselement 23 herzustellen und somit eine Verstellkraft in das Verstellelement 11 einzuleiten und auf diese Weise das Verstellelement 11 in Form der Fahrzeugtür zu öffnen.
Das Verstellelement 11 in Form der Fahrzeugtür weist, wie aus der schematischen Ansicht gemäß 1 ersichtlich ist, eine Sensoreinrichtung 3 auf, die zum Messen eines (Winkel-)Beschleunigungswerts an dem Verstellelement 11 und zudem gegebenenfalls zum Messen der absoluten Winkelposition und Winkelgeschwindigkeit des Verstellelements 11 ausgebildet ist.
Zudem können Parameter des Antriebsmotors 42 gemessen werden, zum Beispiel über einen Drehzahlsensor 221 in Form eines Hall-Sensors, wie dies schematisch in 3 illustriert ist. Über einen solchen Drehzahlsensor 221 kann eine Drehzahl der Motorwelle 220 im Betrieb bestimmt werden.
Über die Sensoreinrichtung 3 erhaltene Messwerte können in Zusammenspiel mit einer geeigneten Ansteuerung der Kupplungseinrichtung 21 zum Durchführen von Diagnoseroutinen zur Diagnose des Schlupfverhaltens der Kupplungseinrichtung 21 im Schlupfzustand verwendet werden, um eine Ansteuerung der Kupplungseinrichtung 21 zu kalibrieren und eventuelle Veränderungen im System, zum Beispiel aufgrund von Alterungseffekten oder Verschleiß, auszugleichen oder eine Fehlfunktion zu ermitteln.
So kann die Steuereinrichtung 4 zum Zwecke der Diagnose ausgebildet sein, die Kupplungseinrichtung 21 in den Schlupfzustand zu schalten, sodass das Verstellelement 11 in Form der Fahrzeugtür zum Beispiel aus einer Ruhestellung bei schleifender Kupplung beschleunigt wird. Anhand der gemessenen Beschleunigung und anhand eines bekannten Massewerts des Verstellelements 11 kann dann auf die bei schleifender Kupplung übertragene Verstellkraft geschlossen werden, sodass auf den Zustand der Kupplungseinrichtung 21 zurückgeschlossen werden kann.
Eine Diagnoseroutine kann zum Beispiel beim Öffnen des Verstellelements 11 im gewöhnlichen Betrieb durchgeführt werden, wie dies in der Abfolge von 4A-4E hin zu 7A-7E veranschaulicht ist.
So kann zum Öffnen des Verstellelements 11 in Form der Fahrzeugtür die Steuereinrichtung 4 die Kupplungseinrichtung 21 ansteuern, sodass die Kupplungseinrichtung 21 zu einem ersten Zeitpunkt t1 teilweise geschlossen wird und somit einen Schlupfzustand entsprechend einer teilweise bestromten Kupplung (siehe 4A) einnimmt. Das Verstellelement 11 ist zunächst geschlossen (siehe 4B und 4E), und bei Ansteuerung des Antriebsmotors 22 besteht ein maximaler Schlupf (von 100 %) zwischen den Kupplungselementen 210, 211, entsprechend einem Stillstand des dem Antriebselement 23 zugeordneten Kupplungselements 211 gegenüber dem dem Antriebsmotor 22 zugeordneten, sich drehenden Kupplungselement 210 (siehe 4C). Eine Beschleunigung an dem Verstellelement 11 erfolgt hierbei zunächst noch nicht ( 4D).
Die Kupplungseinrichtung 21 wird nunmehr kontinuierlich weiter geschlossen, indem die Kupplungselemente 210, 211 weiter in Anlage miteinander gedrückt werden, wie dies aus 5A-5E und 6A-6E ersichtlich ist. Ab dem zweiten Zeitpunkt t2 erfolgt eine Kraftübertragung über die Kupplungseinrichtung 21 von dem Antriebsmotor 22 hin zu dem Verstellelement 11, sodass das Verstellelement 11 in die Öffnungsrichtung O bewegt wird (siehe 6B und 6E) und der Schlupf kontinuierlich von 100 % auf 0 % sinkt (siehe 6C). Die sich hierbei ergebende (Winkel-)Beschleunigung (6D) steigt zunächst an, fällt dann aber wieder ab und ist bei nachfolgender Verstellbewegung mit konstanter Verstellgeschwindigkeit Null (wie zum vierten Zeitpunkt t4 gemäß 7A-7E).
In der Phase der Beschleunigung des Verstellelements 11, entsprechend dem Zeitraum zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3, kann anhand der Beschleunigung des Verstellelements 11, gemessen über die Sensoreinrichtung 3 an dem Verstellelement 11, auf die Verstellkraft geschlossen werden, die über die Kupplungseinrichtung 21 in das Verstellelement 11 eingeleitet wird. Zudem kann anhand der Drehzahl des Antriebsmotors 22, gemessen über den Drehzahlsensor 221, und der Verstellgeschwindigkeit des Verstellelements 11, gemessen über die Sensoreinrichtung 3, der Schlupf der Kupplungseinrichtung 21 bestimmt werden. Diese Werte können zusammen mit Ansteuerungsparametern der Kupplungseinrichtung 21, zum Beispiel einem Strom zur Bestromung der Kupplungseinrichtung 21, in der Steuereinrichtung 4 gespeichert werden, wobei aufgrund der sich ändernden Ansteuerung der Kupplungseinrichtung 21 (entsprechend einem kontinuierlich von 100% auf 0% reduzierten Schlupf) eine sich ändernde Verstellkraft erhalten wird. Entsprechend kann in der Steuereinrichtung 4 eine Tabelle gespeichert werden, die das Schlupfverhalten der Kupplungseinrichtung 21 ansteuerungsabhängig charakterisiert und in der Ansteuerparameter der Kupplungseinrichtung 21 zusammen mit sich ergebenden Schlupfwerten und sich ergebenden Verstellkräften abgelegt sind.
Beim Ansteuern des Verstellelements 11 in Form der Fahrzeugtür zum Öffnen erfolgt eine positive Beschleunigung an dem Verstellelement 11. Eine andere Diagnoseroutine kann auch beim Abbremsen des Verstellelements 11 mit negativer Beschleunigung durchgeführt werden, indem beim Abbremsen die Kupplungseinrichtung 21 zum Einnehmen eines Schlupfzustands angesteuert wird, um sich ergebende Bremskräfte zu bestimmen und zusammen mit korrespondierenden Schlupfwerten zu speichern. Eine solche Diagnoseroutine kann zum Beispiel im Rahmen einer Endanschlagsdämpfung bei einem manuellen Verstellen des Verstellelements 11 durchgeführt werden, bei der die Kupplungseinrichtung 21 vor Erreichen eines einer maximal geöffneten Stellung zugeordneten Endanschlags eingekuppelt wird, um das Verstellelement 11 zu bremsen.
Solche Diagnoseroutinen können beim Öffnen und Schließen des Verstellelements 11 in Form der Fahrzeugtür durchgeführt werden immer dann, wenn sich eine Beschleunigung an dem Verstellelement 11 ergibt.
Anhand solcher Diagnoseroutinen, die vor Inbetriebnahme und zudem auch regelmäßig im Betrieb durchgeführt werden können, kann das Verstellsystem kalibriert werden, um Toleranzen auszugleichen und Alterungseffekte für den Betrieb zu berücksichtigen. Das System kann hierbei selbstlernend sein, indem eine Funktionsweise der Kupplungseinrichtung 21 und eine Kraftübertragung über die Kupplungseinrichtung 21 selbsttätig eingelernt wird. Im Normalbetrieb kann eine Ansteuerung der Kupplungseinrichtung 21 dann anhand eingelernter Kalibrationsdaten erfolgen.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch in gänzlich anders gearteter Weise verwirklichen.
Insbesondere kann eine Verstelleinrichtung der hier beschriebenen Art zum Verstellen einer Fahrzeugseitentür, einer Heckklappe oder einem anderen Verstellelement in einem Fahrzeug Verwendung finden. Solche ein Verstellelement kann grundsätzlich verschwenkbar oder auch verschiebbar an dem Fahrzeug angeordnet sein.
Das Verstellsystem kann in ganz unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein und ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise ein Spindelantrieb oder auch ein Zahnstangen-Ritzel-Antrieb zum Einsatz kommen, um das Verstellelement zu verstellen, wobei auch gänzlich anders geartete Ausführungsformen, beispielsweise Seiltriebe oder dergleichen, verwendet werden können.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
10: Feststehender Abschnitt (Fahrzeugkarosserie)
100: Fahrzeugöffnung
11: Verstellelement (Fahrzeugtür)
2: Antriebseinrichtung
20: Übertragungselement (Fangband)
200,201: Ende
21: Kupplungseinrichtung
210,211: Kupplungselemente
22: Antriebsmotor
220: Motorwelle
221: Drehzahlsensor (Hall-Sensor)
23: Antriebselement
24: Kopplungselement (Zugseil)
240,241: Ende
3: Sensoreinrichtung (Beschleunigungssensor)
4: Steuereinrichtung
5: Betätigungseinheit
50: Betätigungsknopf
O: Öffnungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015215627 A1 [0031]

Claims

Baugruppe zum Verstellen eines Verstellelements (11) relativ zu einem feststehenden Abschnitt (10) eines Fahrzeugs (1), insbesondere einer Fahrzeugtür relativ zu einer Fahrzeugkarosserie, mit - einem Antriebsmotor (22) zum elektromotorischen Verstellen des Verstellelements (11), - einer elektrisch betätigbaren Kupplungseinrichtung (21), die ein Kupplungselement (210) zum Kuppeln des Antriebsmotors (22) mit einem Übertragungselement (20) zum Verstellen des Verstellelements (11) aufweist, wobei in einem Schlupfzustand der Kupplungseinrichtung (21) ein Schlupf zwischen dem Kupplungselement (210) und einem weiteren Kupplungselement (211) oder dem Übertragungselement (20) besteht, - einer Sensoreinrichtung (3) zum Messen eines Beschleunigungswerts des Verstellelements (11) bei einem Verstellen des Verstellelements (11) und - einer Steuereinrichtung (4) zum Steuern des Antriebsmotors (22) und der Kupplungseinrichtung (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, anhand eines bei einem Verstellen des Verstellelements (11) in dem Schlupfzustand der Kupplungseinrichtung (21) über die Sensoreinrichtung (3) erhaltenen Beschleunigungswerts einen an der Kupplungseinrichtung (21) wirkenden Kraftwert oder Drehmomentwert zu berechnen.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (21) einen Kupplungszustand, in dem der Antriebsmotor (22) mit dem Übertragungselement (20) gekuppelt ist, um eine Verstellkraft zum Verstellen des Verstellelements (11) auf das Übertragungselement (20) auszuüben, und einen Entkupplungszustand, in dem der Antriebsmotor (22) von dem Übertragungselement (20) entkuppelt ist, aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, den Kraftwert oder Drehmomentwert anhand des Beschleunigungswerts und eines die Masse des Verstellelements (11) anzeigenden Massewerts zu berechnen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, einen den Schlupf anzeigenden Schlupfwert anhand der Drehzahl des Antriebsmotors (22) und der Geschwindigkeit des Verstellelements (11) beim Verstellen zu bestimmen.
Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, anhand des berechneten Kraftwerts oder Drehmomentwerts die Ansteuerung der Kupplungseinrichtung zu kalibrieren.
Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, zum Durchführen einer Diagnoseroutine die Kupplungseinrichtung (21) zum Einnehmen des Schlupfzustands anzusteuern.
Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, eine erste Diagnoseroutine zu Beginn einer Verstellbewegung des Verstellelements (11) durchzuführen.
Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, im Rahmen der ersten Diagnoseroutine die Ansteuerung der Kupplungseinrichtung (21) für einen variablen Schlupf der Kupplungseinrichtung (21) zu variieren.
Baugruppe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, im Rahmen der ersten Diagnoseroutine den Schlupf kontinuierlich von einem maximalen Schlupf auf 0 zu reduzieren.
Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, eine zweite Diagnoseroutine beim Abbremsen einer Verstellbewegung des Verstellelements (11) durchzuführen.
Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, im Rahmen der zweiten Diagnoseroutine die Ansteuerung der Kupplungseinrichtung (21) für einen variablen Schlupf der Kupplungseinrichtung (21) zu variieren.
Baugruppe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, im Rahmen der zweiten Diagnoseroutine den Schlupf kontinuierlich von einem maximalen Schlupf auf 0 zu reduzieren.
Verfahren zum Verstellen eines Verstellelements (11) relativ zu einem feststehenden Abschnitt (10) eines Fahrzeugs (1), insbesondere einer Fahrzeugtür relativ zu einer Fahrzeugkarosserie, aufweisend: - Verstellen des Verstellelements (11) unter Verwendung eines Antriebsmotors (22), wobei eine elektrisch betätigbare Kupplungseinrichtung (21) über ein Kupplungselement (210), das in einem Schlupfzustand der Kupplungseinrichtung (21) derart mit einem weiteren Kupplungselement (211) oder einem Übertragungselement (20) zusammenwirkt, dass ein Schlupf zwischen dem Kupplungselementen (210) und dem weiteren Kupplungselement (211) oder dem Übertragungselement (20) besteht, den Antriebsmotor (22) mit dem Übertragungselement (20) zum Verstellen des Verstellelements (11) kuppelt, - Messen eines Beschleunigungswerts des Verstellelements (11) bei einem Verstellen des Verstellelements (11) unter Verwendung einer Sensoreinrichtung (3), und - Berechnen eines an der Kupplungseinrichtung (21) wirkenden Kraftwerts oder Drehmomentwerts, durch eine Steuereinrichtung (4), anhand eines bei einem Verstellen des Verstellelements (11) in dem Schlupfzustand der Kupplungseinrichtung (21) über die Sensoreinrichtung (3) erhaltenen Beschleunigungswerts.