DE102017203259A1

DE102017203259A1 - Verfahren zum Betrieb einer elektromotorischen Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017203259A1
Application number: DE102017203259.6A
Authority: DE
Inventors: Oleksandr Smyrnov
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-08-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (20) zum Betrieb einer elektromotorischen Verstelleinrichtung (4) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere elektromotorische Heckklappe. Ein Motorstrom (54) des Elektromotors (8) wird derart gewählt, dass der Elektromotor (8) für eine erste Zeitspanne (60) eine im Wesentlichen gleichmäßige Rotationsbewegung (62) und eine hierzu überlagerte periodische Schwingung (40) ausführt. Die Erfindung betrifft ferner eine elektromotorische Verstelleinrichtung (4) eines Kraftfahrzeugs (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektromotorischen Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs sowie eine elektromotorische Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die elektromotorische Verstelleinrichtung ist insbesondere eine elektromotorische Heckklappe.
Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise Verstellteile, beispielsweise Seitenfenster und/oder ein Schiebedach, welche mittels einer elektromotorischen Verstelleinrichtung geöffnet oder geschlossen werden können. Das jeweilige Verstellteil wird mittels eines von einem Elektromotor angetriebenen Getriebes in Form insbesondere einer Spindel betätigt. Zur Einstellung der Verbringgeschwindigkeit des Verstellteils wird der Elektromotor mittels Pulsweitenmodulation (PWM) betrieben, und somit die zugeführte elektrische Energie eingestellt.
Bei Betrieb der Verstellteile ist es möglich, dass sich Personen, beispielsweise mittels deren Hand, im Verstellbereich des Verstellteils befinden. Sofern das Verstellteil gegen eine Kante verfahren wird, wie dies bei einer Schließbewegung eines Schiebedachs einer Fensterscheibe oder einer elektromotorischen Heckklappe der Fall ist, ist daher eine Verletzung des Benutzers möglich. Um dies zu vermeiden, wird üblicherweise ein Einklemmschutzmechanismus verwendet, bei dem überwacht wird, wie viel Kraft auf das Verstellteil wirkt, oder mittels dessen der Verstellbereich des Verstellteils überwacht wird. Hierfür werden meist eine Drehzahl des Elektromotors und/oder eine anliegende elektrische Spannung herangezogen. Sobald erfasst wird, dass mittels des Verstellteils ein Einklemmen des Benutzers erfolgt, ist es erforderlich, dass das Verstellteil möglichst zügig still gesetzt wird, da nach Erkennen des Einklemmfalls bis zum Abschalten des Elektromotors weitere Kraft aufgebaut wird, mittels derer der Benutzer eingeklemmt wird. Dies kann bei einem vergleichsweise späten Auslösen zu vergleichsweise schweren Verletzungen des Benutzers führen. Zusätzlich kann ein Signalgeber, wie ein Piezzo-Lautsprecher, verwendet werden, mittels dessen ein Warnton bei Verstellung des Verstellteils ausgegeben wird. Auf diese Weise wird eine Person veranlasst, sich aus dem Verstellbereich zu bewegen, sodass der Einklemmfall erst gar nicht auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer elektromotorischen Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs sowie eine besonders geeignete elektromotorische Verstelleinrichtung anzugeben, wobei insbesondere ein Verletzungsrisiko eines Benutzers und geeigneterweise Herstellungskosten reduziert sind.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der elektromotorischen Verstelleinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Das Verfahren dient dem Betrieb einer elektromotorischen Verstelleinrichtung, die Bestandteil eines Kraftfahrzeugs ist. Die elektromotorische Verstelleinrichtung weist ein Verstellteil auf, das mittels des Elektromotors entlang eines Verstellwegs verbracht wird. Das Verstellteil ist beispielsweise eine Tür, wie eine Schiebetür oder Heckklappe, oder eine Scheibe, wie ein Seitenfenster. Die elektromotorische Verstelleinrichtung ist somit ein Fensterheber, der elektrisch betrieben ist, also insbesondere ein (elektrischer) Fensterheber bzw. eine elektromotorische Heckklappe. Alternativ hierzu ist das Verstellteil ein Schiebedach oder ein Sitz, zumindest jedoch ein Bestandteil eines Sitzes, wie eine Lehne oder eine Sitzfläche. Der Elektromotor ist beispielsweise bürstenlos, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC). Alternativ ist der Elektromotor bürstenbehaftet, und umfasst zweckmäßigerweise zwei Bürsten, wie Kohlebürsten, und/oder einen Kommutator mit Lamellen.
Das Verfahren sieht vor, dass ein Motorstrom des Elektromotors derart gewählt wird, dass der Elektromotor für eine erste Zeitspanne eine im Wesentlichen gleichmäßige Rotationsbewegung und eine hierzu überlagerte periodische Schwingung ausführt. Der Motorstrom dient hierbei der Bestromung des Elektromotors. Beispielsweise wird die Drehzahl oder das Drehmoment des Elektromotors der periodischen Schwingung unterworfen. Mit anderen Worten nimmt die Drehzahl bzw. das Drehmoment periodisch zu und ab, wobei stets ein bestimmtes minimales Drehmoment bzw. eine bestimmte minimale Drehzahl vorliegt, die aufgrund der gleichmäßigen Rotationsbewegung vorgegeben ist.
Besonders bevorzugt jedoch führt der Elektromotor die Schwingung (Vibration) in radialer Richtung aus. Geeigneterweise wird hierbei ein Gehäuse des Elektromotors elliptisch verformt, wobei die Verformung periodisch erfolgt. Beispielsweise ist die Drehzahl bzw. das aufgebrachte Drehmonet gleich Null (0), sodass die gleichmäßige Rotationsbewegung zu einem Stillstand des Elektromotors korrespondiert. Geeigneterweise ist jedoch die Drehzahl/Drehmoment größer als Null (0). Die Schwingung ist insbesondere unabhängig von einer Leistungsanforderung an den Elektromotor. Zweckmäßigerweise ist die Schwingung unabhängig von einer etwaigen Drehzahl des Elektromotors, also der Rotationsbewegung und/oder einem mittels des Elektromotors aufgebrachten Drehmoments. Mittels des Motorstroms wird der Elektromotor somit angeregt, die Rotationsbewegung durchzuführen, der die periodische Schwingung überlagert ist. Die Amplitude der Schwingung ist vorzugsweise gering, und ist beispielsweise kleiner als ein Zehntel, 5%, 2%, 1% oder 0,1% des Durchmessers des Elektromotors bzw. des Betrags der Rotationsbewegung. Insbesondere führt ein Rotor des Elektromotors die Rotationsbewegung und die Schwingung aus.
Vorzugsweise wird der Elektromotor mittels des Motorstroms derart angeregt, dass dieser ein akustisches Signal (Schallwelle) aussendet, welches mittels der Schwingung repräsentiert ist. Insbesondere dient die Schwingung im Wesentlichen lediglich der Aussendung von akustischen Signalen. Die Schwingung ist gewollt und geeignet gewählt. Insbesondere ist eine Frequenz und/oder Amplitude der Schwingung auf die Aussendung von akustischen Signalen eingestellt und wird hierfür verwendet.
Aufgrund des Verfahrens wird innerhalb der ersten Zeitspanne ein akustisches Signal mittels des Elektromotors bereitgestellt, sodass ein Benutzer der elektromotorischen Verstelleinrichtung über die Aktivierung des Elektromotors informiert wird. Somit wird der Benutzer gewarnt, und er kann sich aus dem Verstellbereich bewegen. Auch ist ein Entfernen von etwaigen Gegenständen aus dem Verstellbereich ermöglicht. Infolgedessen ist eine Sicherheit erhöht und ein Verletzungsrisiko für den Benutzer verringert. Zudem sind hierfür keine weiteren Bauteile erforderlich, insbesondere ist kein Lautsprecher oder sonstiger Signalgeber erforderlich, sodass Herstellungskosten der elektromotorischen Verstelleinrichtung reduziert sind.
Insbesondere wird das Verfahren ausgeführt, sofern eine Schließbewegung mittels des Verstellteils durchgeführt wird. Vorzugsweise wird das Verfahren durchgeführt, wenn die Drehrichtung des Elektromotors einen Einklemmfall bewirken kann, also wenn die Bestromung des Elektromotors mittels des Motorstroms zu einem Einklemmfall führen könnte. Mit anderen Worten wird das Verfahren vorzugsweise dann ausgeführt, falls aufgrund der Bewegung des Verstellteils ein Objekt von dem Verstellteil eingeklemmt werden könnte. Dies ist insbesondere bei einer Schließbewegung einer Fensterscheibe gegen einen Anschlag oder eine Bewegung des Verstellteils auf einen Benutzer zu möglich. Sofern die elektromotorische Verstelleinrichtung die elektromotorische Heckklappe ist, ist dies bei einer Schließbewegung der Heckklappe der Fall. Falls mittels des Elektromotors das Verstellteil derart verbracht wird, dass ein Einklemmfall oder eine Verletzung des Benutzers im Wesentlichen nicht möglich ist, wird vorzugsweise der Rotationsbewegung nicht die Schwingung überlagert. Mit anderen Worten wird in diesem Fall das Verstellteil mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Verstellbewegung verstellt.
Zweckmäßigerweise ist der Motorstrom des Elektromotors derart gewählt, dass der Elektromotor für eine zweite Zeitspanne lediglich eine im Wesentlichen gleichmäßige Rotationsbewegung ausführt. Insbesondere schließt sich die zweite Zeitspanne an die erste Zeitspanne an. Während der zweiten Zeitspanne erfolgt somit keine Geräuschentwicklung mittels des Elektromotors, zumindest keine übermäßige, was einen akustischen Eindruck für den Benutzer verbessert. Geeigneterweise wird der Elektromotor derart betrieben, dass die erste Zeitspanne und die zweite Zeitspanne sich abwechseln, also dass während einer Verstellbewegung mehrere erste Zeitspannen und mehrere zweite Zeitspannen vorhanden sind. Zweckmäßigerweise sind hierbei die ersten Zeitspannen direkt benachbart jeweils zu den zweiten Zeitspannen. Vorzugsweise ist die vollständige Verstellbewegung in die ersten und zweiten Zeitspannen unterteilt.
Beispielsweise ist die erste Zeitspanne zwischen 2 Sekunden und 10 Sekunden, insbesondere zwischen 3 Sekunden und 5 Sekunden und geeigneterweise gleich 3 Sekunden lang. Die zweite Zeitspanne ist alternativ oder in Kombination hierzu vorzugsweise zwischen 5 Sekunden und 20 Sekunden, zwischen 8 Sekunden und 15 Sekunden und vorzugsweise gleich 10 Sekunden lang. Geeigneterweise ist die erste Zeitspanne bzw. die zweite Zeitspanne im Wesentlichen fest vorgegeben und unabhängig von der tatsächlichen Verstelldauer, also die Zeit, die der Elektromotor mittels des Motorstroms bestromt wird. Aufgrund der zweiten Zeitspanne ist es für den Benutzer ersichtlich, dass das akustische Signal während der ersten Zeitspanne gewollt ist, und dass diese keinen Funktionsverlust oder ein Fehlverhalten des Elektromotors darstellt. Auch werden auf diese Weise die aufgrund der Schwingung bereitgestellten akustischen Signale deutlicher wahrgenommen und nicht lediglich als Hintergrundgeräusch. Mit anderen Worten wird das akustische Signal als gewünschtes Signal erkannt.
In einer Alternative ist die Verstellbewegung in die ersten und zweiten Zeitspannen sowie eine dritte Zeitspanne, insbesondere eine vierte Zeitspanne oder weiter Zeitspannen, unterteilt. In der dritten Zeitspanne ist die Periode oder die Amplitude der Schwingung im Vergleich zur ersten Zeitspanne abgeändert, beispielsweise verringert. Zweckmäßigerweise unterscheiden sich die Periode und/oder die Amplitude der Schwingung in den unterschiedlichen Zeitspannen.
Beispielsweise weist die Schwingung eine Amplitude auf, die zeitlich variabel ist. Insbesondere nimmt die Amplitude der Schwingung periodisch zu, wobei die Periode der Änderung der Amplitude zweckmäßigerweise größer als die Periode der Schwingung selbst ist. Somit weist die Schwingung ein Einhüllende auf, was im Wesentlichen zu einem An- und Abschwellen des aufgrund der Schwingung ausgegebenen akustischen Signals führt. Auf diese Weise wird die Aufmerksamkeit des Benutzers verstärkt auf die Verstelleinrichtung gerichtet. Alternativ hierzu ist die Amplitude der Schwingung konstant. Mit anderen Worten wird die Schwingung mit der konstanten Amplitude gewählt. Somit ergibt sich während der ersten Zeitspanne eine eintönige Geräuschentwicklung, weswegen der Benutzer dies als Warnsignal identifizieren kann. Auch ist eine Bereitstellung eines derartigen Motorstroms vereinfacht.
Beispielsweise ist die Rotationsbewegung eine Beschleunigung, wobei die Beschleunigung insbesondere im Wesentlichen kontinuierlich ist, sodass sich die gleichmäßige Rotationsbewegung ergibt. Die gleichmäßige Rotationsbewegung ist hierbei eine konstante Beschleunigung, beispielsweise eine lineare Beschleunigung. Besonders bevorzugt jedoch entspricht die gleichmäßige Rotationsbewegung einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit. Mit anderen Worten wird eine Rotationsbewegung mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit gewählt. Auf diese Weise wird das aufgrund der Schwingung (Vibration) bereitgestellte akustische Signal aufgrund einer Beschleunigung nicht verfälscht, und für den Benutzer ist die Schwingung vergleichsweise deutlich wahrnehmbar. Insbesondere sofern die zweite Zeitspanne vorhanden ist, ist die Rotationsgeschwindigkeit vorzugsweise während der ersten Zeitspanne und der zweiten Zeitspanne gleich. Somit ergibt sich aufgrund der gleichen Rotationsbewegung, die die konstante Rotationsgeschwindigkeit aufweist, ein im Wesentlichen gleichmäßiges akustisches Erscheinungsbild, das während der ersten Zeitspanne aufgrund der Schwingung verändert wird.
Insbesondere wird zunächst eine Leistungsanforderung an den Elektromotor bestimmt. Geeigneterweise wird hierfür ein mittels des Elektromotors aufzubringendes Drehmoment und/oder eine gewünschte Drehzahl bestimmt, wobei aufgrund des Drehmoments bzw. der Drehzahl eine Verbringung der Verstelleinrichtung erfolgt. Anhand der Leistungsanforderung wird ein erster Motorstrom ermittelt. Der erste Motorstrom würde insbesondere der Verbringung des Verstellteils mit der bestimmten Leistungsanforderung entsprechen und vorzugsweise zu der gleichmäßigen Rotationsbewegung führen. Sofern die zweite Zeitspanne vorhanden ist, wird zweckmäßigerweise der erste Motorstrom während der zweiten Zeitspanne als Motorstrom herangezogen, mittels dessen der Elektromotor dann bestromt wird. Der erste Motorstrom weist beispielsweise eine erste Periode auf, sofern der Elektromotor mittels eines Wechselstroms bestromt werden soll, insbesondere falls der Elektromotor mit einem modulierten Strom bestromt werden soll. Die Periode des ersten Motorstroms weicht insbesondere von der Periode der Schwingung ab. Anhand des ersten Motorstroms und der Periode der Schwingung wird der Motorstrom ermittelt, mit dem der Elektromotor bestromt wird, sofern die erste Zeitspanne vorliegt. Mit anderen Worten wird nicht der anhand der Leistungsanforderung ermittelte erste Motorstrom zur Bestromung verwendet, sondern der erste Motorstrom und die Periode der Schwingung werden zur Ermittlung des Motorstroms herangezogen. Mit anderen Worten wird der erste Motorstrom aufgrund der Periode der Schwingung verändert. Hierbei erfolgt anhand des Motorstroms die periodische Anregung des Elektromotors zu der Schwingung.
Besonders bevorzugt wird anhand des ersten Motorstroms und der Periode der Schwingung ein zweiter Motorstrom ermittelt. Hierbei wird vorzugsweise der erste Motorstrom derart zu dem zweiten Motorstrom verändert, dass der zweite Motorstrom ein periodisch wiederholendes Muster aufweist, welches insbesondere einer Periode des ersten Motorstroms überlagert ist. Die Periode des Musters ist vorzugsweise gleich der Periode der Schwingung. Beispielsweise wird der zweite Motorstrom als Motorstrom herangezogen. Vorzugsweise jedoch wird im Anschluss hieran der zweite Motorstrom derart zu dem Motorstrom angepasst, dass der Motorstrom zu der Leistungsanforderung korrespondiert. Mit anderen Worten erfüllt der Motor, wenn dieser mit dem Motorstrom bestromt wird, die Leistungsanforderung, wie dies der Fall ist, falls der Motor mit dem ersten Motorstrom bestromt wird. Aufgrund der Abänderung des ersten Motorstroms zu dem zweiten Motorstrom mittels Einbeziehung der Periode der Schwingung kann die mittels dem zweiten Motorstrom bereitgestellte Energie abgewandelt sein, sodass bei einer Bestromung des Elektromotors mit dem zweiten Motorstrom dieser die Leistungsanforderung nicht exakt erfüllt, sondern beispielsweise ein zu großes oder zu niedriges Drehmoment aufbringt. Dies wird kompensiert, indem der zweite Motorstrom zu dem Motorstrom angepasst wird. Auf diese Weise ist während der ersten Zeitspanne keine von der Leistungsanforderung abweichende Leistung des Elektromotors vorhanden, sodass kein übermäßiges Drehmoment aufgebracht wird, das zu einer Verletzung führen könnte. Auch ist das Drehmoment nicht zu gering, sodass das Verstellteil auch gewünscht verbracht wird.
Insbesondere wird während der ersten Zeitspanne ein Motorstrom gewählt, der eine Periode aufweist. Mit anderen Worten umfasst der Motorstrom ein periodisch auftretendes Signal. Dieses Signal ist vorzugsweise unabhängig von einer Drehzahl und/oder Leistungsanforderung, mit der der Elektromotor betrieben werden soll. Auch ist dieses Signal vorzugsweise im Wesentlichen unabhängig von etwaigen Hardware-Vorgaben der Verstelleinrichtung. Aufgrund des periodischen Signals erfolgt insbesondere die periodische Anregung des Elektromotors, sodass dieser die Schwingung ausführt.
Zweckmäßigerweise ist die Periode des Motorstroms gleich der Periode der Schwingung. Auf diese Weise ist die Schwingung vergleichsweise ausgeprägt. Auch führt der Elektromotor im Wesentlichen ansonsten keine weiteren zusätzlichen Bewegungsmuster auf, die eine etwaige Mechanik der Verstelleinrichtung und/oder das Verstellteil mechanisch belasten würde. Zudem ist eine Rückwirkung in ein etwaiges zur Speisung der Verstelleinrichtung herangezogenes Bordnetz des Kraftfahrzeugs vergleichsweise gering, weswegen eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) erhöht ist.
Zweckmäßigerweise wird der Motorstrom mittels einer pulsweitenmodulierten elektrischen Spannung erzeugt. Mit anderen Worten ist die elektrische Spannung pulsweitenmoduliert. Die Pulsweite korrespondiert insbesondere zu einer Leistungsanforderung des Elektromotors. Beispielsweise weist die elektrische Spannung ein periodisches Signal auf, wobei das periodische Signal zum Beispiel eine Anzahl an Pulsen aufweist. Hierbei ist zweckmäßigerweise einer der Pulse pro Periode im Vergleich zu den weiteren verlängert oder verkürzt. Die verbleibenden Pulse sind insbesondere im Wesentlichen gleich lang. Geeigneterweise korrespondiert die Länge sämtlicher Pulse pro Periode zu der Leistungsanforderung an den Elektromotor. Zweckmäßigerweise wird anhand der Leistungsanforderung der erste Motorstrom erstellt, der insbesondere mittels einer pulsweitenmodulierten elektrischen Spannung erstellt ist. Diese elektrische Spannung weist hierbei eine konstante Pulsweite auf, und die Periode des ersten Motorstroms entspricht somit einem Puls und einer Pause, die zwischen jeweils benachbarten Pulsen vorhanden ist. Alternativ ändert sich die Länge der Pulse entsprechend einer mathematischen Vorschrift. Anhand des ersten Motorstroms und der Periode der Schwingung wird vorzugsweise der zweite Motorstrom ermittelt, der vorzugsweise ebenfalls mittels einer pulsweitenmodulierten elektrischen Spannung repräsentiert ist. Hierfür wird beispielsweise eine bestimmte Anzahl an Pulsen der zu dem ersten Motorstrom korrespondierenden elektrischen Spannung zu einer Periode zusammengefasst. Einer der Pulse pro Periode wird vorzugsweise verändert, beispielsweise verlängert oder verkürzt. Alternativ hierzu wird eine Anzahl an Pulsen pro Periode verändert, wobei die Pulse zweckmäßigerweise zueinander direkt benachbart sind. Das sich hierbei ergebende Muster weist zweckmäßigerweise die Periode der Schwingung auf, sodass der zweite Motorstrom im Wesentlichen die Periode der Schwingung aufweist.
In einem weiteren Arbeitsschritt wird der zweite Motorstrom zu dem Motorstrom angepasst. Hierbei werden vorzugsweise diejenigen Pulse der Periode der zu dem ersten Motorstrom korrespondierenden elektrischen Spannung abgeändert, die zur Erstellung des zweiten Motorstroms nicht verändert wurden. Insbesondere werden diese verlängert oder verkürzt. Zweckmäßigerweise erfolgt die Verlängerung oder Verkürzung im Wesentlichen gleichmäßig für alle derartigen Pulse pro Periode. Bei der hieraus resultierenden elektrischen Spannung ist das Verhältnis der Länge sämtlicher Pulse pro Periode zur Länge der Periode gleich dem Verhältnis der Länge sämtlicher Pulse pro Periode zur Länge der Periode der zu dem ersten Motorstrom korrespondierenden elektrischen Spannung. Sofern zur Erstellung des zweiten Motorstroms beispielsweise jeder fünfte Puls der elektrischen Spannung verlängert wird, weist die zu dem zweiten Motorstrom korrespondierende elektrische Spannung eine im Vergleich zum ersten Motorstrom um das Fünffache vergrößerte Periode auf. Zur Erstellung des Motorstroms werden die verbleibenden Pulse dieser elektrischen Spannung pro Periode verkürzt, und zwar insbesondere jeweils um ein Viertel des Betrages, um den der verbleibende Puls pro Periode verlängert ist. Somit korrespondiert der Motorstrom zu der Leistungsanforderung.
Zweckmäßigerweise wird die Periode der Schwingung auf eine Periode einer Eigenschwingung eines Gehäuses angepasst. Das Gehäuse ist insbesondere das Gehäuse der elektromotorischen Verstelleinrichtung. Vorzugsweise umgibt das Gehäuse Bestandteile der Verstelleinrichtung, beispielsweise den Elektromotor und/oder einer Steuereinheit. Geeigneterweise ist das Gehäuse aus einem Kunststoff gefertigt, vorzugsweise in einem Kunststoffspritzverfahren. Insbesondere wird die Eigenschwingung anhand von theoretischen Überlegungen ermittelt oder beispielsweise nach Fertigung des Verstellantriebs auf einem Prüfstand ausgemessen. Alternativ hierzu erfolgt die Bestimmung der Eigenschwingung während des Betriebs, beispielsweise mittels eines Schwingungssensors. Insbesondere wird die Eigenschwingung des Gehäuses in bestimmten Abständen bestimmt, beispielsweise jeden Monat oder bei einer Wartung des Kraftfahrzeugs.
Die Eigenschwingung korrespondiert zu einer resonanten Anregung des Gehäuses. Somit erfolgt eine vergleichsweise starke Anregung des Gehäuses bei Betrieb des Elektromotors mit dem Motorstrom, sodass lediglich eine vergleichsweise geringe Energie für eine vergleichsweise ausgeprägte Schwingung des Gehäuses bereitgestellt werden muss. Mittels des Gehäuses wird im Wesentlichen das akustische Signal erzeugt, sodass der Benutzer dieses wahrnehmen kann. Aufgrund der Eigenschwingung des Gehäuses, also der resonanten Anregung, ist das akustische Signal vergleichsweise schmalbandig und weist eine vergleichsweise große Amplitude auf, sodass dieses von dem Benutzer vergleichsweise stark wahrnehmbar ist.
Bevorzugt wird die Periode der Schwingung derart gewählt, dass diese zu einer Frequenz zwischen 500 Hz und 10 kHz korrespondiert. Somit ist die Frequenz des akustischen Signals gleich einer Frequenz zwischen 500 Hz und 10 kHz. Ein derartiges akustisches Signal ist mittels des menschlichen Ohrs wahrnehmbar, weswegen der Benutzer aufgrund der Schwingung in Kenntnis der Verstellbewegung gesetzt wird. Insbesondere ist die Frequenz zwischen 1 kHz und 5 kHz, beispielsweise gleich 3 kHz. Derartige Schwingungen sind als sogenannter Piepston oder Warnton von einem Benutzer vergleichsweise stark wahrnehmbar.
Die elektromotorische Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs weist den Elektromotor auf, der beispielsweise ein bürstenbehafteter Kommutatormotor oder ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC, PMSM) ist. Ferner umfasst die elektromotorische Verstelleinrichtung ein Verstellteil, welches bei Betrieb entlang eines Verstellweges verbracht wird. Insbesondere ist die elektromotorische Verstelleinrichtung ein elektrischer Fensterheber oder eine elektrische Sitzverstellung, bei dem das Verstellteil der Sitz oder Teile des Sitzes, wie dessen Lehne, sind. Bevorzugt ist die elektromotorische Verstelleinrichtung eine elektromotorische Heckklappe, und das Verstellteil ist die Heckklappe. Alternativ ist die elektromotorische Verstelleinrichtung eine elektrische Türverstellung, und das Verstellteil ist eine Tür, wie eine Seiten- oder Schiebetür. Die elektromotorische Verstelleinrichtung ist gemäß einem Verfahren betrieben, bei dem ein Motorstrom des Elektromotors derart gewählt wird, dass der Elektromotor für eine erste Zeitspanne eine im Wesentlichen gleichmäßige Rotationsbewegung und eine hierzu überlagerte periodische Schwingung ausführt, die zweckmäßigerweise radial gerichtet ist. Die elektromotorische Verstelleinrichtung umfasst ferner eine Steuereinheit, innerhalb derer vorzugsweise Mittel zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen und/oder vorhanden sind. Insbesondere wird die Steuereinheit verwendet, das Verfahren auszuführen. Vorzugsweise wird die elektromotorische Verstelleinrichtung verwendet, das Verfahren durchzuführen.
Zweckmäßigerweise weist der Elektromotor einen Anschluss auf, der gegen einen elektrischen Pol eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs führbar ist, insbesondere über einen Stromregler, wie eine Pulsweitenmodulationseinheit. Der Stromregler umfasst zweckmäßigerweise einen Halbleiterschalter, beispielsweise einen Feldeffekttransistor (FET), wie einen MOSFET, mittels dessen der Motorstrom eingestellt wird. Vorzugsweise umfasst der Stromregler eine Anzahl an Halbleiterschaltern, wie vier Halbleiterschalter oder sechs Halbleiterschalter, die zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, geeigneterweise zu einer B4- oder B6-Schaltung. Beispielsweise weist der Elektromotor einen Positionssensor auf. Mittels dessen wird zweckmäßigerweise eine Bewegung eines Rotors des Elektromotors erfasst. Geeigneterweise ist Positionssensors einerseits eine Drehrichtung des Elektromotors und andererseits eine Drehzahl des Elektromotors bestimmbar.
Die elektromotorische Verstelleinrichtung ist insbesondere signalgeberlos. Mit anderen Worten weist die elektromotorische Verstelleinrichtung keinen Signalgeber auf. Der Signalgeber ist beispielsweise ein Lautsprecher. Mit anderen Worten ist die elektromotorische Verstelleinrichtung lautsprecherlos. Zusammenfassend weist die elektromotorische Verstelleinrichtung zur Signalisierung der Verstellbewegung insbesondere lediglich den Elektromotor auf, der die überlagerte periodische Schwingung ausführt. Hierbei ist die Frequenz der Schwingung vorzugsweise auf eine Resonanzfrequenz (Frequenz einer Eigenschwingung) der elektromotorischen Verstelleinrichtung, beispielsweise eines Gehäuses, abgestimmt. Folglich weist die elektromotorische Verstelleinrichtung keine zusätzlichen Bauteile auf, was Herstellungskosten senkt.
Die im Hinblick auf das Verfahren gemachten Ausgestaltungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf die elektromotorische Verstelleinrichtung und deren Verwendung zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch vereinfacht eine elektromotorische Heckklappe eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektromotor,
2 ein Verfahren zum Betrieb der elektromotorischen Heckklappe,
3 einen zeitlichen Verlauf einer ersten elektrischen Spannung,
4 einen zeitlichen Verlauf einer zweiten elektrischen Spannung,
5 einen zeitlichen Verlauf einer dritten elektrischen Spannung;
6 einen zeitlichen Verlauf eines Motorstroms und eines ersten Motorstroms;
7 den zeitlichen Verlauf der dritten elektrischen Spannung in einer verkleinerten Darstellung
8 eine Oberflächenbewegung des Elektromotors.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 mit einer elektromotorischen Verstelleinrichtung 4 in Form einer elektromotorischen Heckklappe dargestellt. Die elektromotorische Verstelleinrichtung 4 weist einen Verstellantrieb 6 mit einem Elektromotor 8 auf, der ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) ist. Ferner umfasst der Verstellantrieb 6 ein Bedienelement 10, welches in Wirkverbindung mit dem Elektromotor 8 ist. Das Bedienelement 10 selbst umfasst ein Getriebe, insbesondere ein Schneckengetriebe, und ein längenveränderliches Teil, wie eine Spindel oder einen Zylinder. Das Bedienelement 10 ist an einer Heckklappe 12 sowie einer Karosserie des Kraftfahrzeugs 2 angebunden. Ferner umfasst die elektromotorische Verstelleinrichtung 4 eine Steuereinheit 14, die in einem Gehäuse 16 angeordnet ist, ebenso wie der Elektromotor 8. Bei Aktivierung des Elektromotors 8 mittels der Steuereinheit 14 wird das Bedienelement 10 angetrieben und infolgedessen die Länge des Bedienelements 10 verändert. Somit wird die Heckklappe 12 um einen Verstellweg 18 verschwenkt.
In 2 ist ein Verfahren 20 zum Betrieb der elektromotorischen Verstelleinrichtung 4 gezeigt. In einem ersten Arbeitsschritt 22 wird eine Leistungsanforderung 24 an den Elektromotor 8 bestimmt. Die Leistungsanforderung 24 korrespondiert zu einer Drehrichtung des Elektromotors 8 sowie einem zugeordneten Drehmoment und wird anhand einer Benutzerbetätigung erstellt. Die Benutzerbetätigung ist beispielsweise die Aktivierung eines Tasters oder die Annäherung des Benutzers an das Kraftfahrzeug. Das Verfahren 20 wird insbesondere lediglich dann ausgeführt, wenn die Leistungsanforderung 24 zu einer Schließbewegung der Heckklappe 12 korrespondiert. In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 26 wird ein erster Motorstrom 28 ermittelt, dessen zeitlicher Verlauf in 6 gezeigt ist. Der erste Motorstrom 28 korrespondiert zu einer ersten elektrischen Spannung 30, die in 3 gezeigt ist. Die erste elektrische Spannung 30 ist pulsweitenmoduliert, und weist Pulse sowie Pausen auf, die sich wiederholen. Die Länge der Pulse/Pausen ist hierbei entsprechend einer mathematischen Vorschrift verändert. Sofern der Elektromotor 8 ein Gleichstrommotor ist, ist die Länge der Pulse/Pausen zeitlich konstant. Das Puls-Pausenverhältnis ist an die Leistungsanforderung 24 angepasst, und die Pulse werden mittels eines Halbleiterschalters in Form eines MOSFETs der Steuereinheit 14 erstellt. In einer nicht näher dargestellten Variante ist jeder der Pulse der ersten elektrischen Spannung 30 mittels nicht näher gezeigten (feineren/kürzeren) (Teil-)Pulsen gebildet.
In einem dritten Arbeitsschritt 32 wird eine Eigenschwingung 34 des Gehäuses 16 bestimmt, die eine Periode 36 aufweist. Die Periode 36 der Eigenschwingung 34 korrespondiert zu der Resonanzfrequenz des Gehäuses 16 und entspricht in diesem Beispiel 800 Hz. Die Periode 36 der Eigenschwingung 34 wird beispielsweise auf einem Prüfstand oder anhand theoretischer Vorgaben ermittelt. Alternativ wird die Eigenschwingung 34 sowie deren Periode 36 mittels eines Schwingungssensors ermittelt, beispielsweise bei jedem Start des Kraftahrzeugs 2 oder nach bestimmten Zeitabständen, wie z.B. 1 Monat. In einem vierten Arbeitsschritt 38 wird eine Schwingung 40 mit einer Periode 42 bestimmt. Hierbei wird die Periode 42 der Schwingung 40 gleich der Periode 36 der Eigenschwingung 34 des Gehäuses 16 gewählt.
Anhand des ersten Motorstroms 28 und der Periode 42 der Schwingung 40 wird in einem fünften Arbeitsschritt 44 ein zweiter Motorstrom ermittelt. Hierfür wird die zu dem ersten Motorstroms 28 korrespondierende erste elektrischen Spannung 30 und die Periode 42 der Schwingung 40 herangezogen und eine zweite elektrische Spannung 46 erstellt, deren zeitlicher Verlauf in 4 gezeigt ist, und aus der der zweite Motorstrom resultiert. Hierbei wird die erste elektrische Spannung 30 derart verändert, dass die Pulse, die eine zweite Periode 48 auseinander liegen, um einen ersten Betrag 50 verlängert werden. In diesem Beispiel korrespondiert dies zu einer Veränderung jedes vierten Pulses. Die dazwischen liegenden drei weiteren Pulse werden nicht verändert. Sofern die Pulse/Pausen vergleichsweise fein/kurz gewählt werden, ist die Anzahl der zwischen den veränderten Pulsen liegenden Pulse nicht konstant. Die zweite Periode 48 ist gleich der Periode 42 der Schwingung 40 und korrespondiert somit zu einer Frequenz von 800 Hz und entspricht 1,25 Millisekunden. Auch die zweite elektrische Spannung 46 ist somit pulsweitenmoduliert.
Aufgrund der Verlängerung jedes vierten Pulses um den ersten Betrag 50 wäre die dem Elektromotor 8 zugeführte elektrische Energie, sofern der zweite Motorstrom verwendet würde, größer als der anhand der Leistungsanforderung 24 ermittelte Energiebetrag. Folglich würde die Heckklappe 12 mit einer erhöhten Geschwindigkeit und/oder einem erhöhtem Drehmoment verstellt werden. Daher wird in einem sechsten Arbeitsschritt 52 der zweite Motorstrom zu einem Motorstrom 54 angepasst, dessen zeitlicher Verlauf ebenfalls in 6 gezeigt ist. Hierfür wird die zu dem zweiten Motorstrom korrespondierende zweite elektrische Spannung 46 und die Leistungsanforderung 24 herangezogen und eine dritte elektrische Spannung 56 erstellt, deren zeitlicher Verlauf in 5 gezeigt ist, und aus der der Motorstrom 54 resultiert.
Hierfür werden die zwischen den verlängerten Pulsen der zweiten elektrischen Spannung 46 liegenden Pulse jeweils konstant um einen zweiten Betrag 58 verkürzt. Der zweite Betrag 58 ist derart gewählt, dass der resultierende Motorstrom 54 zu der Leistungsanforderung 24 korrespondiert. Zweckmäßigerweise wird hierbei der zweite Betrag 58 als ein Drittel des ersten Betrags 50 gewählt. Somit ist die im zeitlichen Mittel dem Elektromotor 8 mittels des Motorstroms 54 zugeführte Energie gleich dem zeitlichen Mittel der Energie, die dem Elektromotor 8 zugeführt würde, sofern der erste Motorstrom 28 verwendet würde.
Der auf diese Weise ermittelte Motorstrom 54 und somit auch die dritte elektrische Spannung 56 wird während einer ersten Zeitspanne 60 zur Bestromung des Elektromotors 8 herangezogen. Infolgedessen führt der Elektromotor 8 eine im Wesentlichen gleichmäßige Rotationsbewegung mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit aus. Zusätzlich führt eine Oberfläche 62 des Gehäuses des Elektromotors 8 in radialer Richtung R die periodische Schwingung 40 aus (8). Mit anderen Worten wird der Radius des Gehäuses des Elektromotors 8 in radialer Richtung R periodisch vergrößert/verkleinert und somit das Gehäuse elliptisch verformt. Die Amplitude 64 der Schwingung 40 ist konstant gewählt, da der erste Betrag 50 sowie der zweite Betrag 56 während der gesamten ersten Zeitspanne 60 konstant gewählt ist. Aufgrund dieser Bewegung des Elektromotors 8 wird während der ersten Zeitspanne 60 das Gehäuse 16 angeregt, sodass dieses Schallwellen 66 aussendet, die als Warnton für einen Benutzer der elektromotorischen Verstelleinrichtung 4 dienen.
Nach Ablauf der ersten Zeitspanne 60, die beispielsweise 3 Sekunden lang ist, wird für eine zweite Zeitspanne 68, die beispielsweise 10 Sekunden lang ist, der Motorstrom 54 des Elektromotors 8 derart gewählt, dass der Elektromotor lediglich die gleichmäßige Rotationsbewegung 62 mit der konstanten Geschwindigkeit ausführt, wie in 7 und 8 dargestellt. Hierfür wird geeigneterweise der erste Motorstrom 28 als Motorstrom 54 und somit auch die erste elektrische Spannung 30 herangezogen. Nach Ablauf der zweiten Zeitspanne 68 wird wiederum die erste Zeitspanne 60 und im Anschluss hieran erneut die zweite Zeitspanne 68 ausgeführt. Mit anderen Worten wird die erste Zeitspanne 60 sowie die zweite Zeitspanne 68 abwechselnd zeitlich nacheinander ausgeführt.
Infolgedessen ergibt sich die in 8 gezeigte radialer Verlauf der Oberfläche 62 des Elektromotors 8, der stets die gleichmäßige Rotationsbewegung 62 ausführt, der während der ersten Zeitspanne 60 die (radiale) periodische Schwingung 40 mit der konstanten Amplitude 64 überlagert ist. Somit werden alle 10 Sekunden für 3 Sekunden die Schallwellen 66 ausgesandt, weswegen ein Benutzer gewarnt wird. Insbesondere werden die Schallwellen 66 ausgegeben und das Verfahren 20 ausgeführt, wenn eine Schließbewegung mittels des Verstellteils 12 durchgeführt wird. Das Verstellteil 12 ist in weiteren Beispielen ein Fenster, eine Tür, wie eine Schiebetür oder ein Schiebedach. Mit anderen Worten wird das Verfahren 20 dann ausgeführt, wenn die Gefahr eines Einklemmfalls vorliegt.
Zusammenfassend erfolgt eine Warnsignalerzeugung mittels des Gehäuses 16 sowie dem angepassten Motorstrom 54. Hierbei wird speziell eine Störung in Form eines verlängerten sowie verkürzten Kommutierungspulses eingebracht, der mittels des MOSFETs der Steuereinheit 14 erstellt wird. Die Periode des Motorstroms 54 stimmt mit der Periode der Schallwellen 66 überein. Somit wird ein sogenannter Torque Rippel mit der zu der Periode des Motorstroms 54 korrespondierenden Frequenz stimuliert und somit der Elektromotor 8 zu der Schwingung 40 veranlasst. Das Gehäuse 16 ist auf eben die Periode des Motorstroms 54 abgestimmt, weswegen der stimulierte Elektromotor 8 aufgrund des Torque Rippels das Gehäuse 16 in Resonanzschwingung bringt und somit zur Aussendung der Schallwellen 66 anregt. Zusammenfassend wird das Gehäuse 16 für die Erzeugung der Schallwellen 66 verwendet. Damit die dem Elektromotor 8 zugeführte Energie unabhängig von der periodischen Veränderung des ersten Motorstroms 28 ist, werden beispielsweise die verbleibenden Pulse um den zweiten Betrag 56 verkleinert. Durch eine Rückkopplung von der gemessenen Drehzahl des Elektromotors 8 kann die Frequenz/Lautstärke der Schallwellen 66 während sämtlicher Motorlaufphasen durch eine entsprechend angepasste Steuereinheit 14 verfeinert werden. Das elektromotorische Nebenaggregat 4 ist frei von Signalgebern, wie Lautsprechern.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Kraftfahrzeug
4: elektromotorische Verstelleinrichtung
6: Verstellantrieb
8: Elektromotor
10: Bedienelement
12: Heckklappe
14: Steuereinheit
16: Gehäuse
18: Verstellweg
20: Verfahren
22: erster Arbeitsschritt
24: Leistungsanforderung
26: zweiter Arbeitsschritt
28: erster Motorstrom
30: erste elektrische Spannung
32: dritter Arbeitsschritt
34: Eigenschwingung
36: Periode der Eigenschwingung
38: vierter Arbeitsschritt
40: Schwingung
42: Periode der Schwingung
44: fünfter Arbeitsschritt
46: zweite elektrische Spannung
48: zweite Periode
50: erster Betrag
52: sechster Arbeitsschritt
54: Motorstrom
56: dritte elektrische Spannung
58: zweiter Betrag
60: erste Zeitspanne
62: Rotationsbewegung
64: Amplitude
66: Schallwelle
68: zweite Zeitspanne

R: radiale Richtung

Claims

Verfahren (20) zum Betrieb einer elektromotorischen Verstelleinrichtung (4) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere elektromotorische Heckklappe, bei dem ein Motorstrom (54) des Elektromotors (8) derart gewählt wird, dass der Elektromotor (8) für eine erste Zeitspanne (60) eine im Wesentlichen gleichmäßige Rotationsbewegung (62) und eine hierzu überlagerte periodische Schwingung (40) ausführt.
Verfahren (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorstrom (54) des Elektromotors (8) derart gewählt wird, dass der Elektromotor (8) für eine zweite Zeitspanne (68) lediglich eine im Wesentlichen gleichmäßige Rotationsbewegung (62) ausführt.
Verfahren (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwingung (40) mit einer konstanten Amplitude (64) und/oder eine Rotationsbewegung (62) mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit gewählt wird.
Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem - eine Leistungsanforderung (24) an den Elektromotor (8) bestimmt wird, - anhand der Leistungsanforderung (24) ein erster Motorstrom (28) ermittelt wird, - anhand des ersten Motorstroms (28) und der Periode (42) der Schwingung (40) der Motorstrom (54) ermittelt wird.
Verfahren (20) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass anhand des ersten Motorstroms (28) und der Periode (42) der Schwingung (40) ein zweiter Motorstrom ermittelt wird, und dass der zweite Motorstrom derart zu dem Motorstrom (54) angepasst wird, dass der Motorstrom (54) zu der Leistungsanforderung (24) korrespondiert.
Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorstrom (54) mittels einer pulsweitenmodulierten elektrischen Spannung (56) erzeugt wird.
Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode (42) der Schwingung (40) auf eine Periode (36) einer Eigenschwingung (34) eines Gehäuses (16) angepasst ist.
Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode (42) der Schwingung (40) zu einer Frequenz zwischen 500 Hz und 10 kHz korrespondierend gewählt wird.
Elektromotorische Verstelleinrichtung (4) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere elektromotorische Heckklappe, die einen Elektromotor (8) und eine Steuereinheit (14) aufweist, und die nach einem Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 betrieben ist.
Signalgeberlose elektromotorische Verstelleinrichtung (4) nach Anspruch 9.