DE102018205138A1

DE102018205138A1 - Vorrichtung zum manuellen und/oder elektromotorischen Verstellen eines ersten Fahrzeugteils und eines zweiten Fahrzeugteils relativ zueinander

Info

Publication number: DE102018205138A1
Application number: DE102018205138.0A
Authority: DE
Inventors: Heino Schalyo
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Eine Vorrichtung (2) zum manuellen und/oder elektromotorischen Verstellen eines ersten Fahrzeugteils und eines zweiten Fahrzeugteils relativ zueinander umfasst ein Verstellteil (21), das mit dem ersten Fahrzeugteil wirkverbunden ist, ein an dem zweiten Fahrzeugteil angeordnetes Abtriebselement (24), das mit dem Verstellteil (21) in Wirkverbindung steht, eine elektromotorischen Antriebseinrichtung (3) zum Antreiben des Abtriebselements (24) und eine Schalteinrichtung (4) zum Herstellen einer Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrichtung (3) und dem Abtriebselement (24), wobei die Schalteinrichtung (4) zumindest ein Schaltelement (430, 431), das verstellbar ist, um die Schalteinrichtung (4) zwischen unterschiedlichen Kupplungszuständen zu schalten, und einen elektromotorischen Stellantrieb (40) zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements (430, 431) aufweist. Zumindest eine Sensoreinrichtung (25, 50, 372) dient zum Erfassen eines einen Schlupf zwischen einer Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung (3) und einer Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander anzeigenden Kennwerts, wobei eine Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist, den Stellantrieb (40) in Abhängigkeit von dem den Schlupf anzeigenden Kennwert zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements (430, 431) zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum manuellen und/oder elektromotorischen Verstellen eines ersten Fahrzeugteils und eines zweiten Fahrzeugteils relativ zueinander nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise als Türantrieb zum Verstellen einer Fahrzeugseitentür oder einer anderen Klappe in oder an einem Fahrzeug, zum Beispiel einer Heckklappe, dienen.
Eine derartige Vorrichtung umfasst ein Verstellteil, das derart mit dem ersten Fahrzeugteil wirkverbunden ist, dass bei einem Verstellen der Fahrzeugteile zueinander sich das Verstellteil relativ zu dem zweiten Fahrzeugteil bewegt. An dem zweiten Fahrzeugteil ist ein Abtriebselement angeordnet, das mit dem Verstellteil in Wirkverbindung steht und zum Bewegen des Verstellteils relativ zu dem zweiten Fahrzeugteil antreibbar ist. Eine elektromotorische Antriebseinrichtung dient zum Antreiben des Abtriebselements, wobei eine Schalteinrichtung in schaltbarer Weise eine Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Abtriebselement herstellt.
Die Schalteinrichtung weist zumindest ein Schaltelement, das verstellbar ist, um die Schalteinrichtung zwischen unterschiedlichen Kupplungszuständen zu schalten, und einen elektromotorischen Stellantrieb zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements auf. Eine Steuereinrichtung dient zum Steuern des Stellantriebs der Schalteinrichtung.
Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise in der DE 10 2015 215 627 A1 beschrieben.
Mittels einer solchen Vorrichtung können Fahrzeugteile relativ zueinander verstellt werden, zum Beispiel eine Fahrzeugtür relativ zu einer Fahrzeugkarosserie. In einem Kopplungszustand besteht eine Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Abtriebselement, sodass ein Kraftfluss hergestellt ist und eine Verstellkraft in das Abtriebselement zum Verstellen der Fahrzeugteile zueinander eingeleitet werden kann. Durch Entkuppeln der Schalteinrichtung aus dem Kopplungszustand können die Fahrzeugteile hierbei in einen Freilauf geschaltet werden, sodass ein Fahrzeugteil unabhängig von dem anderen Fahrzeugteil bewegt werden kann, beispielsweise um eine Fahrzeugtür manuell unabhängig von einer Antriebsvorrichtung zu bewegen.
Neben dem Kopplungszustand und dem Freilaufzustand kann die Schalteinrichtung auch einen Bremszustand zur Verfügung stellen, in dem Getriebeteile zum Übertragen einer Verstellkraft bremsend miteinander gekoppelt sind. Dies kann zum Beispiel bei einem manuellen Verstellen einer Fahrzeugtür eine Bremskraft bereitstellen, mittels derer eine Bewegungsgeschwindigkeit zum Beispiel beim Zuschlagen der Fahrzeugtür gebremst und die Bewegung der Fahrzeugtür somit gedämpft werden kann.
Im Kopplungszustand der Schalteinrichtung ist wünschenswert, an der Schalteinrichtung ein definiertes, gewünschtes Bremsmoment einzustellen, das eine hinreichende, belastbare Kupplung der Getriebeteile miteinander gewährleistet. Im Kopplungszustand können hierbei hohe Ansprüche an das zu übertragende Moment gestellt werden, z.B. zur Einstellung eines definierten Haltemoments / Durchrutschmoments.
Generell weist ein Stellgetriebe, das den Stellantrieb mit dem zumindest einen Schaltelement der Schalteinrichtung verbindet, Toleranzen auf, die einen Einfluss auf das über den Stellantrieb an dem zumindest einen Schaltelement eingestellte Drehmoment aufweisen. Zudem können Umwelteinflüsse wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchtigkeit einen Einfluss auf die Schalteinrichtung haben, und Verschleiß an den elektrischen und mechanischen Komponenten der Schalteinrichtung kann Auswirkungen auf das eingestellte Drehmoment haben.
Wünschenswert ist somit eine Kalibrierung, die ein genaues Einstellen des Kopplungszustands an der Schalteinrichtung bei Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen, Umwelteinflüssen, Verschleiß und anderen Effekten ermöglicht, sodass Unbestimmtheiten im eingestellten Drehmoment aufgrund von Toleranzen, Umwelteinflüssen, Verschleiß und anderen Effekten zumindest reduziert sind. Zudem ist wünschenswert, das notwendige Haltemoment für einen Wechsel von einem Haltezustand in einen Freilaufzustand (für einen manuellen Betrieb) haptisch ansprechend zu gestalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Kalibrierung zur Reduzierung des Einflusses von Toleranzen, Umgebungsbedingungen und anderen Effekten auf einen an einer Schalteinrichtung eingestellten Kopplungszustand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach umfasst die Vorrichtung zumindest eine Sensoreinrichtung zum Erfassen eines einen Schlupf zwischen einer Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung und einer Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander anzeigenden Kennwerts, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, den Stellantrieb in Abhängigkeit von dem den Schlupf anzeigenden Kennwert zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements zu steuern.
Demgemäß weist die Vorrichtung eine oder mehrere Sensoreinrichtungen auf, mittels derer der Schlupf zwischen der Antriebseinrichtung und den zu verstellenden Fahrzeugteilen erfasst werden kann. Unter dem Schlupf wird generell und auch im Zusammenhang mit dem vorliegenden Text das Abweichen von Geschwindigkeiten von miteinander (zumindest zustandsabhängig) in Wirkverbindung stehenden Baugruppen verstanden. Weicht die Verstellgeschwindigkeit der Antriebseinrichtung (gegebenenfalls multipliziert mit einem Übersetzungsverhältnis eines Übertragungsstrangs zwischen der Antriebseinrichtung und dem anzutreibenden Fahrzeugteil) von der Bewegungsgeschwindigkeit der Fahrzeugteile zueinander ab, so besteht ein Schlupf zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung und der Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander, was bedeutet, dass die Antriebseinrichtung und das Abtriebselement nicht synchron miteinander bewegt werden.
Abhängig vom Schlupf zwischen der Antriebseinrichtung und dem Abtriebselement bzw. der Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander kann somit darauf geschlossen werden, ob ein Kopplungszustand vollständig hergestellt worden ist, sodass anhand des über die zumindest eine Sensoreinrichtung erfassten Schlupfs der Stellantrieb so gesteuert werden kann, dass ein Kopplungszustand zum Herstellen der Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Abtriebselement zuverlässig und mit geeigneter Kopplungskraft hergestellt ist.
Generell wird zur Bestimmung des Schlupfs die Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung, zum Beispiel die Drehbewegung einer Motorwelle eines Antriebsmotors der Antriebseinrichtung, durch Multiplikation mit dem Übersetzungsverhältnis im Kraftübertragungsstrang zwischen der Antriebseinrichtung und den Fahrzeugteilen so umgerechnet, dass die Antriebsbewegung mit der Verstellbewegung der Fahrzeugteile vergleichbar ist. Der Schlupf wird hierbei so berechnet, dass er eine Differenz der Verstellgeschwindigkeit, die sich bei gekoppelter Antriebseinrichtung an den Fahrzeugteilen ergeben sollte, und der Verstellgeschwindigkeit, die sich tatsächlich an den Fahrzeugteilen ergibt, anzeigt.
Die Berechnung des Schlupfs erfolgt in der Steuereinrichtung.
Zum Erfassen des Schutzes können Sensorsignale von mehreren Sensoreinrichtungen ausgewertet werden.
So kann eine erste Sensoreinrichtung vorgesehen sein, die zum Generieren eines die Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung angebenden, ersten Sensorsignals ausgebildet ist. Eine solche erste Sensoreinrichtung kann beispielsweise an einer Motorwelle eines Antriebsmotors der Antriebseinrichtung angeordnet und zum Beispiel durch Hallsensoren ausgebildet sein, mittels derer eine Drehbewegung der Motorwelle erfasst werden kann.
Eine zweite Sensoreinrichtung kann demgegenüber zum Generieren eines eine Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander angebenden, zweiten Sensorsignals ausgebildet sein. Mittels einer solchen zweiten Sensoreinrichtung kann beispielsweise die (absolute oder relative) Winkelposition oder die Winkelgeschwindigkeit zwischen den Fahrzeugteilen ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Sensoreinrichtung zum Erfassen der Winkelposition oder Winkelgeschwindigkeit des Abtriebselements ausgestaltet sein.
Ist die zweite Sensoreinrichtung zum Erfassen der Winkelposition oder Winkelgeschwindigkeit der Fahrzeugteile zueinander ausgestaltet, so kann die zweite Sensoreinrichtung beispielsweise einen Beschleunigungssensor oder einen Gyrosensor aufweisen, der an einem der Fahrzeugteile, zum Beispiel einer Fahrzeugtür, angeordnet ist, um die Beschleunigung oder Winkelgeschwindigkeit an dem Fahrzeugteil sensorisch zu erfassen.
Ist die zweite Sensoreinrichtung zum Erfassen der Winkelposition oder Winkelgeschwindigkeit des Antriebselements ausgestaltet, so kann die zweite Sensoreinrichtung beispielsweise als Winkelmesseinrichtung zum Messen einer absoluten Winkelposition einer mit dem Abtriebselement verbundenen Welle ausgestaltet sein.
In einer Ausgestaltung umfasst die Schalteinrichtung einen Bremstopf, ein Stellelement zum Beispiel in Form eines Nockens zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements und einen Träger, zu dem der Bremstopf drehbar ist und an dem das Stellelement und das zumindest eine Schaltelement verstellbar angeordnet sind. Ein Stellgetriebe verbindet den Stellantrieb mit dem Stellelement zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements.
Das Stellelement ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Art eines Nockens ausgebildet und ist verschwenkbar an dem Träger angeordnet. Das Stellelement kann beispielsweise mit einem Paar von Schaltelementen zusammenwirken, um die Schaltelemente in Anlage mit dem Bremstopf zu drücken oder außer Anlage von dem Bremstopf zu bringen.
Vorzugsweise kann das zumindest eine Schaltelement zwischen unterschiedlichen Stellungen bewegt werden, um die Schalteinrichtung in unterschiedliche Zustände zu bringen.
Wird das Stellelement zum Beispiel so stark gegen das zumindest eine Schaltelement gedrückt, dass das zumindest eine Schaltelement in pressende, sperrende Anlage mit dem Bremstopf gelangt, so befindet sich die Schalteinrichtung in einem Kopplungszustand, in dem eine Relativbewegung zwischen dem Bremstopf und den Schaltelementen gesperrt ist, sodass der Bremstopf stationär zu dem Träger, an dem das zumindest eine Schaltelement angeordnet ist, gehalten wird. In diesem Kopplungszustand kann beispielsweise eine Kraftübertragung zwischen den der Schalteinrichtung zugeordneten Getriebeteilen erfolgen.
In einem Freilaufzustand hingegen ist das zumindest eine Schaltelement beispielsweise nicht bremsend mit dem Bremstopf in Anlage. In dem Freilaufzustand ist das zumindest eine Schaltelement so zu dem Bremstopf versetzt, dass der Bremstopf gegenüber dem zumindest einen Schaltelement nicht gesperrt ist und ein Freilauf des Bremstopfes relativ zu dem zumindest einen Schaltelement möglich ist.
In einem Bremszustand wird das zumindest eine Schaltelement durch das Stellelement zum Beispiel in bremsende, schleifende Anlage mit dem Bremstopf gedrückt, sodass sich der Bremstopf schleifend gegenüber dem zumindest einen Schaltelement bewegen kann, in seiner Bewegung aber gebremst wird. Das Stellelement ist hierbei nach Art eines Nockens vorzugsweise so geformt, dass anhand der Stellung des Stellelements die Bremswirkung eingestellt werden kann, zwischen einer schwachen Bremswirkung über eine starke Bremswirkung bis hin zu einem Sperren.
In einer Ausgestaltung ist das zumindest eine Schaltelement verschwenkbar an dem Träger angeordnet. Dies ist jedoch nicht zwingend. Denkbar und möglich ist auch, das zumindest eine Schaltelement beispielsweise verschiebbar an dem Träger zu lagern.
Über den Schlupf kann insbesondere der Stellantrieb so gesteuert werden, dass der Kopplungszustand zuverlässig und mit geeignetem Drehmoment eingestellt wird. So kann die Ansteuerung der Stellantriebes zum Schalten der Schalteinrichtung in den Kopplungszustand abhängig von dem den Schlupf anzeigenden Kennwert gesteuert werden, indem der Stellantrieb das Stellelement in eine solche Position verfährt, in der das zumindest eine Schaltelement zum zuverlässigen Herstellen des Kopplungszustands mit hinreichender Kraft in Anlage mit dem Bremstopf gedrückt wird.
Die Steuerung kann hierbei dadurch erfolgen, dass bei einem Schalten der Schalteinrichtung aus dem Freilaufzustand in den Kopplungszustand der Stellantrieb zum Verstellen des Stellelements zum Annähern des zumindest einen Schaltelements an den Bremstopf angesteuert wird, bis anhand des Schlupfs festgestellt wird, dass sich die Antriebseinrichtung und die Fahrzeugteile zumindest näherungsweise synchron zueinander bewegen, der Schlupf zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung und der Verstellbewegung zwischen den Fahrzeugteilen somit zumindest näherungsweise gleich Null ist. Wird festgestellt, dass der Schlupf zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung und der Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander zumindest näherungsweise Null ist, so wird der Stellantrieb nicht weiter angesteuert und das zumindest eine Schaltelement somit in Position zu dem Bremstopf gehalten, sodass das zumindest eine Schaltelement in seiner eingestellten Position relativ zum Bremstopf verbleibt.
Eine solche Kalibrierung kann beispielsweise zu Beginn einer Verstellbewegung der Fahrzeugteile durchgeführt werden, wenn die Schalteinrichtung - bei drehender Antriebseinrichtung - aus ihrem Freilaufzustand in den Kopplungszustand geschaltet wird. Die Ansteuerung des Stellantriebs zum Schalten in den Kopplungszustand erfolgt hierbei in Abhängigkeit von dem erfassten Schlupf.
Beim Schalten der Schalteinrichtung aus dem Freilaufzustand in den Kopplungszustand wird das zumindest eine Schaltelement dem Bremstopf angenähert, gelangt dadurch in Anlage mit dem Bremstopf und stellt bei hinreichender Andrückkraft eine Wirkverbindung her, die bewirkt, dass der Bremstopf gegenüber dem zumindest einen Schaltelement festgestellt ist. Dies entspricht dem Kopplungszustand, in dem eine Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Abtriebselement besteht. Ist der Schlupf zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung und der Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander ab einem bestimmten Zeitpunkt gleich Null, so kann davon ausgegangen werden, dass ab diesem Zeitpunkt der Kopplungszustand hergestellt ist.
Die Kalibrierung anhand des Schlupfs dient bevorzugt dazu, eine Reibverbindung der Schalteinrichtung so herzustellen, dass daraus das minimale Haltemoment (Reibkraft ist ausreichend, um die Antriebseinrichtung mit dem Abtriebselement zu koppeln) ermittelt und eingestellt werden kann. Wird festgestellt, dass kein Schlupf (mehr) auftritt, so wird das zumindest eine Schaltelement zum Beispiel um einen definierten Weg weiter verstellt und gegen den Bremstopf gepresst, um ein robuste Kopplung, zum Beispiel zum Halten der Tür in einer gerade eingenommen Stellung oder zum elektromotorischen Verstellen der Tür, zu ermöglichen.
Eine solche Kalibrierung kann zum Beispiel bei einem elektromotorischen Verstellbetrieb in regelmäßigen Abständen wiederholt werden. So kann bei einem elektromotorischen Verstellen der Zustand der Schalteinrichtung in vorbestimmten Abständen, zum Beispiel periodisch nach einer Zeitspanne zwischen 100 ms und 1 Sekunde, variiert werden, beispielsweise aus dem Kopplungszustand in Richtung des Freilaufzustands und zurück geschaltet werden, um anhand eines dabei auftretenden Schlupfs den Kopplungszustand neu zu kalibrieren.
Beispielsweise kann zum Kalibrieren des Kopplungszustands bei einer Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander der Stellantrieb in einer ersten Phase zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements aus dem Kopplungszustand in Richtung des Freilaufzustands angesteuert werden. Das mindestens eine Schaltelement wird somit in dieser ersten Phase aus dem Reibschluss mit dem Bremstopf gelöst, sodass ein Schlupf in der Vorrichtung auftreten kann. In einer zweiten Phase wird sodann das zumindest eine Schaltelement zurück in Richtung des Kopplungszustands und somit in reibschlüssige Anlage mit dem Bremstopf verstellt, bis der Schlupf zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung und der Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander (wieder) aufgehoben ist. In diesem Zustand ist die Vorrichtung somit in ihrem Kopplungszustand neu kalibriert.
Dadurch, dass zu Beginn der Verstellbewegung oder während des Verstellens unter Bestimmung des Schlupfs der Kopplungszustand zwischen dem zumindest einen Schaltelement und dem Bremstopf hergestellt wird, ist sichergestellt, dass in dem Kopplungszustand das zumindest eine Schaltelement mit hinreichender Kraft zum Herstellen des Reibschlusses an dem Bremstopf anliegt. Aufgrund des Kalibrierens ist die Andrückkraft hierbei so groß, dass Verstellkräfte von der Antriebseinrichtung auf das Abtriebselement zum Verstellen der Fahrzeugteile zueinander übertragen werden können, beispielsweise eine Fahrzeugtür also zu einer Fahrzeugkarosserie bewegt werden kann. Weil der Stellantrieb im Rahmen der Kalibrierung nicht weiter oder nur noch um einen definierten Verstellweg angesteuert wird, sobald der Schlupf zumindest näherungsweise Null ist, übersteigt die Andrückkraft aber die für den Reibschluss erforderliche Kraft nicht wesentlich, sodass eine Überbelastung des Systems vermieden wird und zudem ein Nutzer durch Aufbringen einer Kraft zum Beispiel an der Fahrzeugtür, die ein Drehmoment zwischen dem Bremstopf und dem zumindest einen Schaltelement bewirkt, das das durch die Andrückkraft bewirkte Haltemoment übersteigt, ein Durchrutschen der Schalteinrichtung bewirken und somit zum Beispiel eine manuelle Verstellbewegung aus einer Feststellposition initiieren kann.
In einer Ausgestaltung ist ein Stellgetriebe der Schalteinrichtung durch ein Spindelgetriebe ausgebildet, das eine Spindel und eine mit der Spindel in Gewindeeingriff stehende Spindelmutter aufweist, die zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements zueinander bewegbar sind. Die Verwendung eines Spindelgetriebes zur Kopplung des Stellantriebs mit dem zumindest einen Schaltelement ermöglicht einen Kraftübertragungsstrang zwischen dem Stellantrieb und dem zumindest einen Schaltelement mit geringem Spiel. Über das Spindelgetriebe können große Verstellkräfte bei geringem Hub übertragen werden. Ein Spindelgetriebe kann zudem mit geringem Bauraum verwirklicht und geräuscharm betrieben werden. Aufgrund der Kopplung der Spindelmutter über einen Gewindeeingriff mit der Spindel können Verspannungen im System reduziert werden.
Zum Antreiben der Spindel treibt der Stellantrieb vorzugsweise eine Antriebsschnecke an, die beispielsweise mit einem mit der Spindel verbundenen Ritzel in Verzahnungseingriff steht. Die Antriebsschnecke kann beispielsweise an einer durch den Stellantrieb antreibbaren Welle angeordnet sein und wird somit über den Stellantrieb verdreht. Die Antriebsschnecke weist ein Schneckengewinde auf, das mit einer Verzahnung des Ritzels, beispielsweise einer Schrägverzahnung des Ritzels, in Verzahnungseingriff steht, sodass eine Drehbewegung der Antriebsschnecke in eine Drehbewegung des Ritzels umgesetzt wird. Die Drehachse der Antriebsschnecke und die Drehachse des Ritzels sind hierbei vorzugsweise (näherungsweise) senkrecht zueinander gerichtet.
Zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements treibt der Stellantrieb das Stellgetriebe an, indem er zum Beispiel die Spindel relativ zu dem Träger in eine Drehbewegung versetzt und die Spindelmutter längs entlang der Spindel bewegt. Die Spindelmutter ist beispielsweise mit einem Hebel gekoppelt ist, der mit dem Stellelement verbunden ist und der eine Bewegung der Spindelmutter in eine Schwenkbewegung des Stellelements überträgt.
Das Verstellteil kann beispielsweise nach Art eines Fangbands ausgebildet sein. Das Abtriebselement kann demgegenüber beispielsweise als drehbare Seiltrommel verwirklicht sein, die über ein Kraftübertragungselement in Form eines (ausschließlich) Zugkräfte übertragenden Zugseils mit dem Verstellteil gekoppelt ist. Bei Verstellen des Verstellteils wird die Seiltrommel entlang des Verstellteils bewegt und verdreht sich hierbei. Ein elektromotorisches Verstellen der Fahrzeugteile relativ zueinander, beispielsweise zum Verstellen einer Fahrzeugtür, kann durch Antreiben der Seiltrommel erfolgen. Durch Entkuppeln des Getriebes kann die Seiltrommel in einen Freilauf geschaltet werden, sodass auch ein manuelles Verstellen des Verstellteils möglich ist, unabhängig von einer die Seiltrommel antreibenden Antriebsvorrichtung.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Fahrzeugtür an einer Fahrzeugkarosserie, mit einem gelenkig an der Fahrzeugkarosserie angeordneten, bei einem Verschwenken der Fahrzeugtür relativ zu der Fahrzeugtür bewegten Verstellteil in Form eines Fangbands;
2 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Verstellen und Feststellen zweier Fahrzeugteile relativ zueinander;
3 eine Ansicht des Antriebsstrangs der Vorrichtung;
4 eine Ansicht einer Baugruppe der Vorrichtung mit einem Verstellteil, einem an dem Verstellteil angeordneten Zugseil und einer mit dem Zugseil verbundenen Seiltrommel;
5 eine gesonderte Ansicht der Seiltrommel;
6 eine gesonderte Ansicht der Seiltrommel mit daran angeordnetem Zugseil;
7 eine Ansicht einer Schalteinrichtung zum Schalten des Getriebes;
8A eine Ansicht der Schalteinrichtung, in einem Kopplungszustand;
8B eine Ansicht der Schalteinrichtung, in einem Bremszustand;
8C eine Ansicht der Schalteinrichtung, in einem Freilaufzustand;
9 eine Ansicht der Schalteinrichtung von unten ohne das Trägerelement;
10 eine gesonderte Ansicht eines Spindelgetriebes der Schalteinrichtung, mit einer über einen Stellantrieb antreibbaren Spindel und einer mit der Spindel in Gewindeeingriffe stehenden Spindelmutter;
11 eine grafische Ansicht von Sensorsignalen über der Zeit, anzeigend eine Antriebsbewegung einer Antriebseinrichtung und eine Verstellbewegung von zu verstellenden Fahrzeugteilen zueinander;
12 eine grafische Ansicht eines zwischen der Antriebsbewegung und der Verstellbewegung bestehenden Schlupfs über der Zeit;
13 eine grafische Ansicht der Ansteuerung eines Stellantriebs über der Zeit;
14 eine grafische Ansicht von Sensorsignalen über der Zeit, anzeigend eine Antriebsbewegung einer Antriebseinrichtung und eine Verstellbewegung von zu verstellenden Fahrzeugteilen zueinander;
15 eine grafische Ansicht eines zwischen der Antriebsbewegung und der Verstellbewegung bestehenden Schlupfs über der Zeit;
16 eine grafische Ansicht der Ansteuerung des Stellantriebs über der Zeit;
17 eine grafische Ansicht von Sensorsignalen über der Zeit, anzeigend eine Antriebsbewegung einer Antriebseinrichtung und eine Verstellbewegung von zu verstellenden Fahrzeugteilen zueinander;
18 eine grafische Ansicht eines zwischen der Antriebsbewegung und der Verstellbewegung bestehenden Schlupfs über der Zeit; und
19 eine grafische Ansicht der Ansteuerung des Stellantriebs über der Zeit.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 1 mit einer Fahrzeugkarosserie 10 und einer um einen Türscharnier 111 gelenkig an der Fahrzeugkarosserie 10 angeordneten Fahrzeugtür 11, die entlang einer Öffnungsrichtung O relativ zu der Fahrzeugkarosserie 10 verschwenkt werden kann, um eine Türöffnung freizugeben oder zu verschließen.
Zwischen der Fahrzeugkarosserie 10 und der Fahrzeugtür 11 wirkt eine Vorrichtung 2, die ein Verstellteil 21 in Form eines Fangbands aufweist und zum Feststellen und/oder Verstellen der Fahrzeugtür 11 relativ zu der Fahrzeugkarosserie 10 dient. Das Verstellteil 21 in Form des Fangbands ist um ein Gelenk 20 an der Fahrzeugkarosserie 10, beispielsweise an der A-Säule des Fahrzeugs 1, gelenkig angeordnet und bewegt sich bei einem Verschwenken der Fahrzeugtür 11 relativ zu der Fahrzeugtür 11. Das Verstellteil 21 ragt hierzu mit einem Ende 211 in einen Türinnenraum 110 der Fahrzeugtür 11 hinein und bewegt sich bei einem Verstellen der Fahrzeugtür 11 in diesem Türinnenraum 110.
Perspektivische Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 2 dieser Art sind in 2 bis 6 dargestellt. Das Verstellteil 21 in Form des Fangbands trägt an einem Ende 210 ein Gelenk 20, das an der Fahrzeugkarosserie 10, beispielsweise der A-Säule des Fahrzeugs 1, festgelegt werden kann, um auf diese Weise das Verstellteil 21 gelenkig mit der Fahrzeugkarosserie 10 zu verbinden.
Mit seinem vom Ende 210 abgewandten Ende 211 erstreckt sich das Verstellteil 21 in den Türinnenraum 110 der Fahrzeugtür 11 hinein. Das Verstellteil 21 steht hierbei mit der Fahrzeugtür 11 in Wirkverbindung, um die Fahrzeugtür 11 in einer eingenommenen Verstellposition relativ zu der Fahrzeugkarosserie 10 festzustellen und/oder eine elektromotorische oder manuelle Verstellung der Fahrzeugtür 11 relativ zur Fahrzeugkarosserie 10 zu ermöglichen.
Der grundlegende Aufbau einer die Wirkverbindung zwischen den Fahrzeugteilen 10, 11 herstellenden Baugruppe dieser Vorrichtung 2 ist in 4 bis 6 dargestellt.
An dem Verstellteil 21 ist ein flexibles, Zugkräfte übertragendes Kraftübertragungselement in Form eines Zugseils 22, beispielsweise eines Stahl- oder Kunststoffseils angeordnet. Das Zugseil 22 weist zwei unterschiedliche, getrennt voneinander ausgebildete Abschnitte 22A, 22B auf, die einerseits mit dem Verstellteil 21 und andererseits mit einem Abtriebselement in Form einer Seiltrommel 24 verbunden sind.
Die Abschnitte 22A, 22B erstrecken sich entlang einer Lauffläche 215 des Verstellteils 21 und sind teilweise auf die Seiltrommel 24 aufgewickelt. Der erste Abschnitt 22A des Zugseils 22 erstreckt sich zwischen einer Befestigungseinrichtung 212 des Verstellteils 21 und der Seiltrommel 24 und ist mit einem Seilnippel 223 an einem Seilende in die als Nippelkammer ausgestaltete Befestigungseinrichtung 212 formschlüssig eingelegt. Der andere, zweite Abschnitt 22B erstreckt sich zwischen der Seiltrommel 24 und einer Einstelleinrichtung 23, die zum Einstellen der frei erstreckten Länge des Zugseils 22 an dem Verstellteil 21 dient.
Die Seiltrommel 24 ist an einer längs entlang einer Längsachse L erstreckten Welle 34 angeordnet und ist um die Längsachse L drehbar. Die Seiltrommel 24 weist, wie aus der gesonderten Ansicht gemäß 5 ersichtlich, eine nach Art einer Gewinderille um die Seiltrommel 24 umlaufende Seilrille 241 auf, in der die Abschnitte 22A, 22B einliegen. Beidseitig ist diese Seilrillen 241 durch Laufringe 242, 243 begrenzt, mit denen die Seiltrommel 24 derart in Anlage mit der Lauffläche 215 des Verstellteils 21 ist, dass beim Verdrehen der Seiltrommel 24 um die Längsachse L die Seiltrommel 24 an der Lauffläche 215 des Verstellteils 21 abrollt.
Bei einem Verdrehen der Seiltrommel 24 um die Längsachse L wird einer der Abschnitte 22A, 22B (abhängig von der Drehrichtung) auf die Seiltrommel 24 aufgewickelt, während der andere Abschnitt 22B, 22A von der Seiltrommel 24 abgewickelt wird. Das Zugseil 22 ändert hierbei seine Erstreckungslänge an dem Verstellteil 21 nicht. Vielmehr führt das Verdrehen der Seiltrommel 24 zu einem Verstellen des Verstellteils 21 entlang einer Verstellrichtung V relativ zu der Seiltrommel 24, sodass durch Antreiben der Seiltrommel 24 das Verstellteil 21 und damit die Fahrzeugteile 10, 11 zueinander bewegt werden können. Alternativ kann über die Seiltrommel 24 auch - bei einem manuellen Verstellen der Fertigteile 10, 11 zueinander - eine Bremswirkung bereitgestellt werden, um die Fahrzeugteile 10, 11 in einer gerade eingenommenen Position zueinander festzustellen oder beim Verstellen die Verstellbewegung durch Bremsen zu beeinflussen.
Die Seiltrommel 24 ist formschlüssig und auf diese Weise drehfest mit der Welle 34 verbunden. Die Welle 34 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Bestandteil eines Getriebes 30, über das zum Verstellen oder Feststellen auf die Seiltrommel 24 eingewirkt werden kann. Die Seiltrommel 24 ist in einem Seiltrommelgehäuse 380 eingefasst, das fest mit einem Gehäuse 38 der Vorrichtung 2 verbunden ist. Das Seiltrommelgehäuse 380 lagert die Seiltrommel 24 drehbar und dient zudem zur definierten Führung der Seiltrommel 24 relativ zu dem Verstellteil 21.
Die Seiltrommel 24 ist mit einer Antriebseinrichtung 3 gekoppelt, die das Getriebe 30 aufweist und derart ausgestaltet ist, dass die Fahrzeugtür 1 elektromotorisch mittels der Antriebseinrichtung 3 oder manuell unabhängig von der Antriebseinrichtung 3 oder auch nach Art eines Servomotors elektromotorisch unterstützt durch die Antriebseinrichtung 3 verstellt werden kann. Das Getriebe 30 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wie aus 3 ersichtlich, als einstufiges Planetengetriebe ausgebildet und weist eine Planetenradstufe 32 mit Planetenrädern 321 auf, die an einem drehfest mit der Welle 34 verbundenen Trägerelement 320 um Drehachsen 322 drehbar angeordnet sind und mit einer Innenverzahnung 312 an einem Hohlrad 31 in Verzahnungseingriff stehen.
Die Planetenräder 321 sind axial zwischen zwei Trägerelementen 320 drehbar aufgenommen, von denen in 3 nur ein unteres Trägerelement 320 dargestellt ist. Der Träger für die Planetenräder 321 wird somit durch zwei Trägerelemente 320 gebildet, zwischen denen die Planetenräder 321 drehbar angeordnet sind.
Die Planetenräder 321 kämmen mit einem Sonnenrad 326, das an einer Hohlwelle 327 angeordnet ist. Die Hohlwelle 327 ist an der Welle 34 freidrehend angeordnet und bildet ein Stirnrad 328 aus, das mit einer Antriebsschnecke 371 an einer durch einen Antriebsmotor 370 angetriebenen Motorwelle 37 kämmt. Die Hohlwelle 327 kann vorzugsweise einstückig mit dem daran angeformten Sonnenrad 326 und dem Stirnrad 328 ausgebildet sein. Grundsätzlich ist aber auch eine mehrteilige Bauform denkbar und möglich.
Das Hohlrad 31 bildet die Innenverzahnung 312 zum Eingriff mit den Planetenrädern 321 aus. Das Hohlrad 31 ist hierbei über einen Lagerabschnitt 318 in Form einer Lagerbuchse an der Welle 34 drehbar gelagert und bildet an einem der Innenverzahnung 312 abgewandten, axialen Ende einen Bremstopf 42 aus, in dem Schaltelemente 430, 431 einer Schalteinrichtung 4 angeordnet sind, die - angetrieben über einen Stellantrieb 40 - zwischen unterschiedlichen Zuständen verstellbar sind.
Die in einem Ausführungsbeispiel in 7 bis 10 dargestellte Schalteinrichtung 4 ist nach Art einer Trommelbremse ausgebildet und ist in unterschiedlichen Funktionszuständen in 8A bis 8C dargestellt. Die Schaltelemente 430, 431 in Form von Bremsbacken mit daran angeordneten Bremsbelägen 434 sind an einem durch ein Gehäuseteil gebildeten Träger 41 angeordnet, der ortsfest zu dem Gehäuse 38 angeordnet ist. Die Bremsbacken 430, 431 sind um ein Festlager 432 (siehe zum Beispiel 7 und 8A-8C) verschwenkbar an dem Träger 41 angeordnet und können zum Schalten des Getriebes 30 zwischen unterschiedlichen Stellungen verstellt werden.
Zum Verstellen der Schaltelemente 430, 431 in Form der Bremsbacken ist ein Stellelement 44 in Form eines Nockens vorgesehen, das verschwenkbar an dem Träger 41 angeordnet und mit einem Hebel 405 verbunden ist und über ein Stellgetriebe in Form eines Spindelgetriebes verstellt werden kann.
Das Stellgetriebe in Form des Spindelgetriebes weist eine Spindel 402 und eine mit der Spindel 402 in Gewindeeingriff stehende Spindelmutter 404 auf, die zueinander bewegbar sind.
Die Spindel 402 ist an ihren axialen Enden über jeweils ein balliges Kalottenlager 403 zu dem Träger 41, der Bestandteil des Gehäuses 38 der Antriebseinrichtung 3 ist, drehbar gelagert und trägt an einem einem Stellantrieb 40 in Form eines Elektromotors zugeordneten Ende ein Ritzel 401, das als Schneckenrad mit einer umlaufenden Schrägverzahnung ausgebildet ist und mit einer an einer Antriebswelle des Stellantriebs 40 fest angeordneten Antriebsschnecke 400 in Verzahnungseingriff steht.
Die Spindelmutter 404 ist demgegenüber über einen Führungsabschnitt 406 längs entlang einer Bewegungsrichtung A zu dem Träger 41 geführt und dazu über den Führungsabschnitt 406 gleitend mit einer Führungsbahn 411 an dem Träger 41 in Anlage. Eine zweite Führungsbahn ist an einer an den Träger 41 anzusetzenden, in 7 und 8A-8C nicht dargestellten Gehäusehälfte gebildet, sodass die Spindelmutter 404 in ihrer Drehstellung zu dem Träger 41 festgelegt, dabei aber gleitend entlang der Bewegungsrichtung A geführt ist.
Die Spindelmutter 404 ist mit einem Hebel 405 gekoppelt, an dem das Stellelement 44 starr angeordnet ist. Wie aus 9 und 10 ersichtlich, weist die Spindelmutter 404 zur Kopplung mit dem Hebel 405 eine Kupplungseinrichtung in Form eines Langlochs 407 auf, in das ein Koppelelement in Form eines Zapfens 408 an dem Hebel 405 derart eingreift, dass bei einer Längsbewegung der Spindelmutter 404 entlang der Spindel 402 eine Lageänderung des Zapfens 408 zu der Spindelmutter 404 ausgeglichen werden kann.
Zum Verstellen der Schaltelemente 430, 431 treibt der Stellantrieb 40 die Antriebsschnecke 400 an, die dadurch das Ritzel 401 und somit die Spindel 402 in eine Drehbewegung versetzt. Dadurch wird die Spindelmutter 404 - aufgrund ihres Gewindeeingriffs mit der Spindel 402 - längs entlang der Bewegungsrichtung A zu der Spindel 402 verstellt, und somit wird der um die Schwenkachse D des Stellelements 44 schwenkbare Hebel 405 entlang der Stellrichtung S und damit auch das Stellelement 44 um die Schwenkachse D verschwenkt.
Über die Schalteinrichtung 4 kann das Getriebe 30 zwischen einem Kopplungszustand, einem Bremszustand und einem Freilaufzustand geschaltet werden.
In dem Freilaufzustand (8A) sind die Bremsbacken 430, 431 in einer Freilaufstellung und sind entsprechend (geringfügig) von dem Bremstopf 42 entfernt, sodass der Bremstopf 42 nicht gegenüber dem Gehäuse 38 festgestellt ist und auch keine (nennenswerte) Bremswirkung durch die Bremsbacken 430, 431 bewirkt wird. In diesem Freilaufzustand kann die Seiltrommel 24 grundsätzlich unabhängig vom Antriebsmotor 370 bewegt werden, ohne dass der Antriebsmotor 370 bei einer abtriebsseitigen Bewegung der Seiltrommel 24 mitbewegt wird. In diesem Freilaufzustand ist insbesondere ein leichtgängiges, manuelles Verstellen der Fahrzeugtür 11 unabhängig vom Antriebsmotor 370 möglich.
Aus dem Freilaufzustand heraus kann die Schalteinrichtung 4 verstellt werden, indem durch Verdrehen der Spindel 402 in eine entsprechende Drehrichtung die Spindelmutter 404 bewegt und dadurch das Stellelement 44 zum Aufweiten der Schaltelemente 430, 431 zueinander verschwenkt wird, wie dies aus 8B ersichtlich ist. In einem Bremszustand werden die Bremsbacken 430, 431 mit - im Vergleich zum Kopplungszustand - reduzierter Kraft innenseitig gegen den Bremstopf 42 gedrückt, sodass das Hohlrad 31 nicht gesperrt, sondern (lediglich) in definierter Weise gebremst wird. Das Hohlrad 31 kann sich somit relativ zu dem Träger 41 verdrehen, wird dabei aber über die reibende Anlage der Bremsbacken 430, 431 an dem Bremstopf 42 gebremst.
Durch eine solche Bremswirkung kann ein Bremsen der Bewegung der Fahrzeugteile 10, 11 zueinander bewirkt werden, beispielsweise wenn bei manueller Verstellung die Fahrzeugtür 11 sich einer Endposition, beispielsweise der maximal geöffneten Stellung annähert. Über ein definiertes Bremsen kann auch eine zu schnelle Bewegung beispielsweise bei einem manuellen Zuschlagen der Fahrzeugtür 11 gebremst werden.
In dem Bremszustand liegen die Schaltelemente 430, 431 schleifend und somit bremsend innenseitig an einer zugeordneten Bremsfläche 420 des Bremstopfs 42 (siehe 3) an, sodass eine Bremswirkung bereitgestellt wird. Durch weiteres Verstellen der Spindelmutter 404 in die Bewegungsrichtung A wird das Stellelement 44 weiter um seine Schwenkachse D verdreht, wie dies in 8C dargestellt ist, sodass die Schaltelemente 430, 431 pressend in Anlage mit dem Bremstopf 42 gedrückt und dadurch reibschlüssig zu dem Bremstopf 42 festgelegt werden. Die Schalteinrichtung 4 gelangt somit in den Kopplungszustand, in dem der Bremstopf 42 relativ zu dem Träger 41 stationär festgehalten wird.
In dem Kopplungszustand (8C) ist der Bremstopf 42 durch sperrende Wirkung der Bremsbacken 430, 431 relativ zu dem Gehäuse 38 gesperrt, sodass das Hohlrad 31 relativ zu dem Gehäuse 38 festgehalten wird. In diesem Kopplungszustand ist ein Kraftfluss zwischen der Hohlwelle 327 und der Seiltrommel 24 hergestellt, sodass über das Getriebe 30 der Antriebsmotor 370 mit der Seiltrommel 24 gekoppelt ist und die Seiltrommel 24 elektromotorisch verstellt werden kann.
In dem Kopplungszustand befinden sich die Bremsbacken 430, 431 in der Kopplungsstellung gemäß 8C und werden hierzu über den Stellantrieb 40 mittels des Stellelements 44 innenseitig in Anlage mit dem Bremstopf 42 gedrückt. Die Kraft, mit der die Bremsbacken 430, 431 in Anlage mit dem Bremstopf 42 gedrückt werden, sollte hierbei so bemessen sein, dass bei Überschreiten einer maximalen Kraft die Kupplung durchrutschen kann. Auf diese Weise kann beispielsweise in Notsituationen, beispielsweise in einem Einklemmfall, verhindert werden, dass übermäßig große Verstellkräfte übertragen werden können. Das kann aber auch ein normaler Bedienungsfall sein, wenn z.B. die Kupplung erst durchrutschen muss, damit die Steuerung den manuellen Bedienwunsch erkennt.
Wie aus 8A bis 8C ersichtlich, sind die Bremsbacken 430, 431 über Vorspannelemente 433 in Form von Zugfedern in Richtung ihrer Freilaufstellung ( 8C) vorgespannt. Zum Verstellen der Bremsbacken 430, 431 aus der Freilaufstellung heraus drückt das Stellelement 44 die Bremsbacken 430, 431 auseinander und somit in Richtung des Bremstopfes 42. Dies erfolgt entgegen der Wirkung der Vorspannelemente 433. Zum Zurückstellen der Bremsbacken 430, 431 in Richtung der Freilaufstellung wird das Stellelement 44 zurück verschwenkt, wobei die Bremsbacken 430, 431 aufgrund der Wirkung der Vorspannelemente 433 dem Stellelement 44 nachfolgen und sich somit zurück in Richtung ihrer Freilaufstellung bewegen.
Das Stellelement 44 ist durch einen Nocken gebildet, der zwischen den Enden der Schaltelemente 430, 431 liegt, die dem Festlager 432 abgewandt sind, und ist derart geformt, dass durch Verschwenken des Stellelements 44 um eine Schwenkachse D die Schaltelemente 430, 431 zum radialen Aufweiten oder Zusammenziehen verschwenkt werden können.
Damit in dem Kopplungszustand und dem Bremszustand ein definiertes Drehmoment an der Schalteinrichtung 4 eingestellt werden kann, ist erforderlich, die Schalteinrichtung 4 zu kalibrieren. Eine solche Kalibrierung ist insbesondere deswegen erforderlich, weil das Stellgetriebe in Form des Spindelgetriebes Toleranzen aufweist, die das Verstellen der Schaltelemente 430, 431 über den Stellantrieb 40 und somit das Drehmoment in der Wechselwirkung zwischen den Schaltelementen 430, 431 und dem Bremstopf 42 beeinflussen. Zudem haben auch Umwelteinflüsse, zum Beispiel die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchtigkeit, und auch ein Verschleiß in der Schalteinrichtung 4 einen Einfluss auf das bereitgestellte Drehmoment.
Es ist somit eine Kalibrierung wünschenswert, die den Einfluss von Toleranzen, Umgebungsbedingungen und Verschleiß auf die Genauigkeit in der Einstellung des Drehmoments an den Schaltelementen 430, 431 zumindest reduzieren kann.
Zur Kalibrierung wird vorliegend vorgeschlagen, zu Beginn eines elektromotorischen Verstellbetriebs zum Öffnen oder Schließen der Fahrzeugtür 11, während des elektromotorischen Verstellens oder beim Übergang aus einem manuellen Verstellbetrieb in einen Feststellbetrieb zum Feststellen der Fahrzeugtür in einer gerade eingenommenen Stellung die Schalteinrichtung 4 anhand eines zwischen der Antriebseinrichtung 3 und der Verstellbewegung der Fahrzeugtür 11 auftretenden Schlupfs anzusteuern. Grundsätzlich wird hierbei anhand des Schlupfs geprüft, wann bei einem Schalten der Schalteinrichtung 4 aus dem Freilaufzustand oder dem Bremszustand in den Kopplungszustand die Schaltelemente 430, 431 so in Reibschluss mit dem Bremstopf 42 gebracht sind, dass kein Schlupf mehr zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 3 und der Verstellbewegung der Fahrzeugtür 11 besteht.
Der Schlupf wird berechnet aus der Differenz zwischen der Verstellgeschwindigkeit, die sich bei gekoppelter Antriebseinrichtung 3 an der Fahrzeugtür 11 ergeben sollte, und der tatsächlichen Verstellgeschwindigkeit an der Fahrzeugtür 11. Befindet sich die Schalteinrichtung 4 in ihrem Kopplungszustand, so sollte sich die Antriebseinrichtung 3 synchron mit der Fahrzeugtür 11 bewegen, die Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 3 also umgesetzt werden in eine synchrone Verstellbewegung der Fahrzeugtür 11.
Die Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 3 wird zum Beispiel anhand von Hall-Sensoren 372 (siehe 3) ermittelt, die die Drehbewegung der Motorwelle 37 detektieren. Durch die Hall-Sensoren 372 kann die relative Verstellposition der Motorwelle 37 und die Drehzahl der Motorwelle 37 sensorisch detektiert werden.
Durch Multiplikation mit dem Übersetzungsverhältnis im Kraftübertragungsstrang zwischen dem Antriebsmotor 370 und der Fahrzeugtür 11 kann die an der Motorwelle 37 ermittelte Drehgeschwindigkeit umgerechnet werden in eine entsprechende Verstellgeschwindigkeit an der Fahrzeugtür 11, die sich ergeben sollte, wenn die Fahrzeugtür 11 über die Schalteinrichtung 4 vollständig mit der Antriebseinrichtung 3 gekoppelt ist.
Die Verstellbewegung der Fahrzeugtür 11 kann demgegenüber zum Beispiel über eine Sensoreinrichtung 50 an einem Türmodul 112 der Fahrzeugtür 11 ermittelt werden, wie dies schematisch in 1 dargestellt ist. Die Sensoreinrichtung 50 kann beispielsweise Bestandteil der Steuereinrichtung 5 sein und kann zum Beispiel als Beschleunigungssensor oder Gyrosensor ausgebildet sein. Mittels der Sensoreinrichtung 50 kann die Winkelgeschwindigkeit der Fahrzeugtür 11 und auch die Winkelposition der Fahrzeugtür 11 ermittelt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Verstellbewegung der Fahrzeugtür 11 auch anhand der Verstellbewegung des Abtriebselements in Form der Seiltrommel 24 ermittelt werden. Hierzu weist die Antriebseinrichtung 3 eine Sensoreinrichtung 25 (siehe 3) auf, die dazu dient, die absolute Winkelposition der Welle 34 zu ermitteln.
Die Sensoreinrichtung 25 weist ein Ritzel 250 auf, das drehfest mit der Welle 34 verbunden ist und mit einem Ritzel 251 in Verzahnungseingriff steht. Mit dem Ritzel 251 ist drehfest ein Sensorrad 252 verbunden, dessen absolute Winkelposition über einen Sensor 253 ermittelt werden kann.
Die Sensoreinrichtung 25 kann so ausgestaltet sein, dass über den gesamten Verstellweg der Fahrzeugtür 11 das Sensorrad 252 eine Drehung um weniger als 360° ausführt. Das Sensorrad 252 kann zum Beispiel magnetisch codiert sein, sodass mittels des Sensors 253 die absolute Winkelposition des Sensorrads 252 und dadurch der Welle 34 und der mit der Welle 34 verbundenen Seiltrommel 24 bestimmt werden kann. Anhand des Kraftübertragungsstrangs zwischen der Seiltrommel 24 der Fahrzeugtür 11 kann dann die über die Sensoreinrichtung 25 ermittelte Verstellgeschwindigkeit in eine entsprechende Verstellgeschwindigkeit an der Fahrzeugtür 11 umgerechnet werden.
Der Schlupf zwischen der Verstellgeschwindigkeit der Fahrzeugtür 11 und der Drehzahl der Motorwelle 37 (bzw. der sich daraus ergebenden entsprechenden Antriebsgeschwindigkeit am Ort der Fahrzeugtür 11) wird in der Steuerrichtung 5 berechnet, um anhand des Schlupfs die Schalteinrichtung 4 zum Einstellen des Kopplungszustands zu steuern.
11 zeigt schematisch ein Sensorsignal S1, das die Position der Motorwelle 37 bzw. eine entsprechende Position an der Fahrzeugtür 11, die sich aus der Drehbewegung der Motorwelle 37 bei Multiplikation mit dem Übersetzungsverhältnis im Kraftübertragungsstrang zwischen dem Antriebsmotor 370 und der Fahrzeugtür 11 ergeben sollte, anzeigt. Ein Sensorsignal S2 zeigt demgegenüber die tatsächliche Position der Fahrzeugtür 11, ermittelt durch die Sensoreinrichtung 25 oder die Sensoreinrichtung 50, an.
Zu Beginn einer elektromotorischen Verstellbewegung wird die Schalteinrichtung 4 zum Beispiel aus ihrem Freilaufzustand in den Kopplungszustand geschaltet und dazu der Stellantrieb 40 der Schalteinrichtung 4 zum Verstellen der Schaltelemente 430, 431 bestromt. Der Antriebsmotor 370 wird hierbei angetrieben und überträgt, ab Herstellung des Kopplungszustands, Verstellkräfte auf die Fahrzeugtür 11, sodass bei bestehender Kopplung die Fahrzeugtür 11 über die Antriebseinrichtung 3 angetrieben wird.
Dies ist in 11 bis 13 veranschaulicht. So bewegt sich zunächst, wie aus dem Sensorsignal S1 in 11 ersichtlich, die Motorwelle 37, während sich die Schalteinrichtung 4 (noch) in ihrem Freilaufzustand befindet und die Fahrzeugtür 11 nicht mitbewegt wird. Das Sensorsignal S2 zeigt entsprechend zunächst keine Verstellbewegung an der Fahrzeugtür 11 an.
Hieraus ergibt sich der in 12 dargestellte Schlupf zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 3 und der Verstellbewegung der Fahrzeugtür 11, der zunächst groß ist.
Wird ab einem Zeitpunkt T1 der Stellantrieb 40 der Schalteinrichtung 4 bestromt, um die Schaltelemente 430, 431 in den Kopplungszustand zu überführen und dazu dem Bremstopf 42 anzunähern, so ändert sich die Position des Stellelements 44 und damit der Schaltelemente 430, 431, wie in 13 graphisch dargestellt, sodass die Schaltelement 430, 431 innenseitig in Anlage mit dem Bremstopf 42 gelangen, wodurch sich der Schlupf zwischen dem Zeitpunkt T1 und einem Zeitpunkt T2 reduziert und die Fahrzeugtür 11 entsprechend beschleunigt wird.
Ab dem Zeitpunkt T2 ist der Kopplungszustand hergestellt. Es besteht ein Reibschluss zwischen den Schaltelementen 430, 431 und dem Bremstopf 42, und entsprechend wird die Fahrzeugtür 11 synchron mit der Antriebseinrichtung 3 bewegt, ersichtlich aus den nunmehr parallel verlaufenden Sensorsignalen S1, S2 in 11. Ab dem Zeitpunkt T2 ist entsprechend der Schlupf, dargestellt in 12, zumindest näherungsweise gleich Null.
Die Ansteuerung des Stellantriebs 40 erfolgt anhand des ermittelten Schlupfs derart, dass ab dem Zeitpunkt T2 der Stellantrieb 40 nicht weiter bestromt wird, der Stellantrieb 40 also in seiner eingestellten Position verbleibt und somit die Schaltelemente 430, 431 in der eingestellten Position relativ zum Bremstopf 42 gehalten werden. Anhand des Schlupfs wird somit ermittelt, wann der Kopplungszustand hergestellt ist. Ab dem Zeitpunkt T2, ab dem der Kopplungszustand besteht, wird der Stellantrieb 40 nicht weiter ang esteu ert.
Hierdurch ist sichergestellt, dass der Kopplungszustand zuverlässig hergestellt wird. Zudem wird erreicht, dass die Schaltelemente 430, 431 nicht mit übermäßiger Kraft in Anlage mit dem Bremstopf 42 gedrückt werden, sondern lediglich mit einer hinreichenden Kraft, um den Reibschluss herzustellen und den Kopplungszustand zu bewirken.
Dies hat zudem den Vorteil, dass ein Nutzer, der zum Beispiel manuell die elektromotorische Verstellbewegung stoppen möchte, mit vergleichsweise kleiner Kraft ein Durchrutschen der Schalteinrichtung 4 zum Erkennen eines manuellen Feststell- oder Verstellwunsches bewirken kann, sodass sich für einen Nutzer eine einfache, angenehme Handhabung ergibt.
Die Kalibrierung kann zu Beginn einer elektromotorischen Verstellbewegung erfolgen. Die Kalibrierung kann aber auch, wie dies in 14 bis 16 veranschaulicht ist, bei einem Schalten von einer manuellen Verstellbewegung in einen Feststellbetrieb erfolgen.
So wird im Rahmen eines manuellen Verstellbetriebs die Fahrzeugtür 11 im Freilaufzustand der Schalteinrichtung 4 manuell bewegt, veranschaulicht in 14 anhand des Sensorsignals S2 zwischen dem Zeitpunkt T1 und T2. Zum Zeitpunkt T2 steht die Fahrzeugtür 11, zum Beispiel geführt durch einen Nutzer, still und wird nicht weiter bewegt. Gegebenenfalls kann die Fahrzeugtür 11 zwischen dem Zeitpunkt T2 und einem Zeitpunkt T3 jedoch aufgrund einer Schwerkraftwirkung wieder beschleunigt werden. Zwischen dem Zeitpunkt T3 und einem Zeitpunkt T4 wird der Stellantrieb 40, veranschaulicht in 16, angesteuert, um aus dem Freilaufzustand in den Kopplungszustand zu schalten und die Fahrzeugtür 11 somit festzustellen. Dies erfolgt unter Auswertung des sich ergebenden, in 15 dargestellten Schlupfs derart, dass der Stellantrieb 40 solange zum Verstellen der Spindelmutter 404 und somit des Stellelements 44 angesteuert wird, bis der Schlupf zumindest näherungsweise Null ist. Dies ist zum Zeitpunkt T4 der Fall, und entsprechend ist zum Zeitpunkt T4 der Kopplungszustand hergestellt. Die Fahrzeugtür 11 befindet sich dann im Stillstand.
Wiederum erfolgt die Steuerung des Stellantriebs 40 zum Verstellen der Schaltelemente 430, 431 somit unter Auswertung des sensorisch erfassten Schlupfs zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 3 und der Verstellbewegung der Fahrzeugtür 11.
Der Schlupf kann auch während eines elektromotorischen Verstellens ausgewertet werden, um beim elektromotorischen Verstellen die Schalteinrichtung 4 in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen neu zu kalibrieren, wie dies in 17 bis 19 dargestellt ist.
Wird für eine elektromotorischen Verstellbewegung zunächst die Kopplung zwischen der Antriebseinrichtung 3 und der Fahrzeugtür 11 hergestellt und dazu die Schalteinrichtung 4 aus dem Freilaufzustand in den Kopplungszustand geschaltet, so ergibt sich bis zu dem in 17 bis 19 dargestellten Zeitpunkt T4 dasselbe Verhalten, wie dies anhand von 11 bis 13 erläutert worden ist. Die Ansteuerung des Stellantriebs 40 erfolgt anhand des in 18 dargestellten Schlupfs derart, dass eine weitere Positionsveränderung der Schaltelemente 430, 431 ab dem Zeitpunkt T3 unterbleibt, ab dem der Schlupf zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 3 und der Verstellbewegung der Fahrzeugtür 11 Null ist.
Ab dem Zeitpunkt T3 wird die Fahrzeugtür 11 im Rahmen des elektromotorischen Verstellbetriebs synchron mit der Antriebseinrichtung 3 bewegt. Der Schlupf, dargestellt in 18, ist entsprechend Null.
Während der Verstellbewegung wird, zwischen dem Zeitpunkt T4 und T6, die Position der Schaltelemente 430, 431 der Schalteinrichtung 4 variiert, um die Schalteinrichtung 4 neu zu kalibrieren. Hierzu wird ab dem Zeitpunkt T4 der Stellantrieb 40 angesteuert, um die Schaltelemente 430, 431 aus dem Reibschluss mit dem Bremstopf 42 zu lösen. Entsprechend tritt ab dem Zeitpunkt T5 ein Schlupf zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 3 und der Verstellbewegung der Fahrzeugtür 11 auf, wie dies aus 18 ersichtlich ist.
Ab dem Zeitpunkt T5 wird der Stellantrieb 40 umgekehrt betrieben, um die Schaltelemente 430, 431 wiederum in Reibschluss mit dem Bremstopf 42 zu bringen. Dies erfolgt bis zum Zeitpunkt T6, ab dem der Schlupf zwischen der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 3 und der Verstellbewegung der Fahrzeugtür 11 wiederum Null ist, sodass die Schaltelemente 430, 431 in ihrer Position verbleiben und der Stellantrieb 40 entsprechend nicht weiter angesteuert wird. Der Kopplungszustand ist somit neu eingestellt, sodass sichergestellt ist, dass auch bei einer Änderung der Betriebs- und Umgebungsbedingungen im Betrieb der Kopplungszustand sicher und zuverlässig mit geeigneter Andrückkraft zwischen den Schaltelementen 430, 431 und dem Bremstopf 42 hergestellt ist.
Die Kalibrierung des Schlupfs, wie sie anhand von 11 bis 19 erläutert ist, kann in kombinierter Weise erfolgen, sodass eine Kalibrierung zu Beginn einer elektromotorischen Verstellbewegung, während des elektromotorischen Verstellens und auch bei Übergang aus einem manuellen Verstellbetrieb in einen Feststellbetrieb erfolgt. Eine Kalibrierung kann aber auch nur in einzelnen Betriebszuständen, beispielsweise nur zu Beginn einer elektromotorischen Verstellung erfolgen.
Der Schlupf wird in der Steuereinrichtung 5 anhand von Sensorsignalen, wie sie durch die Sensoreinrichtungen 25, 50, 372 detektiert werden, ermittelt und ausgewertet, um anhand der Auswertung den Stellantrieb 40 der Schalteinrichtung 4 zu steuern.
Die Steuerung des Stellantriebs 40 unter Auswertung des Schlupfs kann kombiniert werden mit einer Auswertung und Überwachung des Motorstroms des Stellantriebs 40, anhand dessen Rückschlüsse auf die an den Schaltelementen 430, 431 wirkenden Kräfte gezogen werden können. Auf eine solche Motorstromauswertung kann gegebenenfalls aber auch verzichtet werden.
Zusätzliche Sensoreinrichtungen, zum Beispiel ein Neigungssensor zum Detektieren einer Fahrzeugneigung und somit zum Erfassen von Beschleunigungskräften aufgrund der Schwerkraft an der Fahrzeugtür 11, können vorhanden sein, sodass zusätzliche Sensorsignale ausgewertet und bei der Steuerung der Schalteinrichtung 4 berücksichtigt werden können.
Dadurch, dass die Lage der Schaltelemente 430, 431 im Kopplungszustand relativ zum Bremstopf 42 im Betrieb wiederholt neu kalibriert und angepasst wird, können Effekte über die Lebensdauer der Vorrichtung 2 ausgeglichen werden, sodass veränderliche Umgebungsbedingungen genauso wie ein Verschleiß oder eine sonstige Zustandsänderung ausgeglichen werden kann.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch in gänzlich andersgearteter Weise verwirklichen.
Eine Schalteinrichtung der hier beschriebenen Art kann an ganz unterschiedlichen Verstelleinrichtungen zum Verstellen zweier Fahrzeugteile zueinander Verwendung finden. Ein Türantrieb, wie er vorangehend beschrieben worden ist, stellt in diesem Zusammenhang nur ein mögliches Beispiel für einen Einsatz einer derartigen Schalteinrichtung dar. Grundsätzlich kann die Schalteinrichtung überall dort eingesetzt werden, wo Getriebeteile im Rahmen einer Verstelleinrichtung oder einer Feststelleinrichtung in einem Fahrzeug miteinander zu koppeln sind.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
10: Karosserie
11: Fahrzeugtür
110: Türinnenraum
111: Türscharnier
112: Türmodul
2: Vorrichtung
20: Gelenk
21: Verstellteil (Fangband)
210, 211: Ende
212: Befestigungseinrichtung
213: Öffnung
214: Führungsbahn
215: Lauffläche
22: Flexibles Kraftübertragungselement (Zugseil)
22A, 22B: Seilabschnitt
223: Seilnippel
23: Einstelleinrichtung
24: Seiltrommel
240: Öffnung
241: Seilrille
242, 243: Laufring
25: Sensoreinrichtung
250, 251: Ritzel
252: Sensorrad
253: Sensor
3: Antriebseinrichtung
30: Getriebe
31: Hohlrad
312: Innenverzahnung
318: Lagerabschnitt
32: Planetenradstufe
320: Trägerelement
321: Planetenräder
322: Drehachse
326: Sonnenrad
327: Hohlwelle
328: Stirnrad
34: Welle
37: Motorwelle
370: Antriebsmotor
371: Antriebsschnecke
372: Sensoreinrichtung (Hall-Sensoren)
38: Gehäuse
380: Seiltrommelgehäuse
4: Schalteinrichtung
40: Stellantrieb
400: Antriebsschnecke
401: Ritzel
402: Getriebeelement (Spindel)
403: Kalottenlager
404: Getriebeelement (Spindelmutter)
405: Hebel
406: Führungsabschnitt
407: Koppeleinrichtung
408: Koppelelement
409: Motorwelle
41: Träger
411: Führungsbahn
412: Auflageabschnitt
42: Bremstopf
420: Bremsfläche
430, 431: Schaltelemente (Bremsbacken)
432: Festlager
433: Spannfedern
434: Bremsbelag
435: Kragen
44: Stellelement
5: Steuereinrichtung
50: Sensoreinrichtung
A: Bewegungsrichtung
D: Schwenkachse
L: Längsachse
O: Öffnungsrichtung
S: Stellrichtung
V: Verstellrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015215627 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung (2) zum manuellen und/oder elektromotorischen Verstellen eines ersten Fahrzeugteils und eines zweiten Fahrzeugteils relativ zueinander, mit - einem Verstellteil (21), das derart mit dem ersten Fahrzeugteil wirkverbunden ist, dass bei einem Verstellen der Fahrzeugteile zueinander sich das Verstellteil (21) relativ zu dem zweiten Fahrzeugteil bewegt, - einem an dem zweiten Fahrzeugteil angeordneten Abtriebselement (24), das mit dem Verstellteil (21) in Wirkverbindung steht und zum Bewegen des Verstellteils (21) relativ zu dem zweiten Fahrzeugteil antreibbar ist, - einer elektromotorischen Antriebseinrichtung (3) zum Antreiben des Abtriebselements (24), - einer Schalteinrichtung (4) zum Herstellen einer Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrichtung (3) und dem Abtriebselement (24), wobei die Schalteinrichtung (4) zumindest ein Schaltelement (430, 431), das verstellbar ist, um die Schalteinrichtung (4) zwischen unterschiedlichen Kupplungszuständen zu schalten, und einen elektromotorischen Stellantrieb (40) zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements (430, 431) aufweist, und - einer Steuereinrichtung (5) zum Steuern des Stellantriebs (40) der Schalteinrichtung (4), gekennzeichnet durch zumindest eine Sensoreinrichtung (25, 50, 372) zum Erfassen eines einen Schlupf zwischen einer Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung (3) und einer Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander anzeigenden Kennwerts, wobei die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist, den Stellantrieb (40) in Abhängigkeit von dem den Schlupf anzeigenden Kennwert zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements (430, 431) zu steuern.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Sensoreinrichtung (372) zum Generieren eines die Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung (3) angebenden, ersten Sensorsignals (S1).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (3) einen Antriebsmotor (370) mit einer Motorwelle (37) aufweist, wobei die erste Sensoreinrichtung (372) Hall-Sensoren zum Detektieren einer Bewegung der Motorwelle (37) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite Sensoreinrichtung (25, 50) zum Generieren eines eine Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander angebenden, zweiten Sensorsignals (S2).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoreinrichtung (25, 50) einen Winkelsensor zum Erfassen einer Winkelposition oder Winkelgeschwindigkeit der Fahrzeugteile zueinander aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoreinrichtung (25, 50) einen Winkelsensor zum Bestimmen einer Position oder Geschwindigkeit des Abtriebselements (24) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Bremstopf (42), ein Stellelement (44) zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements (430, 431) und einen Träger (41), zu dem der Bremstopf (42) drehbar ist und an dem das Stellelement (44) und das zumindest eine Schaltelement (430, 431) verstellbar angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (44) um eine Schwenkachse (D) verschwenkbar an dem Träger (41) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Schaltelement (430, 431) - in einem Kopplungszustand derart mit dem Bremstopf (42) in Anlage ist, dass der Bremstopf (42) gegenüber dem Träger (41) festgestellt ist, und - in einem Freilaufzustand derart von dem Bremstopf (42) frei ist, dass der Bremstopf (42) gegenüber dem Träger (41) bewegbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist, den Stellantrieb (40) in Abhängigkeit von dem den Schlupf anzeigenden Kennwert zu steuern, um das zumindest eine Schaltelement (430, 431) in dem Kopplungszustand in Anlage mit dem Bremstopf (42) zu drücken.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist, bei einem Schalten der Schalteinrichtung (4) aus dem Freilaufzustand in den Kopplungszustand den Stellantrieb (40) zum Annähern des zumindest einen Schaltelements (430, 431) an den Bremstopf (42) anzusteuern, bis der Betrag des den Schlupf anzeigenden Kennwerts kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist, zum Kalibrieren des Kopplungszustands bei einer Verstellbewegung der Fahrzeugteile zueinander den Stellantrieb (40) - in einer ersten Phase zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements (430, 431) aus dem Kopplungszustand in Richtung des Freilaufzustands anzusteuern, und - in einer zweiten Phase zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements (430, 431) in den Kopplungszustand anzusteuern, bis der Betrag des den Schlupf anzeigenden Kennwerts kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (4) ein Spindelgetriebe aufweist, das eine Spindel (402) und eine mit der Spindel (402) in Gewindeeingriff stehende Spindelmutter (404) aufweist, die zum Verstellen des zumindest einen Schaltelements (430, 431) zueinander bewegbar sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine durch den Stellantrieb (40) drehbare Antriebsschnecke (400) zum Antreiben der Spindel (402).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Spindelgetriebe ein mit der Spindel (402) verbundenes Ritzel (401) aufweist, das mit der Antriebsschnecke (400) in Verzahnungseingriff steht.