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Die Erfindung betrifft eine Türkomponente und ein Verfahren zum Verschwenken eines bewegbaren Türflügels einer Türkomponente für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinrichtung mit einem elektrischen Antriebsmotor, um eine Verschwenkung des Türflügels wenigstens teilweise zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung zu beeinflussen.
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Im Stand der Technik gibt es die Türbewegung einer Autotür durch den Fahrer ohne Unterstützung (passiver Mode) und die aktive Tür, bei der ein Elektromotor die Tür selbstständig bewegt. Beim aktiven Modus wird die Tür über z. B. die Spindeleinheit der Dämpfungseinheit von einer Antriebseinrichtung (Elektromotor) aktiv bewegt, es muss vom Benutzer keine zusätzliche Kraft aufgewendet werden. Nach dem Bewegungsbefehl vom Nutzer wir die Bewegung dann von der Antriebseinrichtung gestartet und gestoppt, eine Bremse, z. B. die magnetorheologische Bremseinheit, kann dabei den Motor bei der Abbremsung oder beim Blockieren in einer Endstellung unterstützen.
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Im passiven Modus muss die gesamte Kraft zur Bewegung der Tür vom Benutzer aufgebracht werden. Ein E-Motor, soweit überhaupt vorhanden, hilft nicht mit, verbraucht dabei auch keinen Strom. Ein z. B. magnetorheologischer Drehdämpfer bremst bzw. hält die Tür in gewollter Position.
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In beiden Modi kann die Bremsvorrichtung mit Sensoren ausgestattet sein, um Position und Geschwindigkeit der beiden Anschlusseinheiten relativ zueinander zu messen und um Hindernisse vor der Tür zu erkennen und die Tür abzubremsen, bevor es zu Kollisionen oder ungewollten Betriebszuständen kommen kann.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, womit eine einfache, verbesserte und insbesondere eine komfortablere Türöffnung ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist Gegenstand von Anspruch 12. Bevorzugte Ausführungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum (geführten) Verschwenken eines bewegbaren Türflügels einer Türkomponente für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinrichtung mit wenigstens einem elektrischen Antriebsmotor, um eine Verschwenkung des Türflügels wenigstens teilweise zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung zu beeinflussen, wobei mit wenigstens einem Positionssensor ein Positionsmaß für eine Winkelstellung des Türflügels und eine Geschwindigkeitskennzahl für eine Winkelgeschwindigkeit des Türflügels erfasst werden. Dabei wird bei einer Verschwenkung des Türflügels mit der Geschwindigkeitskennzahl eine elektrische Vorgabestromstärke für den elektrischen Antriebsmotor ermittelt und es wird eine zugehörige Vorgabespannung eingestellt. Anschließend wird die durch den Antriebsmotor fließende Stromstärke ermittelt. Die Vorgabespannung wird erhöht, wenn die durch den Antriebsmotor fließende Stromstärke geringer ist als die elektrische Vorgabestromstärke. Die Vorgabespannung wird verringert, wenn die durch den Antriebsmotor fließende Stromstärke größer ist als die elektrische Vorgabestromstärke.
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Die Erfindung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass der Benutzer jederzeit die Kontrolle über die Tür hat. Die Türbewegung kann praktisch jederzeit „federleicht“ sein. Der Benutzer verspürt nur ein sehr geringes Gewicht (gering bewegte Massen). Die Tür bewegt sich fast von selbst. Trotzdem hat er immer die Kontrolle und muss z. B. nicht auf einen langsamen Stellmotor warten. Der Benutzer gibt die Geschwindigkeit vor.
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Die Erfindung ermöglicht eine einfache, verbesserte und insbesondere eine komfortablere Türöffnung mit insbesondere möglichst wenig kostentreibenden zusätzlichen Sensoren. Bevorzugt werden vorhandene Sensoren genutzt und durch möglichst kostengünstige Sensoren oder Messmethoden ergänzt, damit die Herstellkosten in Summe nicht zu hoch werden. Es wird insbesondere ermöglicht, auf einen kostenintensiven Drehmoment- oder Kraftsensor im Antriebsstrang des Türflügels zur Erfassung der Türkräfte zu verzichten.
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Der „Geführte Modus“ unterscheidet sich von den zwei zuvor beschriebenen Betriebsarten (Passiv; Aktiv) aus dem Stand der Technik dadurch, dass ein Motor die vom Nutzer gewollte Bewegung unterstützt und so den Kraftaufwand des Benutzers vermindert. Im Idealfall bewegt (führt) der Nutzer die Tür nur mit den Fingerspitzen und die Kombination aus Antriebseinheit und Bremse versuchen die notwendige Führungs-/Bewegungskraft vom Nutzer auf einem konstant niederen Niveau zu halten.
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Der Türflügel kann in einfachen Ausgestaltungen eine Türeinrichtung sein bzw. als Türblattanschluss ausgebildet sein. Insofern umfasst der Begriff Türflügel auch nur eine Halterung oder einen Anschluss für ein Türblatt. Das Türblatt bzw. der Türaufbau des Türblattes muss nicht Bestandteil der Türkomponente sein.
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Die durch den Antriebsmotor fließende Stromstärke kann auch als Motorstromstärke bezeichnet werden.
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Vorzugsweise wird die durch den Antriebsmotor fließende Stromstärke über einen in Reihe zu dem Antriebsmotor angeordneten Widerstand erfasst.
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Vorzugsweise ist der Antriebsmotor in einer H-Brücke angeordnet.
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Insbesondere erfolgt eine Regelung der Vorgabespannung über einen Proportional-Integral-Regler.
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Vorzugsweise wird bei der Ermittlung der elektrischen Vorgabestromstärke für den elektrischen Antriebsmotor und/oder einer zugehörigen Vorgabespannung das Positionsmaß berücksichtigt.
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Insbesondere wird eine horizontale Ausrichtung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Dazu kann insbesondere ein Lagesensor oder ein Ortssensor eingesetzt werden. Am Hang treten andere Kräfte wie in der Ebene auf. So können Kräfte im hügeligen San Francisco sehr stark unterschiedlich sein, je nachdem, ob man bergauf oder bergab parkt. Auch die Türen rechts/links können bei Hanglage unterschiedlichen Kräften ausgesetzt sein.
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Vorzugsweise wird mit einem Lagesensor wenigstens ein Wert für die Raumlage des Kraftfahrzeugs erfasst. Insbesondere wird mit einem Stromsensor ein Wert für die Stromstärke der Antriebeinrichtung ermittelt. Vorzugsweise enthält eine hinterlegte Tabelle Korrekturwerte. Besonders bevorzugt wird bei der Ermittlung der elektrischen Vorgabestromstärke und/oder einer elektrischen Vorgabespannung das Positionsmaß berücksichtigt.
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Vorzugsweise wird ein Sensor mit Satellitenunterstützung wie GPS oder Glosnass etc. verwendet und es wird Kartenmaterial und Onlineaufnahmen (Bilderkennung) berücksichtigt. Mit Bilderkennung ist ein Teilgebiet der Mustererkennung und der Bildverarbeitung gemeint. In der Bilderkennung versucht man, Objekte in einem Bild zu segmentieren. Diesen wird eine symbolische Beschreibung zugewiesen, aber es wird nicht nach Zusammenhängen zwischen den Objekten gesucht, wie es in der Musteranalyse üblich ist. Hierfür können die in Fahrzeugen vorhandenen bzw. verbauten Kamerasysteme genutzt werden (wie z.B. für die Parkhilfen, das autonome Fahren...) oder eigene Kameras verbaut werden.
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Es kann auch ein Windsensor zur Bestimmung der Windstärke verwendet werden.
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Es ist bevorzugt, dass auf Anforderung oder in periodischen Abständen automatisch ein Maß für einen internen Bewegungswiderstand ermittelt wird. Dadurch können die benötigten Unterstützungskräfte für den Normalfall in der Ebene erfasst werden, die dann kompensiert werden. Weitere Einflüsse wie die Temperatur werden vorzugsweise ergänzend verwendet, um die Kraft passend einzustellen.
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Vorzugsweise wird mit dem Maß für den internen Bewegungswiderstand eine Rekalibrierung durchgeführt.
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Es ist vorteilhaft, wenn mittels eines Sensors oder durch Bilderkennung oder eines Handsensors eine Handerkennung durchgeführt wird und die Antriebseinrichtung nur aktiviert wird, wenn sich eine Hand eines Benutzers in unmittelbarer Nähe des Türflügels befindet oder diese berührt.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass bei einer z. B. händisch eingeleiteten Verschwenkung des Türflügels nach Erkennung der Bewegung eine (erste) Geschwindigkeitskennzahl ermittelt wird. Es werden dann eine (erste) elektrische Vorgabestromstärke für den elektrischen Antriebsmotor und eine zugehörige (erste) Vorgabespannung ermittelt. Die (erste) Vorgabespannung wird eingestellt. Dann wird die durch den Antriebsmotor fließende (erste) Stromstärke mit der (ersten) elektrischen Vorgabestromstärke verglichen.
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Vorzugsweise wird, wenn Abweichungen (insbesondere größer 2% oder 5%) auftreten, eine (zweite) Vorgabespannung entsprechend verändert. Die (zweite) Vorgabespannung wird größer eingestellt, wenn die durch den Antriebsmotor fließende (erste) Stromstärke kleiner ist und die (zweite) Vorgabespannung wird kleiner eingestellt, wenn die fließende (erste) Stromstärke größer ist. Dadurch wird eine kontinuierliche Anpassung der Geschwindigkeit möglich.
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Es wird insbesondere periodisch (in gleichen oder auch variablen Zeitabständen) eine neue (zweite) Geschwindigkeitskennzahl ermittelt. Es wird dann eine (zweite) elektrische Vorgabestromstärke für den elektrischen Antriebsmotor und eine zugehörige (zweite) Vorgabespannung ermittelt. Die (zweite) Vorgabespannung wird eingestellt und in Abhängigkeit von der durch den Antriebsmotor fließenden (zweiten) Stromstärke gegebenenfalls angepasst.
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Die Vorgabespannung wird jeweils vorzugsweise gemäß einer zeitlichen Funktion eingestellt. Die zeitliche Funktion verläuft jeweils vorzugsweise stetig bis zur jeweiligen Vorgabespannung. Der Verlauf kann linear sein. Der Verlauf kann auch einer Potenzfunktion oder einer Sinusfunktion entsprechen oder dadurch angenähert werden. Bis die ermittelte Vorgabespannung erreicht wird, können mehrere Perioden bzw. Zyklen vergehen.
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Es ist möglich und bevorzugt, dass sich ein Zyklus zur Messung und Einstellung der Vorgabespannung von dem Abstand der Messung der durch den Antriebsmotor fließenden Stromstärke unterscheidet. Eine gesamte Periode kann unterschiedliche Anzahlen an Messungen der Stromstärke und Einstellungen der Vorgabespannung und Messungen der durch den Antriebsmotor fließenden Stromstärke aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei einem Verfahren zum Verschwenken eines bewegbaren Türflügels einer Türkomponente für ein Kraftfahrzeug eine Antriebseinrichtung mit einem elektrischen Antriebsmotor eingesetzt, um eine Verschwenkung des Türflügels wenigstens teilweise zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung zu beeinflussen. Dabei werden mit einem Positionssensor ein Positionsmaß für eine Winkelstellung des Türflügels und eine Geschwindigkeitskennzahl für eine Bewegungsgeschwindigkeit des Türflügels erfasst. Bei einer Verschwenkung des Türflügels mit einer Sensoreinrichtung wird wenigstens eine elektrische Größe des elektrischen Antriebsmotors erfasst und bei der Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors berücksichtigt, sodass z. B. bei einer wenigstens teilweise händisch eingeleiteten und/oder veränderten Verschwenkung des Türflügels die in dem Antriebsmotor induzierte elektrische Größe erfasst wird und anschließend der Antriebsmotor entsprechend aktiv angesteuert wird.
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Ein anderes erfindungsgemßes Verfahren zum Verschwenken eines bewegbaren Türflügels einer Türkomponente für ein Kraftfahrzeug wird mit einer Antriebseinrichtung mit einem elektrischen Antriebsmotor durchgeführt, um eine Verschwenkung des Türflügels durch einen Benutzer, vorzugsweise durch eine Benutzerhand, wenigstens teilweise zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung zu beeinflussen.
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Es wird mit einem Positionssensor ein Positionswert für eine Winkelstellung des Türflügels erfasst und es wird mit einem Lagesensor wenigstens ein Wert für die Raumlage des Kraftfahrzeugs erfasst und mit einem Stromsensor wird ein Wert für die Stromstärke der Antriebeinrichtung ermittelt. Eine hinterlegte Tabelle enthält Korrekturwerte. Bei einer Verschwenkung des Türflügels steuert eine Steuereinrichtung mit den gemessenen Werten und den in der Tabelle hinterlegten Korrekturwerten die Antriebseinrichtung.
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In einer bevorzugten Weiterbildung kann der Benutzer die Bewegungskräfte im Fahrzeugmenü vorauswählen.
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Vorzugsweise wird die Antriebeinrichtung durch eine schnell schaltende Bremseinrichtung ergänzt und steht mit dieser über die Steuereinrichtung in Interaktion.
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Die Anmelderin behält sich vor, für ein weiteres Verfahren Schutz zu beantragen. Ein solches Verfahren dient zum Verschwenken eines bewegbaren Türflügels einer Türkomponente eines Kraftfahrzeug. Zum Antrieb dient eine Antriebseinrichtung mit einem elektrischen Antriebsmotor, um eine Verschwenkung des Türflügels durch einen Benutzer, vorzugsweise durch eine Benutzerhand, wenigstens teilweise zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung zu beeinflussen. Dabei wird mit einem Positionssensor ein Positionswert für eine Winkelstellung des Türflügels erfasst. Mit einem Lagesensor wird wenigstens ein Wert für eine bzw. die Raumlage des Kraftfahrzeugs erfasst. Mit einem Stromsensor wird ein Wert für die Stromstärke der Antriebeinrichtung ermittelt. Eine hinterlegten Tabelle enthält Korrekturwerte, insbesondere für die Raumlage und/oder einen Positionswert. Bei einer Verschwenkung des Türflügels wird eine Steuereinrichtung verwendet und es wird aus diesen Werten (Raumlage und/oder Positionswert und evtl. weitere Werte) die Türbewegung berechnet und es wird die Antriebseinrichtung durch Variation der Vorgabespannung gesteuert. Insbesondere so gesteuert, dass der Türflügel von dem Benutzer mit geringen Kräften bewegt werden kann. Insbesondere sind die Kräfte gering im Vergleich zu den maximal bei einer Verschwenkung auftretenden Kräften. Vorzugsweise sind die Kräfte in vielen Alltagssituationen gering.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst insbesondere eine Türkomponente für ein Fahrzeug mit einer Antriebseinrichtung mit einem elektrischen Antriebsmotor und zwei relativ zueinander bewegbaren Anschlusseinheiten, welche mittels des Antriebsmotors relativ zueinander verstellbar sind. Dabei ist eine der beiden Anschlusseinheiten mit einer Tragkonstruktion und die andere der beiden Anschlusseinheiten mit einem bewegbaren Türflügel verbindbar, um eine Bewegung des Türflügels wenigstens teilweise zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung zu beeinflussen. Es ist ein Positionssensor umfasst, mit welchem ein Positionsmaß für eine Stellung der beiden Anschlusseinheiten relativ zueinander und eine Geschwindigkeitskennzahl für eine Bewegungsgeschwindigkeit der beiden Anschlusseinheiten relativ zueinander erfassbar ist. Dem elektrischen Antriebsmotor ist wenigstens eine Sensoreinrichtung zugeordnet, mit welcher wenigstens eine durch den Antriebsmotor fließende Stromstärke erfassbar ist. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet und eingerichtet, bei einer Verschwenkung des Türflügels mit der Geschwindigkeitskennzahl eine elektrische Vorgabestromstärke für den elektrischen Antriebsmotor zu ermitteln und eine zugehörige Vorgabespannung einzustellen. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet und eingerichtet, mit der Sensoreinrichtung die bei der Vorgabespannung durch den Antriebsmotor fließende Stromstärke zu ermitteln. Es ist eine Vergleichseinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die durch den Antriebsmotor fließende Stromstärke mit der Vorgabestromstärke zu vergleichen. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet und eingerichtet, die Vorgabespannung zu erhöhen, wenn die durch den Antriebsmotor fließende Stromstärke geringer ist als die elektrische Vorgabestromstärke und die Vorgabespannung zu verringern, wenn die durch den Antriebsmotor fließende Stromstärke größer ist als die elektrische Vorgabestromstärke.
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Ein Fahrzeug ist vorzugsweise ein Kraftfahrzeug und insbesondere ein Personenkraftwagen (Pkw). Es können auch Lastkraftwagen, Busse, Autonome Fahrzeuge, selbstfahrende Taxis oder Fahrzeuge, OFF-Highwayfahrzeuge sein.
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Vorzugsweise ist ein Bilderkennungssystem umfasst, mit welchem das Nahfeld der Tür (dynamisch) detektierbar ist.
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Insbesondere ist das Koppelprofil beidseitig gelenkig gelagert und in seiner Form so ausgebildet, dass es trotz der sich ändernden kinematischen Gegebenheiten beim Bewegen des Türflügels aufgrund der zueinander im Abstand stehenden Anschluss- bzw. Türblattschwenk- und den Befestigungspunkten der Antriebseinheit immer (nahezu) mittig (insbesondere mit einer Abweichung kleiner +/-25% vorzugsweise kleiner +/-10%) im Ausschnitt liegt.
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Vorzugsweise werden der Positionssensor (Stellungssensor) und die Sensoreinrichtung periodisch ausgelesen und insbesondere werden die Daten periodisch erfasst. Eine Frequenz der Datenerfassung ist insbesondere > 10 Hz und vorzugsweise >100 Hz und besonders bevorzugt größer > 1kHz und kann 10 kHz betragen oder überschreiten.
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Vorzugsweise wird die Motorstromstärke erfasst, wenn sich das Positionsmaß für die Winkelstellung des Türflügels (um einen vorbestimmten Betrag) ändert. Möglich ist es auch, die Motorstromstärke kontinuierlich periodisch zu erfassen.
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In allen Ausgestaltungen ist der Steuereinrichtung vorzugsweise wenigstens eine Speichereinrichtung zugeordnet.
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Insbesondere ist in der Speichereinrichtung wenigstens eine Tabelle hinterlegt ist. In der Tabelle bzw. den Tabellen können Korrekturwerte für unterschiedliche Umgebungsbedingungen hinterlegt sein wie auch die Kinematikverhältnisse der Tür (Scharnierabstände, Anlenkpunkte...). Möglich ist einer Interpolation der Daten einer Tabelle. Möglich ist es auch, in der Tabelle Parameter einer Funktion zu hinterlegen, sodass eine Funktion oder unterschiedliche Funktionen zur Anpassung verwendet werden können.
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Vorzugsweise ist eine Tabelle mit Lagedaten (Neigung in Längs- und Querrichtung) vorhanden oder es sind Berechnungsvorschriften für Neigungswinkel hinterlegt.
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Eine Bremseinrichtung ist vorzugsweise umfasst. Die Bremseinrichtung ist insbesondere wenigstens in den Endlagen oder bei Winkelgeschwindigkeiten aktiv, die einen vorgegebenen Wert übersteigen.
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Vorzugsweise ist wenigstens ein Lagesensor umfasst. Insbesondere wenigstens ein Winkelsensor zur Erfassung eine Neigung um die Längsachse und/oder die Querachse.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Antriebseinrichtung die manuelle Kraft des Benutzers (Drehkraft) in die Drehrichtung unterstützt.
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Vorzugsweise ist ein Failsafe-Funktion integriert und der Antriebsmotor wird bei einem Stromausfall oder Unfall ausgekuppelt oder entkoppelt. Dann wird es z. B. Kindern leichter möglich, eine Türe im Notfall zu öffnen.
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Eine Maximalgeschwindigkeit der Tür beim Öffnen kann begrenzt werden. Es kann möglich sein, dass eine Türbewegung gestoppt wird, wenn z. B. bei einem Windstoß ein Handkontakt mit der Tür nicht mehr vorliegt.
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Vorzugsweise ist eine steuerbare Bremseinrichtung umfasst.
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Insbesondere ist die Bremseinrichtung als magnetorheologische Übertragungsvorrichtung ausgebildet ist und umfasst wenigstens eine elektrische Spule.
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Vorzugsweise ist ein Handsensor umfasst, mit welcher eine Berührung des Türflügels durch eine Hand eines Benutzers detektierbar ist. Insbesondere umfasst der Handsensor einen Nahfeldsensor und/oder einen kapazitiven Sensor.
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In allen Ausgestaltungen ist die Verwirklichung einiger oder aller der folgenden Merkmale möglich:
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Der Benutzer gibt der stillstehenden Tür einen Anfangs- (Start)- und Bewegungsimpuls, worauf die Antriebseinheit (E-Motor) anläuft und die Bewegung mit unterstützt (Servowirkung). Es soll sich dabei die Tür gleich schnell bewegen wie die Führungshand des Benutzers. Vorzugsweise bemerkt der Benutzer keinen Unterschied in der Geschwindigkeit, die der Benutzer mit seiner Bewegung vorgibt und der Geschwindigkeit, mit der der Motor den Türaktor bzw. die Spindel unterstützend dreht.
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Steht das Fahrzeug in der horizontalen Position, so ist dies mit weniger Aufwand auszuführen. Aktor- und regelungstechnisch aufwendig wird es, wenn das Fahrzeug in seitlicher Schräglage steht, wodurch je nach Bewegungsrichtung sehr unterschiedliche Kräfte auftreten (z. B. die Tür fällt quasi von selber auf, das Schließen benötigt eine hohe Kraft und der Kunde wechselt schnell die Bewegungsrichtung).
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Die Dämpfungseinheit kann dabei in verschiedenen Varianten ausgeführt sein. Es kann sich z. B. Dämpfer handeln, welcher als Zylinder ausgeführt wird. Der Zylinder ist durch einen Kolben in zwei Kammern geteilt, welche durch ein Dämpfungsventil miteinander verbunden sind und als Arbeitsmedium ein magnetorheologisches Fluid enthält (Patentanmeldung
WO 2017/081280 ). Oder man verwendet einen magnetorheologischen Drehdämpfer, welcher mit einer Spindel eine Linearbewegung in eine Drehbewegung umwandelt und diese dämpft (Patentanmeldung
DE 10 2017 111 032 A1 ). Die Antriebseinrichtung kann einen beliebigen Elektromotor umfassen, der genügend Kraft aufbringen kann, die beiden Anschlusseinheiten gegeneinander zu bewegen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine stark schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung mit einer antreibbaren Tür mit einer Bremseinrichtung;
- 2 eine Vorrichtung mit einer Antriebseinrichtung und einer Bremseinrichtung in einem schematischen Schnitt;
- 3 ein vergrößertes schematisches Detail für Vorrichtungen nach 2;
- 4 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung nach 2 in einer mittleren Stellung;
- 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach 2 in einer ausgefahrenen Stellung;
- 6 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach 2 in einer eingefahrenen Stellung;
- 7 eine geschnittene Prinzipskizze;
- 8 den Kraftverlauf einer Vorrichtung nach 7;
- 9 ein Regelschema;
- 10 ein Prinzipschema mit sensorisch erfassten Einflüssen, die berücksichtigt werden können;
- 11 ein Schaltungsschema zum Betreiben des Antriebsmotors;
- 12 den Verlauf der Stromstärke des Antriebsmotors über der Zeit; und
- 13 den Verlauf der Vorgabespannung über der Zeit.
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1 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Türkomponente 100 an einem Kraftfahrzeug 200 und hier an einem Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 200 ist in einer schematischen Draufsicht von oben dargestellt. An dem Kraftfahrzeug 200 sind hier zwei als Türen ausgeführte Türkomponenten 100 mit jeweils einer Türeinrichtung 154 vorgesehen. Die Türeinrichtung 154 sind hier als Türflügel 104 ausgebildet. Die Türen befinden sich beide in der geöffneten Stellung 103, hier unter einem Winkel 61. Schraffiert eingezeichnet ist eine Tür in der geschlossenen Stellung 102.
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Zur gesteuerten Dämpfung der Schwenkbewegung bzw. zum Abbremsen der Schwenkbewegung der Türen 104 bis hin zum Blockieren umfassen die Türkomponenten 100 jeweils eine steuerbare Bremseinrichtung 1, die als Drehbremse oder Drehdämpfer oder dergleichen ausgebildet ist. Die Türkomponenten umfassen jeweils Anschlusseinheiten 151 und 152, von denen eine an einer Tragstruktur des Kraftfahrzeugs 200 wie der Karosserie angeschlossen ist, während die andere mit dem Türflügel 104 verbunden ist, sodass bei einer Öffnungs- oder Schließbewegung der Tür 100 eine Relativbewegung der Anschlusseinheiten 151 und 152 erfolgt. Die Anschlusseinheiten 151 und 152 bewegen sich linear. Es erfolgt eine Umsetzung in eine Drehbewegung, die durch den Drehdämpfer 1 der Türkomponente 100 gesteuert gebremst bzw. gedämpft bzw. blockiert wird.
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Die Türkomponente 100 umfasst die Bremseinrichtung 1 und die Anschlusseinheiten 151 und 152 und dient zum geführten Bewegen der Türen und damit zur gezielten Beschleunigung und zur gezielten Dämpfung bzw. Abbremsung der Drehbewegung der Türen (und gegebenenfalls Klappen) an einem Kraftfahrzeug 200.
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Das Kraftfahrzeug 200 weist Sensoren 160 zur Umfeldabtastung oder zur Umfelderkennung auf. An oder in dem Kraftfahrzeug 200 oder an oder in der Türkomponente 100 ist wenigstens ein GPS-Sensor 63 und/oder ein Lagesensor 62 umfasst. Es ist möglich, dass nur ein zentraler GPS- und/oder Lagesensor 62 vorhanden ist. Darüber kann es möglich sein, die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 200 zu bestimmen. Anhand im Kraftfahrzeug vorhandenen Kartenmaterials oder anhand in einem zentralen Speicher des Kraftfahrzeugs oder in z. B. der Speichereinrichtung 57 enthaltenen oder auch online abgerufenen Kartenmaterials kann der aktuelle Standort abgerufen werden. Es ist möglich, darüber aktuelle Lage- und Neigungsinformationen für das Kraftfahrzeug und die einzelnen Türkomponenten 100 zu bestimmen oder mittels Bildererkennung das Umfeld zu erkennen oder die Erkennung zu optimieren.
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Neigungsinformationen in horizontaler Längs- und Querrichtung können auch über einen Neigungssensor 64 oder den Lagesensor 62 direkt erfasst werden. Es kann vorzugsweise jedenfalls ermittelt werden, ob das Auto am Hang steht und in welche Richtung welche Neigung vorliegt. Darüber kann abgeleitet werden, ob die Türen durch die Gewichtskraft in die geschlossene oder in eine geöffnete Stellung vorbelastet werden. An einer schiefen Ebene kann auch eine (z. B. die linke) Seitentür in die geschlossene Stellung und die andere (z. B. die rechte) Seitentür in die geöffnete Stellung vorbelastet werden, abhängig von der Ausrichtung des Kraftfahrzeugs an der schiefen Ebene.
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Eine Steuereinrichtung 55 dient zur Steuerung der Türkomponente 100 mit dem Türflügel 104. Die Steuerung kann auch von einer zentralen Steuerung des Kraftfahrzeugs 200 durchgeführt werden. Dann kann für alle Türkomponenten 100 (und gegebenenfalls weitere Steuerungsaufgaben) eine zentrale Steuerung in dem Kraftfahrzeug 200 vorgesehen sein.
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Die Steuereinrichtung 55 umfasst hier einen Proportional-Integral-Regler 53, eine Vergleichseinrichtung 56, eine Speichereinrichtung 57 mit z. B. darin hinterlegten Tabellen 58 oder Daten. Die Steuereinrichtung 55 kann einen Lagesensor 62, einen GPS-Sensor 63 (oder irgendein anderes auf Satelliten gestütztes Ortungs- oder Positioniersystem), einen Neigungssensor 64 und wenigstens einen Handsensor 59 umfassen. Oder es ist wenigstens einer der genannten Sensoren der Steuereinrichtung 55 zugeordnet bzw. die Steuereinrichtung 55 bezieht Messdaten von solchen Sensoren. Ein Stromsensor 65 der Sensoranordnung erfasst den durch Antriebsmotor 75 fließenden Strom und steuert lageabhängig mit den in der Tabelle 58 hinterlegten Korrekturdaten den Motorstrom.
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Mit einem Handsensor 59 kann beispielsweise erfasst werden, ob ein Benutzer das Kraftfahrzeug 200 oder insbesondere eine Tür berührt oder ergreift. Oder es kann mit dem Handsensor 59 erfasst werden, ob sich die Hand in unmittelbarer Nähe des Türflügels 104 befindet. Dies kann auch durch Bilderkennung gemacht werden. Es ist möglich, dass eine motorunterstützte Bewegung nur durchgeführt wird, wenn sich eine Hand 90 oder ein Körperteil des Benutzers in elektrisch leitender Verbindung mit dem Türflügel 104 oder der Karosserie befindet. Es ist auch möglich, dass z. B. eine kapazitive Messung durchgeführt wird und eine aktive Steuerung der Bewegung erfolgt, wenn sich eine Hand 90 in geringer Entfernung von z. B. weniger als 10 cmm oder vorzugsweise weniger als 5 cm oder 2 cm Entfernung von dem Türflügel 104 befindet. Ein solcher Handsensor kann in den Türflügel 104 oder andere Komponenten des Kraftfahrzeugs 200 integriert sein.
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Ein Positionssensor 19 kann unmittelbar den Winkel der Tür erfassen. Oder der Positionssensor 19 erfasst eine Position, die repräsentativ für den Winkel der Tür ist. Jedenfalls kann aus dem Positionsmaß 20 (vgl. 9) eine Winkelstellung der Tür abgeleitet werden. Aus der zeitlichen Änderung der Winkelstellung der Tür oder des Positionsmaßes 20 kann eine Winkelgeschwindigkeit 23 und eine Geschwindigkeitskennzahl 22 abgeleitet werden. Es ist auch möglich, über z. B. in den Außenspiegel oder in der Karosserie integrierte Sensoreinrichtungen 60 ein Positionsmaß 20 abzuleiten.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel im Schnitt, wobei hier eine Bewegungsbeeinflußungseinrichtung 50 für eine Tür bzw. Türkomponente 100 vorgesehen ist. Die Türkomponente 100 bzw. die Bewegungsbeeinflußungseinrichtung 50 umfasst Anschlusseinheiten 151 und 152 zur Montage an einem Kraftfahrzeug. Die erste Komponente 32 ist hier beispielsweise fest mit der Tür verbunden. An der ersten Komponente 32 ist eine Drehaufnahme 3, hier als Koppelstange 3 ausgebildet, vorgesehen. Auf der Drehaufnahme 3 ist die zweite Komponente 33 drehbar gelagert, wobei die zweite Komponente 33 auf der Außenseite eine Gewindespindel 4 umfasst und insofern als Spindeleinheit 4 ausgebildet ist.
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Eine dritte Komponente 34 ist vorgesehen, die als Spindeleinheit 5 ausgebildet ist. Die dritte Komponente 34 ist mit der zweiten Komponente 33 gekoppelt. Die Spindeleinheit 5 umfasst eine Spindelmutter 5 mit einem Innengewinde, welches mit dem Außengewinde der Spindeleinheit 4 der zweiten Komponente 33 kämmt. Über die miteinander im Eingriff stehenden Spindeleinheiten 4 und 5 wird eine Axialbewegung der beiden Anschlusseinheiten 151 und 152 relativ zueinander in eine Drehbewegung umgewandelt.
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Zur Abbremsung der Drehbewegung ist eine steuerbare Bremseinrichtung 1 im Inneren der zweiten Komponente 33 ausgebildet. Die Bremseinrichtung 1 ist als steuerbare Drehbremse ausgebildet, um eine Bewegung eines Türflügels 104 wenigstens teilweise zwischen einer Schließstellung 102 und einer Öffnungsstellung 103 gesteuert zu dämpfen. Zum gesteuerten Bewegen dient die Antriebseinrichtung 70 mit dem Antriebsmotor 75.
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An der dritten Komponente 34 ist das Koppelprofil 153 schwenkbar um die Schwenkachse 34a aufgenommen. Die Schwenkachse 34a kann z. B. als Bolzen oder Achsstummel an der dritten Komponente 34 ausgebildet sein und ein Auge des Koppelprofils 153 schwenkbar aufnehmen. Die Schwenkachse 34a liegt dabei quer und hier senkrecht zu der Drehachse 33a der zweiten Komponente 33. Das insbesondere stabförmige Koppelprofil 153 ist an dem zweiten Ende schwenkbar um die Schwenkachse 152a mit der zweiten Anschlusseinheit 152 verbunden. Die Schwenkachse 152a kann z. B. auch als Bolzen oder Achsstummel an der zweiten Anschlusseinheit 152 ausgebildet sein und ein Auge des Koppelprofils 153 schwenkbar aufnehmen. Das Koppelprofil 153 ist an einem ersten Ende mit der dritten Komponente 34 und an einem zweiten Ende mit der zweiten Anschlusseinheit 152 schwenkbar verbunden. Die zweite Anschlusseinheit 152 kann z. B. an der A-Säule oder der B-Säule des Kraftfahrzeugs angebracht oder ausgebildet sein.
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Zur aktiven Steuerung bzw. aktiven Führung der Tür ist die Antriebseinrichtung 70 in der zweiten Komponente 33 aufgenommen.
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Dabei ist das Antriebsgehäuse 71 drehbar an einer Antriebsaufnahme 73 gelagert. Eine standardmäßig drehfeste Verbindung zwischen dem Antriebsgehäuse 71 des Antriebsmotors 75 und der ersten Komponente 32 kann durch den Aktor 80 aufgehoben werden, der hier einen Antrieb 86 umfasst. Der Antrieb 86 kann in vertikaler Richtung verfahren werden und somit eine drehfeste Verbindung des Antriebsgehäuses mit der ersten Komponente 32 aufheben bzw. wieder erzeugen. Der Aktor 80 ist nur optional vorgesehen und ermöglicht, wenn eingebaut, eine ungestörte und einfache Verschwenkung der Tür des Kraftfahrzeugs in einem „manuellen Mode“ ohne Motorunterstützung. In vielen Ausgestaltungen ist der Aktor 80 nicht umfasst und der Antriebsmotor 75 ist kontinuierlich im Eingriffszustand.
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An der zweiten Komponente 33 ist die erste Spindeleinheit 4 ausgebildet. Des weiteren ist die zweite Spindeleinheit 5 an einer dritten Komponente 34 ausgebildet. Die Innenverzahnung der als Spindelmutter ausgebildeten Spindeleinheit 5 greift in die Außenverzahnung der als Gewindespindel ausgeführten Spindeleinheit 4 ein, sodass bei einer relativen Drehbewegung der zweiten Komponente relativ zur dritten Komponente eine axiale Verschiebung der Anschlusseinheiten 151 und 152 zueinander erfolgt.
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Ein Aktivieren des Antriebsmotors 75 bewirkt dann eine direkte Drehung der beiden Komponenten 32 und 33 relativ zueinander. Da an der zweiten Komponente 33 eine Gewindespindel 4 ausgebildet ist, die in Eingriff mit der Gewindemutter 5 der dritten Komponente 34 steht, wird somit über den Motor eine Axialverschiebung der Anschlusseinheiten 151 und 152 zueinander bewirkt.
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In der entkoppelten Stellung, wenn der Aktor 80 nicht drehfest mit dem Antriebsgehäuse 71 gekoppelt ist, kann eine einfache und rein manuelle Verstellung der Winkelposition der Komponenten 33 und 32 zueinander bewirkt werden.
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Die Antriebseinheit muss nicht zwingend koaxial zur Bremsvorrichtung 1 angeordnet sein. Diese kann auch parallel oder versetzt dazu angeordnet werden. Die Drehmomentübertragung kann hierbei beispielsweise über einen Keilriemen, Zahnriemen, Zahnräder, Kegelzahnräder, Kettenantrieb, Reibräder oder dergleichen erfolgen. Auf der Welle 72 kann z. B. ein Zahnriemenrad angebracht werden. Die Komponente 33 kann am äußeren Ende ein Zahnriemenprofil haben, welches dann mittels eines Zahnriemens mit dem Zahnriemenrad der Bewegungsbeeinflußungseinrichtung 50 bzw. der Antriebseinheit 70 wirkverbunden ist.
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3 zeigt ein vergrößertes Detail der Bewegungsbeeinflußungseinrichtung 50 mit der Antriebseinrichtung 70 und der Bremseinrichtung 1. Von den drei Komponenten 32, 33 und 34 ist die erste Komponente 32 mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs 200 verbunden und die zweite Komponente 33 ist mit dem Türflügel 104 verbunden oder gekoppelt. Die zweite Komponente 33 ist über die hier als Achseinheit ausgebildete Drehaufnahme 3 drehbar gelagert. Zwischen der Achseinheit 3, die auch als Koppelstange bezeichnet werden kann, und der zweiten Komponente 33 sind Lager 7 angeordnet. Zwischen den Lagern 7 sind elektrische Spulen 9 angeordnet, an die in axialer Richtung jeweils Drehkörper 2 angrenzen. Mit den elektrischen Spulen 9 wird eine Magnetfeldquelle 8 zur Verfügung gestellt. Wenn mit den elektrischen Spulen 9 ein Magnetfeld erzeugt wird, führt dies zu einem Bremsmoment zwischen den beiden Komponenten 32 und 33. Über die Bremseinrichtung 1 kann in beliebigen Winkelpositionen ein starkes Bremsmoment aufgebracht werden, sodass eine unbeabsichtigte Veränderung des Öffnungswinkels des Türflügels 104 verhindert wird.
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In 3 ist auch der Verlauf des Magnetfeldes 10 bzw. es sind Feldlinien eines Magnetkreises beispielhaft eingezeichnet.
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Das von der elektrischen Spule 9 als Magnetfeldquelle 8 erzeugte Magnetfeld verläuft durch einen Abschnitt der magnetisch leitenden Hülse 17 und tritt durch einen benachbart von der elektrischen Spule angeordneten Drehkörper 2 hindurch und tritt in die aus einem ebenfalls ferromagnetischen Material bestehende Koppelstange bzw. Drehaufnahme 3 ein und verläuft axial zurück bis zum nächsten Drehkörper 2, wo die Magnetfeldlinien wieder radial durch einen Drehkörper 2 hindurch und in die Hülse 17 eintreten und dort geschlossen werden. Vorzugsweise sind zwischen zwei axial benachbarten Spulen jeweils zwei separate Drehkörper 2 vorgesehen. Es können mehrere Magnetkreise vorgesehen sein, die axial voneinander beabstandet sind. Jeder Magnetkreis kann zum Beispiel zwei Reihen von Drehkörpern 2 umfassen, die jeweils rechts und links von einer elektrischen Spule 9 auf dem Umfang verteilt angeordnet sind. Dabei gilt hier, je mehr Magnetkreise/Drehkörpereinheiten ausgeführt werden, desto höher ist das maximale Bremsmoment.
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Möglich ist es auch, dass in axialer Richtung lang gestreckte Drehkörper vorgesehen sind, sodass ein Ende eines lang gestreckten zylindrischen Drehkörpers von dem Magnetfeld der auf einer axialen Seite benachbarten elektrischen Spule 9 durchflossen wird, während das andere Ende des zylindrischen Drehkörpers 2 von dem Magnetfeld der nächsten elektrischen Spule 9 durchflossen wird.
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Zentral im Inneren der Koppelstange 3 bzw. der Drehaufnahme 3 kann ein Kanal 21 ausgebildet sein, der zum Beispiel abzweigende Kanäle umfasst, die zum Beispiel zu den einzelnen elektrischen Spulen 9 verlaufen, um die einzelnen elektrischen Spulen 9 gezielt mit Strom zu versorgen.
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Die Koppelstange bzw. Drehaufnahme 3 ist insbesondere fest mit der ersten Komponente 32 verbunden und kann gegebenenfalls einstückig daran ausgebildet sein oder auch damit verschraubt oder verschweißt sein.
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Es ist möglich, dass zwischen den einzelnen Serien von Drehkörpern 2 jeweils Zwischenringe 18 vorgesehen sind, um die einzelnen Magnetkreise voneinander zu trennen.
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Klar erkennbar ist in 3 auch das Außengewinde 14 der Gewindespindel 4, welches im Eingriff mit dem Innengewinde 15 der Spindelmutter 5 steht.
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Die Hülse 17 ist drehfest mit der Gewindespindel 4 als zweiter Komponente 33 verbunden und zum Beispiel verklebt. Der Einsatz einer Hülse 17 aus einem ferromagnetischen Material ermöglicht es, die Gewindespindel 4 an sich beispielsweise aus einem Kunststoff herzustellen, wobei hier die Verwendung von speziellen Kunststoffen vorteilhaft ist. Das führt zu einer erheblichen Gewichtsersparnis. Außerdem kann damit eine Selbstschmierung der ineinander eingreifenden Gewindebereiche der Spindeleinheiten 4 und 5 erzielt werden, sodass die Türkomponente 100 wartungsfrei und reibungsarm betrieben werden kann.
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Benachbart zu dem Wälzlager 7 ist eine Dichtung 13 angeordnet, die beispielsweise einen Wellendichtring umfasst und in berührender Weise alle Spalte dichtet. Da die Drehaufnahme 3 vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material und beispielsweise einem relativ weichen Stahl besteht, wird vorzugsweise ein Laufring 28 aus einem gehärteten Material in dem Bereich der Dichtung 13 auf die Drehaufnahme 3 aufgebracht, um eine Abnutzung zu verhindern.
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Im Inneren ist in dem Hohlraum zwischen der Drehaufnahme 3 und der Hülse 17 (falls die Gewindespindel aus beispielsweise Kunststoff besteht) bzw. der inneren Wandung der Gewindespindel 4 (falls diese aus einem ferromagnetischen Material besteht und keine Hülse 17 vorhanden ist) und der Außenoberfläche der der Drehaufnahme 3 vorzugsweise eine Mehrzahl von Magnetkreisen untergebracht. Dabei werden in dem hohlzylindrischen Innenraum elektrische Spulen 9 entweder direkt auf die Drehaufnahme 3 gewickelt oder auf Spulenhalter 11 gewickelt, die anschließend auf die Koppelstange 3 aufgeschoben werden.
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Benachbart zu den elektrischen Spulen 9 werden vorzugsweise auf jeder Axialseite eine Vielzahl von Drehkörpern oder Wälzkörpern 2 untergebracht, durch die sich das Magnetfeld des Magnetkreises schließt. Beispielsweise können in einer Axialposition zum Beispiel 8 oder 10 Drehkörper 2 auf dem Umfang verteilt angeordnet werden.
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4 bis 6 zeigen verschiedene Stellungen der Bewegungsbeeinflußungseinrichtung 50 nach 2. 4 zeigt die Bewegungsbeeinflußungseinrichtung 50 in einer mittleren Stellung, in der sich die Spindelmutter 5 in einer Zwischenposition befindet. Das hier perspektivisch erkennbare und lang gestreckt ausgebildete Koppelprofil 153 erstreckt sich ein mittleres Wegstück durch den Ausschnitt 32b an dem Blech bzw. Führungsblech 32b. Das Führungsblech 32b ist fest mit der ersten Komponente 32 verbunden und insbesondere einstückig daran ausgebildet.
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Es ist erkennbar, dass der Ausschnitt 32b nur wenig breiter ausgebildet ist als das Koppelprofil 153. Der dargestellte Aufbau ermöglicht eine sehr schmale Konstruktion, bei der die lichte Breite kleiner sein kann als die doppelte Breite des Koppelprofils 153 senkrecht zu seiner Längserstreckung. Dies wird dadurch erreicht, dass das Koppelprofil 153 beidseitig gelenkig gelagert und in seiner Form so ausgebildet ist, dass es trotz der sich ändernden kinematischen Gegebenheiten beim Bewegen des Türflügels aufgrund der zueinander im Abstand stehenden Anschluss- bzw. Türblattschwenk- und Befestigungspunkte 152a der Antriebseinheit immer mittig im Ausschnitt 32b liegt.
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Die erste Komponente 32 kann zu wesentlichen Teilen aus einem gebogenen oder abgekanteten Blech bestehen und direkt mit einem Türflügel 104 über z. B. Schrauben 151a verschraubt werden. Insbesondere wird die Vorrichtung im Inneren der Tür oder im Inneren eines Türaufbaus des Türflügels 104 montiert.
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5 zeigt eine Draufsicht auf ein vollständig ausgefahrenes Koppelprofil 153. Die Vorrichtung befindet sich in der ausgefahrenen Endstellung und das Koppelprofil 153 erstreckt sich maximal durch den Ausschnitt 32b hindurch. In der Draufsicht nach 6 ist gut zu erkennen, dass das Koppelprofil 153 mehrere und hier zwei Krümmungen 153d und 153e aufweist, die hier gegensinnig verlaufen. Dadurch erstrecken sich die Enden des Koppelprofils 153 parallel zueinander und sind um weniger als eine Breite quer zur Längserstreckung versetzt angeordnet. Die genaue Profilform hängt von der Einbausituation ab. Hier wird jedenfalls ein schmaler Aufbau erreicht, der auch im Betrieb nur einen geringen Raumbedarf beim Einbau in das Innere eines Türflügels benötigt.
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6 zeigt eine Draufsicht auf die Bewegungsbeeinflußungseinrichtung 50 nach 2 in einer weitgehend eingefahrenen Stellung. Das Koppelprofil 153 ist weitgehend eingefahren und erstreckt sich seitlich nicht über den Durchmesser der zweiten Komponente 33 oder der dritten Komponente 34 hinaus.
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Wie 4, 5 und 6 zeigen, ist an der ersten Komponente 32 ein Führungsblech 32a zur Befestigung an einem Türflügel 104 befestigt. Das Führungsblech 32a umfasst einen Ausschnitt 32b, durch den das Koppelprofil 153 durchgeführt ist. Das Koppelprofil 153 ist mit der dritten Komponente 34 und der zweiten Anschlusseinheit 152 schwenkbar gekoppelt und ist länglich und gekrümmt ausgebildet.
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7 zeigt eine schematische Prinzipskizze der Funktionsweise der magnetorheologischen Übertragungsvorrichtung
40 mit dem Grundprinzip des Drehdämpfers bzw. der Bremseinrichtung
1. Diese Figur ist grundsätzlich auch schon in der
WO 2017/001696 A1 abgebildet. Die diesbezügliche Beschreibung und der gesamte Inhalt der
WO 2017/001696 A1 wird deshalb in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung mit aufgenommen.
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7 zeigt zwei Komponenten 32 und 33, deren Relativbewegung durch die Übertragungsvorrichtung 40 gedämpft werden bzw. gezielt beeinflusst werden soll. Dazu ist in einem Spalt 35 zwischen den Komponenten 32 und 33 eine Mehrzahl von Drehkörpern 2 angeordnet, die in ein magnetorheologisches Fluid 6 eingebettet sind. Die Drehkörper 2 sind separate Teile 36 und fungieren als Magnetfeldkonzentratoren, was bei angelegtem Magnetfeld und einer Relativbewegung der Komponenten 32 und 33 zueinander zu einem Keileffekt führt, wobei sich keilförmige Bereiche 46 ergeben, in denen sich die magnetorheologischen Partikel sammeln und über den Keileffekt eine Weiterdrehung der Drehkörper 2 und eine Relativbewegung der Komponenten 32 und 33 zueinander effektiv abbremsen.
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Dabei ist der freie Abstand 39 zwischen dem Drehkörper 2 und der Oberfläche der Komponenten 32 und 33 grundsätzlich größer als ein typischer oder durchschnittlicher oder maximaler Partikeldurchmesser eines magnetorheologischen Partikels in dem magnetorheologischen Fluid. Durch diesen „MRF-Keileffekt“ wird eine erheblich stärkere Beeinflussung erzielt als zu erwarten wäre. Dies führt insbesondere zu einer hohen statischen Kraft, die als Haltekraft genutzt werden kann.
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Die hier in den Ausführungsbeispielen gezeigten Drehdämpfer bzw. Bremseinrichtung in 1 funktionieren vorzugsweise alle nach diesem „MRF-Keileffekt“.
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Die hohe statische Kraft kann effektiv als Haltekraft genutzt werden und kann vorteilhaft ausgenutzt werden, wie 8 zeigt, in der der Kraftverlauf der Bremskraft der magnetorheologischen Übertragungsvorrichtung 40 bzw. der Bremseinrichtung 1 über der Umdrehungszahl der Drehkörper (und analog auch der drehbaren Spindeleinheit) dargestellt ist. Es zeigt sich, dass bei Stillstand der Drehkörper 2 eine sehr hohe Bremskraft erzeugt wird. Überwindet der Benutzer die Bremskraft, die die Tür offenhält, so sinkt die Bremskraft auch bei immer noch anliegendem Magnetfeld mit zunehmender Geschwindigkeit erheblich ab, sodass der Benutzer die Tür auch bei anliegendem Magnetfeld nach Überwindung der ausreichenden Haltekraft leicht schließen kann.
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Dieser Effekt führt dazu, dass grundsätzlich in jeder beliebigen Winkelposition eine hohe Haltekraft erzeugt wird, die der Benutzer aber recht einfach überwinden kann, um die Tür zu schließen. Dadurch wird eine sehr komfortable Funktion zur Verfügung gestellt. Die Schließfunktion kann motorisch unterstützt werden, sodass jederzeit nur leichte Kräfte aufgebracht werden müssen.
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Mit der Erfindung kann die Antriebseinrichtung geregelt werden.
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Ein wesentlicher Aspekt liegt in der Regelung der Antriebseinrichtung 70 und/oder der Bremseinrichtung 1 und in der Geschwindigkeit, mit der sich die Bremseinrichtung 1 steuern und bewegen bzw. abbremsen lässt. Insbesondere die Geschwindigkeit mit der sich die Richtung ändern lässt.
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Die Regelung des Antriebsmotors 75 erfolgt über den eingestellten Strom. Der Ablauf der Regelung ist in 9 gezeigt.
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Ausgangszustand: Die Tür ist im Schloss oder wenn geöffnet: gebremst/blockiert. Wird die Tür von außen bewegt (also vom Benutzer), wird die Bremseinrichtung 1 gelöst, die Teile bewegen sich zueinander. Durch die dadurch erfolgte Bewegung des Antriebsmotors 75 (E-Motor) wird im Antriebsmotor ein erster Strom induziert und dieser wird gemessen. Die Steuereinrichtung 55 (Regelung) erhöht dann den Strom aktiv solange in die entgegengesetzte Richtung, bis der induzierte Strom ausgeglichen wird und gibt dann einen geringen Offsetstrom darüber aus. Durch den Offsetstrom bewegt der Antriebsmotor den Türflügel 104 bzw. die Anschlusseinheiten 151, 152 mit geringer zusätzlicher Kraft, solange die Tür vom Benutzer bewegt wird. Verändert der Benutzer die Geschwindigkeit der Bewegung, verändert sich auch der induzierte Strom und der Proportional-Integral-Regler 53 regelt auch den Strom zum Antriebsmotor 75 entsprechend. Dadurch wird die Kraft (Drehmoment), die der Antriebsmotor aufwendet, der Änderung der Geschwindigkeit des Benutzers angepasst. Bremst der Benutzer die Bewegung ab, wird der Offset-Strom des Antriebsmotors 75 zu groß, und der Regler 53 regelt diesen zurück.
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Die Steuereinrichtung 55 steuert die Türkomponente 100. Es wird dabei mit einem Positionssensor 19 ein Positionsmaß 20 für eine Winkelstellung des Türflügels 104 und eine Geschwindigkeitskennzahl 22 für eine Winkelgeschwindigkeit 23 des Türflügels 104 erfasst. Die Werte können periodisch aufgenommen werden. Wird eine Verschwenkung der Tür bzw. des Türflügels 104 erkannt, so wird eine aus der Winkelgeschwindigkeit 23 eine Geschwindigkeitskennzahl 22 ermittelt (bzw. umgekehrt). Mit der Geschwindigkeitskennzahl 22 wird aus der in der Speichereinrichtung 57 hinterlegten Tabelle 58 eine elektrische Vorgabestromstärke 24 für den elektrischen Antriebsmotor 75 ermittelt. Danach wird die zugehörige Vorgabespannung 25 eingestellt.
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Die zugehörige Vorgabespannung 25 wird über Erfahrungswerte bestimmt. Beispielsweise können in der Ebene ohne äußere Belastungen Grundwerte für die Reibung ermittelt werden, die dann berücksichtigt werden, um eine praktisch kraftfreie Führung der Tür zu erreichen (Berücksichtigung von Alterung oder Verschleiß).
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Anschließend wird die durch den Antriebsmotor 75 fließende Stromstärke 26 gemessen oder ermittelt. Die tatsächlich fließende Stromstärke 26 wird mit der elektrischen Vorgabestromstärke 24 (bei der Geschwindigkeitskennzahl 22) verglichen.
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Die Vorgabespannung 25 wird erhöht, wenn die durch den Antriebsmotor 75 fließende Stromstärke 26 geringer ist als die elektrische Vorgabestromstärke 24. Dann wird davon ausgegangen, dass der Benutzer die Tür beschleunigen möchte.
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Die Vorgabespannung 25 wird verringert, wenn die durch den Antriebsmotor 75 fließende Stromstärke 26 größer ist als die elektrische Vorgabestromstärke 24. Dann wird davon ausgegangen, dass der Benutzer die Tür abbremsen möchte.
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Berücksichtigt wird dabei insbesondere die räumliche Lage und Orientierung der zu bewegenden Tür. Ein Lage am Hang, bei der die Tür gegen die Schwerkraft geöffnet werden muss, wird entsprechend berücksichtigt und die draus resultierenden Kräfte ausgeglichen.
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Die letzten Schritte werden iterativ fortgesetzt, um dem Benutzer immer das Gefühl des „kraftlosen Führens“ zu geben.
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Auch die Temperaturen der Tür und/oder der Umgebung können berücksichtigt werden. Es treten unterschiedliche Widerstandskräfte und Momente auf, wenn das Auto im Sommer in der Sonne steht und wenn das Auto im Winter draußen steht. Dies gilt auch, wenn der Insasse in der Türinnenverkleidung Gegenstände wie z.B. eine große Trinkflasche ablegt.
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Der Antriebsmotor 75 wird vorzugsweise über eine H-Brücke 52 betrieben (11). Diese Schaltung wird verwendet, wenn ein Antriebsmotor 75 in beide Richtungen betrieben werden soll. Wird im Antriebsmotor 75 ein Strom entgegen der Betreibungsrichtung induziert, fließt dieser Strom über den Shunt-Widerstand 27 und wird dort über den Spannungsabfall gemessen. 11 zeigt eine Schaltung zum Betreiben eines Gleichstrommotors als Antriebsmotor 75 in beide Richtungen. Die Mosfet-Transistoren mit Freilaufdioden steuern dabei die mögliche Stromrichtung (und das Vorzeichen der Spannung) über den sogenannten Brückenzweig, an dem der Gleichstrommotor angeschlossen ist. Am Shunt-Widerstand 27 kann über den Spannungsabfall der Strom gemessen werden. Je nachdem welcher Mosfet Strom durchlässt, und in welche Richtung, fließt der Strom in eine andere Richtung. Die Spannung wird über den Widerstand 27 gemessen.
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12 und 13 zeigen den Verlauf der Spannung über der Zeit (13) und der Stromstärke über dem Motorwinkel (12). Das Ende des Diagramms zeigt den vollständig geöffneten Zustand.
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Es ist klar erkennbar, dass der Benutzer die Tür aus dem geschlossenen Zustand anschiebt. Es wird durch die erzwungene Bewegung ein Strom in dem Antriebsmotor 75 induziert. Die Spannung bleibt zunächst 0. Die Steuereinrichtung erkennt dann, dass die Tür geöffnet werden soll und regelt die Vorgabespannung 25 so nach, dass die Stromstärke 26 der Vorgabestromstärke 24 entspricht. Beim Zeitpunkt 4,5 Sekunden ist die vollständige Öffnung erreicht und der Benutzer bremst die Tür geringfügig ab. Das System erkennt das sofort und bremst praktisch unmittelbar ab. Es findet ein zeitlich extrem schneller Abfall statt. Das System reagiert sehr schnell auf Änderungen. Die Spannung wird beim Drehen des Motors erhöht (Öffnung der Tür). Die Spannung wird dabei hier linear erhöht und nicht sprunghaft. Wenn die Tür nicht mehr vom Benutzer beschleunigt wird, wird die Spannung wieder reduziert.
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Der in 12 dargestellte Verlauf des Motorstroms 26 beim Türöffnen in Abhängigkeit des Türwinkels zeigt, dass zu Beginn der Türöffnung ein negativer Strom fließt, der Motor erzeugt Strom. Der Regler regelt die Spannung und ein Strom beginnt in positive Richtung zu fließen und so den Motor anzutreiben.
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12 zeigt den Stromverlauf beim Öffnen der Türe. In der ersten Sekunde, bzw. die erste Umdrehung des Motors an der Spindel wird ein Strom von etwas weniger als -1A induziert (der Motor erzeugt Strom, der Strom fließt in die entgegengesetzte Richtung als im Lastbetrieb). Der Regler erkennt den Strom und erhöht die Spannung gemäß 12. Es fließt dann ein Strom in positive Richtung und der Antriebsmotor 75 dreht aktiv mit, bis die Tür vom Benutzer nicht mehr angestoßen wird. Der induzierte Strom ist etwa 1/3 (aber negativ) des Stroms, den der Motor bei der aktiven Unterstützung verbraucht.
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Es wird auch ein Winkelsensor im Motor oder im Antriebsstrang oder an der Tür verwendet. Wenn eine Winkeländerung gemessen wird, schaltet der Motor ein.
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In allen Fällen erfolgt die Regelung der Größen vorzugsweise über PI-Regler 53 (Proportional-Integral-Regler). Die Implementierung des PI-Reglers 53 kann auf einer beliebigen Recheneinheit erfolgen, z. B. auf einem Mikrocontroller, auf dem Bordcomputer des Fahrzeugs, etc. Diese Steuereinrichtung 55 (Steuereinheit) gibt abhängig von Sensordaten und einem Berechnungsalgorithmus ein Steuersignal für die Antriebs- und Bremseinheit der Türe aus.
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Die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 kann den Antriebsmotor 75 bei der Bremsung der Tür 104 unterstützen. Der Antriebsmotor 75 läuft dann nicht selber aus, sondern wird aktiv abgebremst. Im Stillstand bremst die Bremseinrichtung 1, um ein ungewolltes Bewegen (Öffnen oder Schließen) der Tür zu verhindern. Zusätzlich kann so eine Ein- bzw. Ausstiegshilfe realisiert werden, indem die Tür in einer Position durch die Bremseinrichtung 1 bzw. MRF-Bremse gehalten wird, und die Person sich an der Tür festhalten und rausziehen kann (Ausstiegshilfe). Bei engen Parklücken ist dies sehr vorteilhaft. Der Vorteil einer zusätzlichen Bremseinrichtung 1 zum Motor 75 ist der geringe Stromverbrauch. Wird ein Elektromotor zum Bremsen verwendet, braucht er mehr Strom als eine MRF-Bremse. Wird der Antriebsmotor 75 zum Halten (Blockieren) verwendet, fließen hohe Ströme, wodurch er erhitzt und wegen der daraus resultierenden Widerstandszunahme in den Wicklungen der Strom weiter steigt. Es fließen dann sehr hohe Ströme.
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Die Tür bzw. die Bremseinrichtung ist vorzugsweise mit mindestens einem Positionssensor 19 ausgestattet, um die Position und die Geschwindigkeit der Bewegung der Tür bestimmen zu können. Die Bewegung der Türe wird hochauflösend erfasst, sodass die Bremseinrichtung 1 schnell geschaltet/gelöst werden kann. Das ist notwendig, wenn die Türe vor einem Hindernis stark gebremst wird und dann in die andere Richtung bewegt werden soll. Wenn die Bremsung nicht gleich nachlässt, kann die Tür nicht sofort wieder in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden. Ein abrupter Bremsvorgang führt bei den doch relativ schweren Fahrzeugtüren gleich zu Lastspitzen und Schwingungen, welche dann schwer beherrschbar sind. Vom Fahrzeughersteller und vom Kunden gefordert ist ein sanftes (harmonisches) Abbremsen, was mit der schnell und stufenlos schaltenden MRF Bremseinrichtung 1 möglich ist.
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Weiters ist ein schnelles Schalten gefordert (im Millisekundenbereich), weil ein nacheilendes Schalten vom E-Motor und/oder der Bremseinrichtung 1 zum Aufschwingen der Tür oder ungewollten Gegenbewegungen führen würde. Die Abbremsung der Tür folgt dabei vorzugsweise einer Wurzelfunktion. Je näher die Tür der gewünschten Stellung kommt (z. B. geschlossen), desto stärker wird abgebremst. Die Tür wird so nicht abrupt abgebremst, sondern „sanft“, was ein besseres haptisches Gefühl für den Benutzer ergibt. Dazu ist es notwendig, die genaue Position der Tür messen zu können, um diese Funktion gut zu implementieren.
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Das Signal der Sensoren (Positionssensor, Winkelsensor, Wegsensor, Beschleunigungssensor in Tür oder Fahrzeug) wird mit einem Filter gefiltert (beispielsweise mit einem Kalmanfilter), um Rauschen vom Sensor zu eliminieren. Damit kann bei einem Wegsensor eine Auflösung von 1µm erreicht werden.
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Die verwendete Spindel verfährt pro Umdrehung um 30mm, die Auflösung des für die Umdrehung des Antriebsmotors 75 ist damit 0,012°. Der Wegsensor sitzt hier z. B. auf der Spindeleinheit. Bei einer Auflösung von 1 Mikrometer in Axialrichtung der Spindel ergibt sich eine Auflösung von ca. 0,012° Winkel des Antriebsmotors 75. Damit liegen hier mehr als 1000 Signale pro 1° Winkeländerung der Tür vor. 1° Drehung des Antriebsmotors 75 entspricht 0,065° Türöffnung. 1° Türöffnung entspricht bei der verwendeten Spindel einem Winkel von 15,38° beim Antriebsmotor 75. Die Genauigkeit der Winkelbestimmung der Türöffnung ergibt sich dadurch zu << 0,1° und für die Öffnung der Tür ergibt sich damit eine Winkelauflösung von <0,1°, entsprechend dem Wegsensor. Bedingt durch das Spiel der Spindeleinheiten und des Antriebsmotors 75 ist die Auflösung höher.
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Ein Lagesensor oder Beschleunigungssensor in der Tür oder an einem anderen Bereich im Fahrzeug misst die Richtung der Beschleunigung. Damit kann auf die Position des Fahrzeugs geschlossen werden. Wenn das Fahrzeug in Schräglage steht, zeigt die Erdbeschleunigung in eine andere Richtung. Dadurch weiß die Steuereinrichtung 55, welche Kraft auf die Tür wirkt, wenn auch keine Benutzer die Tür bewegt.
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Die Tür kann zusätzlich mit Berührungssensoren (Handsensor 59) ausgestattet sein (Widerstandssensor oder kapazitiver Sensor), damit die Regelung der Bremseinrichtung erkennt, wann eine Person die Tür berührt und führt. So kann ausgeschlossen werden, dass die Tür z. B. von Wind aufgestoßen wird und die Regelung dies als Benutzerhand 90 interpretiert und zusätzlich die Bewegung der Tür durch den Wind unterstützt. Wird das Auto in Gefälle/Schräglage geparkt, und die Tür 104 bergwärts aufgedrückt, kann dadurch ein ungewolltes Zufallen der Tür verhindert werden. Umgekehrt wird ein ungewolltes Öffnen (besonders in zu große Öffnungswinkel) verhindert, wenn der Türflügel 104 talwärts geöffnet wird.
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Eine Erkennung, ob der Wind oder der Benutzer den Türflügel 104 führt, kann auch durch die Nahfeldsensorik (u.a. auch mit Bilderkennung) erfolgen. Diese erkennt, ob der Benutzer bei der Tür steht oder nicht. Ebenfalls kann aus dem Bewegungsmuster erkannt werden, was gewollt ist. Der Benutzer öffnet die Tür und schließt diese meist gleich wieder. Dies ist ein durchgehender Vorgang in wenigen Sekunden, der entsprechend vom Benutzer klar geführt wird. Ist jedoch die Tür längere Zeit offen, so können Windeinflüsse maßgebend sein.
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Ein Vernetzen des Türsteuergerätes mit einer Wetterapp oder/und dem GPS (Positionsdaten) hilft auch zur Erhöhung der Regelungsgüte. In einem Parkhaus wird Wind unwahrscheinlicher als Störgröße sein als beim Mount Washington. Verwendet der Benutzer immer denselben Parkplatz oder Garage, so kann die Regelung mit Deep Learning daraus lernen und sich selber optimieren, damit der Benutzer eine bessere Unterstützungs-/Türführungsqualität erhält. Dies gilt auch für den Benutzer selber (Links-/Rechtshänder; Frau/Mann/Kind..) und den Gewohnheiten des Benutzers oder bei zunehmendem Spiel in den Komponenten oder bei Verschleiß. Die Servounterstützung kann auch intelligent variiert werden. In der Nacht, also zeitabhängig (oder/und positionsabhängig), kann die Tür so auch immer eher langsamer und leise in die Schließstellung geführt werden um die Familie und Nachbarn nicht zu stören oder aufzuwecken. Das Gleiche gilt, wenn Kinder die hinteren Türen schließen, damit ein ungewolltes Fingereinklemmen möglichst geringe Schmerzen verursacht. Auch die anderen Führungskräfte und Wünsche von Kindern können so berücksichtigt werden. Hierbei könnte auch ein Sprachassistent zusätzliche Sicherheit schaffen.
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Der Benutzer kann zusätzlich verschieden starke Unterstützungsstufen am Fahrzeug einstellen (Bordcomputer oder per App). So kann jeder Benutzer die von ihm gewünschte Intensität der Unterstützung wählen.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Türkomponent 100 zusätzlich mit Sensoren 160 Abstandssensoren ausgestattet ist (z. B. Ultraschallsensor, optische Sensoren, induktive Sensoren, Lichtschranke, Kamerasystemen, Lidar, Radar etc.), um zu erkennen, ob sich Hindernisse vor der Tür befinden. Die Regelung kann so ein Bremsen erzwingen, um Schäden am eigenen und an fremden Fahrzeugen zu vermeiden.
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Sensoren zwischen Tür und Auto (Rahmen) können erkennen, wenn sich etwas dazwischen befindet (z. B. Hand, Finger, etc.) und der Regler gibt der Bremseinrichtung ein Signal die Tür zu stoppen.
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Durch die Trägheit der Tür und dem unvermeidlichen Spiel der einzelnen Komponenten der Bremseinrichtung 1 kommt es zu einem leichten Schwingen der Tür nach einer gewollten Bewegung. In der vorliegenden Erfindung wird die schnelle Regelung (kHz) und Möglichkeit der schnell schaltbaren Bremsung ausgenutzt, um die Trägheit bzw. das Schwingen der Tür direkt wieder zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung zu nutzen. Die Tür wird beim Öffnen in einer Öffnungsendstellung gestoppt und schwingt aufgrund vom Spiel oder Weichheiten der Komponenten nach der Bremsung. Der Benutzer will die Tür gleich wieder schließen. Die Sensoren erkennen, wenn die Tür in Schließrichtung schwingt und lösen die Bremseinrichtung 1 exakt dann und dies sehr schnell (einstelliger Millisekundenbereich), wodurch der Schwingimpuls gleich zum Schließen der Tür genutzt wird und damit auch der Anlaufstrom vom Antriebsmotor 75 (E-Motor) reduziert wird. Würde die Bremseinrichtung 1 zu langsam gelöst und die Tür schon wieder in Öffnungsrichtung schwingen, müsste der E-Motor dagegen arbeiten, was hohe Anlaufmomente-/ströme benötigt. Nebst der erhöhten Stromaufnahme und Bauteilbelastung hätte dies auch ein unschönes haptisches und akustisches Verhalten der Tür zur Folge. Der Motor „jammert“ bei solchen Belastungen, was vom Nutzer als schlechtes Qualitätsmerkmal interpretiert wird. Bewegt der Benutzer die Tür nicht, wird sie durch die (MRF-) Bremseinrichtung 1 gehalten. Dabei kann die Spindeleinheit mit dem Antriebsmotor 75 vorgespannt werden, d. h., der Motor wird mit einem geringen Strom betrieben (wenige mA), wodurch er die Spindeleinheit gegen die Bremseinrichtung 75 zu drehen versucht. Wenn der Benutzer die Tür bewegt, löst die Bremseinrichtung 1 und der Antriebsmotor 75 dreht sofort mit. Die benötigte Startzeit des Antriebsmotors 75 wird dadurch verkürzt und der Benutzer fühlt keine Totzeit in der Unterstützung des Motors.
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Mittels eines Bewegungsmusters (z. B. in der gewünschten Position schnelles auf/zu der Tür) oder Knopfes kann die Tür in der vom Benutzer gewünschten (dorthin geführten) Position fixiert (gebremst) werden, sodass sich dieser beim Aus-/oder Einsteigen daran halten kann (Ausstiegs-/Einstiegshilfe).
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Vorteile des geführten Modus:
- • Die Tür kann leicht (ohne zu großen Kraftaufwand) geöffnet werden, egal, in welcher Position sich das Fahrzeug befindet (bergwärts, talwärts, schräg, Gegenwind ... )
- • Einfache Handhabung, gleiche Verwendung wie klassische Tür, Türgriff etc. sind gleich, keine Knöpfe, Gesten etc. notwendig.
- • Sicherheit: Benutzer muss die Bewegung immer vorgeben, Türe wird nicht selbstständig geöffnet und geschlossen. Sensoren verhindern Schäden durch Kollision; Einklemmen in Tür.
- • Solange der Benutzer die Tür führt, ist er für die Bewegung verantwortlich. Deshalb benötigt man hierfür weniger der teuren Sensortechnik (weniger Nahfelderkennungssensoren). Dies ist bei Fahrzeugen der niederen Preisklassen ein Vorteil.
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Vorzugsweise wird die Bremseinrichtung 1 bei Schwingbewegungen des Türflügels 104 in einer Halte- oder Drehrichtungsumkehrstellung so geöffnet, dass bei einer vom Benutzer geforderten Bewegung in eine Richtung niedere Antriebskräfte notwendig werden.
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Insbesondere erkennt die Steuerungseinrichtung 55, ob ein Benutzer in der Nähe der Tür ist.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Steuerung über kabelgebundene oder kabellos angeschlossene oder angekoppelte Bedienschalter oder Bedienflächen möglich ist.
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Vorzugsweise ist eine Steuerung der Tür durch Spracheingabe möglich. Dazu kann (lokal oder entfernt) eine Spracherkennung durchgeführt werden. Die Übermittlung von Befehlen kann per Stimme erfolgen. Möglich sind z. B. Befehle wie:
- - „Tür öffnen“ oder auch „öffnen“
- - „Tür schließen“ oder auch „schließen“
- - „Tür stopp“
- - „Tür blockieren“ (z. B.: bei der Ausstiegshilfe)
- - „Tür leise schließen“
- - „Mehr Unterstützung“
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Möglich ist es auch, eine konkrete Tür zu benennen:
- - „Tür vorne links schließen“ oder „öffnen“ etc.
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Besonders die Ausstiegshilfe kann einen eigenen Knopf zum Aktivieren aufweisen oder benötigen. Das kann nachteilig sein (wo soll es platziert werden, Kabelanbindung, etc.). Mit einem Sprachbefehl ist das einfach und kostengünstig.
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Es kann möglich und nötig sein, dass ein Sprachbefehl bestätigt werden muss, bevor er ausgeführt wird. Die Ausführung kann auch verweigert werden, z. B. bei der Fahrt.
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Vorzugsweise ist ein Mikrofon installiert.
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Ergänzend können folgende Möglichkeiten zur Ausführung von Türen von Kraftfahrzeugen realisiert werden:
- 1. Aktive Türen. D. h., die Tür bewegt sich auf Knopfdruck oder durch einen anderen Steuerbefehl aktiv, angetrieben durch Elektro-Motor, und wird mittels einer Bremse gebremst. Dies alles ohne Fremdeinwirkung. Sensoren erkennen notwendige Stopppositionen.
- 2. Passiv ausgeführte Türen. Die Tür wird vom Benutzer bewegt und ist selber passiv (und wird maximal gebremst). Mittels Sensoren kann intelligent gedämpft werden und z. B. vor einem Hindernis gestoppt werden.
- 3. Passive „aktive“ Tür: Der Elektro-Motor usw. wird ausgekuppelt und die ansonsten aktive Tür lässt sich passiv mit geringem und jedenfalls vertretbarem Kraftaufwand bewegen.
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Eine neue Möglichkeit ist die hier beschriebene semiaktive Tür:
- - Die Tür wird vom Benutzer wie beim vorherigen Mode 2 (passiv) bewegt, der Elektromotor in Kombination mit der Bremse unterstützt die Bewegung jedoch. So kann die Tür z. B. mit einem Finger beliebig bewegt werden. Solange der Finger (Hand) die Tür führt, solange folgt die Tür mit minimalster Gegenkraft der Handbewegung bzw. der Vorgabe von Benutzer. Die Kraft, mit welcher die Tür folgt, kann voreingestellt werden (z. B. im Fahrzeugeinstellmenü; oder im Zündschlüssel; in einer App. etc. Die Tür kann auch leicht angestoßen werden und bewegt sich dann ganz langsam, um mit einem Finger wieder gestoppt zu werden. Der Mensch „führt“ die Tür, die Tür macht (vorzugsweise) nichts (oder fast nichts) selbstständig. Die Kunst hierbei ist den Benutzerwunsch zu erahnen (Sensor...) und den Motor so zu regeln, dass die Tür keine Bewegungen macht, die „unnatürlich“ sind (Rucken, zu starkes Verzögern, zu schwergängig; Drehrichtungswechsel sind kritisch...).
- - Dies ist auch in der Schräge möglich. Der Elektro-Motor kompensiert dann die sich ändernden Kräfte (sonst würde die Tür in eine Richtung leichter, in die andere schwerer gehen). Die Tür bewegt immer gleich „elegant“ bzw. quasi schwerkraftfrei.
- - Mittels eines Bewegungsmusters oder Knopfes kann die Tür in der vom Benutzer gewünschten (dorthin geführten) Position fixiert (gebremst) werden, sodass sich dieser beim Aus-/oder Einsteigen daran halten kann (Ausstiegs-/Einstiegshilfe).
- - Ein Vorteil dieser Lösung ist zudem, dass auf das Auskuppeln verzichtet werden könnte. Das ist hinsichtlich der Kosten, des Gewichts und des Bauraums ein großer Vorteil.
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Es ist vorteilhaft, wenn ein Benutzer eine Autotür passiv schließen kann. Das ist dann besonders vorteilhaft, wenn eine geringe Schließkraft benötigt wird.
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Die Tür öffnet sich dann nicht „von selbst“, sondern wird mit minimalem Kraftaufwand geführt. Der Antriebsmotor liefert die Unterstützung und die Bremseinrichtung bremst bei Bedarf angepasst, sodass jederzeit eine minimale Kraft benötigt wird.
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Der Elektromotor samt Getriebe sollte relativ stark sein, da die Türkräfte und Verfahrgeschwindigkeiten hoch sind (Ausstiegshilfe: bis 2.000N; Betätigungskraft bis 1.000N). Deshalb ist es möglich, dass man den Motor samt Getriebe (wie bei der elektrischen Heckklappe) hört, was nicht gewünscht ist. Getriebe mit Kunststoffzahnrädern und Kapselung in Form von Schallisolierung schaffen nur bedingt Abhilfe.
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Bei den meisten Fahrzeugen ist in der Tür gleich auch ein Lautsprecher angeordnet. Dieser liegt meist nur wenige Zentimeter vom aktiven Türversteller (=Antriebsmotor) entfernt. Über den Lautsprecher kann nun Gegenschall ausgestrahlt werden, wenn der Türversteller aktiv ist. Das Geräusch vom Türversteller verändert sich im Frequenzspektrum nicht sehr. Zudem wird der Türversteller angesteuert, man weiß also, was er macht bzw. machen soll. Er ist keine undefinierte Lärmquelle. Aufgrund der Sensorsignale kennt man die Last (z. B. Giersensor: Schräglage vom Fahrzeug). Somit kann sehr effizient mit Gegenschall gearbeitet werden.
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In allen Ausgestaltungen kann der Antriebsmotor 75 auch ein Synchronmotor, Asynchronmotor, Scheibenläufer, Ultraschallmotor, Piezomotor oder Axialspaltmotor sein, mit oder ohne Getriebe 74, ohne darauf beschränkt zu sein.
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Der Antriebsmotor kann insbesondere mit 12, 24 oder 48 Volt betrieben werden.
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Das Getriebe 74 kann ein Planetengetriebe, konventionelles Getriebe, Harmonicdrivegetriebe (Wellgetriebe),CVT sein, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Übertragungselemente (wie z. B. das Zahnrad) können hierbei aus Stahl, Kunststoff, faserverstärkten Materialen, Buntmetallen oder Ähnlichem sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremseinrichtung
- 2
- Drehkörper, Wälzkörper
- 3
- Drehaufnahme, Achseinheit, Koppelstange
- 4
- Spindeleinheit, Gewindespindel
- 5
- Spindeleinheit, Spindelmutter
- 6
- magnetorheologisches Fluid
- 7
- Lager
- 8
- Magnetfeldquelle
- 9
- elektrische Spule
- 10
- Magnetfeld
- 11
- Spulenhalter
- 12
- Gewindemutter
- 13
- Dichtung
- 14
- Außengewinde
- 15
- Innengewinde
- 16
- Lochmutter
- 17
- Hülse
- 18
- Zwischenring
- 19
- Positionssensor, Stellungssensor
- 20
- Positionsmaß
- 21
- Kanal
- 22
- Geschwindigkeitskennzahl
- 23
- Winkelgeschwindigkeit, Bewegungsgeschwindigkeit
- 24
- Vorgabestromstärke
- 25
- Vorgabespannung
- 26
- Stromstärke
- 27
- Widerstand
- 28
- Laufring
- 29
- Kabel
- 30
- Kraftverlauf
- 32
- Komponente
- 32a
- Führungsblech
- 32b
- Ausschnitt
- 33
- Komponente
- 34
- Komponente
- 34a
- Schwenkachse
- 35
- Spalt
- 36
- separates Teil
- 39
- freier Abstand
- 40
- Übertragungsvorrichtung
- 42
- Drehachse
- 46
- Keilform
- 50
- Bewegungsbeeinflußungseinrichtung, Vorrichtung
- 51
- Wegsensor
- 52
- H-Brücke
- 53
- PI-Regler
- 54
- induzierte elektrische Größe
- 55
- Steuereinrichtung
- 56
- Vergleichseinrichtung
- 57
- Speichereinrichtung
- 58
- Tabelle
- 59
- Handsensor
- 60
- Sensoreinrichtung
- 61
- Winkel (der Tür)
- 62
- Lagesensor
- 63
- GPS-Sensor
- 64
- Neigungssensor
- 65
- Stromsensor
- 70
- Antriebseinrichtung
- 71
- Antriebsgehäuse
- 72
- Antriebswelle
- 73
- Antriebsaufnahme
- 74
- Getriebe
- 75
- Antriebsmotor
- 76
- Mitnehmer
- 80
- Aktor
- 81
- Vorbelastungseinheit
- 86
- Antrieb
- 90
- Hand
- 100
- Türkomponente
- 102
- Schließstellung
- 103
- Öffnungsstellung
- 104
- Türkomponente
- 151
- Anschlusseinheit
- 151a
- Schraube
- 152
- Anschlusseinheit
- 152a
- Schwenkachse
- 153
- Koppelprofil
- 153d
- Krümmung
- 153e
- Krümmung
- 154
- Türeinrichtung
- 160
- Sensor
- 200
- Kraftfahrzeug
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/081280 [0055]
- DE 102017111032 A1 [0055]
- WO 2017/001696 A1 [0095]
