DE102019211343A1 - Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe - Google Patents

Abstract

Eine Antriebsvorrichtung (2) zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe (11) umfasst einen elektromotorischen Verstellantrieb (21) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) und eine Steuereinrichtung (3) zum Steuern des Verstellantriebs (21), wobei die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, den Verstellantrieb (21) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) anzusteuern. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, in einer Kalibrierungsroutine zumindest einen Kalibrierungsparameter für eine Ansteuerung des Verstellantriebs (21) anzupassen, indem die Steuereinrichtung (3) bei einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) eine erste Kenngröße für ein durch eine Last an der Fahrzeugbaugruppe (11) bewirktes Lastmoment der Fahrzeugbaugruppe (11) und eine zweite Kenngröße für ein durch den Verstellantrieb (21) aufgebrachtes Wirkmoment bestimmt und anhand der ersten Kenngröße und der zweiten Kenngröße den zumindest einen Kalibrierungsparameter anpasst.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Steuern einer Antriebsvo rrichtung.
• Eine derartige Antriebsvorrichtung umfasst einen elektromotorischen Verstellantrieb zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Verstellantriebs. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, den Verstellantrieb zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe anzusteuern.
• Bei einer solchen Fahrzeugbaugruppe kann es sich beispielsweise um eine Tür oder Klappe an einem Kraftfahrzeug handeln. Eine Tür kann beispielsweise durch eine schwenkbar an einer Fahrzeugkarosserie angeordnete Fahrzeugseitentür oder auch eine Heckklappe oder eine Schiebetür ausgebildet sein. Bei der Fahrzeugbaugruppe kann es sich beispielsweise aber auch um ein Schiebedach handeln.
• Üblicherweise werden beispielsweise Heckklappen heutzutage im Rahmen eines Automatikbetriebs elektromotorisch zwischen definierten Positionen, zum Beispiel zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung, verfahren.
• Wünschenswert bei einer Heckklappe, aber auch insbesondere bei einer Fahrzeugseitentür, kann sein, dass zusätzlich zu einer automatischen, elektromotorischen Verstellung auch eine manuelle Verstellung möglich ist, die jedoch elektromotorisch unterstützt wird. Hierbei handelt es sich um einen Servobetrieb.
• Bei einem solchen Servobetrieb ist wünschenswert, dass die von einem Nutzer aufzubringende Kraft über einen Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe zumindest näherungsweise gleich bleibt und somit ein Nutzer die Fahrzeugbaugruppe leichtgängig, komfortabel und haptisch angenehm unter Aufbringung einer näherungsweise gleichförmigen Nutzerkraft zum Beispiel zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung verstellen kann.
• Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass es im Betrieb einer Fahrzeugbaugruppe, beispielsweise einer Fahrzeugtür, über die Lebensdauer zu Veränderungen an der Fahrzeugbaugruppe und auch an dem Verstellantrieb kommen kann, beispielsweise aufgrund von Alterung und Verschleiß. Aufgrund von solchen Veränderungen können sich auch die Kräfteverhältnisse an der Fahrzeugbaugruppe ändern, was ein Nachstellen der von dem Verstellantrieb insbesondere zur Bereitstellung eines Servobetriebs aufgebrachten Kraft erforderlich macht, damit ein Servobetrieb über die Lebensdauer der Fahrzeugbaugruppe bei gleichbleibender Nutzerunterstützung und gleichbleibendem Nutzerempfinden bereitgestellt werden kann. Hierzu ist gegebenenfalls eine Kalibrierung erforderlich.
• Eine Türantriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugseitentür ist beispielsweise aus der DE 10 2015 215 627 A1 bekannt und weist zum Beispiel einen Verstellantrieb auf, der über ein Übertragungselement in Form eines Zugseils mit einem Verstellteil in Form eines gelenkig an der Fahrzeugkarosserie angebrachten Fangbands gekoppelt ist. Durch Verstellen einer mit dem Übertragungselement gekoppelten Seiltrommel kann die Fahrzeugseitentür relativ zur Fahrzeugkarosserie verschwenkt werden, wobei die Türantriebsvorrichtung eine Kupplung aufweist, die ein manuelles Verstellen der Fahrzeugseitentür unabhängig von dem Verstellantrieb ermöglicht.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe und ein Verfahren zum Steuern einer Antriebsvorrichtung bereitzustellen, die auf einfache, kostengünstig umsetzbare Weise ein Kalibrieren des Verstellantriebs, beispielsweise für das Bereitstellen eines Servobetriebs, ermöglichen.
• Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Demnach ist die Steuereinrichtung ausgebildet, in einer Kalibrierungsroutine zumindest einen Kalibrierungsparameter für eine Ansteuerung des Verstellantriebs anzupassen, indem die Steuereinrichtung bei einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe eine erste Kenngröße für ein durch eine Last an der Fahrzeugbaugruppe bewirktes Lastmoment der Fahrzeugbaugruppe und eine zweite Kenngröße für ein durch den Verstellantrieb aufgebrachtes Wirkmoment bestimmt und anhand der ersten Kenngröße und der zweiten Kenngröße den zumindest einen Kalibrierungsparameter anpasst.
• Die Steuereinrichtung soll demnach eine Kalibrierungsroutine durchführen. Im Rahmen der Kalibrierungsroutine soll ein Kalibrierungsparameter angepasst werden, der in einem anschließenden Betrieb der Antriebsvorrichtung verwendet wird und eine Anpassung der Ansteuerung entsprechend der Kalibrierung ermöglicht.
• Die Steuereinrichtung kann eine solche Kalibrierungsroutine beispielsweise bei einer Automatikfahrt durchführen, im Rahmen derer die Fahrzeugbaugruppe, beispielsweise eine Fahrzeugtür, zum Beispiel eine Fahrzeugseitentür oder eine Heckklappe, automatisch zwischen zwei definierten Stellungen, beispielsweise einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung oder umgekehrt, verstellt wird. Eine solche Automatikfahrt erfolgt ohne einen Nutzereingriff, also ohne dass ein Nutzer an der Fahrzeugbaugruppe anfasst. Im Rahmen der Automatikfahrt wird das Verstellen der Fahrzeugbaugruppe allein durch den Verstellantrieb bewirkt.
• Die Steuereinrichtung kann hierbei dazu ausgebildet sein, bei jeder Automatikfahrt die Kalibrierungsroutine durchzuführen. Alternativ kann die Kalibrierungsroutine aber auch in vorbestimmten zeitlichen Abständen, beispielsweise einmal am Tag oder einmal in der Woche, bei einer Automatikfahrt durchgeführt werden.
• Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Kalibrierfahrt durchzuführen, die unabhängig von einer durch einen Nutzer initiierten Verstellung der Fahrzeugbaugruppe ist. Im Rahmen einer solchen Kalibrierfahrt kann die Fahrzeugbaugruppe zwischen definierten Stellungen, beispielsweise einer geschlossenen Stellung und einer ganz oder teilweise geöffneten Stellung oder umgekehrt, verstellt werden, wobei die Kalibrierfahrt mit vorbestimmten Ansteuerungsparametern durchgeführt und bei der Kalibrierfahrt die Kalibrierungsroutine ausgeführt wird.
• Erfolgt das Verstellen der Fahrzeugbaugruppe elektromotorisch durch den Verstellantrieb ohne einen Nutzereingriff, so stellt der Verstellantrieb ein als Wirkmoment bezeichnetes Drehmoment zur Verfügung, aufgrund dessen die Fahrzeugbaugruppe verstellt wird. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Kenngröße für dieses Wirkmoment zu bestimmen.
• Die Steuereinrichtung ist zudem dazu ausgebildet, eine Kenngröße für ein durch eine Last an der Fahrzeugbaugruppe bewirktes Lastmoment zu bestimmen. Das Lastmoment wird insbesondere bestimmt durch die Last der Fahrzeugbaugruppe selbst, beispielsweise der Heckklappe oder der Fahrzeugseitentür, und kann anhand der Masse der Fahrzeugbaugruppe und beispielsweise einer Neigung oder Steigung einer Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe und zudem einer dynamischen Bewegung der Fahrzeugbaugruppe berechnet werden.
• Bei richtiger Kalibrierung soll die Kenngröße für das vom Verstellantrieb aufgebrachte Wirkmoment der Kenngröße für das an der Fahrzeugbaugruppe bestehende Lastmoment entsprechen. Das Lastmoment entspricht dem (anhand der bekannten Parameter der Fahrzeugbaugruppe berechneten) Moment, das der Verstellantrieb aufzubringen hat. Das Wirkmoment hingegen entspricht dem (anhand der bekannten Parameter des Verstellantriebs berechneten) Moment, das der Verstellantrieb tatsächlich aufbringt. Kommt es zu einer Abweichung zwischen den beiden Kenngrößen, deutet dies darauf hin, dass eine Kalibrierung anzupassen ist, was durch Anpassung eines oder mehrerer Kalibrierungsparameter erfolgen kann.
• Die Kalibrierung erfolgt somit anhand eines Vergleichs der Kenngröße für das Lastmoment und der Kenngröße für das Wirkmoment. Ergibt ein Vergleich, dass eine Differenz zwischen der Kenngröße für das Lastmoment und der Kenngröße für das Wirkmoment besteht, so kann ein Kalibrierungsparameter anhand der Differenz angepasst werden, um den Kalibrierungsparameter nachzuführen und eine nachfolgende Ansteuerung des Verstellantriebs unter Verwendung des angepassten Kalibrierungsparameters durchzuführen.
• In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die erste Kenngröße anhand eines Lastmodells der Fahrzeugbaugruppe zu bestimmen. Der zumindest eine Kalibrierungsparameter kann hierbei einem Parameter des Lastmodells entsprechen, sodass infolge der Kalibrierung ein Parameter des Lastmodells, zum Beispiel eine in die Bestimmung des Lastmoment eingehende Scharnierreibung, angepasst wird.
• Durch Verwendung des Lastmodells erfolgt eine mathematische Berechnung des Lastmoments anhand einer Gleichungssystematik, die Charakteristika der Fahrzeugbaugruppe, zum Beispiel die Masse der Fahrzeugbaugruppe und eine Steigerung und/oder Neigung der Scharnierachse, verknüpft mit dem Lastmoment. Das Lastmodell kann zum Beispiel durch Software in der Steuereinrichtung umgesetzt sein, wobei Eingangsgrößen, zum Beispiel erfasst durch einen oder mehrere Sensoren, in die Software eingespeist werden und zur Berechnung des Lastmoments anhand des Lastmodells dienen.
• Beispielsweise kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, als erste Kenngröße ein vom Verstellantrieb aufzubringendes Soll-Scharniermoment entsprechend der Gleichung $$M_{Soll\text{\_}Scharnier}=M_{Scharnier\text{\_}stat}+M_{Scharnier\text{\_}dyn}$$

  

  zu berechnen, wobei M_{Soll_Scharnier} dem Soll-Scharniermoment, M_{Scharnier_stat} einem statischen Scharniermoment und M_{Scharnier_dyn} einem dynamischen Scharniermoment entspricht.
• Das statische Scharniermoment gibt eine statische Last an, die an der Fahrzeugbaugruppe wirkt, und ist beispielsweise durch eine Schwerkraftwirkung an der Fahrzeugbaugruppe bestimmt. Das statische Scharniermoment kann sich beispielsweise aus der Masse der Fahrzeugbaugruppe, einer Steigung der Scharnierachse, einer Neigung der Scharnierachse und einer an dem Scharnier wirkenden Reibung berechnen.
• Das dynamische Scharniermoment ist demgegenüber insbesondere durch die Trägheit der Fahrzeugbaugruppe bei Beschleunigung bestimmt.
• In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die zweite Kenngröße anhand eines Antriebsmodells des Verstellantriebs zu bestimmen. Auch der Verstellantrieb kann mathematisch durch Gleichungen beschrieben werden, anhand derer Eingangsparameter des Verstellantriebs, insbesondere der Motorstrom, verknüpft sind mit einem vom Verstellantrieb erzeugten, dem Wirkmoment an der Fahrzeugbaugruppe entsprechenden Drehmoment.
• Bei dem zumindest einen Kalibrierungsparameter kann es sich hierbei um einen Parameter des Antriebsmodells handeln. Im Rahmen der Kalibrierung wird somit ein Parameter des Antriebsmodells angepasst und nachfolgend für die weitere Ansteuerung des Verstellantriebs verwendet. Bei einem solchen Parameter kann es sich beispielsweise um einen Wirkungsgrad des Antriebs oder einen Motorparameter handeln.
• In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, als zweite Kenngröße ein vom Verstellantrieb aufgebrachtes Ist-Scharniermoment entsprechend der Gleichung $$M_{Ist\text{\_}Scharnier}=M_{motor}\ast {\eta }_{motor}\ast \frac{{ü}_{Getriebe}}{{ü}_{Hebel}}$$

  

  zu bestimmen, wobei M_{Ist_Scharnier}das vom Verstellantrieb aufgebrachte Ist-Scharniermoment, Mmotor ein Motormoment, η_motor einen Motorwirkungsgrad, Ü_Getriebe ein Getriebeübersetzungsverhältnis und Ü_Hebel ein Hebelübersetzungsverhältnis einer den Verstellantriebs mit der Fahrzeugbaugruppe verbindenden Kinematik angibt. Das Motormoment kann hierbei beispielsweise vom Motorstrom abhängen und ist zum Beispiel bestimmt zu $$M_{motor}=\left(I_{motor}-I_0\right)\ast K_t$$

  

  wobei I_Motor den Motorstrom, l₀ den Leerlaufstrom des Motors und K_t eine Motorkonstante angibt.
• Anhand des Antriebsmodells kann unter Verwendung der Gleichungen somit das vom Verstellantrieb bereitgestellte Ist-Scharniermoment berechnet werden. Kommt es im Rahmen der Kalibrierungsroutine bei einem Vergleich zu einer Abweichung zwischen dem anhand des Antriebsmodells bestimmten Ist-Scharniermoment und dem anhand des Lastmodells bestimmten Soll-Scharniermoment, so deutet dies darauf hin, dass an zumindest einem Parameter des Antriebsmodells und/oder des Lastmodells es zu einer Änderung gekommen ist. Beispielsweise kann sich der Wirkungsgrad des Antriebs verändert haben, oder es kann zu einer Änderung zum Beispiel in der Scharnierreibung gekommen sein. Anhand der Abweichung kann dann eine Anpassung vorgenommen werden, um den Verstellantrieb neu zu kalibrieren.
• Entscheidend ist hierbei im Rahmen der Kalibrierung nicht, einen konkreten Parameter anzupassen, sondern eine Kalibrierung entsprechend der Wirkung der Veränderung durchzuführen. Erhöht sich beispielsweise das Scharniermoment, so steigt der Motorstrom, und entsprechend ist das anhand des Antriebsmodells bestimmte Ist-Scharniermoment größer als das Soll-Scharniermoment. Kommt es zu einer Reduzierung des Wirkungsgrads des Verstellantriebs, steigt ebenso der Strom im Betrieb des Verstellantriebs, sodass das Ist-Scharniermoment wiederum größer ist als das Soll-Scharniermoment. Im Rahmen der Kalibrierung kann eine Anpassung derart erfolgen, dass das Soll-Scharniermoment dem Ist-Scharniermoment entspricht. Hierzu kann beispielsweise stets die Scharnierreibung oder stets der Motorwirkungsgrad angepasst oder ein zusätzlicher Faktor in das Lastmodell oder das Antriebsmodell eingebracht werden, der das Soll-Scharniermoment nachführt und dem Ist-Scharniermoment anpasst.
• Ein solcher Faktor kann beispielsweise dann dazu dienen, in einem späteren Betrieb des Verstellantriebs den Strom bei der Ansteuerung des Verstellantriebs oder ein durch den Verstellantrieb erzeugtes Drehmoment anzupassen. Beispielsweise kann in einem Servobetrieb das durch den Stellantrieb bereitgestellte Drehmoment so angepasst werden, dass die von dem Verstellantrieb bereitgestellte Kraft konstant ist oder einer vorbestimmten Kurve zur Unterstützung eines Nutzers bei einer Verstellbewegung folgt. Durch die Kalibrierung kann die Kraft genauer eingestellt werden, sodass ein Servobetrieb für einen Nutzer haptisch angenehmer bei von einem Nutzer aufzubringender, gleichförmiger oder einer definierten Kurve folgender Kraft durchgeführt werden kann.
• Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Ansteuern einer Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe, bei dem ein elektromotorischer Verstellantrieb der Antriebsvorrichtung zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe durch eine Steuereinrichtung angesteuert wird. Die Steuereinrichtung passt hierbei in einer Kalibrierungsroutine zumindest einen Kalibrierungsparameter zu einer Ansteuerung des Verstellantriebs an, indem die Steuereinrichtung bei einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe eine erste Kenngröße für ein durch eine Last an der Verstellbaugruppe bewirktes Lastmoment der Fahrzeugbaugruppe und eine zweite Kenngröße für ein durch den Verstellantrieb aufgebrachtes Wirkmoment bestimmt und anhand der ersten Kenngröße und der zweiten Kenngröße den zumindest einen Kalibrierungsparameter anpasst.
• Die vorangehend für die Antriebsvorrichtung beschriebenen Vorteile und vorteilhaften Ausgestaltungen finden analog auch auf das Verfahren Anwendung, sodass diesbezüglich auf das vorangehend Ausgeführte verwiesen werden soll.
• 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 Fahrzeugbaugruppe in Form einer Fahrzeugseitentür;
• 2A eine Ansicht zur Illustration eines Steigungswinkels eines Fahrzeugs und eines Steigungswinkels einer Scharnierachse einer Fahrzeugseitentür;
• 2B eine Ansicht zur Illustration eines Neigungswinkels eines Fahrzeugs und eines Neigungswinkels einer Scharnierachse einer Fahrzeugseitentür; und
• 3 eine schematische Ansicht einer Steuereinrichtung einer Antriebsvorrichtung zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe.
• 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Fahrzeugbaugruppe 11 in Form einer an einer Fahrzeugkarosserie 10 eines Kraftfahrzeugs 1 angeordneten Fahrzeugseitentür, die um eine Scharnierachse 110 zu der Fahrzeugkarosserie 10 verschwenkbar ist und zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung entlang einer Öffnungsrichtung O verschwenkt werden kann.
• Eine Antriebsvorrichtung 2, die beispielsweise nach Art des in der DE 10 2015 215 627 A1 beschriebenen Türantriebs ausgebildet ist, dient zum elektromotorischen Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 und weist einen Verstellantrieb 21 auf, der zum Beispiel ortsfest an der Fahrzeugbaugruppe 11, zum Beispiel an einem in einem Türinnenraum der Fahrzeugbaugruppe 11 in Form der Fahrzeugseitentür eingefassten Türmodul, angeordnet ist und mit einem Verstellteil 20 zum Beispiel in Form eines an einer Gelenkachse 200 gelenkig mit der Fahrzeugkarosserie 10 verbundenen Fangbands in Wirkverbindung steht.
• Beispielsweise kann der Verstellantrieb 21 eine Seiltrommel aufweisen, die mit einem an dem Verstellteil 20 angeordneten Zugseil gekoppelt ist derart, dass durch Verdrehen der Seiltrommel das Verstellteil 20 relativ zu dem Verstellantrieb 21 bewegt und dadurch die Fahrzeugbaugruppe 11 relativ zur Fahrzeugkarosserie 10 um die Scharnierachse 110 verschwenkt werden kann, wie dies in der DE 10 2015 215 627 A1 beschrieben ist. Es sind aber auch andere Mechaniken für eine Antriebsvorrichtung 2 denkbar und möglich, die ein elektromotorisches Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 gegenüber einer Fahrzeugkarosserie 10 ermöglichen.
• Hingewiesen sei an dieser Stelle darauf, dass eine Antriebsvorrichtung 2 der in diesem Text beschriebenen Art nicht auf die Verwendung an einer Fahrzeugseitentür beschränkt ist, sondern allgemein zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe, zum Beispiel einer Fahrzeugtür in Form einer Schwenktür oder Schiebetür, zum Verstellen einer Heckklappe oder auch zum Verstellen eines Schiebedachs Verwendung finden kann.
• Die Antriebsvorrichtung 2 soll beispielsweise einen Automatikbetrieb und einen Servobetrieb ermöglichen und somit ein automatisches Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 oder ein manuelles, aber elektromotorisch durch die Antriebsvorrichtung 2 unterstütztes Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 durch einen Nutzer bewirken können. Die Antriebsvorrichtung 2 kann hierzu zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi schaltbar sein.
• Während im Automatikbetrieb eine Regelung auf eine vorbestimmte Drehzahl erfolgen soll, um die Fahrzeugbaugruppe 11 mit einer vorbestimmten Verstellgeschwindigkeit zwischen unterschiedlichen Positionen, zum Beispiel einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung, zu bewegen, soll im Servobetrieb durch den Verstellantrieb 21 ein Drehmoment bereitgestellt werden, das bewirkt, dass eine von einem Nutzer zusätzlich aufzubringende Nutzerkraft ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 bewirkt. Die vom Nutzer aufzubringende Nutzerkraft soll hierbei über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11, also bei dem Beispiel gemäß 1 über den Verstellwinkel ϕ zwischen der geschlossenen Stellung und einer vollständig geöffneten Stellung, zumindest näherungsweise gleich sein oder einer gewünschten Kurve folgen, um dem Nutzer ein komfortables, haptisch angenehmes Verstellen zu ermöglichen.
• 2A und 2B zeigen (in zur Illustration übertriebenen Darstellungen) unterschiedliche Fahrzeuglagen und sich daraus ergebende Stellungen der Scharnierachse 110 einer Fahrzeugbaugruppe 11 in Form einer verschwenkbar an der Fahrzeugkarosserie 10 angeordneten Fahrzeugseitentür.
• 2A zeigt hierbei ein Fahrzeug 1, das zum Beispiel auf einem Hang mit einer Steigung abgestellt ist und dementsprechend einen Steigungswinkel α2 zwischen der Fahrzeugvertikalachse Z und einer (durch die Schwerkraftrichtung bestimmten) Vertikalen aufweist. Zusätzlich weist die Scharnierachse 110 der Fahrzeugbaugruppe 11 einen Steigungswinkel α1 zur Fahrzeugvertikalachse Z auf. Der Steigungswinkel α2 des Fahrzeugs 1 und der Steigungswinkel α1 der Scharnierachse 110 zur Vertikalachse Z werden um die Fahrzeugquerachse Y (siehe 2B) gemessen.
• 2B zeigt demgegenüber ein Fahrzeug 1, das um die Fahrzeuglängsachse X (siehe 2A) geneigt ist. Die Fahrzeugvertikalachse Z weist in diesem Fall einen Neigungswinkel β2 zur Vertikalen auf. Zusätzlich kann die Scharnierachse 110 einen Neigungswinkel β1 zur Fahrzeugvertikalachse Z aufweisen.
• 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinrichtung 3 eines Verstellantriebs 2 zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe 11, zum Beispiel einer Fahrzeugseitentür oder einer Heckklappe eines Fahrzeugs 1.
• Die Steuereinrichtung 3 weist ein Steuermodul 32 auf, das zum Ansteuern eines Verstellantriebs 21 dient. Das Steuermodul 32 kann beispielsweise eine Stromregelung oder eine Drehzahlregelung des Antriebs 21 durchführen und regelt entsprechend den Motorstrom I oder die Drehzahl n des Verstellantriebs 21. Das Steuermodul 32 kann beispielsweise eine Stellgröße ausgeben, anhand derer mittels einer Pulsweitenmodulation 33 beispielsweise eine dem Stellantrieb 21 zugeführte Spannung eingestellt wird, um beispielsweise den Motorstrom I im Rahmen einer Stromregelung oder die Drehzahl n im Rahmen einer Drehzahlregelung zu stellen.
• Der Verstellantrieb 21 ist mit der zu verstellenden Fahrzeugbaugruppe 11 gekoppelt.
• Die (gemessene) Drehzahl n des Verstellantriebs 21 sowie der (gemessene) Motorstrom I des Verstellantriebs 21 können dem Steuermodul 32 zurückgeführt werden. Ebenso kann eine Information über die Verstellgeschwindigkeit V der Fahrzeugbaugruppe 11, zum Beispiel eine Information über eine Winkelgeschwindigkeit oder eine Beschleunigung an der Fahrzeugbaugruppe 11, dem Steuermodul 32 zurückgespeist werden. Das Steuermodul 32 kann somit eine Steuerung des Verstellantriebs 21 und damit einer Verstellbewegung der Fahrzeugbaugruppe 11 vornehmen.
• Die Steuereinrichtung 3 weist weiter eine Lastberechnungsmodul 30 und ein Antriebsberechnungsmodul 31 auf. Sämtliche Module 30, 31, 32 der Steuereinrichtung 3 können beispielsweise durch die Steuerungssoftware der Steuereinrichtung 3 verwirklicht sein und können somit Softwaremodule darstellen, die bestimmte Routinen der Steuereinrichtung 3 ausführen, um den Verstellantrieb 21 zu steuern.
• Das Lastberechnungsmodul 30 dient dazu, ein Lastmoment zu berechnen, das an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkt.
• Die an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkende Last bestimmt sich aus einem statischen Drehmoment und einem dynamischen Drehmoment, das um die Scharnierachse 110 wirkt.
• Ein an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkendes statisches Drehmoment bestimmt sich insbesondere anhand eines sich aufgrund der Schwerkraft um die Scharnierachse 110 ergebenden Moments und zusätzlich anhand eines im Scharnier der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkenden Reibmoments. Das statische Drehmoment, bezeichnet als statisches Scharniermoment, ergibt sich so zu $$M_{Scharnier,stat}=M_{Neigung}\ast \text{cos}\left(\alpha \right)+M_{Steigung}\pm M_{R,Scharnier},$$

  

  wobei M_{Scharnier,stat} das statische Scharniermoment, M_Neigung ein sich aufgrund einer Fahrzeugneigung und einer Neigung der Scharnierachse 110 ergebendes Neigungsmoment, M_Steigung ein sich aufgrund einer Fahrzeugsteigung und einer Steigung der Scharnierachse 110 ergebendes Steigungsmoment und M_R,Scharnier ein Reibmoment am Scharnier bezeichnet. (Anzumerken ist hierzu, dass der Term „cos(α)“ in der obigen Gleichung nur vorliegt, wenn die Neigungs-/Steigungswinkel gemäß DIN ISO 8855 bestimmt sind (entsprechend dem Euler-Winkel, der sich aus einem Roll-Winkel, Pitch-Winkel und Yaw-Winkel ergibt). Wird der Neigungswinkel (absolut) gemessen, so entfällt der Term „cos(α)“.)
• Das Steigungsmoment und das Neigungsmoment berechnen sich hierbei wie folgt:
• • M_Steigung = x_SP * m * g * sin(α) * sin(φ)
• • M_Neigung = x_SP * m * g * sin(β) * cos(φ)
• • α = α₁ + α₂
• • β = β₁ + β₂
• Die in diesen Gleichungen verwendeten Größen stellen hierbei dar:

φ

Aktueller Türöffnungswinkel [°] - Offsetwinkel

x_SP

Abstand Türschwerpunkt - Scharnierachse [m]

m

Türmasse [kg]

g

Erdbeschleunigung [m/s²]

α₁

Steigung Scharnierachse [°]

β₂

Neigung Scharnierachse [°]

α₂

Steigung Scharnierachse [°]

β₂

Neigung Scharnierachse [°]

M_R,Scharnier

Reibmoment Scharnier [Nm]

• Die Winkel α1, α2, β1, β2 sind in 2A und 2B illustriert. Der Abstand x_SP zwischen dem Türschwerpunkt SP und der Scharnierachse 110 ist auch in 1 eingezeichnet. Die Steigung des Fahrzeugs 1 und die Neigung des Fahrzeugs 1 sowie die aktuelle Position der Fahrzeugbaugruppe 11 können sensorisch durch Sensoren 301, 302, 303 erfasst werden, und entsprechend werden Messwerte dem Lastberechnungsmodul 30 zugeführt.
• Der Offsetwinkel berücksichtigt den Schwerpunkt der Fahrzeugtür in Querrichtung des Fahrzeugs (Y-Richtung).
• Zusätzlich zum statischen Scharniermoment wirkt bei Bewegung der Fahrzeugbaugruppe 11 ein dynamisches Scharniermoment, das sich berechnet zu $$M_{Scharnier,dyn}=\ddot{\phi }\ast I_{Träg}$$

  

  φ bezeichnet hierbei die Beschleunigung der Fahrzeugbaugruppe 11. Die Beschleunigung der Fahrzeugbaugruppe 11 kann aus einer Änderung des Verstellwinkels ϕ ermittelt werden. Alternativ kann die Beschleunigung aber auch aus der Verstellgeschwindigkeit v der Fahrzeugbaugruppe 11, die dem Servoregelungsmodul 31 im Betrieb zugeführt wird, berechnet werden.
• |_Träg steht in obiger Gleichung für die Trägheit der Fahrzeugbaugruppe 11.
• Anhand des statischen Scharniermoments und des dynamischen Scharniermoments kann eine Momentenbilanz aufgestellt werden, um das Lastmoment an der Fahrzeugtür 11 zu bestimmen, das einem durch den Verstellantrieb 21 bereitzustellenden Soll-Scharniermoment entspricht. Die Momentenbilanz ergibt sich hierbei wie folgt: $$M_{Soll\text{\_}Scharnier}=M_{Scharnier\text{\_}stat}+M_{Scharnier\text{\_}dyn}$$

  

  M_{Soll_Scharnier} bezeichnet das durch die Antriebsvorrichtung 2 an der Scharnierachse 110 bereitzustellende Drehmoment.
• Das Soll-Scharniermoment entspricht dem Drehmoment, das durch den Verstellantrieb 21 bewirkt werden muss, um ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 zu bewirken. Entsprechend des vorangehend beschriebenen Gleichungsschemas, das ein Lastmodell verwirklicht, kann dieses Soll-Scharniermoment berechnet werden, indem aus (bekannten oder gemessenen) Eingangsgrößen, die die Fahrzeuggruppe 11 charakterisieren, insbesondere der Masse der Fahrzeugbaugruppe 11, dem Steigungswinkel der Scharnierachse 110 und dem Neigungswinkel der Scharnierachse 110 sowie einer Winkelbeschleunigung an der Fahrzeugbaugruppe 11, das aus einem statischen Anteil und einem dynamischen Anteil zusammengesetzte Lastmoment berechnet wird.
• Das Antriebsberechnungsmodul 31 dient demgegenüber dazu, ein Wirkmoment zu bestimmen, das im Betrieb bei einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 einem vom Verstellantrieb 21 tatsächlich bereitgestellten Ist-Scharniermoment entspricht. Als Eingangsgröße für das Antriebsberechnungsmodul 31 dient insbesondere der Motorstrom I, der dem Antriebsberechnungsmodul 31 durch den Verstellantrieb 21 zugeführt wird.
• Das durch den Verstellantrieb 21 bereitgestellte Drehmoment ergibt sich anhand eines Antriebsmodells unter Einbeziehung eines Übersetzungsverhältnisses der Antriebsvorrichtung 2. So ergibt sich das durch den Motor erzeugte Drehmoment zu $$M_{motor}=\left(I_{motor}-I_0\right)\ast K_t$$

  

  mit
• • Kt Motorkonstante [Nm/A]
• • I_o Motorleerlaufstrom [A]
• Aus dem Motormoment kann das Antriebsmoment der Antriebsvorrichtung berechnet werden zu $$M_{Antrieb}=M_{motor}\ast {\eta }_{motor}\ast {ü}_{Getriebe}$$

  

  mit
• • η_motor Übersetzungswirkungsgrad []
• • Ü_Getriebe Getriebeübersetzung []
• Hieraus ergibt sich das am Scharnier von der Antriebsvorrichtung 2 bereitgestellte Scharniermoment zu $$M_{Ist\text{\_}Scharnier}=\frac{M_{Antrieb}}{{ü}_{Hebel}}$$

  

  Ü_Hebel bezeichnet das Übersetzungsverhältnis der Kinematik der Antriebsvorrichtung 2 zur Übersetzung einer durch die Türantriebsvorrichtung 2 bereitgestellten Verstellkraft zwischen der Fahrzeugbaugruppe 11 und der Fahrzeugkarosserie 10 am Orte des Verstellantriebs 21 in eine Verstellkraft am Orte der Scharnierachse 110. Ü_Hebel ist abhängig von Φ, die Abhängigkeit ist zum Beispiel in Form einer Look-Up-Tabelle im System hinterlegt.
• Sämtliche Parameter des Lastmodells und des Antriebsmodells, die in oben bezeichnete Gleichungen eingehen, können beispielsweise in der Steuereinrichtung gespeichert sein oder durch Sensoren gemessen werden.
• Bei einer richtigen Kalibrierung der Antriebsvorrichtung 2 sollte bei einem Verstellen, insbesondere im Automatikbetrieb beim elektromotorischen Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 ohne einen Nutzereingriff, das Soll-Scharniermoment (das als Ausgabe von dem Lastberechnungsmodul 30 erhalten wird) dem Ist-Scharniermoment (das als Ausgabe von dem Antriebsberechnungsmodul 31 erhalten wird) entsprechen. Kommt es im Betrieb zu einer Abweichung zwischen dem Soll-Scharniermoment und dem Ist-Scharniermoment, so deutet dies darauf hin, dass die Kalibrierung anzupassen ist, also Parameter des Lastmodells oder des Antriebsmodells angepasst werden sollten.
• Aus diesem Grund ist das Steuermodul 32 dazu ausgestaltet, eine Kalibrierungsroutine durchzuführen. Eine solche Kalibrierungsroutine kann hierbei beispielsweise bei einer Automatikfahrt, also im Automatikbetrieb bei einem automatischen Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11, ohne dass ein Nutzer auf die Fahrzeugbaugruppe 11 einwirkt, durchgeführt werden. Eine solche Kalibrierungsroutine kann alternativ auch im Rahmen einer Kalibrierungsfahrt, die unabhängig von einem durch einen Nutzer initiierten Verstellen ist, durchgeführt werden.
• Bei einem automatischen Verstellen, also bei einem elektromotorischen Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 ohne einen Nutzereingriff, sollte das Soll-Scharniermoment dem Ist-Scharniermoment entsprechen. Entsprechend wird durch das Lastberechnungsmodul 30 bei einem Verstellen das Soll-Scharniermoment bestimmt, während das Antriebsberechnungsmodul 31 das Ist-Scharniermoment berechnet. Das Soll-Scharniermoment und das Ist-Scharniermoment werden im Steuermodul 32 miteinander verglichen. Wird eine Abweichung festgestellt, so wird die Kalibrierung angepasst, indem ein Parameter des Lastmodells und/oder des Antriebsmodells nachgeführt wird.
• Kommt es zum Beispiel aufgrund von Alterung oder Verschleiß zum Beispiel zu einem Erhöhen der Scharnierreibung der Fahrzeugbaugruppe 11, so weicht das tatsächliche Scharniermoment von dem anhand des Lastmodells berechneten Soll-Scharniermoment ab. Entsprechend ist das anhand des tatsächlichen Motorstroms berechnete Ist-Scharniermoment unterschiedlich von dem Soll-Scharniermoment. Beispielsweise kommt es infolge einer Erhöhung der Scharnierreibung zu einer erhöhten Last an der Fahrzeugbaugruppe 11 und entsprechend zu einem erhöhten Motorstrom (zum Beispiel bei einer Drehzahlregelung), sodass das Ist-Scharniermoment das Soll-Scharniermoment übersteigt. Anhand der Differenz zwischen dem Ist-Scharniermoment und dem Soll-Scharniermoment kann zum Beispiel eine Krafterhöhung berechnet werden, die der Verstellantrieb 21 zur Überwindung der zusätzlichen Scharnierreibung zur Verfügung zu stellen hat.
• Kommt es alternativ zu einer Veränderung am Wirkungsgrad des Motors, wird sich ebenfalls der Motorstrom vergrößern, sodass das Ist-Scharniermoment das Soll-Scharniermoment übersteigt.
• Ein Nachführen der Kalibrierung kann dadurch erfolgen, dass beispielsweise ein Parameter des Lastmodells oder des Antriebsmodells angepasst wird. Beispielsweise kann stets die Scharnierreibung (oder alternativ der Motorwirkungsgrad) angepasst werden. Alternativ kann ein Faktor in das Lastmodell und/oder das Antriebsmodell eingeführt werden, der das Soll-Scharniermoment dem Ist-Scharniermoment anpasst. Welcher Parameter konkret angepasst wird, ist für die Kalibrierung nicht entscheidend, solange die Kalibrierung derart erfolgt, dass das Soll-Scharniermoment dem Ist-Scharniermoment nachgeführt wird und somit das Soll-Scharniermoment dem Ist-Scharniermoment entspricht.
• Die Kalibrierung kann dann beispielsweise für einen Servobetrieb eingesetzt werden. So ermöglicht die Kalibrierung, zum Beispiel unter Verwendung des im Rahmen der Kalibrierungsroutine bestimmten Faktors im Servobetrieb die durch den Verstellantrieb 21 bereitgestellte Verstellkraft exakt einzustellen, sodass die vom Verstellantrieb 21 bereitgestellte, unterstützende Kraft über den Verstellweg konstant ist oder einer vordefinierten Kurve folgt.
• In einem Ausführungsbeispiel kann im Servobetrieb eine Stromregelung erfolgen, wobei ein Sollstromwert für die Stromregelung anhand eines kalibrierten Lastmodells berechnet und eingestellt wird.
• Wird während einer Kalibrierungsroutine ein Eingriff festgestellt, beispielweise aufgrund eines Nutzereingriffs zum Festhalten oder Führen der Fahrzeugbaugruppe 11 oder aufgrund eines Anschlagens an einem Objekt, so kann eine Kalibrierungsroutine beendet werden. Eine Kalibrierung soll nach Möglichkeit nur bei einem elektromotorischen, automatischen Verstellbetrieb erfolgen.
• Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen.
• Eine Antriebsvorrichtung der beschriebenen Art kann zum Verstellen einer Fahrzeugseitentür, die verschwenkbar um eine Scharnierachse an einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist, Verwendung finden. Ebenso kann eine Antriebsvorrichtung unter Anwendung der gleichen Steuerungsprinzipien aber auch für eine Schiebetür, eine Heckklappe oder ein Schiebedach eingesetzt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Kraftfahrzeug

10

Fahrzeugkarosserie

11

Fahrzeugbaugruppe (Fahrzeugtür)

110

Scharnierachse

111

Griff

2

Antriebsvorrichtung

20

Verstellteil (Fangband)

200

Gelenkachse

21

Verstellantrieb

3

Steuereinrichtung

30

Lastberechnungsmodul

301-303

Sensoreinrichtung

31

Antriebsberechnungsmodul

32

Steuermodul

33

Pulsweitenmodulation

α1

Steigungswinkel der Scharnierachse

α2

Fahrzeugsteigungswinkel

β1

Neigungswinkel der Scharnierachse

β2

Fahrzeugneigungswinkel

ϕ

Türöffnungswinkel

n

Drehzahl

O

Öffnungsrichtung

SP

Türschwerpunkt

X_SP

Abstand Schwenkachse-Türschwerpunkt

X

Fahrzeuglängsachse

Y

Fahrzeugquerachse

Z

Fahrzeugvertikalachse

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102015215627 A1 [0008, 0035, 0036]

Claims (11)

1. Antriebsvorrichtung (2) zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe (11), mit einem elektromotorischen Verstellantrieb (21) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) und einer Steuereinrichtung (3) zum Steuern des Verstellantriebs (21), wobei die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, den Verstellantrieb (21) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, in einer Kalibrierungsroutine zumindest einen Kalibrierungsparameter für eine Ansteuerung des Verstellantriebs (21) anzupassen, indem die Steuereinrichtung (3) bei einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) eine erste Kenngröße für ein durch eine Last an der Fahrzeugbaugruppe (11) bewirktes Lastmoment der Fahrzeugbaugruppe (11) und eine zweite Kenngröße für ein durch den Verstellantrieb (21) aufgebrachtes Wirkmoment bestimmt und anhand der ersten Kenngröße und der zweiten Kenngröße den zumindest einen Kalibrierungsparameter anpasst.
2. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, die erste Kenngröße anhand eines Lastmodells der Fahrzeugbaugruppe (11) zu bestimmen.
3. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kalibrierungsparameter einem Parameter des Lastmodells entspricht.
4. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, als erste Kenngröße ein vom Verstellantrieb (21) aufzubringendes Soll-Scharniermoment entsprechend der Gleichung $$M_{Soll\text{\_}Scharnier}=M_{Scharnier\text{\_}stat}+M_{Scharnier\text{\_}dyn}$$

   

   zu berechnen, wobei M_{Soll_Scharnier} dem Soll-Scharniermoment, M_{Scharnier_stat} einem statischen Scharniermoment und M_{Scharnier_dyn} einem dynamischen Scharniermoment entspricht.
5. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das statische Scharniermoment durch eine Masse der Fahrzeugbaugruppe (11), eine Neigung einer Scharnierachse (110) der Fahrzeugbaugruppe (11) und/oder eine Steigung einer Scharnierachse (110) der Fahrzeugbaugruppe (11) bestimmt ist.
6. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, die zweite Kenngröße anhand eines Antriebsmodells des Verstellantriebs (21) zu bestimmen.
7. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kalibrierungsparameter einem Parameter des Antriebsmodells entspricht.
8. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, als zweite Kenngröße ein vom Verstellantrieb (21) aufgebrachtes Ist-Scharniermoment entsprechend der Gleichung $$M_{Ist\text{\_}Scharnier}=M_{motor}\ast {\eta }_{motor}\ast \frac{{ü}_{Getriebe}}{{ü}_{Hebel}}$$

   

   zu bestimmen, wobei M_{lst_} Scharnier das vom Verstellantrieb (21) aufgebrachte Ist-Scharniermoment, Mmotor ein Motormoment, η_motor einen Motorwirkungsgrad, Ü_Getriebe ein Getriebeübersetzungsverhältnis und Ü_Hebel ein Hebelübersetzungsverhältnis einer den Verstellantriebs (21) mit der Fahrzeugbaugruppe (11) verbindenden Kinematik angibt.
9. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, die Kalibrierungsroutine bei einer durch einen Nutzer initiierten Automatikfahrt der Fahrzeugbaugruppe (11) durchzuführen.
10. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine das Kalibrierungsparameter einem Parameter zur Anpassung eines Stroms des Verstellantriebs (21) oder eines durch den Verstellantrieb (21) erzeugten Drehmoments entspricht.
11. Verfahren zum Ansteuern einer Antriebsvorrichtung (2) zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe (11), bei dem ein elektromotorischer Verstellantrieb (21) der Antriebsvorrichtung (2) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) durch eine Steuereinrichtung (3) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) in einer Kalibrierungsroutine zumindest einen Kalibrierungsparameter für eine Ansteuerung des Verstellantriebs (21) anpasst, indem die Steuereinrichtung (3) bei einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) eine erste Kenngröße für ein durch eine Last an der Fahrzeugbaugruppe (11) bewirktes Lastmoment der Fahrzeugbaugruppe (11) und eine zweite Kenngröße für ein durch den Verstellantrieb (21) aufgebrachtes Wirkmoment bestimmt und anhand der ersten Kenngröße und der zweiten Kenngröße den zumindest einen Kalibrierungsparameter anpasst.

Images