DE102019211714A1

DE102019211714A1 - Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe

Info

Publication number: DE102019211714A1
Application number: DE102019211714.7A
Authority: DE
Inventors: Alex Kromer
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2021-02-11

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) in einem Servobetrieb zum Bereitstellen einer unterstützenden Kraft bei einer manuellen Verstellung der Fahrzeugbaugruppe (11) durch einen Nutzer anzusteuern. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung (3) ein Servoregelungsmodul (31) zum Bestimmen eines Sollstromwerts in Abhängigkeit von einer an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden Last, ein Stromregelungsmodul (34) zum Regeln eines Stroms des Verstellantriebs (21) und eine Korrektureinrichtung (37) zum Korrigieren des Sollstromwerts anhand einer Drehzahl (n) des Verstellantriebs (21) aufweist, wobei das Stromregelungsmodul (34) ausgebildet ist, den Strom des Verstellantriebs (21) in dem Servobetrieb anhand des durch die Korrektureinrichtung (37) korrigierten Sollstromwerts zu regeln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Antriebsvorrichtung umfasst einen elektromotorischen Verstellantrieb zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Verstellantriebs. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, den Verstellantrieb in einem Servobetrieb zum Bereitstellen einer unterstützenden Kraft bei einer manuellen Verstellung der Fahrzeugbaugruppe durch einen Nutzer 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.
Das Bereitstellen eines Servobetriebs soll hierbei nach Möglichkeit kostengünstig umsetzbar sein, insbesondere ohne Verwendung einer zusätzlichen, aufwändigen Sensorik zur Messung der von einem Nutzer oder auch einem Antrieb tatsächlich aufgebrachten Kraft.
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 bereitzustellen, die auf einfache, kostengünstig umsetzbare Weise das Bereitstellen eines Servobetriebs zum elektromotorisch unterstützten Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist die Steuereinrichtung ein Servoregelungsmodul zum Bestimmen eines Sollstromwerts in Abhängigkeit von einer an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden Last, ein Stromregelungsmodul zum Regeln eines Stroms des Verstellantriebs und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Sollstromwerts anhand einer Drehzahl des Verstellantriebs auf, wobei das Stromregelungsmodul ausgebildet ist, den Strom des Verstellantriebs in dem Servobetrieb anhand des durch die Korrektureinrichtung korrigierten Sollstromwerts zu regeln.
Die Antriebsvorrichtung kann in einem Servobetrieb zum manuellen, aber elektromotorisch unterstützten Verstellen der Fahrzeugbaugruppe betrieben werden. In dem Servobetrieb wird der Verstellantrieb so gesteuert, dass durch den Verstellantrieb eine unterstützende Kraft für eine manuelle Verstellung der Fahrzeugbaugruppe bereitgestellt und dabei die von einem Nutzer aufzubringende Kraft nach Möglichkeit über den Verstellweg oder einen Teil des Verstellwegs der Fahrzeugbaugruppe gleich ist oder einer gewünschten Kurve folgt.
Im Servobetrieb erfolgt dabei eine Stromregelung, wobei dem Stromregelungsmodul ein von dem Servoregelungsmodul generierter Sollstromwert zugeführt und die Stromregelung anhand des von dem Stromregelungsmodul erhaltenen Sollstromwerts im Stromregelungsmodul erfolgt. Das Servoregelungsmodul ist hierbei dazu ausgestaltet, den Sollstromwert so einzustellen, dass die vom Verstellantrieb bereitgestellte Kraft den Nutzer in der Bewegung der Fahrzeugbaugruppe derart unterstützt, dass die vom Nutzer aufzubringende Kraft nach Möglichkeit zumindest näherungsweise gleich ist (oder einer gewünschten Kurve folgt) und sich für den Nutzer somit eine komfortable, haptisch angenehme Verstellung der Fahrzeugbaugruppe ergibt.
Erfolgt die Regelung des Verstellantriebs der Antriebsvorrichtung in dem Servobetrieb anhand einer Stromregelung, so ist die Drehzahl grundsätzlich ungeregelt und kann sich anhand eines durch das System bestimmten Arbeitspunkts einstellen. Bei einer Stromregelung kann hierbei die Drehzahl beispielsweise auch in oszillierender Weise veränderlich sein, sodass sich eine ungleichmäßige Bewegung der Fahrzeugbaugruppe ergibt.
Um diesem entgegenzuwirken, weist die Steuereinrichtung eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des durch das Servoregelungsmodul zugeführten Sollstromwerts auf. Die Korrektur erfolgt hierbei anhand der Drehzahl des Verstellantriebs derart, dass eine Drehzahländerung durch Anpassung des Sollstromwerts im Wesentlichen ausgeglichen werden kann.
Die Korrektur soll hierbei insbesondere höherfrequente Änderungen in der Drehzahl des Verstellantriebs ausgleichen und somit die Drehzahl des Verstellantriebs und damit die Verstellbewegung der Fahrzeugbaugruppe vergleichmäßigen. Die Korrektur kann entsprechend mit vergleichsweise hoher Taktfrequenz, beispielsweise mit einer Taktrate zwischen 1 µs und 500 µs, beispielsweise zwischen 10 µs und 100 µs, zum Beispiel 50 µs, erfolgen, sodass der durch das Servoregelungsmodul generierter Sollstromwert durch die Korrektureinrichtung mit vergleichsweise hoher Taktfrequenz angepasst wird.
Die Korrektureinrichtung bestimmt ein Korrektursignal anhand der sich einstellenden Drehzahl des Verstellantriebs. Die Drehzahl des Verstellantriebs kann beispielsweise sensorisch erfasst werden, beispielsweise unter Verwendung von Hall-Sensoren, die eine Drehung einer Motorwelle des Verstellantriebs sensorisch erfassen. Eine Information über die Drehzahl des Verstellantriebs kann aber auch indirekt erhalten werden, zum Beispiel anhand einer Verstellbewegung der Fahrzeugbaugruppe.
Die Korrektur kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass anhand der Drehzahl bestimmt wird, ob im Drehzahlverlauf höherfrequente, zeitlich veränderliche Anteile vorhanden sind, die auf eine ungleichmäßige, oszillierende Bewegung des Verstellantriebs hindeuten. Solche zeitlich veränderlichen Anteile können herausgefiltert werden, um anhand der zeitlich veränderlichen Anteile ein Korrektursignal zu bestimmen, das kompensierend dem Sollstromwert aufgeprägt wird. Auf diese Weise wird der Sollstromwert so vorgegeben, dass höherfrequente Anteile in der Drehzahl des Verstellantriebs gerade ausgeglichen und eine zeitlich veränderliche, insbesondere höherfrequente, oszillierende Bewegung damit kompensiert wird.
In einer Ausgestaltung weist die Korrektureinrichtung ein Filtermodul zum Filtern eines anhand der Drehzahl über der Zeit erhaltenen Drehzahlverlaufs auf. Das Filtermodul kann insbesondere dazu ausgestaltet sein, einen zeitlich veränderlichen Anteil, insbesondere einen höherfrequenten Anteil oberhalb einer Grenzfrequenz, des Drehzahlverlaufs zu bestimmen. Das Filtermodul kann beispielsweise als Hochpassfilter ausgebildet sein, der nur höherfrequente Anteile, also Anteile im Drehzahlverlauf oberhalb einer Grenzfrequenz, durchlässt, sodass aus dem Drehzahlverlauf Anteile mit höherer Frequenz extrahiert werden. Alternativ kann das Filtermodul auch einen Bandpass verwirklichen.
Ein so erhaltener zeitlich veränderlicher Anteil kann beispielsweise einem Skalierungsmodul der Korrektureinrichtung zugeführt werden, das dazu ausgebildet ist, den zeitlich veränderlichen Anteil mit einem Skalierungsfaktor zu multiplizieren, um die Amplitude des zeitlich veränderlichen Anteils anzupassen. Der Skalierungsfaktor kann konstant vorgegeben oder auch veränderlich sein, wobei der Skalierungsfaktor auch im Sinne einer Regelung angepasst werden kann, um die Wirkung der Korrektur anhand des sich ergebenden Drehzahlverlaufs zu vergrößern oder zu verkleinern.
Aus dem Skalierungsmodul kann ein Korrektursignal erhalten werden, das mit dem durch das Servoregelungsmodul vorgegebenen Sollstromwert verknüpft wird, um den korrigierten Sollstromwert zu erhalten und dem Stromregelungsmodul zuzuführen. Insbesondere kann die Korrektureinrichtung einen Kombinierer aufweisen, der ausgebildet ist, den Sollstromwert und ein anhand der Drehzahl des Verstellantriebs bestimmtes Korrektursignal zu verknüpfen, um den korrigierten Sollstromwert zu erhalten. Der Kombinierer kann beispielsweise als Subtrahierer ausgebildet sein, sodass in der Korrektureinrichtung das sich ergebende Korrektursignal von dem durch das Servoregelungsmodul vorgegebenen Sollstromwert subtrahiert und der Sollstromwert auf diese Weise korrigiert wird.
Durch Verknüpfung des durch das Servoregelungsmodul vorgegebenen Sollstromwerts mit dem zeitlich veränderlichen Korrektursignal, das mit vergleichsweise hoher Taktfrequenz immer wieder neu anhand der sich ergebenden Drehzahl bestimmt wird, ergibt sich ein zeitlich veränderlicher Verlauf des Sollstromwerts, der dem Stromregelungsmodul zugeführt wird und anhand dessen die Stromregelung erfolgt. Durch die Korrektur des Sollstromwerts wird die Drehzahl des Verstellantriebs vergleichmäßigt, indem insbesondere Anteile höherer Frequenz kompensiert und somit unterdrückt werden.
In einer Ausgestaltung weist die Steuereinrichtung ein Lastberechnungsmodul auf, das dem Servoregelungsmodul vorgeschaltet ist und dazu dient, eine an der Fahrzeugbaugruppe wirkende Last zu bestimmen. Bei der Last handelt sich um eine unabhängig von einer aufgebrachten Nutzerkraft an der Fahrzeugbaugruppe wirkende Kraft, die insbesondere einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe entgegenwirken (oder die Bewegung der Fahrzeugbaugruppe gegebenenfalls auch unterstützen) und beispielsweise von der Fahrzeuglage, einem Winkel einer Scharnierachse der als Fahrzeugtür ausgebildeten Fahrzeugbaugruppe und einer aktuellen Verstellposition der Fahrzeugbaugruppe abhängen kann.
Das Lastberechnungsmodul kann insbesondere dazu ausgestaltet sein, eine an der Fahrzeugtür wirkende statische und/oder dynamische Last zu bestimmen. Die Last kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem um eine Fahrzeuglängsachse gemessenen Neigungswinkel des Fahrzeugs, einem um die Fahrzeuglängsachse gemessenen Neigungswinkel einer Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe (die in diesem Fall beispielsweise als schwenkbar an einer Fahrzeugkarosserie angeordnete Fahrzeugseitentür ausgebildet ist), einem um eine Fahrzeugquerachse gemessenen Steigungswinkel des Fahrzeugs, einem um die Fahrzeugquerachse gemessenen Steigungswinkel der Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe und/oder einem Öffnungswinkel der Fahrzeugbaugruppe bestimmt werden.
In Abhängigkeit von der Neigung des Fahrzeugs und der Neigung der Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe (gemessen um die Fahrzeuglängsachse, auch bezeichnet als Rollwinkel) und/oder in Abhängigkeit von der Steigung des Fahrzeugs und der Steigung der Scharnierachse (gemessen um die Fahrzeugquerachse, auch bezeichnet als Nickwinkel oder Pitchwinkel) wirken Schwerkräfte auf die Fahrzeugbaugruppe, beispielsweise eine schwenkbar an der Fahrzeugkarosserie angeordnete Fahrzeugseitentür. Solche Schwerkräfte können beispielsweise in Richtung einer geschlossenen Stellung einer Fahrzeugtür wirken und wirken somit beispielsweise einem Öffnen der Fahrzeugtür entgegen. Ein Nutzer muss bei einem Öffnen der Fahrzeugtür somit entgegen einem aufgrund der Schwerkraft an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden Drehmoment arbeiten, wobei die durch den Verstellantrieb bereitgestellte, unterstützende Kraft so eingestellt werden soll, dass die vom Nutzer aufzubringende Kraft unabhängig von der Lage des Fahrzeugs und von der Position der Fahrzeugbaugruppe gleich bleibt oder einer gewünschten Kurve folgt. Die vom Verstellantrieb bereitzustellende, unterstützende Kraft verändert sich somit mit der Fahrzeuglage und der Position der Fahrzeugbaugruppe und wird entsprechend so vorgegeben, dass sich für einen Nutzer vorzugsweise eine zumindest näherungsweise gleichbleibende Verstellkraft im Servobetrieb ergibt.
Zusätzlich können Reibkräfte an der Fahrzeugbaugruppe wirken, die ebenfalls durch das Lastberechnungsmodul zum Berechnen der an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden Last mit einbezogen werden können.
Zusätzlich oder alternativ können auch andere Kräfte mit einbezogen werden, beispielsweise Windkräfte, die an der Fahrzeugbaugruppe wirken.
In einer Ausgestaltung ist das Servoregelungsmodul dazu ausgebildet, anhand der an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden Last, wie sie vom Lastberechnungsmodul berechnet und dem Servoregelungsmodul zugeführt wird, und zusätzlich anhand eines von einem Nutzer aufzubringenden Zielkraftwerts ein durch den Verstellantrieb bereitzustellendes Solldrehmoment zu bestimmen. Der Zielkraftwert entspricht der gewünschten Kraft, die ein Nutzer beim Verstellen der Fahrzeugbaugruppe aufzubringen hat. Durch das Servoregelungsmodul soll der Sollstromwert für die Stromregelung so vorgegeben werden, dass der Verstellantrieb ein Drehmoment bereitstellt, das den Nutzer beim Verstellen der Fahrzeugbaugruppe derart unterstützt, dass der Nutzer zumindest näherungsweise nur eine dem Zielkraftwert entsprechende Kraft aufzubringen hat.
Die Last, die durch das Lastberechnungsmodul berechnet wird, kann einen statischen Anteil und einen dynamischen Anteil aufweisen. So kann die Last bestimmt werden anhand eines um eine Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe wirkenden, statischen Scharniermoments und eines um die Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe wirkenden, dynamischen Scharniermoments. Das statische Scharniermoment kann sich ergeben aus Momentanteilen, die sich aus der Schwerkraftwirkung auf die Fahrzeugbaugruppe in Abhängigkeit vom Neigungswinkel und vom Steigungswinkel des Fahrzeugs und der Scharnierachse und zusätzlich aus einem an der Scharnierachse wirkenden Reibmoment ergeben. Das dynamische Scharniermoment kann demgegenüber zum Beispiel aus Trägheitskräften resultieren und bemisst sich somit anhand der Trägheit der Fahrzeugtür und einer Türbeschleunigung.
Sind das statische Scharniermoment und das dynamische Scharniermoment bekannt, kann das durch den Verstellantrieb bereitzustellende Solldrehmoment anhand einer Drehmomentbilanz berechnet werden zu $M_{S o l l_S c h a r n i e r} = M_{S c h a r n i e r_s t a t} + M_{S c h a r n i e r_d y n} - M_{u s e r,}$
wobei M_{Soll_Scharnier} das Solldrehmoment, M_{Scharnier_stat} das statische Scharniermoment, M_{Scharnier_dyn} das dynamische Scharniermoment und M_user das Nutzermoment angibt. Das statische Scharniermoment und das dynamische Scharniermoment gehen hierbei positiv in die Drehmomentbilanz ein. Das von einem Nutzer aufzubringende Nutzermoment geht demgegenüber je nach Bewegungsrichtung positiv oder negativ in die Bilanz ein. Das Solldrehmoment gibt das vom Verstellantrieb bereitzustellende Drehmoment an, das dem insgesamt zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe erforderlichen Drehmoment abzüglich des Nutzermoments entspricht.
Anhand des Solldrehmoments bestimmt das Servoregelungsmodul dann, in einer Ausgestaltung, den Sollstromwert und führt diesen Sollstromwert im Servobetrieb dem Stromregelungsmodul zu. Im Stromregelungsmodul erfolgt dann eine Stromregelung anhand des durch das Servoregelungsmodul bereitgestellten und durch die Korrektureinrichtung korrigierten Sollstromwerts.
In einer Ausgestaltung ist das Stromregelungsmodul dazu ausgebildet, den Strom des Verstellantriebs unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation einzustellen. Im Stromregelungsmodul erfolgt eine Stromregelung anhand des zugeführten, durch die Korrektureinrichtung korrigierten Sollstromwerts. Das Stromregelungsmodul gibt hierbei eine Stellgröße aus, anhand dessen die dem Verstellantrieb zugeführte Spannung mit einer Pulsweitenmodulation hoher Frequenz, zum Beispiel mit einer Frequenz zwischen 5 kHz und und 100 kHz oder gar darüber eingestellt wird.
Im Stromregelungsmodul erfolgt hierbei eine Regelung anhand des zugeführten, durch die Korrektureinrichtung korrigierten Sollstromwerts und des sich ergebenden, tatsächlich Motorstroms. Der Strom des Verstellantriebs wird durch Regelung somit so eingestellt, dass er dem vorgegebenen Sollstromwert entspricht.
Durch die elektromotorische Unterstützung des manuellen Verstellens der Fahrzeugbaugruppe im Servobetriebsmodus mittels Stromregelung kann die von einem Nutzer aufzubringende Kraft auf einen gewünschten Zielkraftwert eingestellt werden, wobei die Regelung derart erfolgen kann, dass die vom Nutzer aufzubringende Kraft über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe zumindest näherungsweise gleich bleibt oder einer gewünschten Kurve folgt. Ein manuelles Verstellen der Fahrzeugbaugruppe im Servobetriebsmodus durch einen Nutzer kann somit einfach, komfortabel und haptisch angenehm erfolgen.
Im Servobetriebsmodus folgt das Bereitstellen der unterstützenden Kraft hierbei der Bewegung eines Nutzers, wobei insbesondere ein ungewünschtes Nachlaufen, d. h. ein weiteres Verstellen nach Beendigung einer Nutzerbetätigung, vermieden werden kann. Der Nutzer ist in der Wahl der Verstellgeschwindigkeit frei. Über den Verstellantrieb wird lediglich eine unterstützende Kraft bereitgestellt, die abhängig von der Verstellbewegung der Fahrzeugbaugruppe durch einen Nutzer variabel eingestellt wird.
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;
3 eine funktionale Ansicht einer Steuereinrichtung einer Antriebsvorrichtung;
4 eine grafische Ansicht einer von einem Nutzer aufzubringenden Verstellkraft über einen Verstellweg einer Fahrzeugseitentür in einem Servobetriebsmodus;
5 eine funktionale Ansicht einer Korrektureinrichtung zum Korrigieren eines Sollstromwerts für eine Stromregelung;
6A eine Ansicht des Verlaufs des Sollstromwerts, ohne Korrektur;
6B eine Ansicht eines sich ergebenden Drehzahlverlaufs, ohne Korrektur;
6C eine Ansicht höherfrequenter Anteile des Drehzahlverlaufs, ohne Korrektur;
7A eine Ansicht des Verlaufs des Sollstromwerts, mit Korrektur;
7B eine Ansicht des sich ergebenden Drehzahlverlaufs, mit Korrektur; und
7C eine Ansicht höherfrequenter Anteile des Drehzahlverlaufs, mit Korrektur.

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 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 ist hierzu zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi schaltbar, wobei der Verstellantrieb 21 in Abhängigkeit vom jeweils eingestellten Betriebsmodus in unterschiedlicher Weise gesteuert wird.
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.
Die Fahrzeuglage geht, wie nachfolgend erläutert werden soll, ein in die Berechnung des durch den Verstellantrieb 21 im Servobetriebsmodus bereitzustellenden Drehmoments, das einem Nutzer bei einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 unterstützen soll.
Eine in 3 in einem Ausführungsbeispiel dargestellte Steuereinrichtung 3 zum Steuern des Verstellantriebs 21 der Antriebsvorrichtung 2 weist unterschiedliche Regelungsmodule auf, die abhängig vom Betriebsmodus dazu dienen, einen (dem Motorstrom entsprechenden) Strom des als Elektromotor ausgebildeten Verstellantriebs 21 so einzustellen, dass ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 abhängig vom Betriebsmodus in gewünschter Weise erfolgt, nämlich im Automatikbetrieb mit einer gewünschten Verstellgeschwindigkeit und im Servobetrieb in kraftunterstützter Weise.
Die Steuereinrichtung 3 verwirklicht ein Stromregelungsmodul 34, dem ein Sollstromwert I_cmd zugeführt wird, wobei abhängig vom Betriebsmodus das Stromregelungsmodul 34 den Sollstromwert I_cmd von einem Drehzahlregelungsmodul 32 oder einem Servoregelungsmodul 31 erhält.
Das Drehzahlregelungsmodul 32 dient hierbei dazu, im Automatikbetrieb den Sollstromwert I_cmd so vorzugeben, dass sich am Verstellantrieb 21 eine gewünschte Drehzahl und entsprechend an der Fahrzeugbaugruppe 11 eine gewünschte Verstellgeschwindigkeit v ergibt.
Das Servoregelungsmodul 31 dient demgegenüber dazu, den Sollstromwert I_cmd so vorzugeben, dass ein manuelles Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 im Servobetrieb mit einem Drehmoment unterstützt wird, dass so eingestellt wird, dass die von einem Nutzer zusätzlich aufzubringende Kraft über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11 zumindest näherungsweise gleich ist oder einer gewünschten Kurve folgt.
Das Drehzahlregelungsmodul 32 regelt im Automatikbetrieb die Drehzahl des Verstellantriebs 21. Dem Drehzahlregelungsmodul 32 wird hierbei eine Solldrehzahl n_cmd über einen Eingang 320 zugeführt, wobei die Solldrehzahl n_cmd beispielsweise in einem Speicher gespeichert und somit (als konstanter Wert oder als Drehzahlverlauf über den Verstellweg) fest vorgegeben ist, gegebenenfalls aber auch durch einen Nutzer angepasst werden kann. Abhängig von der Solldrehzahl n_cmd und der sich tatsächlich am Verstellantrieb 21 im Regelungsbetrieb ergebenden Drehzahl bestimmt das Drehzahlregelungsmodul 32 einen Sollstromwert I_cmd , den es dem Stromregelungsmodul 34 zuführt.
Im Automatikbetrieb ist das Drehzahlregelungsmodul 32 über eine Schalteinrichtung 33 mit dem Stromregelungsmodul 34 verbunden, indem die Schalteinrichtung 33 auf einen Schaltpunkt 330 geschaltet ist. Der vom Drehzahlregelungsmodul 32 ausgegebene Sollstromwert I_cmd wird dem Stromregelungsmodul 34 somit zugeführt, sodass das Stromregelungsmodul 34 eine Stromregelung anhand des vom Drehzahlregelungsmodul 32 erhaltenen Sollstromwerts I_cmd vornehmen kann.
Die Schalteinrichtung 33 kann physisch durch einen mechanischen Schalter verwirklicht sein. Vorteilhaft ist die Schalteinrichtung 33 aber softwaretechnisch durch die Software der Steuereinrichtung 3 umgesetzt. Ebenso sind die Module der Steuereinrichtung 3 vorzugsweise durch Softwaremodule umgesetzt.
Die Steuerung der Schalteinrichtung 33 erfolgt beispielsweise über ein Steuermodul 36 der Steuereinrichtung 3.
Im Stromregelungsmodul 34 erfolgt eine Stromregelung. Das Stromregelungsmodul 34 regelt hierbei den Strom des Verstellantriebs 21 derart, dass er auf den dem Stromregelungsmodul 34 zugeführten Sollstromwert 34 eingestellt wird. Das Stromregelungsmodul 34 stellt hierbei den Strom unter Verwendung eines Spannungsstellwerts U_cmd in Form eines Lastfaktors (zwischen 0% und 100%) ein, indem der Spannungsstellwert U_cmd einer Pulsweitenmodulation 35 zugeführt wird, die anhand der Batteriespannung U_Bat des Fahrzeugs und dem Spannungsstellwert U_cmd eine Ausgangsspannung erzeugt und dem Verstellantrieb 21 zuführt. Die Pulsweitenmodulation 35 arbeitet vorzugsweise mit vergleichsweise hoher Frequenz, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 5 kHz und 30 kHz, beispielsweise 20 kHz. Anhand des Sollstromwerts I_cmd und des tatsächlich sich ergebenden Stroms I des Stellantriebs 21 wird der Stellwert U_cmd so eingestellt, dass der Motorstrom I auf den Sollstromwert I_cmd geregelt wird.
Im Automatikbetrieb erfolgt somit eine Regelung nach Art einer Kaskadenregelung, bei der das Drehzahlregelungsmodul 32 einen Stellwert in Form eines Sollstromwerts I_cmd bestimmt und dem nachgeordneten Stromregelungsmodul 34 zur Stromregelung zuführt.
Durch Schalten der Schalteinrichtung 33 auf den Schaltpunkt 331 kann in den Servobetrieb umgeschaltet werden, in dem nunmehr dem Stromregelungsmodul 34 ein Sollstromwert I_cmd von dem Servoregelungsmodul 31, nicht aber von dem Drehzahlregelungsmodul 32 zugeführt wird. Anhand des von dem Servoregelungsmodul 31 erhaltenen Sollstromwerts erfolgt eine Stromregelung dann derart, dass das durch den Verstellantrieb 21 bereitgestellte Drehmoment einen Nutzer beim Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 unterstützt und der Nutzer eine über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11 vorzugsweise weitestgehend gleichförmige Nutzerkraft für das elektromotorisch unterstützte Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 aufzubringen hat.
Das Bestimmen des Sollstromwerts I_cmd durch das Servoregelungsmodul 31 erfolgt in Abhängigkeit von einer an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkenden Last, die durch ein Lastberechnungsmodul 30 in Abhängigkeit von der Fahrzeuglage und einer (durch den Öffnungswinkel ϕ angegebenen) Öffnungsposition der Fahrzeugbaugruppe 11 berechnet wird.
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 $M_{S c h a r n i e r, s t a t} = M_{N e i g u n g} * cos (α) + M_{S t e i g u n g} \pm M_{R, S c h a r n i e r},$
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: $• M_{S t e i g u n g} = x_{S P} * m * g * sin (α) * sin (φ)$
$• M_{N t e i g u n g} = x_{S P} * m * g * sin (β) * sin (φ)$
$• α = α_{1} + α_{2}$
$• β = β_{1} + β_{2}$
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 die folgt berechnet: $M_{S c h a r n i e r, d y n} = \ddot{φ} * I * c$
φ̈ 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.
I steht in obiger Gleichung für die Trägheit der Fahrzeugbaugruppe 11. Der Faktor c ermöglicht das Einstellen einer dynamischen Haptik und kann Werte zwischen 0% und 100% annehmen. Wenn c = 100 %, wird eine Dynamikänderung bei Beschleunigung der Fahrzeugbaugruppe 11 im Wesentlichen motorisch ausgeglichen. Wenn c = 0 %, muss ein Nutzer bei einer Beschleunigung eine Kraftänderung selbst aufbringen.
Zusätzlich zu solchen statischen und dynamischen Lastkräften ergibt sich ein Drehmoment an der Fahrzeugbaugruppe 11, das durch die Nutzerkraft bewirkt wird. Das Nutzerdrehmoment ergibt sich hierbei zu $M_{u s e r} = F_{u s e r} * I_{G r i f f}$
mit

• F_user: Wunschbedienkraft [N]
• I_Griff: Abstand Griffposition - Scharnierachse [m]
• M_user: User erzeugte Moment [Nm]

Der Abstand I_Griff zwischen der Griffposition eines Griffs 111 an der Fahrzeugbaugruppe 11 und der Scharnierachse 110 ist in 1 schematisch dargestellt.
Anhand des statischen Scharniermoments, des dynamischen Scharniermoments und des Nutzerdrehmoments kann eine Momentenbilanz aufgestellt werden, um ein durch den Verstellantrieb 21 bereitzustellendes Sollscharniermoment zu bestimmen. Die Momentenbilanz ergibt sich hierbei wie folgt: $M_{S o l l_S c h a r n i e r} = M_{S c h a r n i e r_s t a t} + M_{S c h a r n i e r_d y n} - M_{u s e r}$
M_{Soll_Scharnier} bezeichnet das durch die Antriebsvorrichtung 2 an der Scharnierachse 110 bereitzustellende Drehmoment. Hieraus berechnet das Servoregelungsmodul 31 das durch den Verstellantrieb 21 bereitzustellende Drehmoment unter Einbeziehung eines Übersetzungsverhältnisses der Antriebsvorrichtung 2 zu $M_{S o l l_A n t r i e b} = M_{S o l l_S c h a r n i e r} * {\ddot{u}}_{H e b e l}$
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.
Aus dem Solldrehmoment des Antriebs berechnet sich das Sollmoment des Motors unter Einbeziehung des Motorwirkungsgrads und eines Übersetzungsverhältnisses eines Motorgetriebes zu $M_{S o l l_m o t o r} = \frac{M_{S o l l_A n t r i e b}}{η_{m o t o r} * {\ddot{u}}_{G e t r i e b e}}$
mit

• η_motor: Übersetzungswirkungsgrad []
• ü_Getriebe: Getriebeübersetzung []

Der Motorstrom ist grundsätzlich proportional zum Motordrehmoment, sodass aus dem Sollmotordrehmoment M_{Soll_motor} der Sollstromwert wie folgt berechnet werden kann: $I_{S o l l_m o t o r} = \frac{M_{S o l l_m o t o r}}{K t} + I_{o}$
mit

• Kt: Motorkonstante [Nm/A]
• I_o: Motorleerlaufstrom [A]

Dieser Wert wird als Sollstromwert I_cmd von dem Servoregelungsmodul 31 dem Stromregelungsmodul 34 im Servobetriebsmodus zugeführt.
Im Servobetriebsmodus wird der Sollstromwert I_cmd somit unter Einbeziehung von auf die Fahrzeugbaugruppe 11 wirkenden Lastkräften bestimmt derart, dass eine vom Nutzer aufzubringende Kraft über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11 gleich ist oder einer gewünschten Kurve folgt. Entsprechend ergibt sich zum Beispiel, wie in 4 dargestellt, über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11 (in 4 aufgezeichnet über den Verstellwinkel ϕ) eine zumindest näherungsweise gleichförmige Nutzerkraft F, die beispielsweise auf 10 N eingestellt sein kann. Ein Nutzer, der am Türgriff 111 angreift, muss somit über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11 ein geregelte, gleichförmige Nutzerkraft von zum Beispiel 10 N aufbringen, um ein leichtgängiges, elektromotorisch unterstütztes Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 zu bewirken.
Bei einer Stromregelung, insbesondere im Servobetrieb, stellt sich die Drehzahl des Verstellantriebs 21 anhand eines Arbeitspunkts des Gesamtsystems grundsätzlich selbst ein, sodass die Drehzahl ungeregelt ist und zeitlich variieren kann. Dies hat zur Folge, dass die Drehzahl auch höherfrequente Anteile aufweisen und beispielsweise sich oszillierend ändern kann, was zu einer unschönen Geräuschentwicklung und zudem zu einer durch einen Nutzer als unangenehm empfundenen Verstellbewegung der Fahrzeugbaugruppe 11 führen kann.
Bei einem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist daher in der Steuereinrichtung 3 zusätzlich eine Korrektureinrichtung 37 vorgesehen, die dazu dient, einen von dem Servolenkungsmodul 31 zugeführten Sollstromwert I_cmd' zu korrigieren, um höherfrequente Anteile in einer sich aus der Stromregelung durch das Stromregelungsmodul 34 ergebenden Drehzahl zu kompensieren.
Die Korrektureinrichtung 37 ist Bestandteil der Steuereinrichtung 3 und kann beispielsweise durch Softwaremodule umgesetzt sein.
Die Korrektureinrichtung 37 weist ein Filtermodul 370 auf, dem die beispielsweise an einer Motorwelle des Verstellantriebs 21 unter Verwendung von Hall-Sensoren gemessene Drehzahl zugeführt wird. Das Filtermodul 370 dient dazu, einen höherfrequenten Anteil aus dem Verlauf der Drehzahl zu extrahieren, um einen zeitlich veränderlichen Anteil des Drehzahlverlaufs zu erhalten.
Das Filtermodul 370 kann insbesondere einen Hochpassfilter aufweisen, der höherfrequente Anteile im Drehzahlverlauf oberhalb einer Grenzfrequenz durchlässt, sodass solche höherfrequenten Anteile aus dem Drehzahlverlauf extrahiert werden.
Ein so erhaltener höherfrequenter Anteil wird einem Skalierungsmodul 371 zugeführt, das dazu ausgestaltet ist, den höherfrequenten Anteil mit einem Skalierungsfaktor zu multiplizieren. Ein so erhaltenes Korrektursignal K(t), das mit der Zeit t veränderlich ist, wird einem Kombinierer 372 in Form eines Subtrahierers zugeführt und mittels des Kombinierers 372 mit dem durch das Servolenkungsmodul 31 zugeführten Sollstromwert I_cmd' kombiniert.
Das Stromregelungsmodul 34 erhält somit einen korrigierten Sollstromwert, anhand dessen dann die Stromregelung erfolgt.
Das Prinzip der Korrektur liegt darin, einen störenden, oszillierenden Anteil aus dem Verlauf der Drehzahl n zu extrahieren und einen solchen (gegebenenfalls oszillierenden) Anteil dem zugeführten Sollstromwert I_cmd' mit umgekehrtem Vorzeichen aufzuprägen, sodass der Sollstromwert I_cmd' so kompensiert wird, dass eine oszillierende Drehzahländerung gerade ausgeglichen wird.
6A bis 6C zeigen eine Stromregelung und einen sich ergebenden Drehzahlverlauf im nicht korrigierten Fall. Der Sollstromwert (6A) wird vom Servolenkungsmodul 31 generiert und - in diesem Fall in nicht korrigierter Weise - dem Stromregelungsmodul 34 zugeführt. Es ergibt sich eine Drehzahl (6B), die beispielsweise eine oszillierende Oberschwingung aufweisen kann. 6C zeigt den oszillierenden, zeitveränderlichen Anteil n_AC dieses Drehzahlverlaufs.
Mit der Korrektur wird, wie in der Abfolge von 7A bis 7C dargestellt, der durch das Servolenkungsmodul 31 generierte Sollstromwert I_cmd' angepasst, sodass der Sollstromwert I_cmd' zeitlich veränderlich ist (7A). Hierzu wird der Drehzahlverlauf n (7B) kontinuierlich oder mit hoher Taktfrequenz gemessen und aus dem Drehzahlverlauf ein höherfrequenter Anteil extrahiert (7C). Aus dem höherfrequenten Anteil wird ein Korrektursignal K(t) bestimmt und dem Sollstromwert mit umgekehrtem Vorzeichen aufgeprägt, sodass sich der kompensierte Sollstromwertverlauf gemäß 7A ergibt, eine Oszillation in der Drehzahl N ausgeglichen und der Drehzahlverlauf damit vergleichmäßigt wird.
Die Korrektur erfolgt vorteilhafterweise mit hoher Taktfrequenz, beispielsweise mit einer Taktrate zwischen 1 µs und 500 µs, beispielsweise zwischen 10 µs und 100 µs, zum Beispiel 50 µs. Anhand der sich ergebenden Drehzahl wird der zugeführte Sollstromwert somit mit vergleichsweise hoher Taktrate korrigiert, sodass eine ungewünschte, oszillierende Drehzahländerung ausgeglichen wird.
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.
Mittels einer Antriebsvorrichtung kann in einem Automatikbetrieb eine drehzahlgeregelte Verstellung einer Fahrzeugbaugruppe erfolgen. In einem Servobetrieb erfolgt demgegenüber eine Kraftunterstützung derart, dass ein Nutzer ein Verstellen mit einer gleichbleibenden oder einer gewünschten Kurve folgenden Nutzerkraft über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe bewirken kann und somit das Verstellen für einen Nutzer komfortabel und angenehm ist.
In einer Antriebsvorrichtung der beschriebenen Art kann sowohl eine Automatikbetrieb als auch im Servobetrieb verwirklicht sein. Denkbar ist aber auch, dass die Antriebsvorrichtung keinen Automatikbetrieb, aber einen Servobetrieb aufweist, in dem ein Sollstromwert bestimmt und korrigiert wird, um eine Stromregelung anhand des so korrigierten Sollstromwerts vorzunehmen.
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: Servoregelungsmodul
310: Ereigniserkennung
32: Drehzahlregelungsmodul
320: Drehzahleingabe
33: Schalteinrichtung
330, 331: Schaltpunkt
34: Stromregelungsmodul
35: PWM-Einheit
36: Steuermodul
37: Korrektureinrichtung
370: Filtermodul
371: Skalierungsmodul
372: Kombinierer (Subtrahierer)
α1: Steigungswinkel der Scharnierachse
α2: Fahrzeugsteigungswinkel
β1: Neigungswinkel der Scharnierachse
β2: Fahrzeugneigungswinkel
ϕ: Türöffnungswinkel
I_cmd, I_cmd': Sollstromwert
K(t): Korrektursignal
n: Drehzahl
O: Öffnungsrichtung
SP: Türschwerpunkt
U_Bat: Batteriespannung
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, 0038, 0039]

Claims

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) in einem Servobetrieb zum Bereitstellen einer unterstützenden Kraft bei einer manuellen Verstellung der Fahrzeugbaugruppe (11) durch einen Nutzer anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ein Servoregelungsmodul (31) zum Bestimmen eines Sollstromwerts in Abhängigkeit von einer an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden Last, ein Stromregelungsmodul (34) zum Regeln eines Stroms des Verstellantriebs (21) und eine Korrektureinrichtung (37) zum Korrigieren des Sollstromwerts anhand einer Drehzahl (n) des Verstellantriebs (21) aufweist, wobei das Stromregelungsmodul (34) ausgebildet ist, den Strom des Verstellantriebs (21) in dem Servobetrieb anhand des durch die Korrektureinrichtung (37) korrigierten Sollstromwerts zu regeln.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (37) ein Filtermodul (370) zum Filtern eines anhand der Drehzahl (n) über der Zeit erhaltenen Drehzahlverlaufs aufweist.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermodul (370) zum Bestimmen eines zeitlich veränderlichen Anteils (n_AC) des Drehzahlverlaufs ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermodul (370) als Hochpassfilter oder Bandpass ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (37) ein Skalierungsmodul (371) zum Skalieren des zeitlich veränderlichen Anteils (n_AC) aufweist.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (37) einen Kombinierer (372) aufweist, der ausgebildet ist, den Sollstromwert und ein anhand der Drehzahl (n) des Verstellantriebs (21) bestimmtes Korrektursignal (K(t)) zu verknüpfen, um den korrigierten Sollstromwert zu erhalten.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ein Lastberechnungsmodul (30) aufweist, das ausgebildet ist, eine an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkende Last in Abhängigkeit von einem um eine Fahrzeuglängsachse (X) gemessenen Neigungswinkel (β2) des Fahrzeugs (1), einem um die Fahrzeuglängsachse (X) gemessenen Neigungswinkel (β1) einer Scharnierachse (110) der Fahrzeugbaugruppe (11), einem um eine Fahrzeugquerachse (Y) gemessenen Steigungswinkel (α2) des Fahrzeugs (1), einem um die Fahrzeugquerachse (Y) gemessenen Steigungswinkel (α1) der Scharnierachse (110) der Fahrzeugbaugruppe (11) und/oder einem Öffnungswinkel (ϕ) der Fahrzeugbaugruppe (11) zu bestimmen.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Servoregelungsmodul (31) ausgebildet ist, anhand der an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden Last und eines von einem Nutzer aufzubringenden Zielkraftwerts ein durch den Verstellantrieb (21) bereitzustellendes Solldrehmoment zu bestimmen.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden Last bestimmt wird anhand eines um eine Scharnierachse (110) der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden, statischen Scharniermoments und eines um die Scharnierachse (110) der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden, dynamischen Scharniermoments.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehmoment durch eine Drehmomentbilanz des statischen Scharniermoments, des dynamischen Scharniermoments und eines sich aus dem Zielkraftwert ergebenden Nutzermoments bestimmt wird zu $M_{S o l l_S c h a r n i e r} = M_{S c h a r n i e r_s t a t} + M_{S c h a r n i e r_d y n} - M_{u s e r,}$
wobei M_{Soll_Scharnier} das Solldrehmoment, M_{Scharnier_stat} das statische Scharniermoment, M_{Scharnier_dyn} das dynamische Scharniermoment und M_user das Nutzermoment angibt.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Servoregelungsmodul (31) ausgebildet ist, anhand des durch den Verstellantrieb (21) bereitzustellenden Solldrehmoments den Sollstromwert zu bestimmen.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelungsmodul (34) ausgebildet ist, den Strom des Verstellantriebs (21) unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation einzustellen.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelungsmodul (34) ausgebildet ist, den Strom des Verstellantriebs (21) anhand des korrigierten Sollstromwerts und des sich ergebenden, tatsächlichen Motorstroms zu regeln.