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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schließen oder Öffnen einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten Öffnung mittels einer motorisch verstellbaren Abdeckung, insbesondere einer Fensterscheibe oder einem Schiebedachdeckel, sowie eine elektrische Antriebseinheit zum Ausführen dieses Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Mit der
JP61169319 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Schiebedachs bekannt geworden, bei dem mittels eines Mikrofons die Windgeräusche an einem Schiebedach gemessen werden. Das Mikrofon ist im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet, und liefert ein Signal an einen Motor, der einen Windabweiser verstellt, um die Windgeräusche zu reduzieren.
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In der
EP 0 834 219 B1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung eines Schiebedachantriebs beschrieben, bei der ein Luftdrucksensor einer Steuereinheit ein Luftdrucksignal zuführt, um den Grenzwert für eine Schließkraftbegrenzung des Schiebedachs zu korrigieren.
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Bei diesen Verfahren ist die Sensorik relativ umständlich bzw. nicht geeignet, um unmittelbar ein Wummer-Zustand an einer Öffnung zu unterbinden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schließen oder Öffnen einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten Öffnung mittels einer motorisch verstellbaren Abdeckung, sowie eine elektrische Antriebseinheit (10) zum Ausführen dieses Verfahrens mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Verwendung eines MEMS-Sensors, dass Wummer-Geräusch sehr zuverlässig, und insbesondere ohne großen Zusatzaufwand detektiert werden kann. Der MEMS-Sensor kann zusammen mit anderen elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatine angeordnet und verschaltet werden. Dadurch kann vorteilhaft der MEMS-Sensor und eine entsprechende Auswerteeinheit auf der gleichen Leiterplatte angeordnet werden, so dass ein zusätzlicher Verkabelungsaufwand entfällt. Dabei liefert der MEMS-Sensor Roh-Daten oder ein bereits bearbeitetes Signal, dass dazu verwendet wird, zu erkennen, ob ein Wummer-Zustand vorliegt. Wird ein Wummer-Zustand erkannt, kann entsprechend eine Verstelleinheit angesteuert werden, die ein bewegliches Teil im Kraftfahrzeug derart verstellt, dass das unangenehme Wummer-Geräusch, dass durch eine stehende Welle im Fahrzeug erzeugt wird, verschwindet.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung möglich. So detektiert der MEMS-Sensor in einer bevorzugten Ausführung den Körperschall der Leiterplatine, auf der der MEMS-Sensor befestigt ist. Dieser Körperschall wird durch die Luftschwingung des Wummer-Geräuschs angeregt, die sich von der Fahrzeugöffnung im Innenraum des Fahrzeugs ausbreitet. Der MEMS-Sensor kann das Körperschall-Signal sehr empfindlich aufnehmen, da der MEMS-Sensor mechanisch fest an die Leiterplatine gekoppelt ist. Das von dem MEMS-Sensor gemessene Körperschall-Signal enthält eine große Informationstiefe, so dass das Körperschall-Signal sehr exakt und zuverlässig ausgewertet werden kann, um das Vorliegen eines Wummer-Zustandes eindeutig zu erkennen. In einer Variante kann der MEMS-Sensor auf einer flexibel ausgebildeten Leiterplatte (Flex-PCB) angeordnet sein, wodurch die Position des MEMS-Sensor, beispielsweise innerhalb einer elektrischen Antriebseinheit variabler gestaltet werden kann.
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In einer weiteren Ausführung misst der MEMS-Sensor direkt den Luftdruck, den der MEMS-Sensor sieht. Die Luftschwingungen des Wummer-Geräusches breiten sich über den gesamten Innenraum des Fahrzeugs, und somit auch innerhalb einer Steuereinheit, oder einer elektrischen Antriebseinheit aus. So ist der Luftdruck, bzw. die Schwankungen des Luftdrucks im Bereich der Leiterplatine, in der der MEMS-Sensor befestigt ist, ebenfalls ein Maß dafür, ob ein Wummer-Zustand vorliegt. Ein solcher MEMS-Luftdruck-Sensor kann ebenfalls sehr klein bauend auf der Leiterplatine angeordnet werden.
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Die vom MEMS-Sensor erfassten Rohdaten werden entweder direkt innerhalb des MEMS-Sensor verarbeitet, oder einer separat ausgeführten Auswerteeinheit zur Weiterverarbeitung zugeführt. Besonders günstig ist es, wenn für die Auswertung des Wummer-Signals ein Mikroprozessor verwendet werden kann, der sowieso bereits auf der Leiterplatine der Steuereinheit für andere Funktionen angeordnet ist. Über die Leiterplatine ist der MEMS-Sensor mittels der Leiterbahnen direkt mit dem Mikroprozessor verbunden, so dass die Anti-Wummer-Funktion außer dem Bestücken der Leiterplatine mit einem zusätzlichen MEMS-Sensor keinen Zusatzaufwand in der Hardware verursacht.
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Um den Wummer-Zustand zu beenden, wird in einfacher Weise die Abdeckung der Öffnung so lange verfahren, bis sich keine störende, stehende Welle mehr ausbildet. Dies wird bevorzugt über einen Regelkreislauf realisiert, bei dem das Wummer-Signal kontinuierlich dahingehend ausgewertet wird, ob noch ein Wummer-Zustand vorliegt. Sobald der Wummer-Zustand verschwunden ist, kann die Abdeckung in der neuen Position verharren und die Verstelleinheit abgeschaltet werden. Besonders günstig ist es bei solch einer Vorrichtung, dass der MEMS-Sensor auf einer Leiterplatine der Steuerelektronik dieser Verstelleinheit angeordnet ist. Dabei kann die Auswerteeinheit des Wummer-Signals direkt die Leistungselektronik des Elektromotors ansteuern, der die verstellbare Abdeckung innerhalb der Öffnung verstellt, insbesondere verschiebt.
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In einer alternativen Ausführung wird zum Abstellen des Wummer-Zustands ein motorisch betätigbarer Windabweiser verstellt, der bevorzugt an einer Schiebedach-Öffnung angeordnet ist. Dadurch kann vorteilhaft bei gleichbleibender Grö-ße der Schiebedach-Öffnung durch das Verkippen oder das Verfahren des beweglichen Windabweisers die Luftströmung derart geändert werden, dass an der Öffnung kein Wummer-Zustand mehr auftritt. Ein solch motorisch betätigbarer Windabweiser kann beispielsweise auch an seitlichen Fensteröffnungen angeordnet werden.
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In einer weiteren Ausführung wird auf Grundlage des detektierten Wummer-Signals des MEMS-Sensors ein Deckel einer weiteren Öffnung im Kraftfahrzeug betätigt. Dies kann beispielsweise ein anderes Seitenfenster, oder das Schiebedach oder eine Lüftungsklappe sein, die durch einen weiteren Stellantrieb betätigt werden können. Erkennt der MEMS-Sensor einen Wummer-Zustand, wird durch das Öffnen einer weiteren Öffnung im Fahrzeug ein Druckausgleich geschaffen, so dass die stehende Welle des Wummer-Zustands verschwindet. Dabei sind die Steuergeräte der verschiedene Stellantriebe elektrisch miteinander verbunden, so dass die Auswerteeinheit des MEMS-Sensors direkt ein Steuersignal an den weiteren Stellantrieb senden kann.
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In der Auswerteeinheit wird das detektierte Wummer-Signal des MEMS-Sensors - insbesondere das Körperschall-Signal - mit einem abgespeicherten Grenzwert verglichen, der den Wummer-Zustand repräsentiert. Sobald der Grenzwert erreicht wird, wird ein Wummer-Zustand erkannt und entsprechend die Verstelleinheit für das Verstellen des beweglichen Teils aktiviert. Das bewegliche Teil wird dabei so lange verstellt, bis der Wummer-Zustand aufhört.
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In einer bevorzugten Ausführung wird das MEMS-Signal auch einer Einklemmschutzfunktion der Antriebseinheit zugeführt, die die Abdeckung in der betreffenden Öffnung verstellt. Da beim Auftreten des Wummer-Zustandes höhere Kräfte auf das zu verstellende Teil wirken, wird das MEMS-Signal dazu verwendet, die Empfindlichkeit der Einklemmschutz-Funktion im Wummer-Zustand herabzusetzen, um eine mögliche Fehlauslösung zu verhindern. Somit wird beispielsweise ein Reversieren des Stellantriebs verhindert, wodurch die Öffnung zuverlässig geschlossen werden kann, wenn kein tatsächlicher Einklemmfall vorliegt.
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Des Weiteren kann der MEMS-Sensor, der den Körperschall misst, auch weitere Informationen der Antriebseinheit auswerten. Beispielweise kann aus dem Körperschall-Signal die Motordrehzahl der Antriebseinheit erfasst werden und für deren Positionserfassung verwendet werden. Außerdem kann der MEMS-Sensor auch sehr zuverlässig eine Beschleunigung des Fahrzeugs in Vertikalrichtung detektierten, wodurch beispielsweise bei einer Schlechtwegstrecke die Einklemmschutz-Funktion korrigiert oder optimiert werden kann. Durch die Auswertung des Körperschall-Signals eines solchen MEMS-Sensors kann dadurch auf eine zusätzliche Drehzahl-Sensorik des Elektromotors verzichtet werden.
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Um zuverlässiger zu erkennen, ob ein Wummer-Zustand vorliegt, kann die Auswerteeinheit ein Geschwindigkeits-Signal des Fahrzeugs verarbeiten, das einen weiteren Einfluss auf den Wummer-Zustand charakterisiert. Des Weiteren können fahrzeugspezifische Daten hinterlegt werden, die beispielsweise die Art oder Form der Öffnung charakterisieren. Auf diese Weise kann ein möglicher Wummer-Zustand zuverlässiger detektiert werden.
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Misst der MEMS-Sensor ein Körperschall-Signal, kann aus diesem in vorteilhafterweise sehr viel Information gewonnen werden, die für die Erkennung eines Wummer-Zustandes nutzbar ist. So kann beispielsweise eine Spektralanalyse des Körperschallsignals vorgenommen werden und mit abgespeicherten Spektralanalysen verglichen werden, die für einen Wummer-Zustand der betreffenden Öffnung charakteristisch sind. Bei dem Vergleich der Spektralanalysen kann hierbei beispielsweise für besonders störende Frequenzen ein engeres Toleranzband zugrunde gelegt werden, als bei anderen Frequenzen, die der Fahrer weniger störend empfindet. Somit bietet die Auswertung der Spektralanalysen des MEMS-Signals viele Möglichkeiten für die Optimierung der Wummer-Zustands-Erkennung.
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Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren für die elektromotorische Betätigung von Fensterscheiben und Schiebedächern im Kraftfahrzeug angewendet werden. Dabei kann der MEMS-Sensor besonders kostengünstig direkt auf der Steuerelektronik der elektrischen Antriebseinheit für das zu verstellende Teil angeordnet werden. Dadurch ist die Wumm-Zustands-Erkennung vollständig innerhalb der elektrischen Antriebseinheit integriert und benötigt daher auch bei der Montage keinerlei Zusatzaufwand. Dabei ist der MEMS-Sensor auf der Leiterplatine der Steuereinheit angeordnet, wodurch zusätzliche Steuerleitungen zwischen dem MEMS-Sensor und einer Auswerteeinheit und/oder der Leistungselektronik für den Elektromotor entfallen.
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Optional kann die Auswerteeinheit dabei auch in den MEMS-Sensor integriert sein, oder der MEMS-Sensor kann integraler Bestandteil eines ASICS und/oder Mikroprozessors sein.
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Bei Stellantrieben mit integrierter Elektronik und/oder mit einer Einschubelektronik ist die Realisierung der Wummer-Zustands-Erkennung ohne zusätzliche Sensorleitungen möglich. Es ist auch denkbar, die Auswerteeinheit in einem zentralen Steuergerät - insbesondere für mehrere Elektromotoren gleichzeitig - anzuordnen, um verschiedenen MEMS-Signale von verschiedenen Öffnungen auswerten zu können. Die Verwendung von MEMS-Sensoren (Mikro-Elektro-Mechanical-System) ist besonders kostengünstig und kleinbauend. Ein solcher MEMS-Sensor kann Körperschall-Schwingungen in allen Raumrichtungen aufnehmen, wobei die Körperschall-Anregung keine Vorzugsrichtung aufweist. Der MEMS-Sensor kann in einen ASIC-Baustein integriert sein oder als separates Sensorelement direkt auf der Leiterplatte - beispielsweise mittels SMD-Technologie - angeordnet sein. Da hierbei mechanische Schwingungen gemessen werden, ist dieses Messprinzip unanfällig gegenüber elektromagnetischer Störstrahlung. Somit ist ein solches Körperschall-Signal des MEMS-Sensors sehr robust gegenüber Fertigungstoleranzen und gegenüber dem Verschleiß von Bauteilen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert, ohne aber hierauf beschränkt zu sein.
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Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahren zum Schließen oder Öffnen einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten Öffnung, und
- 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Fensterheberantrieb als elektrische Antriebseinheit.
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In 1 ist schematisch ein Verfahren zum Schließen oder Öffnen einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten Öffnung 20 dargestellt. Ein MEMS-Sensor 18 erfasst ein störendes Wummer-Geräusch, das bei der Fahrt im Innenraum durch die Öffnung 20 eines Kraftfahrzeugs auftreten kann. Der MEMS-Sensor 18 gibt ein sogenanntes Wummer-Signal 40 an eine Auswerteeinheit 17 weiter, die entscheiden kann, ob eine störender Wummer-Zustand vorliegt. Hierzu wird beispielsweise das Wummer-Signal 40 mit einem in einem Speicher 36 abgespeicherten Grenzwert verglichen, der zuvor bevorzugt empirisch ermittelt wurde. Zusätzlich kann ein Geschwindigkeit-Signal 42 des Kraftfahrzeugs mittels eines Geschwindigkeit-Sensors 43 der Auswerteeinheit 17 zugeführt werden, da das Wummer-Geräusch im Regelfall auch von der Fahrzeug-Geschwindigkeit abhängt. Erkennt die Auswerteeinheit 17 das Vorliegen eines Wummer-Zustandes, veranlasst diese, dass eine Verstelleinrichtung 11 angesteuert wird, die ein bewegliches Teil im Kraftfahrzeug verstellt, um den Wummer-Zustand zu beenden. Dazu kann beispielsweise eine Steuerelektronik 12 eine elektrische Antriebseinheit 30 ansteuern, die die Stellung einer Abdeckung 24 der Öffnung 20 verändert, um Einfluss auf das Wummer-Geräusch zu nehmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit 17 veranlassen, dass eine weitere Verstelleinheit 50 betätigt wird, die beispielsweise eine weitere Öffnung im Kraftfahrzeug, betätigt, bevorzugt öffnet. Dies kann bevorzugt ein anderes Fenster, ein Schiebedach oder eine Lüftungsklappe sein. Des Weiteren kann die Auswerteeinheit 17 auch die motorische Verstellung eines Windabweisers 51 veranlassen, der die Luftströmung an der Öffnung 20 derart ändert, dass der Wummer-Zustand verschwindet. In einer weiteren Variante wird das Wummer-Signal 40 oder ein davon abgeleitetes Signal 44 an eine Einklemmschutz-Funktion 34 für die Öffnung 20 weitergeleitet, um die Zuverlässigkeit der Einklemmschutz-funktion zu verbessern, aufgrund des erkannten Wummer-Zustandes kann beispielsweise die Empfindlichkeit der Einklemmschutz-Funktion reduziert werden, um eine Fehlauslösung - und damit ein Öffnen der Öffnung - zu verhindern.
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Bevorzugt ist der MEMS-Sensor 18 auf einer elektronischen Leiterplatine 14 angeordnet, und detektiert eine Körperschall-Schwingung, die von einer Luftschwingung an der Öffnung 20 in der Leiterplatine 14 angeregt wird. Das detektierte Körperschall-Signal 46 wird dann in der Auswerteeinheit 17 bearbeitet und eine Spektralanalyse 47 des Körperschall-Signals 30 erzeugt. Die ermittelte Spektralanalyse 47 wird mit einer vorgegebenen Grenzwert-Spektralanalyse verglichen, die das Auftreten eines Wummer-Zustandes repräsentiert. Der Grenzwert kann dazu in einem Speicher 36 hinterlegt werden. Somit kann das Vorliegen eines Wummer-Zustandes erkannt werden, und beispielsweise auch auf einer Anzeigeeinheit im Kraftfahrzeug angezeigt werden. Das Vorliegen eines Wummer-Zustandes wir einer Steuerelektronik 12 mitgeteilt, die dann die Verstelleinheit 11 ansteuert, um das Wummer-Geräusch zu unterdrücken.
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2 zeigt eine Ausführung einer Vorrichtung 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Öffnung 20 ist hier als Fenster mit einem Rahmen 15 ausgebildet, das mittels der als Fensterscheibe 23 ausgebildeten Abdeckung 24 geschlossen und geöffnet werden kann. Bevorzugt wird die Abdeckung 24 entlang der Vertikalrichtung 21 verschoben. Die Abdeckung 24 wird von einer Verstelleinrichtung 11 betätigt, die als elektrische Antriebseinheit 30 - insbesondere einem Fensterheberantrieb - ausgebildet ist. Die Antriebseinheit 30 weist einen Elektromotor 15 auf, der ein Antriebsmoment über eine Mechanik 13 auf die Abdeckung 24 überträgt. Die Mechanik 13 kann beispielsweise als Seiltrommel oder Scherengestänge ausgebildet sind, die über ein Abtriebsritzel der Antriebseinheit 30 angetrieben werden. Das Abtriebsritzel kann über ein Schnecken- oder Exzenter-Getriebe mit einer Rotorwelle des Elektromotors verbunden sein.
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Die Antriebseinheit 30 weist hier eine Steuerelektronik 12 auf, die den Elektromotor 15 ansteuert. Ein Bedienelement 16 kann von einem Insassen betätigt werden, um eine Verstellung der Abdeckung 24 zu initiieren. In der Steuerelektronik 12 ist nun der MEMS-Sensor 18 angeordnet, der ein Körperschall-Schwingung der Antriebseinheit 30 erfasst, die durch Luftschwingungen im Innenraum des Fahrzeugs angeregt werden. Beim Fahren bilden sich bei bestimmten Geschwindigkeiten und Öffnungszuständen der Abdeckung 24 stehende Wellen aus, die ein unangenehmes Wummer-Geräusch erzeugen. Der MEMS-Sensor 18 detektiert die Körperschall-Schwingungen und generiert ein Wummer-Signal 40, das er an die Auswerteeinheit 17 weiterleitet. Bei dieser Ausführung ist bevorzugt der MEMS-Sensor und die Auswerteeinheit 17 auf einer elektronischen Leiterplatine 14 der Steuerelektronik 12 angeordnet. Dabei kann der MEMS-Sensor 18 und/oder die Auswerteeinheit 17 Teil eines ASICS oder eines Mikroprozessors 19 sein, die auf der Leiterplatine 14 angeordnet sind. Alternativ ist der MEMS-Sensor 18 direkt über Leiterbahnen mit der Auswerteeinheit 17 und/oder dem Mikroprozessor 19 verbunden. In einer weiteren Ausführung kann die Auswerteeinheit 17 auch in einem separaten Steuergerät 12 angeordnet sein, das beispielsweise mehrere elektrische Verstelleinheiten 11 ansteuert oder in einem Bordcomputer angeordnet sein. Wenn die Auswerteeinheit 17 einen Wummer-Zustand erkennt, bekommt das Steuergerät 12 den Befehl, die Verstelleinheit 11 zu betätigen, um den Wummer-Zustand zu beenden. Bei dieser Ausführung wird als Verstelleinheit 11 die elektrische Antriebseinheit 30 - insbesondere des Fensterhebers - bestromt, um die Abdeckung 24 zu verstellen, und dadurch die Luftschwingung an der Öffnung 20 zu verändern. Alternativ kann als Verstelleinheit 11 jedoch auch eine andere Abdeckung einer weiteren Öffnung oder eine Luftklappe 50 betätigt werden, um einen Druckausgleich herzustellen, der den Wummer-Zustand beendet. Insbesondere wenn die Abdeckung als Schiebedach ausgebildet ist, kann die Steuereinheit 12 auch einen motorisch beweglichen Windabweiser 51 ansteuern, die die Luftströmung in Abhängigkeit des Öffnungszustandes des Schiebedachs beeinflusst, dass das Wummer-Geräusch verschwindet.
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Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise der Elektromotor 12 als DC oder als DC-Motor ausgebildet sein und mit unterschiedlichen Getriebebauformen kombiniert werden. Ebenso kann die Steuereinheit 12 integraler Bestandteil der Verstelleinheit 11 sein, oder als zentrales Steuergerät 12 für mehrere elektrische Antriebseinheiten 30 ausgebildet sein. Der MEMS-Sensor 18 ist auf einer Leiterplatte 14 angeordnet, die bevorzugt als elektronischen Leiterplatine (PCB) 14 der Antriebseinheit 30 ausgebildet ist. Der MEMS-Sensor 18 kann jedoch auch auf einem anderer Bauteilträger (Stanzgitter, 3D-MID) oder ohne Leiterplatte 14 direkt an einer beliebigen Stelle der elektrischen Antriebseinheit 30 befestigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann einerseits für das Betätigen von Fensterhebern und Schiebedächern verwendet werden, andererseits jedoch auch beispielsweise für die Geräuschregulierung eines Gebläses oder einer Pumpe. Ebenso ist das Verfahren auch für Anwendungen außerhalb des Kraftfahrzeugs nutzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 61169319 A1 [0002]
- EP 0834219 B1 [0003]
