DE102019219763A1

DE102019219763A1 - Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe

Info

Publication number: DE102019219763A1
Application number: DE102019219763.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Völklein; Christoph Hausner; Luis Rieger; Daniel Schnapp
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-06-17

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, in einem Haltebetrieb den Verstellantrieb (21) zum Halten der Fahrzeugbaugruppe (11) anzusteuern. Die Steuereinrichtung (3) ist ausgebildet, den Verstellantrieb (21) in einem ersten Zeitraum (T1) während des Haltebetriebs für eine Komforthaltefunktion (CH) zum Bereitstellen eines ersten Haltemoments (MM, MM2) zum Halten der Fahrzeugbaugruppe (11) anzusteuern und den Verstellantrieb (21) in einem auf den ersten Zeitraum (T1) folgenden, zweiten Zeitraum (T2) während des Haltebetriebs für eine normale Haltefunktion (NH) zum Bereitstellen eines gegenüber dem ersten Haltemoment (MM, MM2) reduzierten, zweiten Haltemoments (MM1) oder nicht zum Bereitstellen eines Haltemoments anzusteuern.

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, in einem Haltebetrieb den Verstellantrieb zum Halten 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, eine Ladeklappe (zum Beispiel für ein Pickup-Fahrzeug) oder eine Schiebetür ausgebildet sein. Bei der Fahrzeugbaugruppe kann es sich beispielsweise aber auch um ein Schiebedach handeln.
Üblicherweise werden beispielsweise Heckklappen 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.
Darüber hinaus ist wünschenswert, dass eine Fahrzeugbaugruppe, insbesondere eine Heckklappe oder eine Fahrzeugseitentür, in einem Haltebetrieb sicher und zuverlässig festgestellt ist und somit in Position gehalten wird, ohne dass externe Krafteinflüsse zu einem unkontrollierten, unbeabsichtigten Verstellen der Fahrzeugbaugruppe führen. Hierzu kann der Verstellantrieb beispielsweise aktiv bestromt werden, sodass die Fahrzeugbaugruppe aktiv in Position gehalten wird.
Bei einem solchen Haltebetrieb besteht jedoch das grundsätzliche Problem, dass ein aktives, strombehaftetes Halten durch Ansteuern des Verstellantriebs der Antriebsvorrichtung zu einer Belastung einer Fahrzeugenergieversorgung, insbesondere der Fahrzeugbatterie, führt.
Eine aus der DE 10 2015 215 627 A1 bekannte Türantriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugseitentür weist 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 einen Haltebetrieb mit der Möglichkeit für ein Halten über einen längeren Zeitraum zur Verfügung stellen kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den Verstellantrieb in einem ersten Zeitraum während des Haltebetriebs für eine Komforthaltefunktion zum Bereitstellen eines ersten Haltemoments zum Halten der Fahrzeugbaugruppe anzusteuern und den Verstellantrieb in einem auf den ersten Zeitraum folgenden, zweiten Zeitraum während des Haltebetriebs für eine normale Haltefunktion zum Bereitstellen eines gegenüber dem ersten Haltemoment reduzierten, zweiten Haltemoments oder nicht zum Bereitstellen eines Haltemoments anzusteuern.
In einem Haltebetrieb soll über den Verstellantrieb ein Halten der Fahrzeugbaugruppe, insbesondere einer Fahrzeugtür, beispielsweise einer Heckklappe oder einer Fahrzeugseitentür, bewirkt werden. Das Festhalten der Fahrzeugbaugruppe erfolgt über die Antriebsvorrichtung, wobei hierzu der Verstellantrieb angesteuert wird, um zumindest phasenweise ein Haltemoment zum aktiven Halten der Fahrzeugbaugruppe in einer gerade eingenommenen Position zur Verfügung zu stellen.
Die Steuereinrichtung ist hierbei dazu ausgebildet, den Verstellantrieb in unterschiedlichen Phasen während des Haltebetriebs in unterschiedlicher Weise anzusteuern.
In einer ersten Phase wird eine Komforthaltefunktion ausgeführt, in der die Steuereinrichtung den Verstellantrieb der Antriebsvorrichtung zum Bereitstellen eines ersten Haltemoments zum Halten der Fahrzeugbaugruppe in einer gerade eingenommenen Position ansteuert. In der ersten Phase des Haltebetriebs stellt der Verstellantrieb somit ein Haltemoment zur Verfügung und wird dazu aktiv bestromt, sodass die Fahrzeugbaugruppe in Position gehalten wird.
Die Komforthaltefunktion ist hierbei vorzugsweise derart, dass einem Nutzer ein komfortables Lösen der Fahrzeugbaugruppe, insbesondere der Fahrzeugtür, aus der gerade eingenommenen, festgehaltenen Stellung möglich ist. In der Komforthaltefunktion soll, wie dies nachfolgend noch beschrieben werden soll, ein Losbrechmoment nach Möglichkeit symmetrisch eingestellt sein, sodass ein Nutzer richtungsunabhängig eine gleiche Kraft zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe aufzubringen hat.
In einer zweiten Phase in einem auf den ersten Zeitraum folgenden, zweiten Zeitraum steuert die Steuereinrichtung den Verstellantrieb für eine normale Haltefunktion an. Im Rahmen der normalen Haltefunktion steuert die Steuereinrichtung den Verstellantrieb hierbei derart an, dass der Verstellantrieb ein gegenüber der ersten Phase reduziertes, zweites Haltemoment zur Verfügung stellt und die Fahrzeugbaugruppe somit mit reduzierter Energie in Position gehalten wird. Alternativ wird der Verstellantrieb gar nicht aktiv bestromt und stellt somit kein Haltemoment zur Verfügung, sodass die Fahrzeugbaugruppe allein passiv insbesondere aufgrund einer in dem Verstellantrieb wirkenden Reibung in Position gehalten wird.
In der zweiten Phase während der normalen Haltefunktion kann ein Komfort für einen Nutzer dadurch reduziert sein, dass ein Nutzer abhängig von der Richtung, in der die Fahrzeugbaugruppe verstellt werden soll, ein unterschiedliches Losbrechmoment aufzubringen hat. So kann die Kraft, mit der ein Nutzer auf die Fahrzeugbaugruppe zum Verstellen einwirken muss, sich abhängig davon unterscheiden, in welche Richtung der Nutzer auf die Fahrzeugbaugruppe einwirkt.
In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, in dem ersten Zeitraum einen ersten Motorstrom zum Bestromen des Verstellantriebs und in dem zweiten Zeitraum einen gegenüber dem ersten Strom reduzierten, zweiten Strom zum Bestromen des Verstellantriebs einzustellen. Der Verstellantrieb wird in der ersten Phase zum Bereitstellen der Komforthaltefunktion somit mit größerer elektrischer Leistung bestromt. In der zweiten Phase während der normalen Haltefunktion ist der Strom des Verstellantriebs demgegenüber reduziert und kann gar 0 sein, sodass der Verstellantrieb gegebenenfalls gar nicht zum aktiven Halten der Fahrzeugbaugruppe in der gerade eingenommenen Stellung bestromt wird.
In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung ausgebildet, das erste Haltemoment so einzustellen, dass ein erstes Losbrechmoment zum Initiieren eines Verstellens der Fahrzeugbaugruppe in eine erste Richtung im Wesentlichen gleich einem zweiten Losbrechmoment zum Initiieren eines Verstellens der Fahrzeugbaugruppe in eine der ersten Richtung entgegengesetzte, zweite Richtung ist. Im Rahmen der Komforthaltefunktion wird ein Losbrechmoment, das ein Nutzer zum Initiieren eines Verstellvorgangs der Fahrzeugbaugruppe aufzubringen hat, somit symmetrisch eingestellt. Dadurch, dass der Nutzer mit gleicher Kraft zum Verstellen in die eine Richtung oder in die andere Richtung auf die Fahrzeugbaugruppe einzuwirken hat, ergibt sich eine komfortable Nutzerbedienung mit einer haptisch angenehmen Handhabung der Fahrzeugbaugruppe zum Verstellen.
In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ein Lastmoment an der Fahrzeugbaugruppe anhand einer an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden Last zu bestimmen. Hierzu kann die Steuereinrichtung ein Lastberechnungsmodul aufweisen, das 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 in Richtung eines Verstellens der Fahrzeugbaugruppe aus der gerade eingenommenen Stellung heraus wirkt 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 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 (oder alternativ, abhängig von der Lage des Fahrzeugs, in Richtung einer maximal geöffneten Stellung) einer Fahrzeugtür wirken. Die Fahrzeugbaugruppe ist somit im Haltebetrieb in festgehaltenem Zustand in Richtung der Schließstellung (oder alternativ in Richtung der maximal geöffneten Stellung) belastet.
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.
Um ein Losbrechmoment, das ein Nutzer zum Initiieren eines Verstellvorgangs der Fahrzeugbaugruppe aufzubringen hat, in symmetrischer Weise einzustellen, kann das durch das Lastberechnungsmodul bestimmte Lastmoment mit einbezogen werden, um das erste Haltemoment einzustellen. Insbesondere kann das erste Haltemoment so eingestellt werden, dass das Lastmoment durch das erste Haltemoment gerade ausgeglichen wird. Dies bewirkt, dass ein Nutzer, der einen Verstellvorgang der Fahrzeugbaugruppe initiieren möchte, nicht gegen das oder mit dem Lastmoment arbeiten muss, sondern das durch den Nutzer aufzubringende Losbrechmoment im Wesentlichen durch ein durch den Verstellantrieb bewirktes Reibmoment, das näherungsweise richtungsunabhängig ist, bestimmt ist. Das Losbrechmoment ist somit im Wesentlichen symmetrisch, sodass ein Nutzer richtungsunabhängig mit gleicher Kraft auf die Fahrzeugbaugruppe einzuwirken hat, um einen Verstellvorgang zu initiieren.
Während der Verstellantrieb in der ersten Phase während des ersten Zeitraums aktiv bestromt wird, um die Fahrzeugbaugruppe sicher und zuverlässig in Position zu halten und zudem eine komfortable Handhabung zum Initiieren eines Verstellvorgangs durch einen Nutzer zu ermöglichen, ist in der zweiten Phase während des zweiten Zeitraums zum Bereitstellen der normalen Haltefunktion den Energiebedarf dadurch reduziert, dass das durch den Verstellantrieb bereitgestellte Haltemoment geringer als für die Komforthaltefunktion oder gar Null ist. Während der normalen Haltefunktion wird der Verstellantrieb somit gegebenenfalls gar nicht aktiv zum Festhalten der Fahrzeugbaugruppe bestromt, sodass der Verstellantrieb nicht strombehaftet ist. Im Rahmen der normalen Haltefunktion kann die Fahrzeugbaugruppe hierbei aufgrund einer Reibung des Verstellantriebs in Position gehalten werden.
Das Reibmoment des Verstellantriebs kann ermittelt werden, beispielsweise indem das Reibmoment des Verstellantriebs vor Inbetriebnahme eingemessen und/oder im Betrieb anhand eines zum Verstellen erforderlichen Motormoments kalibriert wird. Das Reibmoment kann von dem Öffnungswinkel der Fahrzeugbaugruppe abhängen und ist somit grundsätzlich positionsabhängig.
Wird festgestellt, dass ein Lastmoment, das aufgrund einer Schwerkraftwirkung an der Fahrzeugbaugruppe besteht, größer ist als das durch den Verstellantrieb zur Verfügung gestellte Reibmoment, so kann die Fahrzeugbaugruppe nicht allein aufgrund des Reibmoments des Verstellantriebs in Position gehalten werden. Aus diesem Grund wird im Rahmen der normalen Haltefunktion der Verstellantrieb durch die Steuereinrichtung gegebenenfalls so angesteuert, dass der Verstellantrieb ein Haltemoment zur Verfügung stellt, dass dem Lastmoment entgegenwirkt, ohne dass Lastmoment jedoch vollständig auszugleichen. Das Haltemoment wird in diesem Fall vorzugsweise so eingestellt, dass ein aus dem zweiten Haltemoment und dem Lastmoment resultierendes Drehmoment an der Fahrzeugbaugruppe im Betrag kleiner ist als ein durch die Reibung der Antriebsvorrichtung bewirktes Reibmoment. Die Summe des Lastmoments und des zweiten Haltemoments (die sich in ihrem Vorzeichen und somit in ihrer Wirkrichtung unterscheiden) ist somit im Betrag kleiner als das durch die Antriebsvorrichtung zur Verfügung gestellte Reibmoment, sodass die Fahrzeugbaugruppe aufgrund der Reibung der Antriebsvorrichtung in Position gehalten wird. Weil das Haltemoment in diesem Fall das Lastmoment nicht vollständig ausgleicht, ist der Energiebedarf der Antriebsvorrichtung im Rahmen der normalen Haltefunktion reduziert.
Während der erste Zeitraum, innerhalb dessen die Antriebsvorrichtung im Rahmen des Haltebetriebs die Komforthaltefunktion ausführt, einige Minuten, beispielsweise zwischen 1 Minute und 10 Minuten, betragen kann, kann der zweite Zeitraum zum Beispiel länger sein und zum Beispiel zwischen 10 Minuten und 2 Stunden betragen.
In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, nach Ablauf des zweiten Zeitraums den Verstellantrieb zum Durchführen eines Schließvorgangs zum automatischen Schließen der Fahrzeugbaugruppe anzusteuern. Befindet sich die Fahrzeugbaugruppe nach Ablauf des zweiten Zeitraums immer noch in festgehaltenem Zustand, so soll die Fahrzeugbaugruppe vorzugsweise geschlossen werden, wozu der Verstellantrieb durch die Steuereinrichtung angesteuert wird. Das Schließen der Fahrzeugbaugruppe kann automatisch durch die Steuereinrichtung ausgelöst werden und beispielsweise mit reduzierter Geschwindigkeit und somit in langsamer Fahrt erfolgen. Gegebenenfalls kann zusätzlich ein Warnsignal ausgegeben werden, zum Beispiel ein akustischer Warnton oder ein optisches Lichtsignal.
Wird bei dem Schließvorgang im Rahmen einer Einklemmschutzfunktion eine Kollision mit einem Hindernis erkannt, so wird der Schließvorgang unterbrochen. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne, zum Beispiel zwischen 1 Sekunde und 60 Sekunden, beispielsweise 10 Sekunden, kann ein erneuter Schließvorgang gestartet werden, wobei bei erneuter Hinderniserkennung das Schließen für eine vorbestimmte Anzahl von Malen, beispielsweise dreimal, wiederholt werden kann, um ein automatisches Schließen der Fahrzeugbaugruppe zu bewirken.
Wird bei den wiederholten Schließvorgängen stets ein Hindernis erkannt und ist somit ein Schließen der Fahrzeugbaugruppe nicht möglich, so kann die Fahrzeugbaugruppe in eine von der Schließstellung unterschiedliche Position verstellt werden. Diese vorbestimmte Position kann beispielsweise einer energetisch optimalen Position entsprechen, in der minimale Lastkräfte auf die Fahrzeugbaugruppe wirken und in der die Fahrzeugbaugruppe somit gegebenenfalls aufgrund von Reibkräften in nicht bestromter Weise festgehalten werden kann. In dieser Position kann die Fahrzeugbaugruppe ganz oder teilweise geöffnet sein. Die vorbestimmte Position kann insbesondere auch einer maximal geöffneten Endlage entsprechen.
Das Verfahren der Fahrzeugbaugruppe in diese vorbestimmte Position kann im Rahmen eines Automatiklaufs elektromotorisch mit vergleichsweise kleiner Geschwindigkeit erfolgen. Alternativ kann der Verstellantrieb zum Verfahren der Fahrzeugbaugruppe in die vorbestimmte Position beispielsweise in einen generatorischen Bremsbetrieb geschaltet werden, indem Anschlüsse des Verstellantriebs kurzgeschlossen werden und generatorisch erzeugte Energie somit in den Verstellantrieb zurückgespeist wird. Aufgrund einer an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden, schwerkraftbedingten Last verstellt sich die Fahrzeugtür in gebremster Weise dann selbsttätig in Richtung einer energetisch vorteilhaften Position. In dieser Position kann die Fahrzeugbaugruppe ganz oder teilweise geöffnet sein. Die vorbestimmte Position kann insbesondere auch einer maximal geöffneten Endlage entsprechen.
Die energetisch vorteilhafte Position der Fahrzeugbaugruppe kann anhand der (von der Verstellposition abhängigen) Last an der Fahrzeugbaugruppe durch das Lastberechnungsmodul berechnet werden und ist bestimmt durch die Lage des Fahrzeugs, die Lage der Scharnierachse sowie die Masse der Fahrzeugbaugruppe.
In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung ausgebildet, bei Erkennen eines Verstellwunsches den Haltebetrieb zu beenden. Wird ein Verstellwunsch erkannt, wird somit ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe ermöglicht, beispielsweise indem in einen Servobetrieb für ein manuelles Verstellen der Fahrzeugbaugruppe bei elektromotorischer Unterstützung geschaltet wird.
In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, den Verstellantrieb in einem Servobetrieb zum Bereitstellen einer unterstützenden Kraft bei einer manuellen Verstellung der Fahrzeugbaugruppe durch einen Nutzer anzusteuern. Die Steuereinrichtung weist hierzu beispielsweise ein Servoregelungsmodul zum Bestimmen eines Sollstromwerts in Abhängigkeit von einer an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden Last und ein Stromregelungsmodul zum Regeln eines Stroms des Verstellantriebs auf, wobei das Stromregelungsmodul ausgebildet ist, den Strom des Verstellantriebs in dem Servobetrieb anhand des Sollstromwerts zu regeln.
Das für den Haltebetrieb verwendete Regelungsmodul kann dem Stromregelungsmodul für den Servobetrieb entsprechen. In diesem Fall erfolgt auch im Haltebetrieb eine Stromregelung. Das Regelungsmodul für den Haltebetrieb und das Stromregelungsmodul für den Servobetrieb können aber auch als gesonderte Module (zum Beispiel in Form von Softwaremodulen) ausgebildet sein.
Die Antriebsvorrichtung kann in dem 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 Servoregelungsmodul erhaltenen Sollstromwerts in einem 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.
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 Ansicht eines Regelungsmoduls der Steuereinrichtung zum Regeln eines Verstellantriebs in einem Haltebetrieb;
6A eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Fahrzeugtür in einer geöffneten Stellung;
6B eine schematische Draufsicht auf die Anordnung gemäß 6A;
7 eine grafische Ansicht eines Drehmoments in einer Öffnungsstellung einer Fahrzeugtür;
8 eine grafische Ansicht eines Drehmoments in einer Öffnungsstellung einer Fahrzeugtür, bei Bestromen eines Verstellantriebs in einer Komforthaltefunktion zum Ausgleich eines Lastmoments;
9 eine grafische Ansicht eines anderen Drehmoments in einer Öffnungsstellung einer Fahrzeugtür; und
10 ein schematisches Ablaufdiagramm zum Schalten von einer Komforthaltefunktion in eine normale Haltefunktion und eine Beendigungsfunktion.

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 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, einer Ladeklappe 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 - bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel - 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.
Zusätzlich zum Automatikbetrieb und zum Servobetrieb soll die Antriebsvorrichtung 2 einen Haltebetrieb aufweisen, in dem die Fahrzeugbaugruppe 11 über die Antriebsvorrichtung 2 festgestellt ist und somit in der gerade eingenommenen Stellung, beispielsweise eine teilweise oder vollständig geöffnete Stellung, gehalten wird.
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, betrieben wird. 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 $M_{S c h a r n i e r, s t a t} = M_{N e i g u n g} * c o s (α) + M_{S t e i g u n g} \pm M_{R, S c h a r n i e r},$
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_Steigung = x_SP * m * g * sin(a) * sin(φ)
• M_Neigung = x_SP * m * g * sin(ß) * cos(φ)
• α = α₁ + α₂
• β = β₁ + β₂

Die in diesen Gleichungen verwendeten Größen stellen hierbei dar:

φ: Aktueller Türöffnungswinkel [°] - Offsetwinkel
xSP: Abstand Türschwerpunkt - Scharnierachse [m]
m: Türmasse [kg]
g: Erdbeschleunigung [m/s²]
α1: Steigung Scharnierachse [°]
β2: Neigung Scharnierachse [°]
α2: Steigung Scharnierachse [°]
β2: Neigung Scharnierachse [°]
MR,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: $M_{S c h a r n i e r, d y n} = \ddot{φ} * Ι * c$
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.
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 $M_{u s e r} = F_{u s e r} * l_{G r i f f}$
mit

• Fuser: Wunschbedienkraft [N]
• lGriff: Abstand Griffposition - Scharnierachse [m]
• Muser: User erzeugte Moment [Nm]

Der Abstand l_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: $M_{S h o l l_S c h r n i e r} = M_{S c h a r n i e r_s t a t} + M_{S c h a r n i e r_d y n} - M_{u s e r}$
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 $M_{S o l l_A n t r i e b} = M_{S o l l_S c h a r n i e r} * H e b e l$
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 $M_{S o l l_m o t o r} = \frac{M_{S o l l_A n t r i e b}}{η_{m o t o r} * G e t r i e b e}$
mit

• ηmotor: Übersetzungswirkungsgrad [ ]
• üGetriebe: 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]
• Io: Motorleerlaufstrom [A]

Dieser Wert wird als Sollstromwert I_cmd von dem Servoregelungsmodul 31 dem Stromregelungsmodul 34 im Servobetriebsmodus zugeführt.
Im Servobetriebsmodus - nach dem Losbrechen dder Fahrzeugbaugruppe 11 durch einen Nutzer zum Bewegen der Fahrzeugbaugruppe - 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) nach dem Losbrechen (Buckel zu Beginn in 4) 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.
In einem Halterbetrieb soll - im Vergleich zum Automatikbetrieb und zum Servobetrieb - die Fahrzeugbaugruppe 11 in einer gerade eingenommenen Position festgehalten werden. Hierzu wird der Verstellantrieb 21 über die Steuereinrichtung 3 - phasenweise, wie nachfolgend noch erläutert werden soll - bestromt und somit aktiv angesteuert, um eine gegebenenfalls an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkende Kraft auszugleichen und die Fahrzeugbaugruppe 11 in der gerade eingenommenen Position zu halten.
Die Fahrzeugbaugruppe 11 soll in unterschiedlichen Phasen während des Haltebetriebs in unterschiedlicher Weise festgehalten werden, wobei hierzu die Steuereinrichtung 3 den Verstellantrieb 21 in unterschiedlicher Weise ansteuert.
So soll in einer ersten Phase während des Haltebetriebs, zum Beispiel für einige Minuten nach dem Feststellen der Fahrzeugbaugruppe 11, die Fahrzeugbaugruppe 11 in einer solchen Weise festgestellt werden, dass ein an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkendes Lastmoment ausgeglichen ist. Dies hat zur Folge, dass ein Nutzer, der ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 aus dem Haltebetrieb heraus bewirken möchte, richtungsunabhängig ein gleiches Losbrechmoment aufzubringen hat, um die Fahrzeugbaugruppe 11 aus dem Haltebetrieb zu verstellen. Hierzu wird der Verstellantrieb 21 in aktiver Weise bestromt, um ein Haltemoment zur Verfügung zu stellen, dass das Lastmoment gerade ausgleicht.
In einer zweiten Phase nach der ersten Phase soll ein Festhalten der Fahrzeugbaugruppe demgegenüber mit niedrigerer Energie erfolgen. Die zweite Phase kann länger als die erste Phase sein und beispielsweise zwischen 10 Minuten und 2 Stunden dauern. In der zweiten Phase wird der Verstellantrieb 21 gegebenenfalls gar nicht bestromt oder zum Bereitstellen eines kleinen Haltemoments angesteuert, damit die Fahrzeugbaugruppe 11 aufgrund eines Reibmoments, das durch Reibung in der Antriebsvorrichtung 2 bereitgestellt wird, festgehalten wird.
Zum Bereitstellen des Haltemoments insbesondere in der ersten Phase im Rahmen der Komforthaltefunktion kann die Steuereinrichtung 3 ein in 5 dargestelltes Regelungsmodul 34' aufweisen, das dem Stromregelungsmodul 34 gemäß 3 entsprechen oder auch durch ein zusätzliches Regelungsmodul (zum Beispiel in Form eines Softwaremoduls), ausgebildet sein kann.
Bei der Komforthaltefunktion wird der Verstellantrieb 21 über das Regelungsmodul 34', wie dies in 5 dargestellt ist, bestromt, indem das Regelungsmodul 34' eine Stellgröße in Form eines Spannungsstellwerts U_cmd bestimmt, mittels einer Pulsweitenmodulation 35 einstellt und dem Verstellantrieb 21 zuführt. Entsprechend der Stellgröße in Form des Spannungsstellwerts U_cmd stellt sich der tatsächliche Strom I des Verstellantriebs 21 ein und wird dem Regelungsmodul 34' zugeführt, das den tatsächlichen (Ist-)Strom des Verstellantriebs 21 anhand eines Sollwerts I_cmd' regelt.
Der Sollwert I_cmd' kann hierbei, analog wie dies vorangehend beschrieben worden ist, anhand einer an der Fahrzeugbaugruppe 11 in der gerade eingenommenen Position wirkenden Last bestimmt werden, wobei hierzu über das Lastberechnungsmodul 30 ein statisches Scharniermoment M_{Scharnier,stat} bestimmt werden kann, wie dies vorangehend beschrieben worden ist. Das statische Scharniermoment M_{Scharnier,stat} entspricht dem für die Komforthaltefunktion durch die Antriebsvorrichtung 2 an der Scharnierachse 110 bereitzustellenden Drehmoment M_{Soll_scharnier}, aus dem das durch den Verstellantrieb 21 bereitzustellende Drehmoment unter Einbeziehung eines Übersetzungsverhältnisses der Antriebsvorrichtung 2 und der Sollwert I_cmd' bestimmt werden kann.
Durch die Stromregelung wird der Motorstrom des Verstellantriebs 21 für die Komforthaltefunktion so eingestellt, dass der Verstellantrieb 21 ein solches Haltemoment zur Verfügung stellt, dass ein aufgrund der Schwerkraft an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkendes Lastmoment gerade ausgeglichen wird.
Bezugnehmend nunmehr auf 6A und 6B, wirkt ein Lastmoment MN (das dem statischen Scharniermoment M_{Scharnier,stat} wie oben erläutert entspricht) abhängig von der Neigung und Steigung eines Fahrzeugs 1 und abhängig von der Neigung und Steigung einer Scharnierachse 110 einer Fahrzeugbaugruppe 11 in Form zum Beispiel einer Fahrzeugseitentür beispielsweise in Richtung eines Schließens der Fahrzeugbaugruppe 11. Greift ein Nutzer an der Fahrzeugbaugruppe 11 an, um einen Verstellvorgang der Fahrzeugbaugruppe 11 aus einem festgehaltenen Zustand heraus zu initiieren, so hat der Nutzer ein Losbrechmoment ML1, ML2 auf die Fahrzeugtür 11 aufzubringen, das richtungsabhängig mit dem Lastmoment MN oder entgegen dem Lastmoment MN wirkt, wie dies aus 6B ersichtlich ist.
In der Antriebsvorrichtung 2 wirkt Reibung, sodass die Fahrzeugbaugruppe 11 grundsätzlich allein aufgrund der Reibung der (nicht-selbsthemmenden) Antriebsvorrichtung 2 in einer gerade eingenommenen, ganz oder teilweise geöffneten Stellung festgehalten wird. Das Losbrechmoment ML1, ML2 ist näherungsweise so bemessen, dass durch Aufbringen des Losbrechmoments ML1, ML2 eine Reibgrenze MR1, MR2, wie dies schematisch in 7 dargestellt ist, überwunden wird. Die Reibgrenzen MR1, MR2 sind hierbei abhängig von der Position der Fahrzeugbaugruppe 11 relativ zur Fahrzeugkarosserie 10 (Öffnungswinkel ϕ). Zum Initiieren eines Verstellvorgangs in die Schließrichtung (ZU) ist ein Losbrechmoment ML1 zum Überwinden der Reibgrenze MR1 aufzubringen. Zum Initiieren eines Verstellvorgangs in die Öffnungsrichtung (AUF) ist ein Losbrechmoment ML2 zum Überwinden der Reibgrenze MR2 aufzubringen.
Wirkt kein Lastmoment MN an der Fahrzeugbaugruppe 11, stellt sich, abhängig vom Türöffnungswinkel ϕ, ein Arbeitspunkt AP1 ein, der (näherungsweise) symmetrisch zwischen den Reibgrenzen MR1, MR2 liegt. Das Losbrechmoment ML1, ML2 ist somit richtungsunabhängig.
Wirkt jedoch ein Lastmoment MN, so verschiebt sich der Arbeitspunkt AP2 aufgrund des Lastmoments MN, wie dies aus 7 ersichtlich ist, sodass das aufzubringende Losbrechmoment ML1, ML2 unsymmetrisch wird. Bei dem dargestellten Beispiel ist das Losbrechmoment ML1 zum Initiieren eines Schließvorgangs kleiner als das Losbrechmoment ML2 zum Initiieren eines Öffnungsvorgangs der Fahrzeugbaugruppe 11.
Um einen solchen Effekt eines Lastmoments MN an der Fahrzeugbaugruppe 11 auszugleichen, wird in der Komforthaltefunktion ein Haltemoment MM zur Verfügung gestellt, das die Antriebsvorrichtung 2 in den Arbeitspunkt AP1 stellt, wie dies in 8 dargestellt und oben beschrieben worden ist. Das Losbrechmoment ML1, ML2, das ein Nutzer zum Initiieren eines Verstellvorgangs aufzubringen hat, ist somit wiederum zumindest näherungsweise richtungsunabhängig. Durch das im Rahmen der Komforthaltefunktion bereitgestellte Haltemoment MM wird ein wirkendes Lastmoment MN somit gerade ausgeglichen, sodass ein Nutzer zum Initiieren eines Verstellvorgangs im Wesentlichen nur die Reibung der Antriebsvorrichtung 2 zum Initiieren eines Verstellvorgangs zu überwinden hat.
Weil im Rahmen der Komforthaltefunktion der Verstellantrieb 21 zum Bereitstellen des Haltemoments MM aktiv bestromt werden muss und dies belastend für das Energieversorgungssystem des Fahrzeugs 1 ist, wird in der an die Phase der Komforthaltefunktion anschließende Phase der normalen Haltefunktion der Verstellantrieb 21 nicht mehr zum Bereitstellen eines Haltemoments zum Ausgleich des Lastmoments MN angesteuert. Vielmehr wird, bei dem Beispiel gemäß 7 und 8, der Verstellantrieb 21 nicht mehr bestromt, sodass sich der Arbeitspunkt AP2 gemäß 7 ergibt, bei unsymmetrischem, richtungsabhängigem Losbrechmoment ML1, ML2.
Ist das Lastmoment MN so groß, dass das Lastmoment MN in eine Richtung die zugeordnete Reibgrenze MR1, MR2 übersteigt, wie in 9 dargestellt, so kann die Fahrzeugbaugruppe 11 nicht allein aufgrund der Reibung im System in Position gehalten werden. In diesem Fall wird auch im Rahmen der normalen Haltefunktion der Verstellantrieb 21 bestromt, um ein Haltemoment MM1 zur Verfügung zu stellen, dass das resultierende Drehmoment an der Fahrzeugbaugruppe 11 auf einen Betrag einstellt, der unterhalb der zugeordneten Reibgrenze MR1, MR2 und somit in dem durch die Reibgrenzen MR1, MR2 begrenzten Reibkorridor liegt, entsprechend dem Arbeitspunkt AP3 in 9. Durch dieses energetisch reduzierte Bestromen des Verstellantriebs 21 kann die Fahrzeugbaugruppe 11 somit aufgrund der Reibung im System in Position gehalten werden.
Im Rahmen der Komforthaltefunktion wird bei dem Beispiel gemäß 9 ein Haltemoment MM2 Verfügung gestellt, das so groß ist, dass das Lastmoment MN gerade ausgeglichen wird (Arbeitspunkt AP1).
11 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm. Nach einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11, zum Beispiel in einem Servobetrieb oder einem Automatikbetrieb, wird die Fahrzeugbaugruppe 11 in einer gerade eingenommenen, ganz oder teilweise geöffneten Position festgestellt. Die Antriebsvorrichtung 2 gelangt somit in einen Halterbetrieb, wobei im Rahmen des Haltebetriebs zunächst eine Komforthaltefunktion CH durchgeführt wird, im Rahmen derer der Verstellantrieb 21 aktiv zum Ausgleich eines Lastmoments bestromt wird.
Nach einer Zeitspanne T1 schaltet die Antriebsvorrichtung 2 in eine normale Haltefunktion NH, im Rahmen derer eine Bestromung des Verstellantriebs 21 reduziert ist oder der Verstellantrieb 21 gegebenenfalls gar nicht mehr bestromt wird, sodass die Fahrzeugbaugruppe 11 aufgrund der Reibung im System, insbesondere in der Antriebsvorrichtung 2, in Position gehalten wird.
Nach einer Zeitspanne T2 in der normalen Haltefunktion wird der Haltebetrieb verlassen, wenn während der Zeitdauer des Haltebetriebs kein Verstellwunsch eines Nutzers erkannt worden ist. Im Rahmen einer Beendigungsfunktion HTO wird hierbei in einen Automatikbetrieb geschaltet, im Rahmen dessen die Fahrzeugbaugruppe 11 automatisch mit vergleichsweise kleiner Verstellgeschwindigkeit geschlossen wird, sodass die Fahrzeugbaugruppe 11 in ihre Schließstellung überführt wird.
Während des Automatikbetriebs erfolgt eine Einklemmschutzerkennung. Wird bei dem automatischen Verstellen ein Hindernis erkannt, so wird ein Schließvorgang unterbrochen und, nach einer vorbestimmten Zeitspanne, zum Beispiel einigen Sekunden, wiederholt, um ein Schließen der Fahrzeugbaugruppe 11 zu bewirken. Bleibt das Hindernis bestehen, wird der Schließvorgang für eine vorbestimmte Anzahl von Malen, zum Beispiel dreimal, wiederholt, wobei anschließend die Fahrzeugbaugruppe 11 in eine von der Schließstellung unterschiedliche, vorteilhafte Position verfahren wird, die beispielsweise einer energetisch vorteilhaften Position entspricht.
Bei der energetisch vorteilhaften Position kann es sich beispielsweise um eine solche Position der Fahrzeugbaugruppe 11 handeln, in der ein an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkendes Lastmoment minimiert ist, sodass die Fahrzeugbaugruppe 11 in der energetisch vorteilhaften Position stromlos festgehalten werden kann.
Wird auf einen Verstellwunsch erkannt, während die Antriebsvorrichtung 2 im Haltebetrieb ist, wird der Haltebetrieb beendet. Die Steuereinrichtung 3 kann in diesem Fall dazu konfiguriert sein, in den Automatikbetrieb, in den Servobetrieb oder auch in einen rein manuellen Verstellbetrieb zu schalten, sodass ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 initiiert oder ermöglicht wird.
Ein Verstellwunsch kann beispielsweise dann erkannt werden, wenn die Fahrzeugbaugruppe 11 sich bewegt, was zum Beispiel unter Verwendung einer Sensoreinrichtung in Form eines Gyrosensors oder eines Beschleunigungssensors an der Fahrzeugbaugruppe 11 erkannt werden kann. Wird eine der Reibgrenzen MR1, MR2 überwunden, so bewegt sich die Fahrzeugbaugruppe 11 durch die aufgebrachte Nutzerkraft, was sensorisch erkannt und als Verstellwunsch gewertet werden kann.
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.
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: Regelungsmodul
34': Stromregelungsmodul
35: PWM-Einheit
36: Steuermodul
α1: Steigungswinkel der Scharnierachse
α2: Fahrzeugsteigungswinkel
β1: Neigungswinkel der Scharnierachse
β2: Fahrzeugneigungswinkel
ϕ: Türöffnungswinkel
CH: Komforthaltfunktion
Icmd: Sollstromwert
Icmd': Sollwert
AP1-3: Arbeitspunkt
HTO: Beendigungsfunktion
M: Drehmoment
ML1, ML2: Losbrechmoment
MM: Motordrehmoment
MN: Lastmoment
MR1, MR2: Reibgrenze
n: Drehzahl
NH: Normale Haltefunktion
O: Öffnungsrichtung
SP: Türschwerpunkt
T1, T2: Zeit
UBat: Batteriespannung
xSP: 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 [0007, 0042]

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, in einem Haltebetrieb den Verstellantrieb (21) zum Halten der Fahrzeugbaugruppe (11) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, den Verstellantrieb (21) in einem ersten Zeitraum (T1) während des Haltebetriebs für eine Komforthaltefunktion (CH) zum Bereitstellen eines ersten Haltemoments (MM, MM2) zum Halten der Fahrzeugbaugruppe (11) anzusteuern und den Verstellantrieb (21) in einem auf den ersten Zeitraum (T1) folgenden, zweiten Zeitraum (T2) während des Haltebetriebs für eine normale Haltefunktion (NH) zum Bereitstellen eines gegenüber dem ersten Haltemoment (MM, MM2) reduzierten, zweiten Haltemoments (MM1) oder nicht zum Bereitstellen eines Haltemoments anzusteuern.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, in dem ersten Zeitraum (T1) einen ersten Motorstrom zum Bestromen des Verstellantriebs (21) und in dem zweiten Zeitraum (T2) einen gegenüber dem ersten Strom reduzierten, zweiten Strom zum Bestromen des Verstellantriebs (21) einzustellen.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, das erste Haltemoment (MM, MM2) so einzustellen, das ein erstes Losbrechmoment (ML1) zum Initiieren eines Verstellens der Fahrzeugbaugruppe (11) in eine erste Richtung im Wesentlichen gleich einem zweiten Losbrechmoment (ML2) zum Initiieren eines Verstellens der Fahrzeugbaugruppe (11) in eine der ersten Richtung entgegen gesetzte, zweite Richtung ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, ein Lastmoment (MN) an der Fahrzeugbaugruppe (11) anhand einer an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden Last zu bestimmen.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 4, 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 Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, das erste Haltemoment (MM, MM2) anhand des Lastmoments (MN) einzustellen.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, das erste Haltemoment (MM, MM2) so einzustellen, dass das erste Haltemoment (MM, MM2) das Lastmoment (MN) gerade ausgleicht.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (2) eine Reibung aufweist, wobei in dem zweiten Zeitraum (T2) die Fahrzeugbaugruppe (11) aufgrund der Reibung der Antriebsvorrichtung (2) in Position gehalten wird.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, das zweite Haltemoment (MM1) so einzustellen, dass ein aus dem zweiten Haltemoment (MM1) und dem Lastmoment (MN) resultierendes Drehmoment (M) an der Fahrzeugbaugruppe (11) im Betrag kleiner ist als ein durch die Reibung der Antriebsvorrichtung (2) bewirktes Reibmoment.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, nach Ablauf des zweiten Zeitraums (T2) den Verstellantrieb (21) zum Durchführen eines Schließvorgangs zum automatischen Schließen der Fahrzeugbaugruppe (11) anzusteuern.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, bei Erkennen eines Hindernisses den Schließvorgang zu unterbrechen und nach einer vorbestimmten Zeitspanne einen erneuten Schließvorgang zum automatischen Schließen der Fahrzeugbaugruppe (11) durchzuführen.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, bei erneutem Erkennen eines Hindernisses den erneuten Schließvorgang für eine vorbestimmte Anzahl von Malen zu wiederholen.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, bei erfolglosem Durchführen des Schließvorgangs die Fahrzeugbaugruppe (11) in eine vorbestimmte, von einer Schließstellung unterschiedliche Position zu verstellen.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, bei Erkennen eines Verstellwunsches den Haltebetrieb zu beenden.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 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, wobei die Steuereinrichtung (3) ein Servoregelungsmodul (31) zum Bestimmen eines Sollstromwerts (I_cmd) in Abhängigkeit von einer an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden Last und ein Stromregelungsmodul (34) zum Regeln eines Stroms des Verstellantriebs (21) aufweist, wobei das Stromregelungsmodul (34) ausgebildet ist, den Strom des Verstellantriebs (21) in dem Servobetrieb anhand des Sollstromwerts (I_cmd) zu regeln.