DE102020107964A1

DE102020107964A1 - Türpositionssteuerung mit geschlossener schleife

Info

Publication number: DE102020107964A1
Application number: DE102020107964.8A
Authority: DE
Inventors: Charles Michael Molnar
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2020-09-24
Also published as: US11215004B2; US20200300020A1

Abstract

Die Offenbarung stellt eine Türpositionssteuerung mit geschlossener Schleife bereit. Ein angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem beinhaltet eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Kraft eines angetriebenen Aktors zu steuern, um ein gleichmäßige Öffnungs- und/oder Schließvorgänge bereitzustellen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein angetriebenes Verschlusssytsem für Fahrzeuge und insbesondere ein angetriebenes Verschlusssystem, welches gleichmäßige Öffnungs- und/oder Schließvorgänge bereitstellt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Für Kraftfahrzeuge wurden verschiedene Anordnungen für angetriebene Türen entwickelt. Bekannte Systeme können eine schwenkbare Tür, einen Positionssensor und eine angetriebene Vorrichtung, welche die Tür schwenkt, beinhalten.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem, welches eine Fahrzeugkarosseriestruktur mit einer Öffnung beinhaltet. Ein Verschlusselement, wie etwa eine Tür, eine Hubtür, eine Motorhaube usw., ist beweglich an der Karosseriestruktur angebracht. Das Verschlusselement kann optional eine Tür umfassen, die durch eine Scharnierstruktur drehbar an der Fahrzeugkarosserie angebracht ist, und die Tür kann dazu konfiguriert sein, sich zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu bewegen. Das System beinhaltet einen angetriebenen Aktor, wie etwa einen elektrisch angetriebenen Motor, der dazu konfiguriert ist, die Tür relativ zur Karosseriestruktur zu drehen. Der elektrisch angetriebene Motor kann dazu konfiguriert sein, die Tür relativ zur Karosseriestruktur zu öffnen, um Zugang zur Öffnung bereitzustellen, und/oder die Tür relativ zur Karosseriestruktur zu schließen, um den Zugang zur Öffnung zu versperren. Das System kann einen Positionssensor beinhalten, der dazu konfiguriert ist, eine gemessene Position des Verschlusselements bereitzustellen, wenn sich das Verschlusselement relativ zur Karosseriestruktur bewegt. Das System beinhaltet ferner eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Kraft des elektrisch angetriebenen Aktors zu steuern, um zu bewirken, dass sich das Verschlusselement auf eine im Wesentlichen gleichmäßige Art und Weise bewegt. Die Steuerung kann optional dazu konfiguriert sein, zu bewirken, dass sich das Verschlusselement gemäß einer S-förmigen Funktion der Position gegenüber der Zeit, wie etwa einer sinusförmigen Kurve, bewegt. Die Funktion der Position gegenüber der Zeit ist vorzugsweise eine kontinuierlich differenzierbare Funktion und weist vorzugsweise eine gleichmäßige, kontinuierliche erste Ableitung in Bezug auf die Zeit (Geschwindigkeit), eine gleichmäßige, kontinuierliche zweite Ableitung in Bezug auf die Zeit (Beschleunigung) und eine gleichmäßige, kontinuierliche dritte Ableitung in Bezug auf die Zeit (Ruck) auf Ausführungsformen des ersten Aspekts der Offenbarung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• Das System kann dazu konfiguriert sein, einen im Wesentlichen ruckfreien Betrieb bereitzustellen, wobei keine Geschwindigkeitsänderungen auftreten, die etwa 0,01 Radianten pro Sekunde überschreiten.
• Der Sensor kann optional einen anisotropen magnetoresistiven (AMR) Sensor umfassen, der eine erste und eine zweite Komponente beinhaltet, die sich relativ zueinander bewegen (z. B. drehen), wenn sich die Tür bewegt oder dreht.
• Der Sensor kann dazu konfiguriert sein, ein Absolutpositionssignal zu erzeugen.
• Das System kann optional eine angetriebene Verriegelung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, das Verschlusselement (z. B. die Tür) selektiv in einer geschlossenen Position zu halten.
• Die Steuerung ist optional dazu konfiguriert, die angetriebene Verriegelung zu entriegeln, und bewirkt, dass der elektrisch angetriebene Motor das Verschlusselement öffnet, wenn ein Aktivierungsschalter aktiviert wird.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern der Bewegung einer Fahrzeugtür relativ zu einer Fahrzeugkarosseriestruktur. Das Verfahren beinhaltet die Verwendung eines Winkelpositionssensors, um einer Steuerung gemessene Positionsdaten bereitzustellen. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, gemessene Positionsdaten zu verwenden, um ein Signal an einen angetriebenen Aktor zu erzeugen, um die Tür im Wesentlichen gleichmäßig zwischen geöffneten und geschlossenen Positionen zu bewegen, indem bewirkt wird, dass die Tür einer gleichmäßigen Funktion der Position gegenüber der Zeit folgt, die vorzugsweise kontinuierlich differenzierbar ist.
Ausführungsformen des zweiten Aspekts der Offenbarung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• Das Verfahren kann optional die Verwendung einer sinusförmigen Funktion der Position gegenüber der Zeit beinhalten.
- • Die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, die Tür auf eine ruckfreie Art und Weise zu bewegen.
- • Die Steuerung kann derart konfiguriert sein, dass die Tür keine plötzlichen Geschwindigkeitsänderungen aufweist, die etwa 0,01 Radianten pro Sekunde überschreiten.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein angetriebenes Fahrzeugtürsystem, das eine Karosseriestruktur mit einer Öffnung und einer Tür, die durch eine Verbindungsstruktur drehbar an der Karosseriestruktur angebracht ist, beinhaltet. Das Türsystem beinhaltet einen elektrisch angetriebenen Aktor, der dazu konfiguriert ist, die Tür relativ zu der Karosseriestruktur zu bewegen. Das Türsystem beinhaltet ferner einen Absolutpositionssensor, der dazu konfiguriert ist, eine gemessene Position der Tür bereitzustellen, wenn sich die Tür relativ zu der Karosseriestruktur bewegt. Das System beinhaltet außerdem eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die gemessene Position zu verwenden, um eine Kraft des elektrisch angetriebenen Aktors zu steuern, um zu bewirken, dass sich die Tür gemäß einer gleichmäßig gekrümmten Funktion der Position gegenüber der Zeit bewegt, die vorzugsweise kontinuierlich differenzierbar ist, wodurch sich die Tür von einer Startposition zu einer Endposition auf eine kontinuierliche, gleichmäßige Art und Weise, die im Wesentlichen ruckfrei ist, bewegt.
Ausführungsformen des dritten Aspekts der Offenbarung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• Die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, die Tür auf eine Art und Weise zu bewegen, die plötzliche Geschwindigkeitsveränderungen über 0,01 Radianten pro Sekunde verhindert.
• Die Funktion der Position gegenüber der Zeit kann im Wesentlichen sinusförmig sein.

Diese und weitere Merkmale, Vorteile und Ziele der vorliegenden Offenbarung können durch den Fachmann anhand der nachfolgenden Beschreibung, Patentansprüche und angehängten Zeichnungen besser verstanden und nachvollzogen werden.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt:

1 ist eine fragmentarische, partielle schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer angetriebenen Tür gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine fragmentarische, partielle schematische Draufsicht auf die angetriebene Tür aus 1;
3 ist eine schematische Ansicht des Tür- und Motorsteuersystems;
4 ist eine partielle schematische isometrische Ansicht eines AMR-Sensors;
5 ist partielle schematische Querschnittsansicht eines Elektromotors, eines Getriebes und eines AMR-Sensors;
6 ist eine schematische Ansicht einer Steuerung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine schematische Ansicht einer Steuerung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
7A ist ein Diagramm, das die befohlene Türposition und die tatsächliche (gemessene) Türposition gegenüber der Zeit beim Öffnen einer Tür zeigt;
7B ist ein Diagramm, das die befohlene Türposition und die tatsächliche (gemessene) Türposition gegenüber der Zeit beim Schließen einer Tür zeigt;
8 ist eine schematische Ansicht einer Steuerung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung; und
9 ist eine schematische Ansicht einer Steuerung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Für die Zwecke der Beschreibung in dieser Schrift beziehen sich die Ausdrücke „oberes“, „unteres“, „rechtes“, „linkes“, „hinteres“, „vorderes“, „vertikales“, „horizontales“ und Ableitungen davon auf die Erfindung in ihrer Ausrichtung in 1. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung verschiedene alternative Ausrichtungen und Schrittfolgen annehmen kann, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil vorgegeben ist. Zudem versteht es sich, dass die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichten und in der nachstehenden Patentschrift beschriebenen spezifischen Vorrichtungen und Vorgänge lediglich beispielhafte Ausführungsformen der in den beigefügten Patentansprüchen definierten Erfindungsgedanken sind. Somit sind konkrete Abmessungen und andere physische Eigenschaften bezüglich der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten, es sei denn, in den Patentansprüchen ist ausdrücklich etwas anderes angegeben.
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die US-Patentanmeldung Nr. 14/812.249 , eingereicht am 29. Juli 2015 mit dem Titel „AUTOMOTIVE DOOR POWER ASSIST“, jetzt US-Patent Nr. 10.030.431 , dessen gesamter Inhalt durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beinhaltet ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Karosseriestruktur 2 mit einer Öffnung 3. Ein Verschlusselement, wie etwa eine Tür 5, ist beweglich an der Karosseriestruktur 3 angebracht. Die Tür 5 kann über eine Scharnierstruktur, wie etwa die Scharniere 6A und 6B, zur Drehung um eine Hochachse „V“ drehbar an der Karosseriestruktur 3 angebracht sein. Wie nachstehend ausführlicher erörtert, beinhaltet das Fahrzeug 1 einen Türpositionssensor 8, ein Steuersystem 15 und einen angetriebenen Aktor, wie etwa eine elektrisch angetriebene Motorbaugruppe 10, die durch das Steuersystem 15 betätigt werden kann, um die Tür 5 aus einer geschlossenen Position 5A (2) in eine offene Position 5B (2) zu bewegen (z. B. zu drehen) und/oder die Tür 5 aus einer offenen Position in die geschlossene Position zurückzubringen. Die Tür 5 kann eine angetriebene Verriegelung 12 beinhalten, welche die Tür 5 selektiv in der geschlossenen Position 5A hält. Die angetriebene Verriegelung 12 kann dazu konfiguriert sein, einen an der Fahrzeugstruktur 2 angebrachten Anschlag 14 selektiv in Eingriff zu bringen. Es versteht sich, dass die angetriebene Verriegelung 12 an der Fahrzeugkarosserie 2 angebracht sein kann und der Anschlag 14 an der Tür 5 angebracht sein kann. Die Tür 5 kann optional einen Außengriff 11 beinhalten (2). Die hierin beschriebene Fahrzeugtür 5 ist lediglich ein Beispiel für ein Verschlusselement. Der Positionssensor 8, der angetriebene Aktor 10 und das Steuersystem 15 können jedoch zum Öffnen und/oder Schließen einer Vielzahl von Fahrzeugverschlusselementen verwendet werden, z. B. schwenkbaren und/oder verschiebbaren Türen, Hubtüren, Heckklappen, Motorhauben usw. Außerdem kann das Steuersystem 15 dazu konfiguriert sein, die Bewegung von mehreren Türen 5 und/oder Verschlusselementen des Fahrzeugs 1 zu steuern.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das Fahrzeug 1 ein Steuersystem 15, das eine Türmotorsteuerung 16, eine Verriegelungssteuerung 18 und eine Hauptsteuerung 20 beinhalten kann. Die elektrischen Komponenten des Fahrzeugs 1 können betriebsmäßig mit einem Stromversorgungssystem 22 verbunden sein. Es versteht sich, dass die Steuerungen 16, 18 und 20 aus 1 in schematischer Form gezeigt sind, und das Steuersystem der vorliegenden Offenbarung kann unter Verwendung verschiedener Mikrocontroller, Kommunikationsbusse und Hilfsstromversorgungen umgesetzt werden, wie dies für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist. Es versteht sich daher, dass die hierin verwendeten Begriffe „Steuerung“ und „Steuersystem“ nicht auf eine spezifische Hardware- und/oder Softwarekonfiguration beschränkt sind.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 kann, wenn sich die Tür 5 (oder ein anderes Verschlusselement) in einer vollständig geöffneten Position 5B befindet, der Weg der Tür durch einen festen Anschlag 24 begrenzt werden. In 3 ist der feste Anschlag 24 schematisch gezeigt. Der feste Anschlag 24 kann Drehanschläge des Scharniers 6A und/oder 6B oder eine andere geeignete Struktur umfassen. Türanschläge sind auf dem Fachgebiet allgemein bekannt, sodass angenommen wird, dass eine detaillierte Beschreibung nicht erforderlich ist. Wenn die Tür 5 eine vollständig geschlossene Position 5A erreicht, wird die Drehung der Tür 5 durch einen Anschlag begrenzt, der einen Kontakt zwischen Türdichtungen 26, der Oberfläche 2A und der Fahrzeugkarosserie 2 umfassen kann. Türdichtungen 26 können längliche elastische Elastomerelemente eines bekannten Typs umfassen, die sich um die Öffnung 3 in der Fahrzeugkarosserie 2 erstrecken.
Die Türmotorsteuerung 16 kann eine Motorsteuerung 28 und einen Motortreiber 30 umfassen. Die Motorsteuerung 28 ist dazu konfiguriert, Eingaben von einem oder mehreren Sensoren 32 zu empfangen. Die Sensoren 32 können zum Beispiel einen optionalen Türbetätigungsschalter 38, der an einer Innenseite 7 der Tür 5 angebracht ist, und/oder einen optionalen Türbetätigungsschalter 39, der an einer Außenseite 9 der Tür 5 angeordnet ist, beinhalten. Ein Funkschlüssel 37 kann ebenfalls verwendet werden, um einen Türöffnungsbefehl zu erzeugen, der als Eingabe für das Steuersystem 15 verwendet wird. Die Türbetätigungsschalter können einen Näherungssensor oder einen anderen Schalter umfassen, der von einem Benutzer innerhalb des Fahrzeugs 1 aktiviert werden kann. Die Schalter 38 und 39 erzeugen ein „Türöffnungssignal“ für die Steuerung 16, wenn sie von einem Benutzer betätigt werden. Die Steuerung 16 kann dazu konfiguriert sein, die angetriebene Verriegelung 12 zu entriegeln und den elektrisch angetriebenen Motor 10 zu betätigen, um die Tür 5 zu öffnen, wenn ein Signal von Schalter 38 oder Schalter 39 empfangen wird. Die Steuerung 16 kann dazu konfiguriert sein, die Tür 5 nur dann zu öffnen (z. B. die angetriebene Verriegelung 12 zu entriegeln und den elektrisch angetriebenen Motor 10 zu betätigen), wenn andere vordefinierte Bedingungen vorliegen. Zum Beispiel kann das Steuersystem 15 dazu konfiguriert sein, die Tür 5 zu öffnen, wenn der Außenschalter 39 nur betätigt wird, wenn ein autorisierter Benutzer (z. B. ein Funkschlüssel) detektiert wird. Das Steuersystem 15 kann auch dazu konfiguriert sein, die Tür 5 zu öffnen, wenn der Innenschalter 38 nur betätigt wird, wenn das Fahrzeug 1 steht oder sich unter einer vordefinierten maximal zulässigen Geschwindigkeit (z. B. 3 mph) bewegt.
Wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, kann der Sensor 8 optional einen Absolutwinkelpositionssensor umfassen, wie etwa einen anisotropen magnetoresistiven (AMR) Sensor, einen GMR-Sensor, einen TMR-Sensor, einen induktiven Absolutpositionssensor oder dergleichen. Der Positionssensor 8 ist betriebsfähig mit einer Türmotorsteuerung 16 verbunden, um Winkelpositionsdaten der Fahrzeugtür 5 relativ zur Fahrzeugkarosserie 2 bereitzustellen. Der Sensor 8 kann praktisch jeden Sensor (z. B. einen Hall-Effekt-Sensor) umfassen, der in der Lage ist, Positionsdaten bezüglich der Position der Tür 5 relativ zu der Karosserie 2 bereitzustellen. Zusätzliche Sensoren können zum Beispiel Sensoren (z. B. Schalter) beinhalten, die angeben, wann sich die Tür 5 in der vollständig offenen oder vollständig geschlossenen Position befindet. Noch ferner können die Sensoren 32 Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren und/oder andere Sensoren beinhalten, die der Türsteuerung 16 Daten bezüglich verschiedener Fahrzeugbetriebsparameter bereitstellen.
Die Steuerung 16 kann optional auch Eingaben von einer automatisierten Fahrzeugsteuerung (automatic vehicle control - AV-Steuerung) 34 empfangen. Insbesondere kann das Fahrzeug 1 eine AV umfassen, die zum automatisierten Betrieb in der Lage ist. Die Fahrzeugsteuerung 20 (1) kann eine AV-Steuerung 34 beinhalten, die Daten von verschiedenen Sensoren (z. B. Ultraschallsensoren 21) verwendet, um Objekte zu detektieren, die benachbart zu dem Fahrzeug 1 sind, und Steuersignale zu erzeugen, um den Fahrzeugbetrieb zu steuern. Eingaben von der AV-Steuerung 34 können von der Türmotorsteuerung 16 verwendet werden, um den Betrieb der Fahrzeugtür 5 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuerung 16 dazu konfiguriert sein, das Öffnen und/oder Schließen der Tür 5 auf eine Art und Weise zu steuern, die den Kontakt zwischen der Tür 5 und Fußgängern, Haustieren und sich bewegenden oder stehenden Objekten verhindert. Die Sensoren 21 können Objekte auf dem Weg der Tür 5 detekiteren, und die Steuerung 16 kann den elektrisch angetriebenen Motor 10 umkehren, um die Bewegung der Tür 5 zu stoppen und ein Auftreffen auf ein Objekt zu vermeiden. Die Steuerung 16 kann auch bestimmen, dass die Tür 5 ein Objekt berührt hat, wenn der elektrische Strom zu dem elektrisch angetriebenen Motor 10 zunimmt, während Tür 5 gestoppt ist und/oder sich nicht mit einer erwarteten Geschwindigkeit für den von dem elektrisch angetriebenen Motor 10 entnommenen elektrischen Strom bewegt. Außerdem kann der Sensor 21 an der Tür 5 ferner einen Beschleunigungsmesser umfassen. Wenn die Tür 5 eine plötzliche Zunahme oder Abnahme der Geschwindigkeit (d. h. Beschleunigung) erfährt, kann das System bestimmen, dass eine äußere Kraft (z. B. aufgrund von Wind oder eines Objekts usw.) auf die Tür 5 ausgeübt wurde, die dazu neigt, die Tür 5 zu öffnen oder zu schließen, oder dazu neigt, das Öffnen oder Schließen der Tür 5 zu verhindern. Wie nachstehend in Verbindung mit den 7, 7A und 7B ausführlicher erörtert, kann das System dazu konfiguriert sein, derartige Störungen zu berücksichtigen und den gleichmäßigen Öffnungs-/Schließvorgang der Tür fortzusetzen. Darüber hinaus kann die Türmotorsteuerung 16 auch menschliche Eingaben 36 empfangen.
Die Motorsteuerung 28 und der Motortreiber 30 können dazu konfiguriert sein, eine Steuerung des elektrisch angetriebenen Aktors/Motors 10 zu ermöglichen, um zu bewirken, dass der elektrisch angetriebene Motor 10 ein variables Drehmoment „T1“ zum Öffnen und/oder Schließen der Tür 5 erzeugt. Reibung, Trägheit und/oder andere Bedingungen können dazu führen, dass ein Drehmoment „T2“, das durch das Motordrehmoment T1 überwunden werden muss, die Fahrzeugtür 5 öffnet oder schließt. Es versteht sich, dass einige äußere Kräfte (z. B. Wind) das Öffnen der Tür 5 unterstützen können, und die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, bei Bedarf reduziertes Drehmoment oder Bremsmoment zu erzeugen. Wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, kann die Türmotorsteuerung 16 dazu konfiguriert sein, ein Steuersignal bereitzustellen, das bewirkt, dass sich die Tür 5 mit einer Geschwindigkeit öffnet, die in Abhängigkeit von der Position der Fahrzeugtür 5 relativ zur Fahrzeugkarosserie 2 variieren kann. Dies kann das Bereitstellen eines variablen Drehmoments T1 einschließen, das eine Türdrehgeschwindigkeit bereitstellt, die von der Winkelposition der Fahrzeugtür 5 abhängig ist und einer gewünschten Winkelrate so genau wie möglich folgt.
Unter Bezugnahme auf 4 kann der Sensor 8 optional einen AMR-Sensor umfassen, der eine erste und eine zweite Komponente 40 und 42 beinhaltet, die sich relativ zueinander um eine Achse „A“ drehen. Die Achse A aus 4 kann koaxial zur Hochachse V sein (2 und 3). Die erste Komponente 40 kann einen Scheibenmagneten umfassen, der an einer ersten Struktur 41 angebracht ist, die sich relativ zu einer zweiten Struktur 43 dreht. Der Magnet 40 definiert die Pole 46A und 46B, und die zweite Komponente 42 umfasst einen AMR-Sensor, der eine Winkelposition der ersten Komponente 40 relativ zu der zweiten Komponente 42 basierend auf der Winkelposition der Pole 46A, 46B erfasst. Der AMR-Sensor 8 kann einen anisotropen magnetoresistiven Sensor, einen Riesenmagnetowiderstands(giant magnetoresistive - GMR)-Sensor oder einen magnetischen Tunnelwiderstands(tunnel magnetoresistive - TMR)-Sensor umfassen. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Ausdruck „AMR-Sensor“ auf nahezu jeden Sensor, der in der Lage ist, eine Absolutposition zu erfassen. Im Allgemeinen können AMR-Sensoren Absolutwinkelpositionssignale in mechatronischen Dreh- und Linearsystemen zur Winkelpositionssteuerung von Fahrzeuggehäusen, wie etwa Türen, mit geschlossener Schleife erzeugen. Somit stellt der AMR-Sensor 8 im Vergleich zu herkömmlichen Codierern der Türmotorsteuerung 16 ein Signal bereit, das die Absolutposition der Fahrzeugtür 5 relativ zur Fahrzeugkarosserie 2 anzeigt, ohne dass ein Drehcodierer oder dergleichen erforderlich ist. Der Positionssensor 8 kann jedoch optional einen Positionssensor umfassen, der keine Absolutposition bereitstellt (z. B. einen Sensor, der einen Drehgeber beinhaltet). Wie vorstehend erwähnt, können der AMR-Sensor 8, der angetriebene Aktor und das Steuersystem verwendet werden, um das Öffnen und/oder Schließen praktisch aller Gehäuse, einschließlich Türen, Hubtüren, Heckklappen, Motorhauben usw., zu steuern.
Der Magnet 40 kann an einer Welle 44 (4) befestigt sein, die sich relativ zu einer nicht beweglichen (stationären) zweiten Struktur 43 dreht. Die Welle 44 kann eine Welle eines Elektromotors, eine Welle eines Türscharniers 6A oder 6B oder eine andere Komponente umfassen. Es versteht sich, dass der Magnet 40 und der AMR-Sensor 42 so geschaltet werden können, dass der Magnet 40 an einer festen oder nicht beweglichen Struktur 43 angebracht ist, und die AMR-Sensorkomponente 42 ist an einer beweglichen Struktur 41 (z. B. Welle 44) angebracht. Der Magnet 40 und der AMR-Sensor 42 sind um einen Abstand „S“ voneinander beabstandet. Der Abstand „S“ wird vorzugsweise innerhalb einer vordefinierten Toleranz gehalten. Gleichermaßen wird auch eine Winkelfehlausrichtung zwischen dem Magneten 40 und dem AMR-Sensor 42 vorzugsweise innerhalb einer vordefinierten zulässigen Toleranz gehalten. Wie nachstehend erörtert, kann das Steuersystem 15 zum Zeitpunkt des Zusammenbaus des Fahrzeugs 1 kalibriert werden, um Variationen in der relativen Winkelposition der Komponenten 40 und 42 zu berücksichtigen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5 kann die elektrisch angetriebene Motorbaugruppe 10 ein Gehäuse 48, einen Elektromotor 50 und einen (optionalen) Zahnradantrieb 52 beinhalten, die in dem Gehäuse 48 angeordnet sind. Eine sich drehende innere Komponente 54 (Rotor) des Elektromotors 50 treibt eine Welle 56 als Eingabe in den Zahnradantrieb 52 an. Der Zahnradantrieb 52 stellt eine angetriebene Drehung der Abtriebswelle 58 bereit. Der Zahnradantrieb 52 kann ein geeignetes Untersetzungsgetriebesystem (z. B. einen Planetengetriebeantrieb) umfassen, sodass die Abtriebswelle 52 mit einer niedrigeren Drehzahl als die Motorabtriebswelle 56 mit erhöhtem Drehmoment angetrieben wird. Das Gehäuse 48 kann durch eine Halterung 60 fest an der Türstruktur 5 angebracht sein, sodass sich das Gehäuse 48 mit der Tür 5 bewegt. Die Abtriebswelle 58 kann durch eine Verbindung, wie etwa einen Arm 62 und einer Halterungsstruktur 64, betriebsfähig mit der Fahrzeugkarosseriestruktur 2 verbunden sein. Die Betätigung des Elektromotors 50 führt zu einer Drehung der Welle 58, was wiederum bewirkt, dass sich die Tür 5 relativ zu der Karosseriestruktur 2 bewegt. Verschiedene Verbindungsanordnungen können verwendet werden, um bewegliche Komponenten (z. B. die Tür 5) betriebsfähig mit der stationären Komponente (z. B. der Karosserie 2) zu verbinden, und die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die Anordnung aus 5 beschränkt. Außerdem versteht es sich, dass verschiedene angetriebene Aktoren (z. B. sich drehende oder lineare Wechselstrom-Elektromotoren, sich drehende oder lineare Gleichstrom-Elektromotoren, hydraulische oder pneumatische Aktoren usw.) verwendet werden können, sofern für eine bestimmte Anwendung erforderlich. Es versteht sich, dass der Elektromotor 2 durch eine geeignete Halterungsanordnung an der Karosseriestruktur 2 befestigt sein kann und der Arm 62 und die Halterung 64 wiederum an der Fahrzeugtürstruktur 5 gesichert sein können.
Der Positionssensor 8 (5) kann optional einen Absolutpositions-AMR-Sensor umfassen, der eine erste Komponente (z. B. einen Magneten 40) beinhaltet, die an einer Abtriebswelle 44 des Elektromotors 50 angebracht ist, und die AMR-Sensorkomponente 42 kann an der Fahrzeugkarosseriestruktur 2 angebracht sein. Die Drehung des Elektromotors 50 bewirkt eine Drehung des Magneten 40 relativ zu den AMR-Sensorkomponente 42, wodurch der Türmotorsteuerung 16 eine Winkelpositionsmessung oder ein Winkelpositionssignal bereitgestellt wird. Die Türmotorsteuerung 16 kann dazu konfiguriert sein, das Übersetzungsverhältnis des Zahnradantriebs 52 zu berücksichtigen, wobei eine genaue Absolutwinkelposition der Fahrzeugtür 5 relativ zur Fahrzeugkarosseriestruktur 2 in der Türsteuerung verwendet wird. Es versteht sich, dass 5 schematischer Natur ist und ein Beispiel für eine mögliche Konfiguration für die elektrisch angetriebene Motorbaugruppe 10 und den Positionssensor 8 darstellt. Im Allgemeinen können die Komponenten 40, 42 des Positionssensors 8 an zwei beliebigen Abschnitten von zwei Komponenten angebracht sein, die sich im Betrieb relativ zueinander bewegen, wodurch der Steuerung 16 eine Absolutwinkelposition der beiden Komponenten relativ zueinander bereitgestellt wird.
Wenn der Positionssensor 8 einen AMR-Sensor umfasst, können die Komponenten 40 und 42 zum Zeitpunkt des Zusammenbaus des Fahrzeugs 1 an geeigneten Tür- und Karosseriekomponenten befestigt werden, und die Steuerung 16 kann kalibriert werden, um Variationen in den Positionen der Komponenten 40 und 42 relativ zueinander zu berücksichtigen, die zum Zeitpunkt des Zusammenbaus auftreten können. Zum Beispiel können die Positionen der Komponenten 40 und 42 relativ zueinander aufgrund von Produktionstoleranzen und dergleichen variieren. Die Tür 5 kann in eine vollständig geschlossene Position bewegt werden, und die Steuerung 16 kann so programmiert sein, dass sie diese Position als die vollständig geschlossene Position der Tür erkennt. Auf diese Weise können Produktionstoleranzen und dergleichen zum Zeitpunkt des Zusammenbaus des Fahrzeugs 1 berücksichtigt werden. Das Steuersystem 15 kann auch dazu konfiguriert sein, die Position der Tür 5 nach dem Zusammenbau periodisch zu kalibrieren. Zum Beispiel kann das System 15 dazu konfiguriert sein, zu detektieren, dass sich die Tür 5 in einer vollständig geschlossenen Position befindet, wenn die angetriebene Verriegelung betätigt wird und/oder wenn andere Sensoren anzeigen, dass sich die Tür 5 in einer vollständig geschlossenen Position befindet. Das Steuerungssystem 15 kann die vollständig geschlossene Position der Tür 5 periodisch zurücksetzen, um Variationen zu berücksichtigen, die während der Verwendung des Fahrzeugs 1 auftreten können.
Der Positionssensor 8 kann praktisch jeden geeigneten Sensor umfassen. Geeignete AMR-Positionssensoren können digitale Ausgangssignale, wie etwa (a) einen SPI-Bus - eine als digitale Zahl codierte Absolutwinkelposition, oder (b) einen I2C-Bus - eine als digitale Zahl codierte Absolutwinkelposition, oder (c) eine PWM - eine als quasidigitale Zahl codierte Absolutwinkelposition, die als Prozentsatz des Arbeitszyklus einer Rechteckwelle codiert ist, beinhalten. Der AMR-Sensor kann ein analoges Ausgangssignal bereitstellen, wie etwa (a) eine Quadratur - zwei analoge Spannungen, deren codierte Phase die Absolutposition anzeigt, oder (b) eine einzelne analoge Spannung, die proportional zur Absolutwinkelposition ist, oder (c) eine Vernier-Konfiguration - zwei analoge Kanäle mit Zahnrädern in radialer Konfiguration. Wie vorstehend angemerkt, kann der Positionssensor 8 optional (1) einen anisotropischen magnetoresistiven Sensor oder (2) einen Riesenmagntowiderstandssensor oder (3) einen magnetischen Tunnelwiderstand umfassen.
Wenn eine axiale Montagekonfiguration verwendet wird, bei der sich die Sensoren an einem Ende einer Welle, auf einer Achse, befinden, sind die Sensoren und Magnete vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten eines beweglichen Mechanismus positioniert. Die Elektronik kann sich auf der stationären Seite befinden (z. B. angebracht sein), und der Magnet kann sich auf der beweglichen Seite befinden (z. B. angebracht sein). Der Positionssensor 8 kann einen diametral gepolten Scheibenmagneten verwenden, und die Sensoren können mechanisch an der Rotationsachse für eine minimale TIR (<0,5 mm), Winkelausrichtung (<2°) und einen Freiraumversatz (^∼1 mm) ausgerichtet sein. Die Magnete können in demselben Maße wie die Sensoren an der Rotationsachse ausgerichtet sein, und die Magnete können mechanisch oder klebend gehalten werden. Die Sensorkomponenten 40 und/oder 42 können in einem wasserdichten Gehäuse angeordnet sein und können unter Verwendung wasserdichter elektrischer Verbinder funktionsfähig mit dem Steuersystem 15 verbunden sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 kann der Zahnradantrieb 52 ein Zahnrad 53 beinhalten, das sich mit der Welle 56 dreht. Ein alternativer Positionssensor 8A kann einen ersten und einen zweiten radial angebrachten AMR-Sensoren 66 und 68 umfassen, die eine Absolutwinkelpositionsmessung bereitstellen. Die AMR-Sensoren 66 und 68 weisen Zahnradzähne auf, die sich um eine Zählung unterscheiden, um ein Vernier-Winkelmesssystem zu erzeugen. Der AMR-Sensor 8A kann dazu konfiguriert sein, AMR-Sensoren 66 und 68 mit Analogausgang zu verwenden.
Die Steuerung 15 kann wie in den 6-9 gezeigt konfiguriert sein. Unter Bezugnahme auf 6 kann die Türmotorsteuerung 15A einen Motorpositionsbefehl 70 beinhalten, der eine Türlogik 72 mit höherer Prioritätsstufe empfängt, die den Motor anweist, sich in eine gewünschte Position zu bewegen, anzuhalten und Störungen auszugleichen. Eine Positionssummierstelle 74 empfängt Befehle von dem Motorpositionsbefehl 70 und empfängt auch Türpositionsdaten 76 von dem Türpositionssensor 88. Es versteht sich, dass der Türpositionssensor 88 einen AMR-Sensor 8 oder einen anderen geeigneten Sensor umfassen kann. Die Verbindungsstelle 74 stellt einer Motorsteuerung 78 einen Türpositionsfehler 75 bereit. Die Motorsteuerung 78 stellt dem Motortreiber 82 Befehle 79 mit niedriger Leistung bereit, und der Motortreiber 82 stellt der Motorsteuerung 78 eine Überstromrückmeldung 80 bereit. Die Überstromrückmeldung 84 kann auch von dem System verwendet werden, um die Türlogiksteuerung 72 mit höherer Prioritätsstufe zu bestimmen.
Die Motorsteuerung 78 stellt dem Motortreiber 82 Motorbefehle 79 mit niedriger Leistung bereit, und der Motortreiber 82 stellt einem angetriebenen Aktor, wie etwa einem Getriebemotor 84, Motorbefehle 83 mit hoher Leistung bereit. Der Getriebemotor 84 kann eine elektrisch angetriebene Anordnung, wie etwa die Anordnung 10 aus 5 umfassen und kann einen Elektromotor und einen Zahnradantrieb beinhalten. Der Getriebemotor 84 stellt der Türbaugruppe 86 eine mechanische Scharnierbewegung und Position 85 bereit, und die Türposition 87 relativ zur Fahrzeugkarosserie wird von dem Türpositionssensor 88 erfasst. Es versteht sich, dass die Türbaugruppe 86 der vorstehend beschriebenen Tür 5 im Wesentlichen ähnlich sein kann.
Die Bewegung (Winkelposition) der Tür 5 kann wie folgt ausgedrückt werden:
$Door Angular Position = θ (t) = A π sin (2 π f t + θ) + B = A sin (ω t + θ) + B$

Wobei t = Zeit
A = eine Amplitude
2πf = ω = Winkelfrequenz
Ø= Phasenwinkel
B = ein Versatz (B kann erforderlich sein, um negative Türwinkel in einigen Systemen mit Referenzrahmen zu vermeiden, die nicht negativ sein können). Eine vollständig verriegelte Tür weist einen Türwinkel von 0 Radianten auf.

Im Allgemeinen gilt: Ω ≠ ω.
Daraus folgt:

Winkelgeschwindigkeit = Ω (t) = θ̇(t) = A ω cos (ωt + Ø)
Winkelbeschleunigung = α(t) = θ̈(t) = -A ω² sin (ωt + Ø)
$Ruck 1 = \overset{⃛}{θ} (t) = - A ω^{3} cos (ω t + θ)$

Unter weiterer Bezugnahme auf 7 kann ein Steuersystem 15B einen Motorpositionsbefehl 70A, eine Motorsteuerung 78A, einen Motortreiber 82A, einen Getriebemotor 84A, eine Türbaugruppe 86A und einen Türpositionssensor 88A beinhalten, die der Positionssummierstelle 74A Türpositionsdaten 76A bereitstellen. Das System 15B ist dem System 15A aus 6 im Wesentlichen ähnlich und stellt eine Grundlinien-Motorsteuerung 78A dar. Der Motorpositionsbefehl 70A beinhaltet Eingaben 90, die S-Kurven umfassen können, wie in 7A (Öffnen der Tür) und 7B (Schließen der Tür) gezeigt. Der Bewegungsbereich der Tür 5 beim Öffnen kann durch einen mechanischen Anschlag der Scharniere 6A, 6B oder einen Türgurt (nicht gezeigt) begrenzt sein. Wenn sich die Tür 5 schließt, wird der Bewegungsbereich durch einen Kontakt zwischen Tür 5 und Karosserie 2 und/oder Verriegelung 12 mechanisch begrenzt. Die horizontalen Liniensegmente L1 (7A) und L2 (7B) entsprechen im Allgemeinen den mechanischen Anschlägen während des Öffnens bzw. Schließens.
Unter weiterer Bezugnahme auf 7A können die S-Kurven 90 während des Türöffnungsvorgangs befohlene (gewünschte) Türpositionen 90A und tatsächliche Türpositionen 90B und 90C umfassen. Die S-Kurven 90A, 90B können eine Türwinkelposition in Abhängigkeit von der Zeit umfassen. Die befohlenen (gewünschten) Türpositionen 90A beinhalten im Allgemeinen horizontale oder fast horizontale Start- und Endabschnitte, sodass sich die Position der Tür 5 in Abhängigkeit von der Zeit am Anfang und Ende des Türwegs (Bewegung) allmählicher ändert. Das System 15B kann dazu konfiguriert sein, eine S-Kurve 90A mit Start- und Endwinkeln zu verwenden, die den mechanischen Anschlägen entsprechen (z. B. Linien L1 und L2), oder die S-Kurve 90A kann Endpunkte aufweisen, die entweder vor oder nach den mechanischen Anschlägen liegen. Insbesondere kann die befohlene S-Kurve 90A Endpunkte aufweisen, die 0,5 bis 1,0 Grad unter den mechanischen Anschlägen liegen. Die Linie 90B stellt gemessene Türpositionen (z. B. Winkel) dar, die jeweils kleiner als eine befohlene Position sind, und die Linie 90C stellt gemessene Türpositionen dar, die größer als eine befohlene Türposition 90A sind.
Es versteht sich, dass die gemessenen Türpositionen 90B und 90C lediglich Beispiele für mögliche gemessene Türpositionen sind. Diese Beispiele sollen helfen, die hierin beschriebenen Konzepte zu erklären, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. Die gemessenen Türpositionen können Formen aufweisen, die sich erheblich von den Linien 90B und 90C unterscheiden. Wenn beispielsweise eine Kraft wie etwa ein Objekt eines Windstoßes auf die Tür 5 wirkt, kann die gemessene Türposition für einen Zeitraum erheblich größer oder kleiner als die befohlene Position sein (oder die gemessene Position 90B oder 90C kann die befohlene Linie 90A kreuzen), bis die Steuerung Befehle für ein erhöhtes oder verringertes Drehmoment für die elektrisch angetriebene Motorbaugruppe 10 erzeugt, die ausreichend sind, um die gemessene Position zurück zur befohlenen Positionslinie 90A zu bringen. Im Falle einer großen Eingangskraft (z. B., wenn Tür 5 ein Objekt berührt) kann die Steuerung (optional) dazu konfiguriert sein, die befohlene Linie zu verschieben, anstelle die gemessene Türposition (z. B. Linie 90B) zurück zur ursprünglichen befohlenen Linie 90A zu bringen. Zum Beispiel, wenn die Tür 5 bei Zeitpunkt t_x auf eine große Kraft trifft (7A), welche die Tür 5 stoppt oder die Geschwindigkeit, mit der sich die Tür 5 öffnet, erheblich verlangsamt, kann die Steuerung den übrigen Abschnitt der befohlenen Linie 90A um eine Zeitdifferenz 99 verschieben, um ein neues befohlenes Liniensegment 91A zu erzeugen, und können Differenzen zwischen dem Liniensegment 91A und der gemessenen Türposition 91B verwendet werden, um die Türposition zu steuern, bis die Tür vollständig offen ist. Das neue Befehlsliniensegment 91A kann optional eine S-Kurve (z. B. Sinuskurve) mit einer Form umfassen, die der befohlenen Positionslinie 90A im Wesentlichen ähnlich ist, sich jedoch über den reduzierten Winkelabstand des übrigen Türwegsegments erstreckt. Gleichermaßen kann die Steuerung (optional) dazu konfiguriert sein, zu einer neuen befohlenen Kurve (nicht gezeigt) zu wechseln, die über und links von der ursprünglichen befohlenen Linie 90A in 7A liegt, wenn eine kurze Kraft, die dazu neigt, die Tür 5 zu öffnen, bewirkt, dass der Winkel für einen Zeitraum sehr schnell zunimmt. Somit kann die Eingabe 90 gewünschte Türpositionen 90A umfassen. Die S-Kurven 90A und 90B sind vorzugsweise kontinuierlich differenzierbare Funktionen, wie etwa Sinus- oder Kosinuskurven (d. h. die S-Kurven sind vorzugsweise sinusförmig). Somit sind die Kurven 90A und 90B vorzugsweise kontinuierlich bis zum n-ten Grad differenzierbar.
Das Steuersystem 15 kann dazu konfiguriert sein, die Winkelposition der Tür 5 in sehr kleinen Zeitintervallen (z.B. 10 Mal pro Sekunde, 100 Mal pro Sekunde, 1000 Mal pro Sekunde) schnell und kontinuierlich zu messen. Das Steuersystem 15 kann eine PID-Steuerung umfassen, die Positionsdifferenzen und/oder die Ableitung und/oder das Integral der Position in Bezug auf die Zeit nutzt. Zu jeder Messzeit „t“ kann die Steuerung 15 eine Differenz 96 zwischen der befohlenen Position (Linie 90A) und der gemessenen Position (Linien 90B und 90C) bestimmen. Die Differenz 96 kann als Eingabe verwendet werden, um ein Drehmomentsignal (z. B. elektrischen Strom) für den Aktor (elektrisch angetriebene Motorbaugruppe 10) zu bestimmen. Im Allgemeinen kann während der Öffnungsvorgänge (7A) die Steuerung dazu konfiguriert sein, das Drehmoment des Aktors 10 zu erhöhen, wenn die gemessene Position zu einem Zeitpunkt t größer als die befohlene Position ist (Linie 90BA). Das Integral (Summe der Positionsdifferenzen) und die Positionsableitung können auch von dem Steuersystem 15 verwendet werden, um die Drehmomentsteuerung zu bestimmen, die erforderlich ist, um dem befohlenen Liniensegment 90A zu folgen.
Türschließvorgänge (7B) können ebenfalls S-Kurven 90A, 90B, 90C usw. im Wesentlichen in gleicher Weise wie die vorstehend in Verbindung mit 7A beschriebenen Türöffnungsvorgänge nutzen. Wie jedoch in 7B gezeigt, weisen die S-Kurven bei Türschließvorgängen aufgrund der abnehmenden Winkelposition im Zeitverlauf eine negative Neigung auf. Es versteht sich auch, dass 7A Türschließvorgänge beschreiben kann, wenn der Startwinkel von 7A die Türöffnungsposition ist, und die Türposition (Winkel) wird als zunehmend angesehen, wenn sich die Tür öffnet (d. h. die Position/der Winkel aus 7A kann einen Winkel relativ zu einem Startwinkel umfassen, bei dem die Tür 5 entweder offen oder geschlossen ist). Wenngleich die Steuerung der S-Kurve bei Türschließvorgängen (7B) im Wesentlichen ähnlich zur Steuerung der S-Kurve bei Türöffnungsvorgängen sein kann (z. B. können die S-Kurven sowohl für Öffnungs- als auch für Schließvorgänge der Tür sinusförmige Kurven sein und kann die Öffnungszeit gleich der Schließzeit sein), sind die Öffnungs- und Schließvorgänge der Tür nicht zwingend identisch. Beispielsweise können die gesamten Öffnungs- und Schließbefehlszeiten unterschiedlich sein (z. B. kann die Steuerung 15 dazu konfiguriert sein, die Tür 5 langsamer zu öffnen, als die Tür 5 zu schließen). Gleichermaßen kann die Steuerung 15 dazu konfiguriert sein, befohlene Linien der S-Kurve mit unterschiedlichen Formen für Öffnungs- und Schließvorgänge der Tür zu nutzen.
Die Tür 5 bewegt sich vorzugsweise im Wesentlichen gleichmäßig und ruckfrei, wobei die Tür 5 keine plötzlichen Geschwindigkeitsänderungen aufweist, die 0,01 Radianten pro Sekunde überschreiten. Die Kriterien für eine ruckfreie Bewegung können größere oder kleinere Mengen umfassen (z. B. 0,005 Radianten pro Sekunde, 0,001 (oder weniger) Radianten pro Sekunde, 0,5 Radianten pro Sekunde, 1,0 (oder mehr) Radianten pro Sekunde usw., wie für eine bestimmte Anwendung erforderlich. Um eine gleichmäßige Bewegung zu erzielen, werden außerdem Einschränkungen für die Geschwindigkeit der Tür 5 am Start- und Endpunkt des Bewegungsprofils festgelegt. Insbesondere weist die Winkelgeschwindigkeit vorzugsweise eine Neigung von Null (oder eine Neigung von fast Null) am Start- und Endpunkt der Türbewegung auf.
Die Neigung der Linien 90A und 90B stellt die gewünschten (befohlenen) und tatsächlichen Geschwindigkeiten der Tür 5 beim Öffnen oder Schließen dar. Somit kann die Steuerung dazu konfiguriert sein, zu bewirken, dass sich die Tür 5 entlang einer S-Kurve bewegt (d. h. mit einer gewünschten Geschwindigkeit bewegt), und zwar basierend auf der Sensorrückmeldung 76A und/oder anderen Faktoren. Die Grundliniensteuerung 78 umfasst ein lineares, zeitinvariantes Kausalsystem. Das System kann ein Zustandsraum-Steuersystem nutzen, das kinetische Parameter des Türsystems beinhaltet. Es können jedoch auch andere Steuersysteme genutzt werden. Die Türpositionssteuerung kann digital oder analog sein, und es kann praktisch jede geeignete Positionssteuerung verwendet werden (z. B. PID, Vorwärtskopplung, Fuzzy-Logik). Die Türpositionssteuerung kann dazu konfiguriert sein, den geltenden Hardware- und Softwarestandards zu entsprechen (z. B. AEC-Q100, ISO26262, AUTOSAR usw.). Die Positionsbefehle für das Öffnen/Schließen der Tür können S-Kurven 90A, 90B usw. sein, die einer vordefinierten kinematischen Spezifikation entsprechen, um eine gleichmäßige Türbewegung bereitzustellen. Zum Beispiel kann die S-Kurve 90A sinusförmige oder nicht sinusförmige Kurven umfassen, die Bereiche mit geringerer Neigung (Geschwindigkeit) während der Anfangs- und Endbewegung der Tür 5 beinhalten. Insbesondere kann S-Kurve 90A sinusförmig oder ungefähr sinusförmig sein. Die Motorpositionsbefehle können aus Prozessen mit höherer Priorität abgeleitet werden, die Befehle zur Steuerung der Zustandsströmung von automatisierten Fahrzeugen (automated vehicle - AV) integrieren.
Unter weiterer Bezugnahme auf 8 ist das Steuersystem 15C den Steuersystemen 15A und 15B ähnlich, die vorstehend in Verbindung mit den 6 und 7 beschrieben wurden. Das System 15C beinhaltet ferner einen Beschleunigungsmesser 92, der Beschleunigungsdaten für die Türlogik 72C mit höherer Priorität bereitstellt. Das System 15C ist ein adaptives Motorsteuersystem. Insbesondere ist das System 15C ein lineares adaptives Steuersystem, bei dem einige Steuerungskoeffizienten und -zustände aufgrund von Kontaktsensoren geändert werden. Adaptive Steuerungen können Störungen wie Windböen, ungleichmäßige (d. h. nicht ebene) Straßenoberflächen, Rollen, Nicken und menschliche Kräfte (z.B. Stöße) an der Tür 5 berücksichtigen. Das System 15C verwendet Beschleunigungsmessereingaben 92, die von einer ECU der Steuerung bereitgestellt werden können, um dadurch Rollen, Nicken und äußere Kräfte zu berücksichtigen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 9 verwendet ein Steuersystem 15D Eingaben von Objektdetektionssensoren 94. Die Objektdetektionssensoren 94 können beispielsweise Fußgänger oder andere Objekte neben der Fahrzeugtür 5 detektieren. Das System 15D kann ein vorhersagendes Motorsteuersystem umfassen. Insbesondere kann das System 15D ein lineares, zeitvariables, nicht kausales (d. h. vorhersagendes) Steuersystem umfassen, in dem einige Steuerungskoeffizienten und -zustände aufgrund von berührungslosen Objektdetektionssensoren geändert werden. Das System kann dazu konfiguriert sein, den Kontakt mit Bordsteinen, Pfosten, Fußgängern usw. zu antizipieren und die Türbewegung in die Öffnungs- und/oder Schließrichtung zu stoppen, während sich die Tür bewegt, oder eine weitere Bewegung zu verhindern, wenn die Tür 5 stationär ist, wenn ein Objekt detektiert wurde.
Es versteht sich, dass Variationen und Modifikationen an der vorangehenden Struktur vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich ferner, dass derartige Konzepte von den folgenden Patentansprüchen abgedeckt sind, sofern diese Patentansprüche durch ihren Wortlaut nicht ausdrücklich etwas anderes festlegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Karosseriestruktur mit einer Öffnung; in Verschlusselement, das beweglich an der Karosseriestruktur durch eine Verbindungsstruktur zur Bewegung zwischen einer geschlossenen Position, in der das Verschlusselement die Öffnung verschließt, und einer offenen Position, in der das Verschlusselement von der Öffnung beabstandet ist, angebracht ist; einen elektrisch angetriebenen Aktor, der dazu konfiguriert ist, das Verschlusselement relativ zu der Karosseriestruktur zu bewegen; einen Positionssensor, der dazu konfiguriert ist, eine gemessene Position des Verschlusselements bereitzustellen, wenn sich das Verschlusselement relativ zu der Karosseriestruktur bewegt; eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die gemessene Position zu verwenden, um eine Kraft des elektrisch angetriebenen Aktors zu steuern, um zu bewirken, dass sich das Verschlusselement gemäß einer S-förmigen Funktion der Position gegenüber der Zeit mit Start- und Endpositionen bewegt, wobei die Geschwindigkeit des Verschlusselements gleichmäßig von einem ersten Minimum an einer Startposition zu einem Maximum an einer zentralen Position zwischen der Start- und der Endposition und zu einem zweiten Minimum an der Endposition übergeht.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht die S-förmige Funktion der Position gegenüber der Zeit einer S-förmigen Funktion der befohlenen Türposition; und wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, Differenzen zwischen der S-förmigen Funktion der Position gegenüber der Zeit und der S-förmigen Funktion der befohlenen Türposition zu minimiere Gemäß einer Ausführungsform ist die S-förmige Funktion der befohlenen Türposition im Wesentlichen sinusförmig.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, eine S-förmige Funktion der Position gegenüber der Zeit bei Öffnungs- und Schließvorgängen der Tür zu nutzen.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen das erste und das zweite Minimum eine Geschwindigkeit von null.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Ableitung der S-förmigen Funktion der Position gegenüber der Zeit S-förmig.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuerung eine PID-Steuerung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der elektrisch angetriebene Aktor einen Elektromotor mit einer Antriebswelle; umfasst der Positionssensor einen Absolutpositionssensor mit einer ersten und einer zweiten Komponente, welche Absolutpositionssignale erzeugen, wenn sich die erste und die zweite Komponente relativ zueinander bewegen, und wobei die erste Komponente des Absolutpositionssensors an der Antriebswelle angebracht ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Absolutpositionssensor einen AMR-Sensor.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Aktivierungsschalter; eine angetriebene Verriegelung, die dazu konfiguriert ist, das Verschlusselement selektiv in einer geschlossenen Position zu halten; und wobei: die Steuerung dazu konfiguriert ist, die angetriebene Verriegelung zu entriegeln und zu bewirken, dass der elektrisch angetriebene Aktor das Verschlusselement öffnet, wenn der Aktivierungsschalter betätigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verschlusselement eine Tür, die über eine Scharnierstruktur zur Drehung um eine vertikale Achse drehbar mit der Karosseriestruktur verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform bewegt die Steuerung die Tür auf eine ruckfreie, gleichmäßige Art und Weise.
Gemäß einer Ausführungsform ist die S-förmige Funktion der Position gegenüber der Zeit kontinuierlich differenzierbar.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Bewegung einer Fahrzeugtür relativ zu einer Fahrzeugkarosseriestruktur: Verwenden eines Winkelpositionssensors, um einer Steuerung gemessene Positionsdaten bereitzustellen; Konfigurieren der Steuerung, um die gemessenen Positionsdaten zu verwenden, um ein Signal für einen angetriebenen zu erzeugen, um die Tür auf eine im Wesentlichen gleichmäßige Weise zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position zu bewegen, indem bewirkt wird, dass die Tür einer Funktion der Position gegenüber der Zeit folgt, die kontinuierlich differenzierbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Funktion der Position gegenüber der Zeit sinusförmig.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Tür auf eine ruckfreie Art und Weise zu bewegen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Konfigurieren der Steuerung, um die Tür derart zu bewegen, dass die Tür keine plötzliche Geschwindigkeitsänderungen über etwa 0,01 Radianten pro Sekunde aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein angetriebenes Fahrzeugtürsystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Karosseriestruktur mit einer Öffnung; eine Tür, die durch eine Verbindungsstruktur drehbar an der Karosseriestruktur angebracht ist; einen elektrisch angetriebenen Aktor, der dazu konfiguriert ist, die Tür relativ zur Karosseriestruktur zu bewegen; einen Absolutpositionssensor, der dazu konfiguriert ist, eine gemessene Position der Tür bereitzustellen, wenn sich die Tür relativ zur Karosseriestruktur bewegt; eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die gemessene Position zu verwenden, um eine Kraft des elektrisch angetriebenen Aktors zu steuern, um zu bewirken, dass sich die Tür gemäß einer gleichmäßig gekrümmten Funktion der Position gegenüber der Zeit bewegt, die kontinuierlich differenzierbar ist, wobei sich die Tür auf eine kontinuierliche, gleichmäßige Art und Weise, die im Wesentlichen ruckfrei ist, von einer Startposition zu einer Endposition bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform bewegt die Steuerung die Tür auf eine Art und Weise, welche plötzliche Veränderungen der Geschwindigkeit über 0,01 Radianten pro Sekunde verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Funktion der Position gegenüber der Zeit im Wesentlichen sinusförmig.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 14812249 [0011]
US 10030431 [0011]

Claims

Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem, umfassend: eine Karosseriestruktur mit einer Öffnung; ein Verschlusselement, das beweglich an der Karosseriestruktur durch eine Verbindungsstruktur zur Bewegung zwischen einer geschlossenen Position, in der das Verschlusselement die Öffnung verschließt, und einer offenen Position, in der das Verschlusselement von der Öffnung beabstandet ist, angebracht ist; einen elektrisch angetriebenen Aktor, der dazu konfiguriert ist, das Verschlusselement relativ zu der Karosseriestruktur zu bewegen; einen Positionssensor, der dazu konfiguriert ist, eine gemessene Position des Verschlusselements bereitzustellen, wenn sich das Verschlusselement relativ zu der Karosseriestruktur bewegt; eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die gemessene Position zu verwenden, um eine Kraft des elektrisch angetriebenen Aktors zu steuern, um zu bewirken, dass sich das Verschlusselement gemäß einer S-förmigen Funktion der Position gegenüber der Zeit mit Start- und Endpositionen bewegt, wobei die Geschwindigkeit des Verschlusselements gleichmäßig von einem ersten Minimum an einer Startposition zu einem Maximum an einer zentralen Position zwischen der Start- und der Endposition und zu einem zweiten Minimum an der Endposition übergeht.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, wobei: die S-förmige Funktion der Position gegenüber der Zeit einer S-förmigen befohlenen Türpositionsfunktion entspricht; und wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, Differenzen zwischen der S-förmigen Funktion der Position gegenüber der Zeit und der S-förmigen Funktion der befohlenen Türposition zu minimieren.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: die S-förmige Funktion der befohlenen Türposition im Wesentlichen sinusförmig ist.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, wobei: die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine S-förmige Funktion der Position gegenüber der Zeit bei Öffnungs- und Schließvorgängen der Tür zu nutzen.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, wobei: das erste und das zweite Minimum eine Geschwindigkeit von null umfassen.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, wobei: eine Ableitung der S-förmigen Funktion der Position gegenüber der Zeit S-förmig ist.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, wobei: die Steuerung eine PID-Steuerung umfasst.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, wobei: der elektrisch angetriebene Aktor einen elektrischen Motor mit einer Antriebswelle umfasst; der Positionssensor einen Absolutpositionssensor mit einer ersten und einer zweiten Komponente umfasst, welche Absolutpositionssignale erzeugen, wenn sich die erste und die zweite Komponente relativ zueinander bewegen, und wobei die erste Komponente des Absolutpositionssensors an der Antriebswelle angebracht ist.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 8, wobei: der Absolutpositionssensor einen AMR-Sensor umfasst.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, beinhaltend: einen Aktivierungsschalter; eine angetriebene Verriegelung, die dazu konfiguriert ist, das Verschlusselement selektiv in einer geschlossenen Position zu halten; und wobei: die Steuerung dazu konfiguriert ist, die angetriebene Verriegelung zu entriegeln und zu bewirken, dass der elektrisch angetriebene Aktor das Verschlusselement öffnet, wenn der Aktivierungsschalter betätigt wird.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, wobei: das Verschlusselement eine Tür umfasst, die über eine Scharnierstruktur zur Drehung um eine vertikale Achse drehbar mit der Karosseriestruktur verbunden ist.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, wobei: die Steuerung die Tür auf eine ruckfreie, gleichmäßige Art und Weise bewegt.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, wobei: die S-förmige Funktion der Position gegenüber der Zeit kontinuierlich differenzierbar ist.
Angetriebenes Fahrzeugverschlusssystem nach Anspruch 1, wobei: die Steuerung die Tür auf eine Art und Weise bewegt, welche plötzliche Veränderungen der Geschwindigkeit über 0,01 Radianten pro Sekunde verhindert.