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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung zur motorischen Verstellung einer Klappe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Der bekannte Stand der Technik (
DE 10 2008 022 870 B3 ), von dem die Erfindung ausgeht, betrifft eine Antriebsanordnung zur motorischen Verstellung einer Klappe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Anwendung findet die in Rede stehende Antriebsanordnung im Rahmen der motorischen Verstellung jedweder Klappe eines Kraftfahrzeugs. Bei solchen Klappen kann es sich beispielsweise um Heckklappen, Heckdeckel, Motorhauben, Laderaumböden oder dergleichen eines Kraftfahrzeugs handeln. Insoweit ist der Begriff „Klappe“ vorliegend weit zu verstehen.
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Eine solche Antriebsanordnung weist üblicherweise zwei Antriebe auf, die zu beiden Seiten der Klappe angeordnet sind und die Klappe mit dem Kraftfahrzeug im Übrigen, insbesondere der Karosserie, verstellbar verbinden. Zumindest einer der beiden Antriebe ist ein motorgetriebener und somit aktiver Antrieb, auch Aktivseite genannt. Der andere Antrieb kann ebenfalls als ein solcher aktiver Antrieb (Aktivseite) ausgestaltet sein, aber auch als motorloser passiver Antrieb, auch Passivseite genannt, beispielsweise in Form einer Gasdruckfeder.
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Ein aktiver Antrieb weist üblicherweise einen Antriebsstrang auf, der eine rotatorische Motoreinheit mit einer Abtriebswelle und ein der Motoreinheit nachgeschaltetes Vorschubgetriebe zur Erzeugung von Antriebsbewegungen entlang einer geometrischen Antriebsachse in eine der Schwerkraft entgegenwirkende erste Verstellrichtung, die einem Öffnen der Klappe entspricht, und in eine entgegengesetzte zweite Verstellrichtung, die einem Schließen der Klappe entspricht, aufweist. Eine Steuerungsanordnung steuert die Motoreinheit zur Erzeugung der Antriebsbewegungen entsprechend der Verstellrichtung an.
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Es ist dabei eine Herausforderung, Defekte in den Antrieben sicher zu erkennen und Maßnahmen einzuleiten, die eine mögliche Einklemmung einer Person verhindern. Um einen Defekt der Passivseite zu erkennen, wird bei der bekannten Antriebsanordnung durch die Steuerungsanordnung der Stromverbrauch der Aktivseite überwacht. Fällt aufgrund eines Defekts der Passivseite die passivseitige Unterstützung der Verstellbewegungen teilweise oder vollständig weg, ändert sich entsprechend der Stromverbrauch der Aktivseite. Liegt der Stromverbrauch außerhalb eines vorgegebenen Bereichs, leitet die Steuerungsanordnung als Sicherheitsmaßnahme eine Reaktionsroutine ein, in der sie den Antrieb stoppt. Die Erkennung eines Defekts ist auf diese Weise aber nur dann möglich, wenn der Antrieb der Aktivseite antreibt und Strom verbraucht.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Antriebsanordnung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass hinsichtlich der genannten Herausforderung eine weitere Optimierung erreicht wird.
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Das obige Problem wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, die Steuerungsanordnung dafür einzusetzen, einen damit gekoppelten aktiven Antrieb auf eine bestimmte Beschleunigung hin zu überwachen. So wird bei einer Antriebsanordnung mit zwei Antrieben, wenn der passive Antrieb nicht mehr die Klappe gegenüber dem Kraftfahrzeug im Übrigen hält, weil er beispielsweise ungewollt ausgeklipst ist, der noch funktionsfähige aktive Antrieb zumindest im nicht-motorgetriebenen Zustand die Klappe allein nicht in einer Position halten können und sich, getrieben von der Gewichtskraft der Klappe, in die zweite Verstellrichtung verstellen. „Verstellen“ bedeutet, dass sich die beiden Antriebsanschlüsse des Antriebs, über die dieser mit der Klappe einerseits und mit dem Kraftfahrzeug im Übrigen andererseits gekoppelt ist, relativ zueinander verstellen, bei einer Verstellung in die zweite Verstellrichtung insbesondere aufeinander zu. Der nicht-motorgetriebene Zustand des aktiven Antriebs geht hier mit einem Rücktreiben des aktiven Antriebs einher.
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Aufgrund der auf die Klappe einwirkenden Schwerkraft wird sich die Verstellbewegung dieses Antriebs beschleunigen, wobei die Beschleunigung von der Steuerungsanordnung erkannt wird. Die Steuerungsanordnung unterscheidet nach einem Gleichmäßigkeitskriterium, ob es sich dabei um eine gleichmäßige Beschleunigung oder um eine nicht gleichmäßige Beschleunigung handelt.
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Eine gleichmäßige Beschleunigung wird immer dann auftreten, wenn sich die Klappe allein aufgrund ihres Eigengewichts schließt, was auf ein Ausklipsen des anderen Antriebs oder dergleichen und damit auf einen Fehlerfall hindeutest. Denn die Gravitationskraft wirkt konstant auf die Gesamtheit aus Klappe und Antriebsanordnung. Die auf die Gravitationskraft zurückgehende Beschleunigung von Klappe und Antriebsanordnung unterliegt nur noch vergleichsweise langsamen Veränderungen der relevanten Hebelverhältnisse, so dass die auf die Gravitationskraft zurückgehende Beschleunigung meist gleichmäßig ist.
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Anders ist dies normalerweise bei einer benutzerseitigen Einwirkung in die Klappe im Rahmen einer zulässigen, manueilen Verstellung. Es wird dem Benutzer kaum gelingen, eine Kraft in die Klappe einzuleiten, die ähnlich gleichmäßig wirkt wie die Gravitationskraft. Ist daher die Beschleunigung in die zweite Verstellrichtung nicht gleichmäßig, also beispielsweise impulsartig an- oder absteigend, so deutet dies darauf hin, dass die Verstellung der Klappe nicht allein gravitationsbedingt erfolgt, sondern dass voraussichtlich ein Benutzer an die Klappe angreift und diese zulässigerweise mit Muskelkraft verstellt.
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In dem Fall, dass die Steuerungsanordnung nach dem Gleichmäßigkeitskriterium nun eine gleichmäßige Beschleunigung erkennt, leitet diese als Sicherheitsmaßnahme eine Reaktionsroutine, beispielsweise einen Bremsvorgang des Antriebs und/oder die Erzeugung eines insbesondere akustischen und/oder optischen Warnsignals, ein. Andernfalls erfolgt keine Einleitung einer solchen Reaktionsroutine, da davon ausgegangen wird, dass eine manuelle Verstellung und damit kein Fehlerfall vorliegt.
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Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass die Steuerungsanordnung eingerichtet ist, bei einer nicht-motorgetriebenen Verstellbewegung des aktiven Antriebs in die zweite Verstellrichtung eine nach einem Gleichmäßigkeitskriterium gleichmäßige Beschleunigung des aktiven Antriebs in die zweite Verstellrichtung zu erkennen und daraufhin eine Reaktionsroutine einzuleiten.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 einen Heckbereich eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebsanordnung zur motorischen Verstellung einer Klappe mit zwei Antrieben a) im normalbetriebsgemäßen Zustand und b) mit einem Antrieb, der ausgeklipst ist.
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Die Zeichnung zeigt eine vorschlagsgemäße Antriebsanordnung 1, die der motorischen Verstellung einer Klappe 2 eines Kraftfahrzeugs dient. Die Klappe 2 ist mittels der Antriebsanordnung 1 in Öffnungsrichtung und/oder in Schließrichtung der Klappe 2 verstellbar.
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Bei der Klappe 2 handelt es sich hier und vorzugsweise um eine Heckklappe eines Kraftfahrzeugs. Grundsätzlich lässt sich die vorschlagsgemäße Antriebsanordnung 1 aber auch auf andere Arten von Klappen 2 eines Kraftfahrzeugs anwenden. Hierunter fallen auch Heckdeckel, Motorhauben, Laderaumböden oder dergleichen eines Kraftfahrzeugs.
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Die Antriebsanordnung 1 weist einen aktiven Antrieb 3a und einen passiven Antrieb 3b auf. Der Begriff „aktiver elektrischer Antrieb“ bedeutet, dass der betreffende Antrieb zur Verstellung der Klappe elektrische Leistung aufnimmt. Der Begriff „passiver Antrieb“ bedeutet, dass der betreffende Antrieb als mechanischer Energiespeicher nach Art einer Feder wirkt.
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Bei dem aktiven Antrieb 3a handelt es sich vorzugsweise um einen elektrischen Spindelantrieb, der nicht selbsthemmend ausgestaltet ist. Bei dem passiven Antrieb handelt es sich vorzugsweise um eine Federanordnung, insbesondere um eine Gasdruckfeder.
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Die beiden Antriebe 3a, 3b greifen jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeug-Kofferraums an der Klappe 2 einerseits und an dem Kraftfahrzeug im Übrigen, hier der Karosserie, andererseits an. Es sei darauf hingewiesen, dass beide Antriebe 3a, 3b von weitgehend identischer Formgebung sein können.
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Weiter weist die Antriebsanordnung 1 eine mit dem aktiven Antrieb 3a elektrisch gekoppelte Steuerungsanordnung 4 auf. „Elektrisch gekoppelt“ meint, dass die Steuerungsanordnung 4 den aktiven Antrieb 3a elektrisch ansteuern kann, was kabellos oder kabelgebunden erfolgen kann.
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Der aktive Antrieb 3a weist einen Antriebsstrang auf, der eine rotatorische Motoreinheit 5 mit einer Abtriebswelle 6 aufweist. Der Begriff „rotatorisch“ bedeutet vorliegend, dass die Motoreinheit 5 über die Abtriebswelle 6 rotatorische Antriebsbewegungen ausleitet. Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Abtriebswelle 6 um die Motorwelle der Motoreinheit 5. Grundsätzlich kann es aber auch vorgesehen sein, dass die Motoreinheit 5 neben einem Antriebsmotor auch ein diesem nachgeschaltetes Zwischengetriebe aufweist, wobei dann die Ausgangswelle des Zwischengetriebes, auch Zwischengetriebewelle genannt, als Abtriebswelle 6 definiert sein kann.
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Der Antriebsstrang des aktiven Antriebs 3a weist außerdem ein der Motoreinheit 5 nachgeschaltetes Vorschubgetriebe 7 zur Erzeugung von Antriebsbewegungen entlang einer geometrischen Antriebsachse X in eine der Schwerkraft entgegenwirkende erste Verstellrichtung, die insbesondere einem Öffnen der Klappe 2 entspricht, und in eine entgegengesetzte zweite Verstellrichtung, die insbesondere einem Schließen der Klappe 2 entspricht, auf. Bei dem Vorschubgetriebe 7 handelt es sich hier und vorzugsweise um ein Spindel-Spindelmuttergetriebe, das eine Spindel 8 aufweist, die in an sich üblicher Weise mit einer Spindelmutter 9 kämmt. Alternativ sind auch andere Getriebearten als Vorschubgetriebe 7 denkbar, beispielsweise ein Schubstangengetriebe, wobei in diesem Fall das Schubstangengetriebe mindestens eine rotatorische Getriebekomponente zum Antrieb einer Schubstange aufweist (nicht dargestellt).
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Die Motoreinheit 5 und das Vorschubgetriebe 7, hier das Spindel-Spindelmuttergetriebe, dienen in dem Antriebsstrang zur Drehmomentübertragung von der Motoreinheit 5 zu einer eine Verstellbewegung ausleitenden Vorschubgetriebe-Komponente, hier zur Spindelmutter 9. Der aktive Antrieb 3a ist dadurch, wenn die Motoreinheit 5 betrieben wird, linear verfahrbar und verstellt zwei Antriebsanschlüsse 10a, 10b der Antriebsanordnung 1 auf diese Weise relativ zueinander. Der eine Antriebsanschluss 10a dient hier und vorzugsweise zum Anschluss des aktiven Antriebs 3a an der Klappe 2, während der andere Antriebsanschluss 10b zum Anschluss des aktiven Antriebs 3a an dem Kraftfahrzeug im Übrigen dient. Entsprechende Antriebsanschlüsse 10a, 10b sind auch bei dem passiven Antrieb 3b vorgesehen.
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1a) zeigt ferner, dass im normalbetriebsgemäßen Zustand der aktive Antrieb 3a und der passive Antrieb 3b über ihre Antriebsanschlüsse 10a, 10b an der Klappe 2 einerseits und dem Kraftfahrzeug im Übrigen andererseits schwenkbar angelenkt sind. In diesem Fall wirkt die Gewichtskraft FG der Klappe 2 in gleichem Maße auf den aktiven Antrieb 3a und den passiven Antrieb 3b.
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1b) zeigt hingegen einen Zustand, bei dem der passive Antrieb 3b hier ausgeklipst ist und folglich keine von der Gewichtskraft FG resultierende Kraft aufnimmt. In diesem Fall wird die resultierende Kraft vollständig vom aktiven Antrieb 3a aufgenommen. Vorliegend kann dieser allein die Klappe 2 nicht in der hier dargestellten geöffneten Stellung halten, was dazu führt, dass sich die Klappe 2 in Richtung ihrer Schließstellung verstellt, wodurch sich auch der aktive Antrieb 3a entsprechend verstellt, also rückgetrieben wird.
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Bei dem in 1 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel steuert die Steuerungsanordnung 4 die Motoreinheit 5 zur Erzeugung der Antriebsbewegungen entsprechend der Verstellrichtung an.
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Wesentlich ist nun, dass die Steuerungsanordnung 4 ferner eingerichtet ist, bei einer nicht-motorgetriebenen Verstellbewegung des aktiven Antriebs 3a in die zweite Verstellrichtung eine nach einem Gleichmäßigkeitskriterium gleichmäßige Beschleunigung des aktiven Antriebs in die zweite Verstellrichtung zu erkennen und daraufhin eine Reaktionsroutine einzuleiten.
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Die ist in 1b) gezeigt. Hier ist der passive Antrieb 3b ausgeklipst. Die Klappe 2 schließt sich allein aufgrund ihrer Gewichtskraft FG. Die Gewichtskraft FG beschleunigt die Klappe 2 also in die zweite Verstellrichtung. Entsprechend beschleunigt auch der aktive Antrieb 3a in die zweite Verstellrichtung, das heißt, die Antriebsanschlüsse 10a, 10b des aktiven Antriebs 3a bewegen sich mit zunehmender Geschwindigkeit aufeinander zu. Da der Benutzer im Falle der 1b) nicht durch Muskelkraft auf die Klappe 2 einwirkt, ist die Beschleunigung wie oben angesprochen gleichmäßig.
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Die Steuerungsanordnung 4 unterscheidet nach dem Gleichmä-ßigkeitskriterium zwischen einer gleichmäßigen Beschleunigung und einer nicht gleichmäßigen Beschleunigung und leitet im Falle der Erkennung einer gleichmäßigen Beschleunigung, die auf einen Defekt des passiven Antriebs 3b wie das in 1b) gezeigte Ausklipsen des passiven Antriebs 3b hinweist, eine entsprechende Reaktionsroutine ein. Eine Reaktionsroutine ist beispielsweise ein Bremsvorgang, der die weitere Verstellbewegung des aktiven Antriebs 3a verlangsamt und vorzugsweise stoppt. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Warnsignal als Reaktionsroutine erzeugt werden.
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Vorzugsweise ist das Gleichmäßigkeitskriterium dadurch definiert, dass innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters ein Änderungswert der Beschleunigung des aktiven Antriebs in die zweite Verstellrichtung eine Maximalschwelle unterschreitet. Dabei kann der Änderungswert eine absolute Änderung der Beschleunigung sein. Alternativ kann der Änderungswert eine relative Änderung der Beschleunigung, bezogen auf die Beschleunigung zu einem dem vorbestimmten Zeitfenster vor- oder nachgelagerten Zeitpunkt sein. Dieses Gleichmäßigkeitskriterium lässt sich steuerungstechnisch leicht überwachen.
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Weiter alternativ kann es vorgesehen sein, dass das Gleichmäßigkeitskriterium dadurch definiert ist, dass die Standardabweichung oder die Varianz der Beschleunigung des aktiven Antriebs 3a in die zweite Verstellrichtung über das vorbestimmte Zeitfenster eine vorbestimmte Maximalschwelle unterschreitet. Diese statistischen Gleichmäßigkeitskriterien lassen Varianten zu, mit denen die Charakteristik des Beschleunigungsverlaufs besonders präzise analysiert werden kann.
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Der Begriff „vorbestimmtes Zeitfenster“ ist weit auszulegen. Er umfasst eine absolute Zeitvorgabe ebenso wie eine abstrakte Regel, aus der sich ein entsprechendes Zeitfenster ergibt. Beispielsweise kann nach einer solchen Regel ein Zeitfenster durch eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgender Messwerte definiert sein.
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Bei dem in 1 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der aktive Antrieb 3a eine Sensoranordnung 11 mit mindestens einem Bewegungssensor aufweist und dass die Sensoranordnung 11 eingerichtet ist, bei der nicht-motorgetriebenen Verstellbewegung mit Hilfe des Bewegungssensors verschiedene Lagen und/oder Lageänderungen, insbesondere translatorische oder rotatorische Lageänderungen, einer Strangkomponente des Antriebsstrangs zu erfassen und entsprechende Sensorsignale an die Steuerungsanordnung 4 zu übertragen, und dass die Steuerungsanordnung 4 eingerichtet ist, basierend auf den Lageänderungen entsprechenden Sensorsignalen eine Beschleunigung in die zweite Verstellrichtung zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoranordnung 11 eingerichtet sein, aus den verschiedenen Lagen entsprechenden Sensorsignalen zunächst Lageänderungen der Strangkomponente des Antriebsstrangs zu ermitteln und basierend darauf eine Beschleunigung in die zweite Verstellrichtung zu ermitteln. Die Erfassung verschiedener Lagen bzw. Lageänderungen lässt sich mit einem einfachen Lagesensor, beispielsweise einem Hall-Sensor umsetzen.
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Eine Lageänderung ist dabei eine Änderung der räumlichen Lage der Strangkomponente gegenüber einer anderen Strangkomponente oder gegenüber einem festen, seine Lage nicht verändernden Bauteil des Antriebs 3a. Die Lageänderung kann dabei eine translatorische Lageänderung, also eine Änderung der Lage entlang einer geometrischen Achse, insbesondere der Antriebsachse X, oder rotatorische Lageänderung, also Änderung der Winkelposition um eine geometrische Achse, insbesondere Antriebsachse X, sein.
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Weiter ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass der aktive Antrieb 3a eine Sensoranordnung 11 mit mindestens einem Drehzahlsensor aufweist, dass die Sensoranordnung 11 eingerichtet ist, bei der nicht-motorgetriebenen Verstellbewegung mit Hilfe des Drehzahlsensors verschiedene Drehzahlen und/oder Drehzahländerungen einer Strangkomponente des Antriebsstrangs zu erfassen und entsprechende Sensorsignale an die Steuerungsanordnung 4 zu übertragen, und dass die Steuerungsanordnung 4 eingerichtet ist, basierend auf den Drehzahländerungen entsprechenden Sensorsignalen eine Beschleunigung in die zweite Verstellrichtung zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoranordnung 11 eingerichtet sein, aus den verschiedenen Drehzahlen entsprechenden Sensorsignalen zunächst Drehzahländerungen der Strangkomponente des Antriebsstrangs zu ermitteln und basierend darauf eine Beschleunigung in die zweite Verstellrichtung zu ermitteln. Mit einem solchen Drehzahlsensor ist die Ermittlung der Beschleunigung mit wenig Rechenaufwand möglich.
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Darüber hinaus ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass die obige Strangkomponente die Antriebswelle 6 der Motoreinheit 5, insbesondere eine Motorwelle oder Zwischengetriebewelle der Motoreinheit 5, oder eine Getriebekomponente, insbesondere eine rotatorische oder translatorische Getriebekomponente, des Vorschubgetriebes 7 ist. Dabei ist es vorzugsweise so, dass die Getriebekomponente eine Spindel 8 oder Spindelmutter 9 eines als Spindel-Spindelmuttergetriebe ausgestalteten Vorschubgetriebes 7 ist. Die Nutzung ohnehin vorhandener Strangkomponenten für die Ermittlung der Beschleunigung führt zu einer kompakten und kostengünstigen Anordnung.
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Darüber hinaus ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass die Motoreinheit 5 einen Elektromotor aufweist, der bei der nicht-motorgetriebenen Verstellbewegung als elektrischer Generator betrieben wird, dass der aktive Antrieb 3a eine Sensoranordnung 11 mit mindestens einem Stromsensor und/oder mindestens einem Spannungssensor aufweist, dass die Sensoranordnung 11 eingerichtet ist, bei der nicht-motorgetriebenen Verstellbewegung mit Hilfe des Sensors verschiedene Stromstärken und/oder Spannungen am Elektromotor und/oder Änderungen der Stromstärke und/oder Spannung am Elektromotor zu erfassen und entsprechende Sensorsignale an die Steuerungsanordnung 4 zu übertragen, und dass die Steuerungsanordnung 4 eingerichtet ist, basierend auf den Änderungen der Stromstärke und/oder Spannung am Elektromotor entsprechenden Sensorsignalen eine Beschleunigung in die zweite Verstellrichtung zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerungsanordnung 4 eingerichtet sein, aus den verschiedenen Stromstärken und/oder Spannungen am Elektromotor entsprechenden Sensorsignalen zunächst Änderungen der Stromstärke und/oder Spannung am Elektromotor zu ermitteln und basierend darauf eine Beschleunigung in die zweite Verstellrichtung zu ermitteln. Vorteilhaft ist hier, dass für die Ermittlung der Beschleunigung kein separater Lage- oder Bewegungssensor erforderlich ist.
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Wird das obige, vorbestimmte Zeitfenster relativ klein gewählt, vorzugsweise in einem Bereich von 50 ms bis 150 ms, weiter vorzugsweise in einem Bereich von 80 ms bis 120 ms, und in besonders bevorzugter Ausgestaltung bei etwa 100 ms, kann der Einfluss von sich während der Verstellung der Klappe 2 ändernden Hebelverhältnissen auf die Beschleunigung in die zweite Verstellrichtung vernachlässigt werden, so dass sich im obigen Fehlerfall sogar eine konstante, steuerungstechnisch leicht zu erfassende Beschleunigung ergibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008022870 B3 [0002]
