DE102020120548A1

DE102020120548A1 - Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe unter Verwendung einer Drehzahlregelung

Info

Publication number: DE102020120548A1
Application number: DE102020120548.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schödel
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-02-10

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) ein Drehzahlregelungsmodul (32) zum Regeln der Drehzahl (n) des Verstellantriebs (21) anhand einer Solldrehzahl (nsoll) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) aufweist. Die Steuereinrichtung (3) weist ein Solldrehzahlbestimmungsmodul (30) zum Bestimmen der Solldrehzahl (nsoll) in Abhängigkeit eines Verstellwegs und einer vorbestimmten Verstellzeit auf, wobei das Solldrehzahlbestimmungsmodul (30) ein Sättigungsmodul (303) aufweist, das ausgebildet ist, die Solldrehzahl (nsoll) auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs zu begrenzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe.
Eine derartige Antriebsvorrichtung umfasst einen elektromotorischen Verstellantrieb zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Verstellantriebs. Die Steuereinrichtung weist ein Drehzahlregelungsmodul zum Regeln der Drehzahl des Verstellantriebs anhand einer Solldrehzahl zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe auf.
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 durch eine Heckklappe oder eine Schiebetür ausgebildet sein. Bei der Fahrzeugbaugruppe kann es sich beispielsweise aber auch um ein Schiebedach handeln.
Üblicherweise werden beispielsweise Heckklappen heutzutage im Rahmen eines Automatikbetriebs elektromotorisch zwischen definierten Positionen, zum Beispiel zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung, verfahren. Wünschenswert kann hierbei sein, dass eine Verstellfunktion variabel durch einen Nutzer vorgebbar ist, wobei gegebenenfalls eine Verstellzeit, die zum Verstellen der Heckklappe zwischen den definierten Positionen erforderlich ist, variabel durch einen Nutzer veränderbar sein soll.
Eine Türantriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugseitentür ist beispielsweise aus der DE 10 2015 215 627 A1 bekannt und weist zum Beispiel einen Verstellantrieb auf, der über ein Übertragungselement in Form eines Zugseils mit einem Verstellteil in Form eines gelenkig an der Fahrzeugkarosserie angebrachten Fangbands gekoppelt ist. Durch Verstellen einer mit dem Übertragungselement gekoppelten Seiltrommel kann die Fahrzeugseitentür relativ zur Fahrzeugkarosserie verschwenkt werden.
Aus der EP 1 860 265 A2 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Verstellsystems eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Heckklappe, bekannt, bei dem eine Verstellbewegung eines Verstellteils geregelt wird. Zur Regelung wird eine Ist-Geschwindigkeit gemessen und mit einer Soll-Geschwindigkeit verglichen. Die Soll-Geschwindigkeit wird zwischen einer Startposition und einer Zielposition durch eine Soll-Funktion mit einer Anzahl von Verstellphasen mit unterschiedlichen Soll-Geschwindigkeiten oder mit unterschiedlichem Verlauf der Soll-Geschwindigkeiten bestimmt.
Bei einem herkömmlichen Vorgehen zum Regeln eines Verstellvorgangs kann, wie aus der EP 1 860 265 A2 bekannt, eine Sollkurve vorgegeben werden, anhand derer die Regelung erfolgt. Soll beispielsweise einem Fahrzeugnutzer eine Anpassung des Verstellvorgangs, beispielsweise eine Anpassung der Verstellzeit, ermöglicht werden, ist dies mit einem solchen Vorgehen nur bedingt vereinbar und erfordert gegebenenfalls das Hinterlegen unterschiedlicher Sollkurven. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem vereinfachten, anderen Regelungskonzept.
Aus der KR 102007244 B1 ist eine Heckklappenverstelleinrichtung bekannt, bei der eine Verstellgeschwindigkeit für die Heckklappe anhand einer Frequenz von Hall-Sensorsignalen geregelt und unter Verwendung einer gewünschten Verstellzeit eingestellt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die auf einfache Weise eine Drehzahlregelung für ein Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe, zum Beispiel einer Heckklappe, ermöglichen, unter Einhaltung von Randbedingungen wie zum Beispiel einer akustischen Anregung.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist die Steuereinrichtung ein Solldrehzahlbestimmungsmodul zum Bestimmen der Solldrehzahl in Abhängigkeit eines Verstellwegs und einer vorbestimmten Verstellzeit auf, wobei das Solldrehzahlbestimmungsmodul ein Sättigungsmodul aufweist, das ausgebildet ist, die Solldrehzahl auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs zu begrenzen.
Bei der Antriebsvorrichtung erfolgt eine Drehzahlregelung unter Verwendung eines Drehzahlregelungsmoduls. Die Regelung erfolgt anhand einer Solldrehzahl, die durch ein Solldrehzahlbestimmungsmodul der Steuereinrichtung in Abhängigkeit eines Verstellwegs und einer vorbestimmten Verstellzeit vorgegeben wird. Der Verstellweg bemisst sich hierbei zum Beispiel anhand einer Anfangsposition und einer Endposition zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe, die von einer geschlossenen Stellung der Fahrzeugbaugruppe und einer maximal geöffneten Stellung der Fahrzeugbaugruppe, beispielsweise einer Fahrzeugseitentür oder einer Heckklappe, unterschiedlich und gegebenenfalls von einem Nutzer vorgegeben werden können. Die Drehzahlregelung soll so erfolgen, dass das Verstellen der Fahrzeugbaugruppe innerhalb der vorbestimmten Verstellzeit zwischen den gewünschten Positionen erfolgt, wobei auch die Verstellzeit gegebenenfalls durch einen Nutzer vorgegeben und verändert werden kann.
Im Rahmen der Drehzahlregelung wird die Drehzahl somit so geregelt, dass das Verstellen der Fahrzeugbaugruppe über den Verstellweg innerhalb der vorbestimmten, gegebenenfalls durch einen Nutzer einstellbaren Verstellzeit erfolgt. Bei dem durch die Anfangsposition und die Endposition bestimmten Verstellweg und der Verstellzeit handelt es sich um Stellparameter, anhand derer die Regelung der Drehzahl erfolgt und die somit den Verstellvorgang bestimmen, dabei aber angepasst werden können, sodass die Regelung dynamisch veränderbar ist.
Die Drehzahlregelung erfolgt anhand der durch das Solldrehzahlbestimmungsmodul bestimmten Solldrehzahl und der tatsächlichen Drehzahl des Verstellantriebs. Die Drehzahl des Verstellantriebs kann beispielsweise sensorisch erfasst werden, beispielsweise unter Verwendung von Hall-Sensoren, die eine Drehung einer Motorwelle des Verstellantriebs sensorisch erfassen.
Das Verstellen erfolgt anhand zumindest einer Randbedingung, die durch das Sättigungsmodul vorgegeben wird. So wird die durch das Solldrehzahlbestimmungsmodul vorgegebene Solldrehzahl durch das Sättigungsmodul begrenzt derart, dass die Solldrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs liegt. Auf diese Weise kann sichergestellt sein, dass zum Beispiel akustische Anforderungen, insbesondere eine übermäßige akustische Anregung, vermieden wird, indem beispielsweise die Solldrehzahl im Betrag auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird. Beispielsweise kann durch das Sättigungsmodul vorgegeben werden, dass die Solldrehzahl in einem Wertebereich zwischen einer negativen Grenzdrehzahl, zum Beispiel in einem Bereich zwischen -4000 1/min bis -2000 1/min, beispielsweise - 3000 1/min, und einer positiven Grenzdrehzahl, zum Beispiel in einem Bereich zwischen 2000 1/min und 4000 1/min, beispielsweise 3000 1/min, begrenzt ist, wobei die positive Grenzdrehzahl und die negative Grenzdrehzahl im Betrag auch unterschiedlich voneinander sein können.
Dadurch, dass durch das Sättigungsmodul die Solldrehzahl somit auf einen vorbestimmten Bereich beschränkt ist, wird beispielsweise vermieden, dass die Solldrehzahl einen Wert annimmt, der zu einer ungünstigen akustischen Anregung führen könnte. Das Sättigungsmodul verhält sich hierbei zum Beispiel analog zum Beispiel einem Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor 1 und einer linearen, aber mit einer Sättigung behafteten Übertragungsfunktion, bei dem bei einer Sättigung ein Wert entsprechend einem maximalen (oder minimalen) Ausgabewert ausgegeben wird.
In einer Ausgestaltung weist das Solldrehzahlbestimmungsmodul ein Sprungfunktionsmodul zum Bestimmen des Verstellwegs anhand der Anfangsposition und der Endposition auf. Über das Sprungfunktionsmodul wird Start und Ziel der Verstellung festgelegt, wobei die Anfangsposition anhand der aktuell eingenommenen Position der Fahrzeugbaugruppe bestimmt sein kann und die Endposition entweder fest vorgegeben oder beispielsweise durch einen Nutzer variabel festsetzbar ist.
In einer Ausgestaltung weist das Solldrehzahlbestimmungsmodul ein Änderungsratenbestimmungsmodul zum Bestimmen einer Änderungsrate anhand der Verstellzeit und des Verstellwegs auf. Bei der Änderungsrate handelt es sich um eine nominelle Drehzahl, mit der die Fahrzeugbaugruppe eigentlich verstellt werden müsste, um innerhalb der Verstellzeit den Verstellweg zu überfahren. Diese der nominellen Drehzahl entsprechende Änderungsrate wird durch das Änderungsratenbestimmungsmodul beispielsweise anhand der Ausgabe des Sprungfunktionsmodul bestimmt, sodass das Änderungsratenbestimmungsmodul den durch das Sprungfunktionsmodul ausgegebenen Verstellweg anhand der Verstellzeit in eine Änderungsrate umsetzt.
Das Änderungsratenbestimmungsmodul kann beispielsweise eine aktuelle Sollposition ausgeben, die sich anhand der Änderungsrate und der verstrichenen Zeit ergibt und der Position entspricht, die die Fahrzeugbaugruppe in Anbetracht der Änderungsrate zum aktuellen Zeitpunkt eigentlich gerade einnehmen sollte.
In einer Ausgestaltung weist das Solldrehzahlbestimmungsmodul ein Positionsregelungsmodul zum Regeln der Position anhand einer Istposition der Fahrzeugbaugruppe auf. Dem Positionsregelungsmodul kann beispielsweise die durch das Änderungsratenbestimmungsmodul ausgegebene Sollposition zugeführt werden, sodass im Positionsregelungsmodul eine Regelung anhand der Sollposition und der Istposition erfolgen kann. Im Solldrehzahlbestimmungsmodul erfolgt somit zum Zwecke der Bestimmung der Solldrehzahl eine Positionsregelung, die zum Ziel hat, die Solldrehzahl so anzupassen, dass die Position der Fahrzeugbaugruppe auf eine Sollposition geregelt wird.
Die Istposition der Fahrzeugbaugruppe kann beispielsweise gemessen werden. Hierzu kann an der Fahrzeugbaugruppe zum Beispiel ein Positionssensor angeordnet sein, der die Position der Fahrzeugbaugruppe absolut oder relativ misst.
Alternativ kann die Steuereinrichtung die Istposition anhand der Drehzahl des Verstellantriebs bestimmen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung einen Integrator aufweisen, der die Drehzahl über der Zeit integriert und daraus die Istposition der Fahrzeugbaugruppe bestimmt.
In einer Ausgestaltung ist das Positionsregelungsmodul dazu ausgestaltet, einen vorläufigen Solldrehzahlwert auszugeben. Das Sättigungsmodul ist in diesem Fall dazu ausgebildet, die Solldrehzahl anhand des vorläufigen Solldrehzahlwerts derart zu bestimmen, dass die Solldrehzahl innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt. Das Positionsregelungsmodul ermittelt somit einen Solldrehzahlwert anhand der aktuellen Istposition und der sich ergebenden Sollposition derart, dass anhand einer Regelung auf die Solldrehzahl die Istposition auf die Sollposition geregelt wird.
Der von dem Positionsregelungsmodul ausgegebene, vorläufige Solldrehzahlwert wird dem Sättigungsmodul zugeführt, das eine Begrenzung der tatsächlichen Solldrehzahl durchführt und die Solldrehzahl für die Drehzahlregelung ausgibt. Die vom Positionsregelungsmodul ausgegebene vorläufige Solldrehzahl wird somit durch das Sättigungsmodul derart modifiziert, dass die vom Solldrehzahlbestimmungsmodul ausgegebene Solldrehzahl innerhalb des durch das Sättigungsmodul vorgegebenen, vorbestimmten Drehzahlbereichs liegt.
Unter Verwendung eines Regelungskonzepts der vorgeschlagenen Art erfolgt eine Bestimmung der Solldrehzahl und somit einer Führungsgröße für die Drehzahlregelung dynamisch anhand des Verstellwegs und der Verstellzeit, wobei Randbedingungen, wie ein günstiges akustisches Verhalten, mit einbezogen werden. Ergibt sich durch Begrenzung der Drehzahl auf den vorbestimmten Bereich durch das Sättigungsmodul, dass die Drehzahl nicht auf die vorgegebene Solldrehzahl geregelt werden kann, kann dies anhand einer Regelabweichung zum Beispiel im Rahmen einer Positionsregelung unmittelbar erkannt werden. Kann hierdurch eine vorgegebene Verstellzeit beispielsweise nicht eingehalten werden, kann dies einem Nutzer zum Beispiel angezeigt werden.
In einer Ausgestaltung weist die Steuereinrichtung ein Stromregelungsmodul auf, das ausgebildet ist, einen Motorstrom des Verstellantriebs anhand eines durch das Drehzahlregelungsmodul ausgegebenen Sollstroms zu regeln. Das Drehzahlregelungsmodul dient somit zum Vorgeben eines Sollstromwerts für das Stromregelungsmodul, sodass in einem elektrischen Verstellbetrieb eine Stromregelung anhand des durch das Drehzahlregelungsmodul vorgegebenen, anhand der Drehzahlregelung eingestellten Sollstromwerts erfolgt. Im elektrischen Verstellbetrieb wird somit eine Regelung nach Art einer Kaskadenregelung verwendet, bei der das Drehzahlregelungsmodul einen Stellwert in Form eines Sollstromwerts dem nachgeschalteten Stromregelungsmodul zuführt und das Stromregelungsmodul eine Regelung anhand des durch das Drehzahlregelungsmodul zugeführten Sollstromwerts vornimmt.
In einer Ausgestaltung ist das Stromregelungsmodul dazu ausgebildet, den Strom des Verstellantriebs unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation einzustellen. Im Stromregelungsmodul erfolgt eine Stromregelung anhand des jeweils zugeführten Sollstromwerts. Das Stromregelungsmodul stellt den Strom hierbei zum Beispiel mit einer Pulsweitenmodulation hoher Frequenz, zum Beispiel mit einer Frequenz zwischen 5 kHz und 30 kHz, zum Beispiel 20 kHz ein und erzeugt auf diese Weise beispielsweise einen Spannungsstellwert, anhand dessen sich der Strom des Verstellantriebs einstellt. Das Stromregelungsmodul kann hierzu eine Stellgröße an ein Pulsweitenmodulationsmodul ausgeben, wobei das Pulsweitenmodulationsmodul den Spannungsstellwert generiert und an den Verstellantrieb abgibt.
Eine Antriebsvorrichtung kann zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe in Form einer Fahrzeugtür, beispielsweise einer Fahrzeugseitentür, einer Heckklappe, einer Schiebetür oder auch eine Schiebedachs verwendet werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe, aufweisend: Verstellen der Fahrzeugbaugruppe durch einen elektromotorischen Verstellantrieb, Steuern des Verstellantriebs beim Verstellen durch eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung die Drehzahl des Verstellantriebs anhand einer Solldrehzahl zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe regelt, und Bestimmen der Solldrehzahl in Abhängigkeit eines Verstellwegs und einer vorbestimmten Verstellzeit durch ein Solldrehzahlbestimmungsmodul der Steuereinrichtung, wobei das Solldrehzahlbestimmungsmodul ein Sättigungsmodul aufweist, das die Solldrehzahl auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs begrenzt.
Die vorangehend für die Antriebsvorrichtung beschriebenen Vorteile und vorteilhaften Ausgestaltungen finden analog auch auf das Verfahren Anwendung, sodass diesbezüglich auf das vorangehend Ausgeführte verwiesen werden soll.
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 Heckklappe eines Fahrzeugs;
2 eine schematische Ansicht einer Steuereinrichtung zum Steuern eines Verstellantriebs einer Antriebsvorrichtung; und
3 eine schematische Ansicht der Steuereinrichtung, darstellend ein Ausführungsbeispiel eines Solldrehzahlbestimmungsmoduls der Steuereinrichtung.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Fahrzeugbaugruppe 11 in Form einer an einer Fahrzeugkarosserie 10 eines Kraftfahrzeugs 1 angeordneten Heckklappe, die um eine Scharnierachse 110 zu der Fahrzeugkarosserie 10 verschwenkbar ist und zwischen einer geschlossenen Stellung x1 und einer geöffneten Stellung x2 entlang einer Öffnungsrichtung O verschwenkt werden kann.
Eine Antriebsvorrichtung 2 dient zum elektromotorischen Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 und ist nach Art einer Verstellstrebe ausgebildet, die sich zwischen der Fahrzeugkarosserie 10 und der Fahrzeugbaugruppe 11 in Form der Heckklappe erstreckt. Antriebsvorrichtungen 2 können beispielsweise beidseitig der Fahrzeugbaugruppe 11 in Form der Heckklappe angeordnet sein, um eine symmetrische Krafteinleitung in die Fahrzeugbaugruppe 11 zu ermöglichen. Die Antriebsvorrichtungen 2 weisen jeweils zwei Strebenabschnitte 200, 201 aufweisen, die unter Verwendung eines elektromotorischen Verstellantriebs 21 relativ zueinander längsverschiebbar sind, um die zwischen der Fahrzeugkarosserie 10 und der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkende Länge der Antriebsvorrichtung 2 zu verändern und die Fahrzeugbaugruppe 11 somit relativ zur Fahrzeugkarosserie 10 zu verstellen.
Das Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 kann in einem automatischen, elektrischen Verstellbetrieb zwischen definierten Positionen x1, x2 erfolgen, wobei eine Position x1 beispielsweise der geschlossenen Stellung der Fahrzeugbaugruppe 11 und eine andere Position x2 beispielsweise einer maximal geöffneten Stellung der Fahrzeugbaugruppe 11 entsprechen kann. Ein Öffnen der Fahrzeugbaugruppe 11 erfolgt entlang der Öffnungsrichtung O um die Scharnierachse 110, um die die Fahrzeugtür 11 gelenkig zur Fahrzeugkarosserie 10 verstellbar ist.
Die Antriebsvorrichtung 2 soll beispielsweise einen Automatikbetrieb ermöglichen und somit ein automatisches, elektrisches Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 bewirken können. Im Automatikbetrieb kann zum Beispiel eine Regelung anhand einer Drehzahl erfolgen, um die Fahrzeugbaugruppe 11 zwischen unterschiedlichen Positionen, zum Beispiel der geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung, zu bewegen.
Eine in 2 in einem Ausführungsbeispiel dargestellte Steuereinrichtung 3 zum Steuern des Verstellantriebs 21 der Antriebsvorrichtung 2 weist unterschiedliche Regelungsmodule auf, die dazu dienen, einen (dem Motorstrom entsprechenden) Strom des als Elektromotor ausgebildeten Verstellantriebs 21 so einzustellen, dass ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 in gewünschter Weise erfolgt.
Die Steuereinrichtung 3 verwirklicht ein Stromregelungsmodul 33, dem ein Sollstromwert I_soll zugeführt wird, wobei das Stromregelungsmodul 33 den Sollstromwert I_soll von einem Drehzahlregelungsmodul 32 erhält. Das Drehzahlregelungsmodul 32 dient hierbei dazu, in einem Automatikbetrieb den Sollstromwert I_soll so vorzugeben, dass sich am Verstellantrieb 21 eine gewünschte Drehzahl n und entsprechend an der Fahrzeugbaugruppe 11 eine gewünschte Verstellgeschwindigkeit ergibt. Dem Drehzahlregelungsmodul 32 wird eine Solldrehzahl n_soll von einem Solldrehzahlbestimmungsmodul 30 zugeführt, wobei von der Solldrehzahl n_soll die tatsächliche Ist-Drehzahl n des Verstellantriebs 21 abgezogen und die so gebildete Differenz dem Drehzahlregelungsmodul 302 als Regelabweichung e_n eingespeist wird.
Der vom Drehzahlregelungsmodul 32 ausgegebene Sollstromwert I_soll wird dem Stromregelungsmodul 33 zugeführt, indem von dem Sollstrom I_soll der tatsächliche Iststrom I abgezogen wird und eine sich ergebende Regelabweichung e_l in das Stromregelungsmodul 32 eingespeist wird, sodass das Stromregelungsmodul 33 eine Stromregelung anhand des vom Drehzahlregelungsmodul 32 erhaltenen Sollstromwerts I_soll durchführt. Das Stromregelungsmodul 33 gibt eine Stellgröße an ein Pulsweitenmodulationsmodul 34 ab, das den Strom unter Verwendung eines Spannungsstellwerts mittels Pulsweitenmodulation einstellt. Anhand des Sollstromwerts I_soll und des tatsächlich sich ergebenden Stroms I des Stellantriebs 21 wird der Stellwert durch Pulsweitenmodulation so eingestellt, dass der Motorstrom I auf den Sollstromwert I_soll geregelt wird.
Im Automatikbetrieb erfolgt somit eine Regelung nach Art einer Kaskadenregelung, bei der das Drehzahlregelungsmodul 32 einen Stellwert in Form eines Sollstromwerts I_soll bestimmt und dem nachgeordneten Stromregelungsmodul 33 zur Stromregelung zuführt.
Das Solldrehzahlbestimmungsmodul 30 dient dazu, die Solldrehzahl n_soll zur Drehzahlregelung im Drehzahlregelungsmodul 32 vorzugeben. Das Einstellen der Solldrehzahl n_soll erfolgt hierbei dynamisch anhand von vorgegebenen Stellparametern sowie anhand von Randbedingungen, sodass die Fahrzeugbaugruppe 11 über den Verstellantrieb 21 in gewünschter Weise zwischen Verstellpositionen verstellt wird.
Bei einem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel verwirklicht das Solldrehzahlbestimmungsmodul 30 ein Sprungfunktionsmodul 300, das einen Verstellweg anhand einer Anfangsposition und einer Endposition bestimmt. Bei der Anfangsposition kann es sich hierbei um die aktuelle Position der Fahrzeugbaugruppe 11 handeln. Die Endposition kann beispielsweise der maximal geöffneten oder der geschlossenen Stellung entsprechen, wobei es sich bei der Endposition auch um eine Zwischenposition entsprechend einer teilweise geöffneten Stellung handeln kann, die gegebenenfalls durch einen Nutzer vorgegeben werden kann, beispielsweise durch Programmierung oder über ein Eingabemittel zum Beispiel in Form eines Schalters oder Stellknopfes innerhalb des Fahrzeugs oder an einer Bedienungseinrichtung wie einer Fernbedienung.
Die Endposition kann dem Sprungfunktionsmodul 300 zum Beispiel über ein Parametervorgabemodul 35 gemeinsam mit einer Verstellzeit, innerhalb derer die Endposition erreicht werden soll, zugeführt werden.
Das Sprungfunktionsmodul 300 gibt den bestimmten Verstellweg und die Verstellzeit an ein Änderungsratenbestimmungsmodul 301 ab, das anhand des Verstellwegs und der Verstellzeit eine Änderungsrate bestimmt, die einer nominellen Drehzahl zum Betreiben des Verstellantriebs 21 entspricht. Die Änderungsrate wird so bestimmt, dass sich für die Verstellbewegung der Fahrzeugbaugruppe 11 eine Rampe mit einer Steigung ergibt, die dem Quotienten des Verstellwegs und der Verstellzeit entspricht.
Das Änderungsratenbestimmungsmodul 101 bestimmt aus der Änderungsrate eine Sollposition x_soll, die der Position der Fahrzeugbaugruppe 11 zum aktuellen Zeitpunkt t_i entspricht, zum Beispiel entsprechend der Gleichung: $x_{soll} (t_{i}) = t_{i} \cdot (x_{E} - x_{S}) / t_{V}$
x_E entspricht hierbei der Endposition, x_S der Startposition und tv der gesetzten Verstellzeit.
Die Sollposition x_soll zum aktuellen Zeitpunkt t_i wird einem Positionsregelungsmodul 302 zugeführt, wobei von der Sollposition x_soll die tatsächliche Istposition x zum Zeitpunkt t_i abgezogen und die so bestimmte Differenz dem Positionsregelungsmodul 302 als Regelabweichung der Position x zugeführt wird. Im Positionsregelungsmodul 302 erfolgt eine Positionsregelung derart, dass die Istposition x der Sollposition x_soll nachgeführt und entsprechend eine vorläufige Solldrehzahl ermittelt wird, die die Position x auf die Sollposition x_soll regelt.
Die so ermittelte vorläufige Solldrehzahl wird einem Sättigungsmodul 303 zugeführt, das die Solldrehzahl n_soll für den Zeitpunkt t_i ausgibt und dem Drehzahlregelungsmodul 32 zuführt. Das Sättigungsmodul 303 begrenzt hierbei die Solldrehzahl n_soll so, dass die Solldrehzahl n_soll innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, insbesondere zwischen einer negativen Grenzdrehzahl und einer positiven Grenzdrehzahl, beispielsweise in einem Bereich zwischen -3000 1/min und 3000 1/min.
Liegt die vom Positionsregelungsmodul 302 ausgegebene vorläufige Solldrehzahl bereits in dem vom Sättigungsmodul 303 vorgegebenen Bereich, erfolgt durch das Sättigungsmodul 303 keine Anpassung der Solldrehzahl, und die vom Positionsregelungsmodul 302 ermittelte vorläufige Solldrehzahl wird als Solldrehzahl n_soll dem Drehzahlregelungsmodul 32 zugeführt.
Liegt die vom Positionsregelungsmodul 302 bestimmte vorläufige Solldrehzahl jedoch außerhalb des Bereichs, erfolgt im Sättigungsmodul 303 eine solche Anpassung, dass die vom Sättigungsmodul 303 ausgegebene Solldrehzahl n_soll innerhalb des Bereichs liegt. Liegt die vom Positionsregelungsmodul 302 ausgegebene vorläufige Solldrehzahl beispielsweise oberhalb der positiven Grenzdrehzahl, so wird durch das Sättigungsmodul 303 beispielsweise die obere Grenzdrehzahl als Solldrehzahl n_soll an das Drehzahlregelung 32 abgeben. Liegt die vom Positionsregelungsmodul 302 bestimmte vorläufige Solldrehzahl unterhalb der negativen Grenzdrehzahl, so wird beispielsweise die negative Grenzdrehzahl als Solldrehzahl n_soll an das Drehzahlregelungsmodul 32 abgegeben. Das Sättigungsmodul 303 bewirkt somit bei Überschreiten der positiven Grenzdrehzahl oder bei Unterschreiten der negativen Grenzdrehzahl eine Sättigung der Gestalt, dass die Solldrehzahl in dem vorbestimmten Solldrehzahlbereich, also innerhalb der Drehzahlgrenzen, gehalten wird (analog dem Verhalten eines Verstärkers bei Sättigung).
Durch das Solldrehzahlbestimmungsmodul 30 erfolgt eine dynamische Regelung der Drehzahl des Verstellantriebs 21 anhand einer dynamisch vorgegebenen Solldrehzahl n_soll. Als Stellparameter werden dem Solldrehzahlbestimmungsmodul 30 insbesondere die anzufahrende Endposition sowie die Verstellzeit zugeführt. Randbedingungen, insbesondere der durch das Sättigungsmodul 303 vorgegebene Drehzahlbereich, sind fest programmiert.
Im Positionsregelungsmodul 302, das beispielsweise als Proportionalregler (P-Regler) ausgeführt sein kann, erfolgt eine Regelung der tatsächlichen Istposition x anhand der vom Änderungsratenbestimmungsmodul 301 ausgegebenen Sollposition x_soll. Die Istposition x wird bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel anhand der Drehzahl n des Verstellantriebs 21 ermittelt, indem die Drehzahl n in einem Integrator 31 integriert und somit die Position x errechnet wird.
Die Drehzahl n des Verstellantriebs 21 kann beispielsweise über einen oder mehrere Hall-Sensoren, die eine Rotation einer Motorwelle des Verstellantriebs 21 detektieren, bestimmt werden.
Dadurch, dass die Solldrehzahl n_soll durch das Sättigungsmodul 303 auf einen vorbestimmten Bereich begrenzt wird, erfolgt eine Regelung unter der Randbedingung einer begrenzten Drehzahl und somit insbesondere einer reduzierten akustischen Anregung. Insbesondere kann der durch das Sättigungsmodul 303 vorgegebene Bereich so bestimmt sein, dass ein Betrieb in einem Drehzahlbereich, der mit einer übermäßigen akustischen Anregung einhergeht, vermieden wird.
Kommt es aufgrund der Begrenzung durch das Sättigungsmodul 303 zu einer Regelungsabweichung und ist somit eine Regelung der Drehzahl zum Einhalten der Verstellzeit nicht möglich, kann dies anhand der sich stetig vergrößernden Regelungsabweichung am Eingang des Positionsregelungsmoduls 302 erkannt und gegebenenfalls angezeigt werden.
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.
Die einzelnen Module der Steuereinrichtung, wie das Solldrehzahlbestimmungsmodul, das Drehzahlregelungsmodul, das Stromregelungsmodul, das Pulsweitenmodulationsmodul sowie die Untermodule insbesondere des Solldrehzahlbestimmungsmoduls, nämlich das Sprungfunktionsmodul, das Änderungsratenbestimmungsmodul, das Positionsregelungsmodul und das Sättigungsmodul, können insbesondere durch Softwaremodule und somit durch die Steuerungssoftware der Steuereinrichtung verwirklicht sein. Denkbar und möglich ist aber auch, zumindest einzelne Module durch gesonderte Hardwaremodule auszubilden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
10: Fahrzeugkarosserie
11: Fahrzeugbaugruppe (Fahrzeugtür)
110: Scharnierachse
2: Antriebsvorrichtung
20: Strebe
200, 201: Abschnitt
21: Verstellantrieb
3: Steuereinrichtung
30: Solldrehzahlbestimmungsmodul
300: Sprungfunktionsmodul
301: Änderungsratenbestimmungsmodul
302: Positionsreglungsmodul
303: Sättigungsmodul
31: Integrator
32: Drehzahlregelungsmodul
320: Drehzahleingabe
33: Stromregelungsmodul
34: PWM-Modul
35: Parametervorgabemodul
en, el: Regelabweichung
I: Motorstrom
Isoll: Sollstromwert
n: Drehzahl
nsoll: Solldrehzahl
O: Öffnungsrichtung
x: Position
x1: Anfangsposition
x2: Endposition
xsoll: Sollposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015215627 A1 [0005]
EP 1860265 A2 [0006, 0007]
KR 102007244 B1 [0008]

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) ein Drehzahlregelungsmodul (32) zum Regeln der Drehzahl (n) des Verstellantriebs (21) anhand einer Solldrehzahl (n_soll) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ein Solldrehzahlbestimmungsmodul (30) zum Bestimmen der Solldrehzahl (n_soll) in Abhängigkeit eines Verstellwegs und einer vorbestimmten Verstellzeit aufweist, wobei das Solldrehzahlbestimmungsmodul (30) ein Sättigungsmodul (303) aufweist, das ausgebildet ist, die Solldrehzahl (n_soll) auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs zu begrenzen.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellweg durch eine Anfangsposition (x1) und eine Endposition (x2) der Fahrzeugbaugruppe (11) bestimmt ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehzahlbestimmungsmodul (30) ein Sprungfunktionsmodul (300) zum Bestimmen des Verstellwegs anhand der Anfangsposition (x1) und der Endposition (x2) aufweist.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehzahlbestimmungsmodul (30) ein Änderungsratenbestimmungsmodul (301) zum Bestimmen einer Änderungsrate anhand der Verstellzeit und des Verstellwegs aufweist.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Änderungsratenbestimmungsmodul (301) eine anhand der Änderungsrate bestimmte Sollposition (x_soll) ausgibt.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehzahlbestimmungsmodul (30) einen Positionsregelungsmodul (302) zum Regeln der Position anhand einer Istposition (x) der Fahrzeugbaugruppe (11) aufweist.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, die Istposition (x) der Fahrzeugbaugruppe (11) anhand der Drehzahl (n) des Verstellantriebs (21) zu bestimmen.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) einen Integrator (31) zum Bestimmen der Istposition der Fahrzeugbaugruppe (11) anhand der Drehzahl (n) des Verstellantriebs (21) aufweist.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsregelungsmodul (302) einen vorläufigen Solldrehzahlwert ausgibt, wobei das Sättigungsmodul (303) ausgebildet ist, die Solldrehzahl (n_soll) anhand des vorläufigen Solldrehzahlwerts derart zu bestimmen, dass die Solldrehzahl (n_soll) innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ein Stromregelungsmodul (33) aufweist, das ausgebildet ist, einen Motorstrom (I) des Verstellantriebs (21) anhand eines durch das Drehzahlregelungsmodul (32) ausgegebenen Sollstroms (I_soll) zu regeln.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ein Pulsweitenmodulationsmodul (34) aufweist, das ausgebildet ist, den Motorstrom anhand einer durch das Stromregelungsmodul (33) ausgegebenen Stellgröße einzustellen.
Baugruppe mit einer Fahrzeugtür und einer Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Verstellen der Fahrzeugtür.
Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (2) zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe (11), aufweisend: Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) durch einen elektromotorischen Verstellantrieb (21), Steuern des Verstellantriebs (21) beim Verstellen durch eine Steuereinrichtung (3), wobei die Steuereinrichtung (3) die Drehzahl (n) des Verstellantriebs (21) anhand einer Solldrehzahl (n_soll) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) regelt, gekennzeichnet durch Bestimmen der Solldrehzahl (n_soll) in Abhängigkeit eines Verstellwegs und einer vorbestimmten Verstellzeit durch ein Solldrehzahlbestimmungsmodul (30) der Steuereinrichtung (3), wobei das Solldrehzahlbestimmungsmodul (30) ein Sättigungsmodul (303) aufweist, das die Solldrehzahl (n_soll) auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs begrenzt.