-
Die Erfindung betrifft eine Steuerungsanordnung für eine motorische Klappenanordnung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Antriebsanordnung mit einer solchen Steuerungsanordnung gemäß Anspruch 14, eine Klappenanordnung mit einer solchen Antriebsanordnung gemäß Anspruch 15 sowie ein Verfahren für den Betrieb einer motorischen Klappenanordnung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16.
-
Die motorische Verstellung der Klappen von Kraftfahrzeugen stellt heute eine wichtige Komfortfunktion dar. Die bekannte Steuerungsanordnung (
US 2019/0145145 A1 ), von der die Erfindung ausgeht, steuert eine der Klappe zugeordnete Antriebsanordnung in einer Unterstützungsroutine an, wodurch die Klappe eine kombinierte, gemeinsam motorisch und manuell bewirkte, Klappenbewegung durchläuft. Die Klappe wird in der kombinierten Klappenbewegung somit sowohl aufgrund einer manuellen Betätigungseinwirkung durch den Bediener als auch aufgrund einer motorischen Verstellung mittels der Antriebsanordnung in einer Betätigungsrichtung bewegt. Es handelt sich bei dem Ansteuern der Antriebsanordnung in der Unterstützungsroutine somit um eine zusätzliche, motorische Unterstützung der manuellen Betätigungseinwirkung zur Reduzierung der vom Bediener aufzubringenden Handkräfte.
-
Die bekannte Steuerungsanordnung (
US 2019/0145145 A1 ) sieht vor, dass die der Antriebsanordnung zugeführte Antriebsleistung zur Verstellung der Klappe derart geregelt wird, dass die vom Benutzer aufzubringende Kraft auch bei verschiedenen Klappengeschwindigkeiten konstant gehalten wird. Allerdings ergibt sich hiermit eine wenig intuitive manuelle Kontrolle der Klappenbewegung und eine vergleichsweise aufwändige Ansteuerung der Antriebsanordnung.
-
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, die bekannte Steuerungsanordnung derart auszugestalten und weiter zu bilden, dass eine motorische Unterstützung in einer kombinierten Klappenbewegung mit einfachen steuerungstechnischen Mitteln weiter verbessert wird.
-
Das obige Problem wird bei einer Steuerungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
-
Die Erfindung geht davon aus, dass die Steuerungsanordnung eine Steuereinheit zum Erzeugen von Stellwerten nach einer Berechnungsvorschrift und eine Treibereinheit zum Beaufschlagen der elektrischen Antriebsanordnung mit einer Antriebsleistung basierend auf den erzeugten Stellwerten aufweist. Zudem geht die Erfindung davon aus, dass die Berechnungsvorschrift derart definiert ist, dass bei Ausbleiben der manuellen Betätigungseinwirkung die kombinierte Klappenbewegung reduziert und/oder beendet wird.
-
Der vorschlagsgemäßen Lösung liegt die grundsätzliche Erkenntnis zugrunde, dass der gewünschte Verlauf der Klappenbewegung bereits vom Benutzer intuitiv vorgegeben wird. Der Bediener passt letztlich auf natürliche Weise die für die Betätigungseinwirkung aufgewandten Handkräfte an die Kräfteverhältnisse an der Klappenanordnung und dem Verlauf der Klappenbewegung an.
-
Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass die Steuerungsanordnung eine Klappenbeschleunigung ermittelt und dass die Berechnungsvorschrift derart definiert ist, dass bei Vorliegen einer Klappenbeschleunigung in der Betätigungsrichtung der Stellwert zur Erhöhung der Antriebsleistung verändert, insbesondere erhöht, und bei Vorliegen einer Klappenbeschleunigung entgegen der Betätigungsrichtung der Stellwert zur Reduzierung der Antriebsleistung verändert, insbesondere reduziert, wird.
-
Mit der vorschlagsgemäßen Lösung wurde erkannt, dass ein Erzeugen des Stellwerts abhängig von der Klappenbeschleunigung, welche zumindest teilweise auf die vom Bediener manuell eingeleitete Beschleunigung der Klappe zurückgeht, einerseits zu einer für den Bediener als natürlich empfundenen, motorischen Unterstützung führt. Andererseits kann die motorische Unterstützung auf besonders zuverlässige Weise unter Vermeidung eines instabilen Verhaltens der Ansteuerung durchgeführt werden.
-
Die vorschlagsgemäße Lösung lässt sich zudem mit einfachen steuerungstechnischen Maßnahmen umsetzen, da zur Bestimmung der Klappenbeschleunigung insbesondere keine zusätzliche Sensorik notwendig ist.
-
In der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 bestimmt die Steuerungsanordnung die Klappenbeschleunigung anhand einer auf die Antriebsanordnung wirkenden Antriebsbeschleunigung, insbesondere anhand eines Drehzahlwerts eines Antriebsmotors der Antriebsanordnung. Ebenso kann jedoch die Antriebsspannung der Antriebsanordnung und/oder anhand von einer Bewegungssensoranordnung für die Klappenbewegung bereitgestellte Sensorsignale dem Ermitteln der Klappenbeschleunigung zugrunde liegen. Ein der Klappe unmittelbar zugeordneter Sensor ist damit nicht unbedingt notwendig.
-
Weiter ist in der besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 vorgesehen, dass die Steueranordnung anhand eines Mechanikmodells für die Klappenanordnung eine Handkraft aus der Klappenbeschleunigung ermittelt, wobei die ermittelte Handkraft ebenfalls in das Ermitteln des Stellwerts einfließt. Über das Mechanikmodell wird berücksichtigt, dass der Einfluss der Handkraft auf die Klappenbewegung abhängig von den Kräfteverhältnissen der Klappenanordnung ist, sodass eine besonders harmonische motorische Unterstützung der manuellen Bewegung erreicht wird.
-
Eine verbesserte Genauigkeit des Mechanikmodells ergibt sich gemäß Anspruch 4 dadurch, dass das Mechanikmodell abhängig vom Öffnungswinkel der Klappe sowie vorzugsweise von weiteren Faktoren wie der mechanischen Reibung ist.
-
Ein zeitgesteuertes, insbesondere zyklisches, Ermitteln der Klappenbeschleunigung und/oder der Handkraft mittels der Steuerungsanordnung ist Gegenstand von Anspruch 5. Damit lässt sich eine besonders energieeffiziente Überwachung der Klappenbeschleunigung und/oder der Handkraft sicherstellen.
-
Die weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 6 bis 10 betreffen die Weiterbildung der Berechnungsvorschrift. In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 erzeugt die Steuereinheit den Stellwert nach der Berechnungsvorschrift basierend auf mindestens einem zur Klappenbeschleunigung und/oder der Handkraft proportionalen Anteil und/oder basierend auf mindestens einem vom zeitlichen Verlauf der Klappenbeschleunigung und/oder der Handkraft abhängigen Anteil. Die Berechnungsvorschrift kann also einen Momentanwert und/oder auch schon vergangene Werte für die Klappenbeschleunigung und/oder der Handkraft berücksichtigen, so dass das vorschlagsgemäße Nachführen der Klappe besonders flexibel auf die jeweilige Situation hin erzeugt werden kann.
-
Die Ansteuerung insbesondere beim Überführen der Klappe in den Stillstand wird zusätzlich in einer weiteren Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 dadurch optimiert, dass die Steuereinheit den Stellwert nach der Berechnungsvorschrift basierend auf einer vorgegebenen Reduzierrate erzeugt. Weiter vorzugsweise ist die Reduzierrate gemäß Anspruch 8 abhängig vom Stellwert und/oder vom zeitlichen Verlauf der zuvor erzeugten Stellwerte vorgegeben. Mit einer solchen Reduzierrate wird auf einfache Weise sichergestellt, dass die kombinierte Klappenbewegung bei Ausbleiben einer manuellen Betätigungseinwirkung auf einfache Weise und mit einer einstellbaren Dynamik reduziert und/oder beendet wird.
-
Die Ansprüche 9 und 10 betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung, in welchen die Steuereinheit den Stellwert nach der Berechnungsvorschrift basierend auf mindestens einem Umgebungsparameter erzeugt, um die Unterstützungsroutine an eventuelle Randbedingungen anzupassen. Das trägt dem Umstand Rechnung, dass die Steuereinheit für ein optimales Nachführen der Klappe den Stellwert möglichst realitätsnah einstellen muss, um ein für den Bediener unerwartetes Systemverhalten zu vermeiden.
-
Die Treibereinheit kann in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung die Antriebsleistung über die an die Antriebsanordnung angelegte Antriebsspannung und/oder über den der Antriebsanordnung zugeführten Antriebsstrom basierend auf dem Stellwert steuern, was insbesondere über eine zeitliche Modulation vorgesehen ist (Anspruch 11). Speziell der Einsatz einer Pulsweitenmodulation hat sich hier in der Praxis durch geringe elektrische Verluste und eine einfache Umsetzbarkeit bewährt.
-
Bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 12 erfasst die Steuerungsanordnung die manuell über die Klappe in die Klappenkinematik in der Betätigungsrichtung eingeleitete Betätigungseinwirkung und löst die Unterstützungsroutine auf das Erfüllen eines vorbestimmten Anfangskriteriums durch die erfasste Betätigungseinwirkung aus. Zur weiteren Steigerung des Bedienerkomforts ist in der Ausgestaltung gemäß Anspruch 13 vorgesehen, dass die Steuerungsanordnung auf das Erfüllen des Anfangskriteriums durch die erfasste Betätigungseinwirkung die Antriebsanordnung mittels der Treibereinheit mit einer vorbestimmten, zeitlich begrenzten Anfangsleistung beaufschlagt. Durch diese zweistufige Ansteuerung lässt sich ein ganz besonders energieeffizienter Betrieb sicherstellen.
-
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 14, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird die oben angesprochene Antriebsanordnung mit einer vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung als solche beansprucht. Auf alle Ausführungen zur vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung darf verwiesen werden.
-
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 15, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird die obige Klappenanordnung mit einer über eine Klappenkinematik verstellbaren Klappe und eine der Klappe zugeordneten, vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung als solche beansprucht. Auch insoweit darf auf die obigen Ausführungen zur vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung verwiesen werden.
-
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 16, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren für den Betrieb einer motorischen Klappenanordnung eines Kraftfahrzeugs als solches beansprucht, wobei das Verfahren mittels der vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung durchgeführt werden kann. Auf alle Ausführungen zu der Betriebsweise der vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung darf verwiesen werden.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 die Heckansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung, der eine vorschlagsgemäßes Steuerungsanordnung zugeordnet ist,
- 2 die Steuerungsanordnung gemäß 1 in einer ganz schematischen, steuerungstechnischen Darstellung, und
- 3 einen beispielhaften Verlauf einer Betätigungsbewegung anhand a) der Klappengeschwindigkeit, b) der Klappenbeschleunigung und c) der in die Klappe eingeleiteten Kräfte in einer mittels der Steuerungsanordnung gemäß 1 durchgeführten Unterstützungsroutine.
-
Die vorschlagsgemäße Steuerungsanordnung 1 ist für eine motorische Klappenanordnung 2 eines Kraftfahrzeugs 3 vorgesehen, wobei die Klappenanordnung 2 eine über eine Klappenkinematik 4 verstellbare Klappe 5 und eine der Klappe 5 zugeordnete, elektrische Antriebsanordnung 6 aufweist.
-
Der Begriff „Klappe“ ist vorliegend weit auszulegen und umfasst damit eine Heckklappe, einen Heckdeckel, eine Fronthaube, eine Hecktür, eine Seitentür oder dergleichen. Die Klappe 5 kann schwenkbar oder längsverschieblich an der Kraftfahrzeugkarosserie 7 angelenkt sein. Hier und vorzugsweise handelt es sich bei der Klappe 5 um die Heckklappe des Kraftfahrzeugs 3. Alle diesbezüglichen Ausführungen gelten für alle anderen Arten von Klappen entsprechend.
-
Unter dem Begriff „Klappenkinematik“ sind alle Komponenten zusammengefasst, die die Bewegung der Klappe 5 erlauben. Bei dem in 1 gezeigten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Klappenkinematik 4 entsprechend eine Scharnieranordnung, über die sich die Klappe 5 um eine Klappenachse schwenken lässt.
-
In der Darstellung gemäß 1 und in einer bevorzugten Ausgestaltung ist die elektrische Antriebsanordnung 6 mit einem Spindelantrieb 8 ausgestattet. Grundsätzlich können auch zwei solcher Spindelantriebe 8 vorgesehen sein, die dann vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten der Klappe 5 angeordnet sind.
-
Die elektrische Antriebsanordnung 6 dient der motorischen Unterstützung einer manuellen Betätigungseinwirkung der Klappe 5, beispielsweise bei einer Klappenbewegung von einer in 1 dargestellten, vollständig geöffneten Stellung in eine nicht dargestellte, vollständig geschlossene Stellung, was einem Schließvorgang entspricht. Umgekehrt ist es möglich, dass die Antriebsanordnung 6 auch dafür vorgesehen ist, auf die Klappe 5 bei einer Klappenbewegung von der vollständig geschlossenen Stellung in die vollständig geöffnete Stellung zu wirken, was einem Öffnungsvorgang entspricht. Die motorische Unterstützung kann grundsätzlich auch im Rahmen einer Klappenbewegung aus beliebigen Zwischenstellungen der Klappe 5 heraus erfolgen. Die Antriebsanordnung 6 ist zur motorischen Unterstützung mechanisch mit der Klappe 5 gekoppelt.
-
Ganz allgemein steuert die Steuerungsanordnung 1 die Antriebsanordnung 6 in einer Unterstützungsroutine an, eine manuell über die Klappe 5 in die Klappenkinematik 4 in einer Betätigungsrichtung eingeleitete Betätigungseinwirkung zu unterstützen. In der Unterstützungsroutine durchläuft die Klappe 5 eine kombinierte, gemeinsam motorisch und manuell bewirkte, Klappenbewegung. Es handelt sich somit bei der in Rede stehenden kombinierten Klappenbewegung um eine gemeinsam durch die Ansteuerung der Antriebsanordnung 6 mittels der Steuerungsanordnung 1 und durch die manuelle Betätigungseinwirkung des Bedieners auf die Klappe 5 hervorgerufene Klappenbewegung.
-
2 zeigt die Steuerungsanordnung 1 gemäß 1 in einer schematischen, steuerungstechnischen Darstellung. Die Steuerungsanordnung 1 weist eine Steuereinheit 9 zum Erzeugen von Stellwerten nach einer Berechnungsvorschrift 10 und eine Treibereinheit 11 zum Beaufschlagen der Antriebsanordnung 6 mit einer elektrischen Antriebsleistung basierend auf den erzeugten Stellwerten auf. Die von der Steuereinheit 9 erzeugten Stellwerte werden somit mittels der Steuerungsanordnung 1 der Treibereinheit 11 zugeführt. Unter einem „Stellwert“ wird hierbei ein steuerungstechnischer Wert verstanden, welcher die der Antriebsanordnung 6 zuzuführende, elektrische Antriebsleistung bestimmt. Die Treibereinheit 11 ist damit die Leistungselektronik eines elektrischen Antriebs 12 der Antriebsanordnung 6.
-
Die Berechnungsvorschrift 10 ist derart definiert, dass bei Ausbleiben der manuellen Betätigungseinwirkung die kombinierte Klappenbewegung reduziert und/oder beendet wird. Es handelt sich bei der Unterstützungsroutine somit insbesondere nicht um ein selbsttätiges motorisches Verstellen der Klappe 5. Vielmehr kann das Vorliegen einer manuellen Betätigungseinwirkung eine Bedingung für das Ansteuern der Antriebsanordnung 6 in der Unterstützungsroutine sein. Ohne ein Ansteuern der Antriebsanordnung 6 wird die Klappenbewegung reduziert und/oder beendet.
-
Wesentlich ist nun, dass die Steuerungsanordnung 1 eine Klappenbeschleunigung ermittelt und dass die Berechnungsvorschrift 10 derart definiert ist, dass bei Vorliegen einer Klappenbeschleunigung in der Betätigungsrichtung der Stellwert zur Erhöhung der elektrischen Antriebsleistung verändert, insbesondere erhöht, und bei Vorliegen einer Klappenbeschleunigung entgegen der Betätigungsrichtung der Stellwert zur Reduzierung der elektrischen Antriebsleistung verändert, insbesondere reduziert, wird.
-
Bei der „Klappenbeschleunigung“ handelt es sich um die zeitliche Änderung der Klappengeschwindigkeit, wobei die Klappengeschwindigkeit die Geschwindigkeit ist, mit der die Klappe 5 während der kombinierten Klappenbewegung verstellt wird. Die Klappenbeschleunigung ist somit auch von der durch die manuelle Betätigungseinwirkung erzeugten Beschleunigung abhängig.
-
Mit einem „Erhöhen“ des Stellwerts ist hierbei gemeint, dass der Stellwert ausgehend von einem zeitlich unmittelbar vorhergehend erzeugten Stellwert 13 einen höheren Wert annimmt. Entsprechend ist mit einem „Reduzieren“ gemeint, dass der Stellwert ausgehend von einem zeitlich unmittelbar vorhergehend erzeugten Stellwert einen niedrigeren Wert annimmt. Bei dem zeitlich unmittelbar vorhergehenden erzeugten Stellwert handelt es sich beispielsweise um den Stellwert, welcher basierend auf einem unmittelbar vorhergehenden Messzeitpunkt zum Ermitteln der Klappenbeschleunigung erzeugt wurde. Der nun erzeugte Stellwert gibt vor, welche elektrische Antriebsleistung anschließend zur Ansteuerung der Antriebsanordnung 6 verwendet wird, beispielsweise bis zum nächsten Messzeitpunkt.
-
Hierbei ist es so, dass mit einem erhöhten Stellwert eine höhere elektrische Antriebsleistung einhergeht und umgekehrt mit einem reduzierten Stellwert eine reduzierte, elektrische Antriebsleistung einhergeht. Der mittels der Steuereinheit 9 erzeugte Stellwert bewirkt somit bei einer Klappenbeschleunigung in Betätigungsrichtung ein Erhöhen der elektrischen Antriebsleistung für eine motorische Unterstützung in Betätigungsrichtung. Umgekehrt bewirkt der mittels der Steuereinheit 9 erzeugte Stellwert bei einer Klappenbeschleunigung entgegen der Betätigungsrichtung - was insbesondere einem Abbremsen der gemeinsamen Klappenbewegung durch den Bediener entspricht - ein Reduzieren der elektrischen Antriebsleistung. Die elektrische Antriebsleistung „folgt“ somit der Klappenbeschleunigung und damit der durch den Bediener manuell eingebrachten Beschleunigung.
-
Zur Verdeutlichung ist in 3 ein Verlauf einer gemeinsamen Klappenbewegung anhand der Klappengeschwindigkeit v in 3a) und der Klappenbeschleunigung a in 3b) dargestellt. Die dargestellte Klappengeschwindigkeit v beschreibt hierbei einen beispielhaften Verlauf im Rahmen eines Schließvorgangs der Klappe 5 mit einer anfänglichen Beschleunigungsphase, einer anschließenden Phase mit einer näherungsweise konstanten Klappengeschwindigkeit v und einem nachfolgenden Abbremsen auf eine geringere Klappengeschwindigkeit v zum Ende des Schließvorgangs.
-
Die Klappenbeschleunigung a setzt sich näherungsweise aus einem durch die manuelle Betätigungseinwirkung bewirkten Anteil aman und einem motorisch bewirkten Anteil amot zusammen, welche in 3b) zur Erläuterung separat wiedergegeben sind. Über die oben beschriebene Ansteuerung der Antriebsanordnung 6 in der Unterstützungsroutine mittels der vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung 1 folgt der motorische Anteil amot näherungsweise dem manuellen Anteil aman der Klappenbeschleunigung a.
-
Die Steuerungsanordnung 1 ermittelt in einer bevorzugten Ausgestaltung die Klappenbeschleunigung anhand einer auf die Antriebsanordnung wirkenden Antriebsbeschleunigung. Aufgrund der mechanischen Kopplung der Klappe 5 mit der Antriebsanordnung 6 setzt sich die gemeinsame Klappenbewegung in die Antriebsanordnung 6 fort, sodass aus der Klappenbeschleunigung auch die auf die Antriebsanordnung wirkende Antriebsbeschleunigung folgt. Die Klappenbeschleunigung wird insbesondere anhand eines Drehzahlwerts eines rotatorischen Antriebsmotors 13 der Antriebsanordnung 6 ermittelt. Beispielsweise weist der elektrische Antrieb 12 einen inkrementellen Wegsensor 14 auf, beispielsweise mit mindestens einem Hall-Sensor, wobei über den inkrementellen Wegsensor 14 der zurückgelegte Antriebsweg über der Zeit und damit auch die Klappenbeschleunigung ermittelt werden kann. Ebenso ist denkbar, dass die Klappenbeschleunigung anhand der Antriebsspannung U der Antriebsanordnung 6 bestimmt wird. Beispielsweise treten in der Antriebsspannung U des Antriebsmotors 13 Kommutatorripple auf, insbesondere bei einem als Gleichstrommotor ausgestalteten rotatorischen Antriebsmotor 13, welche ein Ermitteln des von der Antriebsanordnung 6 zurückgelegten Wegs über der Zeit und damit auch der Klappenbeschleunigung erlauben.
-
Gemäß einer weiteren, ebenso bevorzugten Ausgestaltung wird die Klappenbeschleunigung anhand von Sensorsignalen ermittelt, die von einer Bewegungssensoranordnung für die Klappenbewegung bereitgestellt werden. Die Bewegungssensoranordnung weist beispielsweise mindestens einen Wegsensor für die Klappe 5 auf, welcher Sensorsignale betreffend den von der Klappe 5 über der Zeit zurückgelegten Klappenweg bereitstellt.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuerungsanordnung 1 anhand einem Mechanikmodell für die Klappenanordnung 2 eine Handkraft aus der Klappenbeschleunigung ermittelt. Das Mechanikmodell kann hierbei die auf die Klappe 5 wirkenden Kräfteverhältnisse abbilden, beispielsweise über den Einbezug des Verhältnisses der Hebelarme der Antriebanordnung 6, hier des Spindelantriebs, und des Angriffpunkts der Klappe 5, in welchem üblicherweise die Handkraft eingeleitet wird, in Bezug auf die Drehachse der Klappe 5. Die Berechnungsvorschrift 10 ist weiter derart definiert, dass bei einer Erhöhung der Handkraft der Stellwert zur Erhöhung der elektrischen Antriebsleistung verändert, insbesondere erhöht, und bei einer Reduzierung der Handkraft der Stellwert zur Reduzierung der elektrischen Antriebsleistung verändert, insbesondere reduziert, wird.
-
In 3c) ist hierzu beispielhaft die Handkraft Fman und die motorisch erzeugte, auf die Klappe 5 wirkende Kraft Fmot dargestellt. Über diese eingeleiteten Kräfte wird die in 3b) gezeigte Klappenbeschleunigung a bewirkt, wobei der die eingeleiteten Kraft jedoch die aus der Klappenkinematik 4 sowie der Antriebsanordnung 6 resultierenden Gegenkräfte wie Reibung, Gewichtskraft sowie Feder- und Dämpfungskräfte aus einer nicht näher dargestellten Dämpfereinheit der Antriebsanordnung 6 entgegenstehen.
-
Besonders bevorzugt ist hierbei, dass die Steueranordnung anhand des Mechanikmodells abhängig vom Öffnungswinkel α der Klappe 5 die Handkraft ermittelt. Allgemein können die genannten Gegenkräfte abhängig vom Öffnungswinkel α der Klappe 5 sein. In 3c) ist beispielhaft dargestellt, dass zum Halten einer konstanten Klappengeschwindigkeit v bzw. einer Klappenbeschleunigung a aufgrund der Winkelabhängigkeit der Gegenkräfte eine zeitlich veränderliche Kraft Fman in die Klappe 5 eingeleitet wird. Über das Erzeugen des Stellwerts anhand der Handkraft - zusätzlich zur Berücksichtigung der Klappenbeschleunigung a - kann daher die manuelle Bewegung auf harmonische Weise unterstützt werden.
-
Vorzugsweise bildet das Mechanikmodell, wie zuvor beschrieben, weiter die mechanische Reibung, die von der Antriebsanordnung 6 ausgeübte Gegenkraft und/oder den Einfluss mindestens eines Umgebungsparameters ab. Die Gegenkraft resultiert insbesondere aus einer nicht weiter dargestellten Federanordnung, Dämpferanordnung und/oder Bremsanordnung der Antriebsanordnung 6. Die Gegenkraft kann hierbei auch abhängig von der Klappengeschwindigkeit v sein. Der mindestens eine Umgebungsparameter ist vorzugsweise durch die räumliche Lage der Klappenanordnung 2, etwa durch einen Neigungswinkels β der Klappenanordnung 2 und/oder durch einen Temperaturmesswert T für die Klappenanordnung 2 bestimmt.
-
Das Ermitteln der Klappenbeschleunigung und/oder der Handkraft sowie das Erzeugen des Stellwerts wird bevorzugt fortlaufend und somit in der Unterstützungsroutine mehrfach wiederholt vorgenommen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuerungsanordnung 1 die Klappenbeschleunigung und/oder die Handkraft zeitgesteuert, insbesondere zyklisch, ermittelt. Die betreffende Zykluszeit kann dabei fest vorgegeben oder abhängig von der Klappenbeschleunigung und/oder der Handkraft, dem in der Klappenbewegung zurückgelegten Klappenweg, dem Öffnungswinkel α der Klappe 5 oder dergleichen definiert sein. Das zyklische Ermitteln ist beispielsweise mittels eines der Steuerungsanordnung 1 zugeordneten Taktgebers verwirklicht. Eine dem Taktgeber zugeordnete Zykluszeit kann beispielsweise im Bereich bis 500 ms, hier und vorzugsweise bei etwa 50 ms, liegen. Andere Zykluszeiten sind denkbar.
-
In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung erzeugt die Steuereinheit 9 den Stellwert nach der Berechnungsvorschrift 10 basierend auf mindestens einem zur Klappenbeschleunigung und/oder zur Handkraft proportionalen Anteil. Der Stellwert wird beispielsweise dadurch erhöht oder reduziert, dass zu dem vorhergehenden Stellwert ein zur Klappenbeschleunigung und/oder zur Handkraft proportionaler Anteil hinzugenommen bzw. abgezogen wird. Die Steuereinheit 9 kann den Stellwert ebenso nach der Berechnungsvorschrift 10 basierend auf mindestens einem vom zeitlichen Verlauf der Klappenbeschleunigung abhängigen Anteil und/oder mindestens einem vom zeitlichen Verlauf der Handkraft abhängigen Anteil, insbesondere basierend auf einem zeitlichen Integral der Klappenbeschleunigung und/oder der Handkraft und/oder basierend auf einer zeitlichen Ableitung der Klappenbeschleunigung und/oder der Handkraft, erzeugt. Folglich kann die Steuereinheit 9 zumindest teilweise nach Art eines Reglers mit einem P-Glied, I-Glied und/oder D-Glied ausgestaltet sein. Hierdurch wird eine einfache Parametrisierung der Berechnungsvorschrift 10 erreicht. Die Berechnungsvorschrift 10 kann somit auch für eine Vielfalt von Randbedingungen derart definiert werden, dass bei Ausbleiben der manuellen Betätigungseinwirkung die kombinierte Klappenbewegung reduziert und/oder beendet wird.
-
In einer nächsten, bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit 9 den Stellwert nach der Berechnungsvorschrift 10 basierend auf einer vorgegebenen Reduzierrate erzeugt. Mit der Reduzierrate wird erreicht, dass der Stellwert bei einer Verringerung der manuellen Betätigungseinwirkung, insbesondere einem Beenden der manuellen Betätigungseinwirkung, schneller reduziert und ein rascheres Auslaufen der gemeinsamen Klappenbewegung erreicht wird. Ein Erzeugen des Stellwerts basierend auf der Reduzierrate wird beispielsweise durch eine Multiplikation des Stellwerts mit einem durch die Reduzierrate bestimmten Reduzierfaktor und/oder durch ein Abziehen eines durch die Reduzierrate bestimmten Reduzieroffsets vom Stellwert vorgenommen.
-
Bevorzugt ist die Reduzierrate abhängig vom Stellwert vorgegeben, wobei beispielsweise bei höheren Stellwerten eine höhere Reduzierrate vorgesehen ist. Ebenso kann die Reduzierrate abhängig vom zeitlichen Verlauf der zuvor erzeugten Stellwerte vorgegeben sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Reduzierrate abhängig von einem zeitlichen Integral der zuvor erzeugten Stellwerte, insbesondere abhängig vom vorhergehenden Stellwert, vorgegeben. Der vorhergehende zeitliche Verlauf der Klappenbeschleunigung und/oder der Handkraft nimmt somit auf die Reduzierrate und auf das Auslaufen der Klappenbewegung Einfluss. In einer beispielhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stellwert mit einem Anteil von 0,1% bis 10%, vorzugsweise 1 % bis 2% des zeitlich unmittelbar vorangehenden Stellwerts reduziert wird.
-
Zur weiteren Anpassung der steuerungstechnischen Umsetzung der Unterstützungsroutine an eventuelle Randbedingungen ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung 1 vorgesehen, dass die Steuereinheit 9 den Stellwert nach der Berechnungsvorschrift 10 basierend auf mindestens einem Umgebungsparameter erzeugt. Der mindestens eine Umgebungsparameter ist vorzugsweise durch die räumliche Lage der Klappenanordnung 2 bestimmt. Die räumliche Lage der Klappenanordnung 2 wird beispielsweise durch eine Neigungssensoranordnung zur Bestimmung eines Neigungswinkels β der Klappenanordnung 2 ermittelt. Eine Hanglage der Klappenanordnung 2 kann folglich erkannt und deren Einfluss auf die Ansteuerung der Antriebsanordnung 6 über den Umgebungsparameter in der Berechnungsvorschrift 10 ausgeglichen werden.
-
Weiter ist möglich, dass mindestens ein Umgebungsparameter durch die Antriebsgeschwindigkeit v, beispielsweise durch die Drehzahl des Antriebsmotors 13 bestimmt ist. Hierfür kann insbesondere eine Stufenfunktion vorgesehen sein, anhand welcher der Stellwert in Abhängigkeit von vorgegebenen Drehzahlbereichen abgeändert wird.
-
Ebenso kann ein Umgebungsparameter über die Versorgungsspannung UV der Steuerungsanordnung 1 sein, wobei beispielsweise Abweichungen von einer Sollspannung des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs 3 ausgeglichen werden.
-
Ein Umgebungsparameter kann weiter durch einen Temperaturmesswert T für die Klappenanordnung 2 bestimmt sein, insbesondere ein der Klappenkinematik 4 und/oder der Antriebsanordnung 6 zugeordneter Temperaturmesswert T.
-
Der mindestens eine Umgebungsparameter kann damit Eingang in die Berechnungsvorschrift 10 finden, dass die Steuereinheit 9 den Stellwert nach der Berechnungsvorschrift 10 abhängig von dem mindestens einen Umgebungsparameter mit einem Offset und/oder einem Kompensationsfaktor beaufschlagt.
-
Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung steuert die Treibereinheit 11 die elektrische Antriebsleistung über die an die Antriebsanordnung 6 angelegte Antriebsspannung U und/oder über den der Antriebsanordnung 6 zugeführten Antriebsstrom basierend auf dem Stellwert. Die Treibereinheit 11 stellt hier und vorzugsweise Ansteuerungssignale für die Leistungselektronik des elektrischen Antriebs 12 zur Verfügung, welche die Antriebsspannung U auf Grundlage einer Versorgungsspannung UV an den Antriebsmotor 13 anlegt. Bei der Versorgungsspannung UV handelt es sich beispielsweise um eine von einer zentralen Kraftfahrzeugbatterie bereitgestellte Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs 3.
-
Die Treibereinheit 11 steuert vorzugsweise die elektrische Antriebsleistung basierend auf dem Stellwert über eine zeitliche Modulation der Antriebsspannung U und/oder des Antriebsstroms, wobei weiter vorzugsweise die Treibereinheit 11 die zeitliche Modulation über eine Pulsweitenmodulation realisiert. Beispielsweise wird mittels der Treibereinheit 11 der Tastgrad der pulsweitenmodulierten Antriebsspannung U in Abhängigkeit des Stellwerts gewählt.
-
In einer weiteren Ausgestaltung begrenzt die Steuereinheit 9 in der Unterstützungsroutine den Stellwert auf einen vorgegebenen Maximalwert, wenn die Klappenbeschleunigung ein Grenzkriterium erfüllt. Vorzugsweise ist das Grenzkriterium dadurch definiert, dass die Klappenbeschleunigung eine Klappengrenzbeschleunigung überschreitet. Die Steuerungsanordnung 1 kann somit die motorische Unterstützung der Klappenbewegung abregeln, wenn seitens des Bedieners eine zu starke manuelle Betätigungseinwirkung vorgenommen wird, insbesondere um die mechanische Belastung auf die Klappenanordnung 2 zu mindern.
-
In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung erfasst die Steuerungsanordnung 1 die manuell über die Klappe 5 in die Klappenkinematik 4 in der Betätigungsrichtung eingeleitete Betätigungseinwirkung und löst die Unterstützungsroutine auf das Erfüllen eines vorbestimmten Anfangskriteriums durch die erfasste Betätigungseinwirkung aus. In 3 ist hierzu der Zeitpunkt t1 dargestellt, zu welchem das vorbestimmte Anfangskriteriums erfüllt wird. Die Steuerungsanordnung 1 prüft somit die Betätigungseinwirkung dahingehend, ob diese das Anfangskriterium erfüllt oder nicht. Bei positiver Prüfung löst die Steuerungsanordnung 1 das Durchführen der oben erläuterten Unterstützungsroutine aus. Über das Prüfen des Anfangskriteriums werden Ressourcen dahingehend eingespart, dass eine etwa durch Windschlag, Vibrationen oder dergleichen hervorgerufene Fehlauslösung der Unterstützungsroutine vermieden wird. Vorzugsweise ist das Anfangskriterium dadurch definiert, dass mit der erfassten Betätigungseinwirkung ein vorbestimmter Mindestklappenweg, eine vorbestimmte Mindestklappengeschwindigkeit und/oder eine vorbestimmte Mindestklappenbeschleunigung und/oder Mindesthandkraft überschritten wird.
-
Gemäß einer nächsten, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung beaufschlagt die Steuerungsanordnung 1 auf das Erfüllen des Anfangskriteriums durch die erfasste Betätigungseinwirkung die Antriebsanordnung 6 mittels der Treibereinheit 11 mit einer vorgegebenen, zeitlich begrenzten Anfangsleistung. Zur Erhöhung des Komforts wird somit dem Bediener zu Beginn der Betätigungsbewegung eine erhöhte motorische Unterstützung gegeben. Bei der Anfangsleistung handelt sich beispielsweise um einen vorgegebenen Antriebsleistungspuls. Die Unterstützungsroutine kann bereits parallel zur Beaufschlagung mit der Anfangsleistung durchgeführt werden oder die Unterstützungsroutine wird zur Beaufschlagung mit der Anfangsleistung zeitlich nachfolgend durchgeführt.
-
Die Steuerungsanordnung 1 kann in einer weiteren Ausgestaltung auf das Erfüllen eines vorbestimmten Endkriteriums durch die Klappenbewegung die Unterstützungsroutine beenden.
-
Nach einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Antriebsanordnung 6 mit einer vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung 1 als solche beansprucht. Auf alle Ausführungen zu der vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung 1 darf verwiesen werden.
-
Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Klappenanordnung 2 mit einer über eine Klappenkinematik 4 verstellbaren Klappe 5 und eine der Klappe 5 zugeordneten, vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung 6 als solche beansprucht. Auf alle Ausführungen zu der vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung 1 darf verwiesen werden.
-
Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren für den Betrieb einer motorischen Klappenanordnung 1 eines Kraftfahrzeugs als solches beansprucht. Das Verfahren wird vorzugsweise mittels einer vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung 1 durchgeführt. Auch insoweit darf auf alle Ausführungen zu der Betriebsweise der vorschlagsgemäßen Steuerungsanordnung 1 verwiesen werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2019/0145145 A1 [0002, 0003]