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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung zur Verstellung einer Klappe eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung zur Verstellung einer Klappe eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.
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Die in Rede stehende Antriebsanordnung ist einer Klappe eines Kraftfahrzeugs zugeordnet und dient der motorischen Verstellung der Klappe. Bei der Klappe kann es sich beispielsweise um eine Heckklappe, eine Fronthaube, einen Heckdeckel, eine Seitentür, eine Hecktür, eine Motorhaube oder dergleichen handeln. Die Klappe kann schwenkbar und/oder verschiebbar an der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet sein.
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Im Rahmen der Komfortsteigerung wird beispielsweise die Klappe mittels der Antriebsanordnung in einer Verstellroutine motorisch in Schließrichtung oder Öffnungsrichtung verstellt, vorzugsweise bei als Heckklappen oder Seitentüren ausgestalteten Klappen. Zur Ansteuerung der Klappe, beispielsweise im Rahmen einer von der Klappenstellung abhängigen Regelung der Klappengeschwindigkeit, ermittelt eine Steueranordnung die Klappenstellung anhand von Sensorinformationen.
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Während eine direkte Ermittlung der Klappenstellung über Positionssensoren, Winkelsensoren oder dergleichen denkbar ist, wird zur Vermeidung von zusätzlicher Sensorik in vielen Fällen die Klappenstellung indirekt über Bewegungssensoren der Antriebsanordnung ermittelt, beispielsweise dem Antriebsmotor zugeordnete Hall-Sensoren. Ein einzelnes Hall-Sensorelement stellt regelmäßig jedoch nur eine ungerichtete Bewegungsinformation bereit, welche etwa auf den Betrag einer Drehzahl des Antriebsmotors schließen lässt, sodass üblicherweise auf mehrere, einen Winkelversatz aufweisende Hall-Sensorelemente zurückgegriffen wird. Durch den Winkelversatz kann zusätzlich zu der Bewegungsinformation die Antriebsbewegungsrichtung, beispielsweise die Drehrichtung des Antriebsmotors, bestimmt werden. Anhand einer zeitlichen Integration der Bewegungsinformation unter Berücksichtigung der Antriebsbewegungsrichtung kann die Klappenstellung relativ zu einem Referenzpunkt ermittelt werden.
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Es ist dabei eine Herausforderung, dass zusätzliche Sensorik in der Antriebsanordnung mit höherem konstruktivem und steuerungstechnischem Aufwand verbunden ist, was sich in den Kosten der Antriebsanordnung widerspiegelt.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Antriebsanordnung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine weitere Optimierung der Sensorik sowie des konstruktiven Aufwands 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, dass eine Antriebssensoranordnung zur Erfassung von Antriebswerten, die beispielsweise auch zur Ansteuerung des Antriebs genutzt wird, für eine Richtungsbestimmung der Antriebsbewegung genutzt wird. Damit werden die Anforderungen an den Bewegungssensor deutlich verringert. Insbesondere sind für eine Richtungsbestimmung weitere Hall-Sensorelemente oder dergleichen nicht zwingend notwendig.
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Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass die Antriebsanordnung eine dem Antriebsmotor zugeordnete Antriebssensoranordnung zur Erfassung eines gerichteten elektrischen Antriebswerts aufweist und dass die Steueranordnung eine Klappenstellung anhand der Bewegungsinformation und anhand einer aus der Richtung des erfassten elektrischen Antriebswerts ermittelten Antriebsbewegungsrichtung bestimmt.
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Vorzugsweise wird die Ermittlung der Klappenstellung anhand der Richtung des Antriebswerts gemäß Anspruch 2 in Verbindung mit einem als Inkrementalgeber ausgestalteten Bewegungssensor vorgenommen, sodass der Aufbau des Bewegungssensors vereinfacht wird.
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Die Ermittlung der Klappenstellung wird in der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 anhand einer zeitlichen Integration vorgenommen, wobei die Integration auf Grundlage der Informationen von Bewegungssensor und Antriebssensoranordnung durchgeführt wird.
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Anspruch 4 betrifft die bereits angesprochene Ausgestaltung der Antriebsanordnung mit lediglich einem einzigen Hall-Sensorelement, wodurch die Antriebsanordnung besonders kostengünstig umgesetzt werden kann.
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Besonders bevorzugt ist zudem die Ausgestaltung gemäß Anspruch 5, wonach ein Spannungssensor für die Erfassung des Antriebswerts eingesetzt wird. Hier kann auf einfache Weise anhand der Polarität der erfassten Potentialdifferenz, die beispielsweise auf eine bereitgestellte Antriebsspannung oder auf eine durch eine manuelle Klappenbewegung erzeugte Generatorspannung zurückgeht, auf die Antriebsbewegungsrichtung geschlossen werden. Der Spannungssensor kann zudem für weitere Zwecke, insbesondere die Ansteuerung und Überwachung des Antriebs in der Verstellroutine, eingesetzt werden.
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Ebenfalls bevorzugt ist die weitere Ausgestaltung gemäß Anspruch 6, wobei ein Stromsensor für die Erfassung des Antriebswerts vorgesehen ist. Die Antriebsbewegungsrichtung ergibt sich hierbei über die erfasste Stromrichtung. Der Stromsensor kann ebenfalls eine Doppelfunktion in der Verstellroutine wahrnehmen und zur Ansteuerung und Überwachung des Antriebs eingesetzt werden.
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Eine besonders betriebssichere Ausgestaltung der Antriebsanordnung ist in Anspruch 7 angegeben, wobei die Antriebsbewegungsrichtung zusätzlich über den Schaltzustand von Schaltelementen der Treiberschaltung in der Verstellroutine ermittelt wird. Die über den Antriebswert ermittelte Antriebsbewegungsrichtung kann beispielsweise anhand des Schaltzustands validiert werden.
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Ebenfalls denkbar ist eine Nutzung einer Redundanz der Ermittlung der Antriebsbewegungsrichtung für eine Fehlerkennung gemäß Anspruch 8.
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Besonders bevorzugt ist zudem die Ausgestaltung gemäß Anspruch 9, welche eine Überwachung der Verstellroutine hinsichtlich eines Abbruchkriteriums angibt. Das Abbruchkriterium repräsentiert beispielsweise die Erkennung einer manuellen Einwirkung auf die Klappe, eine Einklemmerkennung oder Hinderniserkennung. Das Abbruchkriterium kann auch auf den Antriebswerten und/oder der Bewegungsinformation basieren, sodass die vorgesehene Sensorik für mehrere Funktionen genutzt wird.
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Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 10, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung zur Verstellung einer Klappe eines Kraftfahrzeugs beansprucht.
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Dabei ist wesentlich, dass die Antriebsanordnung eine dem Antriebsmotor zugeordnete Antriebssensoranordnung zur Erfassung eines gerichteten elektrischen Antriebswerts aufweist und dass mittels der Steueranordnung eine Klappenstellung anhand der Bewegungsinformation und anhand einer aus der Richtung des erfassten elektrischen Antriebswerts ermittelten Antriebsbewegungsrichtung bestimmt wird.
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Zum vorschlagsgemäßen Verfahren wird auf alle Ausführungen zur vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung verwiesen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 das Heck eines Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht mit einer Heckklappe und einer vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung zur motorischen Verstellung einer Heckklappe,
- 2 die vorschlagsgemäße Antriebsanordnung in einer schematischen Darstellung.
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Das in den Figuren dargestellte und insoweit bevorzugte Ausführungsbeispiel betrifft eine Antriebsanordnung 1 zur Verstellung einer Klappe 2 eines Kraftfahrzeugs 3. Die Darstellung gemäß 1 zeigt eine über eine Klappenkinematik 4 verstellbare Klappe 2 und die der Klappe 2 zugeordnete Antriebsanordnung 1.
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Die Klappe 2 ist hier als Heckklappe des Kraftfahrzeugs 3 ausgestaltet. Grundsätzlich sind aber auch alle anderen im einleitenden Teil der Beschreibung angesprochenen Klappen 2, insbesondere Seitentüren, vorteilhaft anwendbar. Alle folgenden Ausführungen zu einer Heckklappe gelten entsprechend gleichermaßen für alle anderen denkbaren Klappen 2 des Kraftfahrzeugs 3.
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Unter dem Begriff „Klappenkinematik“ sind alle Komponenten zusammengefasst, die die Bewegung der Klappe 2 erlauben. Bei dem in 1 gezeigten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Klappenkinematik 4 entsprechend eine Scharnieranordnung, über die sich die Klappe 2 um eine Klappenachse 5 schwenken lässt.
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Die Antriebsanordnung 1 weist mindestens einen Antrieb 6 mit einem elektrischen Antriebsmotor 7 zur Erzeugung einer Antriebsbewegung zur Verstellung der Klappe 2 auf. In einer Ausgestaltung weist die Antriebsanordnung 1 zwei, insbesondere genau zwei, Antriebe 6 auf. Diese beiden Antriebe 6 sind vorzugsweise gleichartig, insbesondere identisch, ausgestaltet. Vorzugsweise sind die beiden Antriebe 6 an gegenüberliegenden Seiten der Klappe 2 angeordnet. Soweit sich die folgenden Ausführungen auf einen Antrieb 6 beziehen, gelten alle Ausführungen auch eventuelle weitere Antriebe 6 entsprechend.
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Der Antrieb 6 dient zum Erzeugen von Antriebsbewegungen, die zur Verstellung der Klappe 2 in die Klappe 2 eingeleitet werden. Durch diese Antriebsbewegung kann die Klappe 2 zwischen verschiedenen Klappenstellungen relativ zum Kraftfahrzeug 3 im Übrigen verstellt werden. Zum Erzeugen der in Klappe 2 einzuleitenden Antriebsbewegung weist der Antrieb 6 einen nicht näher dargestellten Antriebsstrang aus Antriebskomponenten auf. Der Antriebsstrang weist den elektrischen, vorzugsweise rotatorischen, Antriebsmotor 7 und vorzugsweise ein nachgeschaltetes Zwischengetriebe und/oder ein, insbesondere als Spindel-Spindelmutter-Getriebe ausgestaltetes, Vorschubgetriebe 8 auf.
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Hier und vorzugsweise ist der Antrieb 6 rücktreibbar ausgestaltet. Das bedeutet, dass die Einleitung einer Bewegung in die Klappe 2 zu einem Rücktreiben zumindest eines Teils des Antriebsstrangs zwischen dem Antriebsmotor 7 und der Klappe 2 führt.
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Die Antriebsanordnung 1 weist eine Steueranordnung 9 auf, welche den Antrieb 6 in einer Verstellroutine ansteuert und hier die im Rahmen der Verstellroutine anfallenden steuerungstechnischen Aufgaben in Bezug auf den Antriebsmotor 7 wahrnimmt. Beispielsweise wird die Verstellroutine auf einen Bedienerwunsch ausgelöst, wobei die Klappe 2 motorisch geöffnet oder geschlossen wird. Die Ansteuerung wird über eine Treiberschaltung 10 bewirkt, welche zur Beschaltung von Versorgungsanschlüssen 11 des Antriebsmotors 7 mit einer Versorgungsspannung eingerichtet und in 2 näher dargestellt ist. Die Treiberschaltung 10 ist vorzugsweise als Teil der Steueranordnung 9 ausgestaltet. Ferner ist die Steueranordnung 9 hier mit einer nicht näher dargestellten Logikeinheit für die Treibereinheit ausgestattet.
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Die Ansteuerung des Antriebs 6 erfolgt in der Verstellroutine, vorzugsweise basierend auf einer ermittelten Klappenstellung. Beispielsweise erfolgt in der Verstellroutine eine Regelung der Klappengeschwindigkeit auf eine Geschwindigkeitsvorgabe, welche eine Funktion der Klappenstellung ist, oder eine vorgegebene Klappenstellung ist als Endstellung der Verstellroutine vorgesehen.
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Die Antriebsanordnung 1 weist einen Bewegungssensor 12 zur Erfassung einer Bewegungsinformation der Antriebsbewegung auf. Die Bewegungsinformation ist zumindest repräsentativ dafür, dass eine Antriebsbewegung erfolgt und insbesondere repräsentativ für eine Geschwindigkeit der Antriebsbewegung. Insbesondere ist die Bewegungsinformation jedoch ungerichtet und lässt an sich keinen eindeutigen Rückschluss auf die Antriebsbewegungsrichtung zu.
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Wesentlich ist nun, dass die Antriebsanordnung 1 eine dem Antriebsmotor 7 zugeordnete Antriebssensoranordnung 13 zur Erfassung eines gerichteten elektrischen Antriebswerts aufweist und dass die Steueranordnung 9 eine Klappenstellung anhand der Bewegungsinformation und anhand einer aus der Richtung des erfassten elektrischen Antriebswerts ermittelten Antriebsbewegungsrichtung bestimmt.
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Der erfasste, gerichtete elektrische Antriebswert lässt hierbei einen Rückschluss auf die Antriebsbewegungsrichtung zu. Hier kann aus der Kombination der, insbesondere ungerichteten, Bewegungsinformation und der über die Richtung des erfassten elektrischen Antriebswert ermittelten Antriebsbewegungsrichtung die Klappenstellung, insbesondere in Bezug auf eine Referenzstellung, ermittelt werden.
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Hier und vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Bewegungssensor 12 als Inkrementalgeber ausgestaltet ist. Der Bewegungssensor 12 ist hier und vorzugsweise dem Antriebsmotor 7 zugeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann der Bewegungssensor 12 auch weiteren Komponenten des Antriebsstrangs, etwa dem Vorschubgetriebe 8 oder einem hier nicht dargestellten Zwischengetriebe zwischen Antriebsmotor 7 und Vorschubgetriebe 8, zugeordnet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Bewegungssensor 12 die Bewegungsinformation aus einer Winkelgeschwindigkeit einer Komponente des Antriebs 6, insbesondere einer Antriebswelle des Antriebsmotors 7, erfasst.
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Weiter ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass die Steueranordnung 9 die Klappenstellung anhand einer zeitlichen Integration der Bewegungsinformationen des Inkrementalgebers ermittelt, und dass das jeweilige Vorzeichen der Integration der Bewegungsinformation durch die aus der Richtung des erfassten elektrischen Antriebswerts ermittelten Antriebsbewegungsrichtung vorgegeben ist.
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Beispielsweise wird die Anzahl der erfolgten, vom Inkrementalgeber registrierten Umdrehungen der Komponente des Antriebs 6 bestimmt. Unter einer Integration ist vorliegend auch ein Summieren diskreter Bewegungsinformationen zu verstehen. Die Ermittlung der Klappenstellung erfolgt hier und vorzugsweise somit analog zu der Positionsbestimmung auf Grundlage eines gerichteten Inkrementalgebers, wobei jedoch der Inkrementalgeber selbst nicht zwingend eine Richtungsinformation bereitstellen muss.
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Weiter ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass der Bewegungssensor 12 als Hall-Sensor ausgestaltet ist, vorzugsweise, dass der Bewegungssensor 12 lediglich ein einzelnes Hall-Sensorelement aufweist.
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Bei dem Hall-Sensorelement handelt es sich hier und vorzugsweise um die Kombination eines Hall-Geberelements, welches beispielsweise drehfest auf der Antriebswelle oder einer anderen rotatorischen Komponente des Antriebs 6 angeordnet ist, und eines Hall-Sondenelements, das den Durchgang des Hall-Geberelements registriert. Die Bewegungsinformation eines solchen Hall-Sensorelements kann ungerichtet sein, da lediglich eine Veränderung einer Winkellage, jedoch nicht die Drehrichtung, bestimmt werden kann. Das Hall-Sensorelement wird hier über die Antriebssensoranordnung 13 ergänzt.
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In der in 2 dargestellten und bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Antriebssensoranordnung 13 einen Spannungssensor 14 aufweist, welcher als Antriebswert eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den Versorgungsanschlüssen 11 des Antriebsmotors 7 bestimmt und dass die Steueranordnung 9 die Antriebsbewegungsrichtung anhand der Polarität der Potentialdifferenz ermittelt.
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Hierbei kann in der Verstellroutine über die Polarität der mittels der Treiberschaltung 10 angelegten Versorgungsspannung des Antriebsmotors 7 auf die Antriebsbewegungsrichtung geschlossen werden. Gleiches gilt für eine manuelle Verstellung der Klappe 2 bei einem rücktreibenden Antrieb 6, da über die manuelle Bewegung der Klappe 2 eine Antriebsbewegung erzeugt wird, die insbesondere zu einer Generatorspannung an den Versorgungsanschlüssen 11 führt, deren Polarität wiederum von der Antriebsbewegungsrichtung abhängig ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die Antriebssensoranordnung 13 einen Stromsensor 15 aufweist, welcher als Antriebswert einen über die Versorgungsanschlüsse 11 vorliegenden elektrischen Antriebsstrom des Antriebsmotors 7 bestimmt und dass die Steueranordnung 9 die Antriebsbewegungsrichtung anhand der Stromrichtung des Antriebsstroms ermittelt.
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Hier kann das Ermitteln ebenfalls sowohl in der Verstellroutine in der motorischen Verstellung, wenn ein aktives Bestromen des Antriebsmotors 7 durch die Treiberschaltung 10 vorliegt, als auch unter einer manuellen Verstellung, wenn die Generatorspannung einen Stromfluss erzeugt, vorgenommen werden. Vorzugsweise wird die Treiberschaltung 10 bei einer manuellen Verstellung, etwa bei deaktiviertem Antrieb 6, in einen Schaltzustand gebracht, der einen Stromfluss ausgehend von der Generatorspannung erlaubt.
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Weiter ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass die Steueranordnung 9 in der Verstellroutine die Klappenstellung zusätzlich anhand des Schaltzustands von Schaltelementen 16 der Treiberschaltung 10 und der Bewegungsinformation ermittelt, vorzugsweise, dass die Treiberschaltung 10 mit den Schaltelementen 16 als H-Brückenschaltung ausgebildet ist.
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In 2 sind vier Schaltelemente 16 der als H-Brückenschaltung ausgestalteten Treiberschaltung 10 dargestellt, welche auf an sich bekannte Weise zum Betrieb des Antriebsmotors 7 in verschiedenen Antriebsbewegungsrichtungen über unterschiedliche Schaltzustände geschaltet werden können. In der Verstellroutine kann die über die Antriebssensoranordnung 13 ermittelte Richtung der Antriebsbewegung über den Schaltzustand validiert werden.
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Hier und vorzugsweise ist die Antriebssensoranordnung 13, insbesondere der Spannungssensor 14 und/oder der Stromsensor 15, an den Zuleitungen zwischen den Schaltelementen 16 der Treiberschaltung 10 und den Versorgungsanschlüssen 11 des Antriebsmotors 7 vorgesehen.
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Weiter ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass die Steueranordnung 9 bei Vorliegen einer Abweichung einer aus der Richtung des erfassten elektrischen Antriebswerts ermittelten Antriebsbewegungsrichtung und/oder aus dem Schaltzustand ermittelten Antriebsbewegungsrichtung eine Fehlerroutine auslöst.
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Beispielsweise kann die Antriebsbewegungsrichtung sowohl mittels eines Spannungssensors 14 als auch mittels eines Stromsensors 15 der Antriebssensoranordnung 13 ermittelt werden. Liegen Abweichungen zwischen den ermittelten Antriebsbewegungsrichtungen vor, kann auf einen Fehlerzustand geschlossen werden. Gleiches gilt für eine Abweichung der mittels der Antriebssensoranordnung 13 ermittelten Antriebsbewegungsrichtung und dem Schaltzustand in der Verstellroutine. In der Fehlerroutine ist beispielsweise eine erneute Referenzmessung für die Klappenstellung vorgesehen.
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Weiter ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass die Steueranordnung 9 in der Verstellroutine den Antrieb 6, insbesondere mittels der Antriebswerte und/oder der Bewegungsinformation, auf Erfüllen eines Abbruchkriteriums überwacht und auf Erfüllen des Abbruchkriteriums die Verstellroutine abändert, insbesondere beendet.
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Das Abbruchkriterium repräsentiert beispielsweise die Erkennung einer manuellen Einwirkung auf die Klappe 2. Bei einer gemeinsamen manuellen und motorischen Einwirkung auf die Klappe 2 kann es vorgesehen sein, dass die Verstellroutine beendet wird und die Klappenstellung weiter im Generatorbetrieb des Antriebsmotors 7 ermittelt wird.
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Beansprucht wird außerdem gemäß einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung 1 zur Verstellung einer Klappe 2 eines Kraftfahrzeugs 3, die Antriebsanordnung 1 aufweisend mindestens einen Antrieb 6 mit einem elektrischen Antriebsmotor 7 zur Erzeugung einer Antriebsbewegung zur Verstellung der Klappe 2 sowie eine Steueranordnung 9, mittels welcher der Antrieb 6 in einer Verstellroutine über eine Treiberschaltung 10 zur Beschaltung von Versorgungsanschlüssen 11 des Antriebsmotors 7 mit einer Versorgungsspannung angesteuert wird, wobei mittels eines Bewegungssensors 12 einer Bewegungsinformation der Antriebsbewegung erfasst wird.
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Wesentlich ist hierbei, dass die Antriebsanordnung 1 eine dem Antriebsmotor 7 zugeordnete Antriebssensoranordnung 13 zur Erfassung eines gerichteten elektrischen Antriebswerts aufweist und dass mittels der Steueranordnung 9 eine Klappenstellung anhand der Bewegungsinformation und anhand einer aus der Richtung des erfassten elektrischen Antriebswerts ermittelten Antriebsbewegungsrichtung bestimmt wird. Auf alle Ausführungen zur vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung 1 wird verwiesen.
