DE102023103075A1

DE102023103075A1 - Verteiltes steuerungssystem für servogesteuerten türantrieb

Info

Publication number: DE102023103075A1
Application number: DE102023103075.2A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Prengel; Martin Dannemann; Roman Paerschke
Original assignee: Magna Closures Inc
Current assignee: Magna Closures Inc
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2023-02-08
Publication date: 2023-08-24
Also published as: US20230265704A1; CN116641626A

Abstract

Ein elektrisches Türbetätigungssystem für eine Fahrzeugtür ist vorgesehen. Das System umfasst ein an der Tür montiertes Gehäuse und einen im Gehäuse montierten Aktuator, der einen Elektromotor umfasst, der zur Ausgabe einer Motorkraft ausgebildet ist. Der Aktuator umfasst auch ein Getriebe mit einem Getriebeeingang, der mit einem Ausgang des Elektromotors gekoppelt ist, um die Motorkraft aufzunehmen, und einem Getriebeausgang, um eine Ausgangskraft auf die Tür auszuüben. Ein ausfahrbares Element ist so ausgebildet, dass es als Reaktion auf die Betätigung durch den Getriebeausgang aus- und eingefahren wird, um die Tür zu bewegen. Das System bestimmt die Ausgangskraft, um äußere Kräfte zu kompensieren, die die Bewegung der Tür beeinflussen, stellt die ermittelte Ausgangskraft auf eine eingestellte Ausgangskraft ein, um innere Kräfte zu kompensieren, die den Betrieb des Aktuators beeinflussen, und steuert den Elektromotor, um die Tür mit der eingestellten Ausgangskraft zu bewegen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Aktuator für einen Fahrzeugverschluss. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Offenbarung ein verteiltes Steuersystem für eine kraftbetriebene Betätigungseinheit für eine Fahrzeugseitentür.
HINTERGRUND
Verschlusselemente von Kraftfahrzeugen können mit einem oder mehreren Scharnieren an der Fahrzeugkarosserie befestigt sein. Beispielsweise können Fahrgasttüren mit einem oder mehreren Scharnieren so ausgerichtet und an der Fahrzeugkarosserie befestigt sein, dass sie um eine im Allgemeinen vertikale Schwenkachse schwenken können. In einer solchen Anordnung umfasst jedes Türscharnier typischerweise ein mit der Fahrgasttür verbundenes Türscharnierband, ein mit der Fahrzeugkarosserie verbundenes Karosseriescharnierband und einen Drehzapfen, der so angeordnet ist, dass er das Türscharnierband schwenkbar mit dem Karosseriescharnierband verbindet und eine Drehachse definiert. Solche schwenkbaren Fahrgasttüren („Schwenktüren“) können durch kraftbetätigte Schließvorrichtungssysteme bewegt werden. Insbesondere kann das kraftbetätigte Verschlusselement-Aktuatorsystem dazu dienen, die Fahrgasttür automatisch um ihre Schwenkachse zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung zu schwenken, den Benutzer beim Bewegen der Fahrgasttür zu unterstützen und/oder die Fahrgasttür für den Benutzer automatisch zwischen der geschlossenen und der offenen Stellung zu bewegen.
Typischerweise umfassen Verschlusselement-Aktuatorsysteme eine kraftbetriebene Vorrichtung, wie z. B. einen Elektromotor, und eine Vorrichtung zur Umwandlung von Rotation in lineare Bewegung, mit der die Rotationsleistung des Elektromotors in eine Translationsbewegung eines ausfahrbaren Elements gewandelt werden kann. In vielen Anordnungen sind der Elektromotor und die Wandlervorrichtung an der Fahrgasttür angebracht, und das distale Ende des ausfahrbaren Elements ist fest an der Fahrzeugkarosserie befestigt. Ein Beispiel für ein System zur Betätigung eines kraftbetriebenen Verschlusselements für eine Fahrgasttür ist in der internationalen Publikation Nr. WO2013/013313 von Scheuring et al. dargestellt, die die Verwendung einer rotierenden in eine lineare Wandlervorrichtung offenbart, die eine mit einem Außengewinde versehene Gewindespindel aufweist, die durch den Elektromotor rotierend angetrieben wird, sowie eine mit einem Innengewinde versehene Antriebsmutter, die mit der Gewindespindel in Eingriff steht und an der das ausfahrbare Element befestigt ist. Dementsprechend führt die Steuerung der Geschwindigkeit und der Drehrichtung der Leitspindel zu einer Steuerung der Geschwindigkeit und der Richtung der Translationsbewegung der Antriebsmutter und des ausfahrbaren Elements zur Steuerung der Schwenkbewegung der Fahrgasttür zwischen ihrer offenen und geschlossenen Position.
Ein hochauflösender Positionssensor, wie z. B. ein Magnetrad und ein Hall-Effekt-Sensor, kann zur genauen Messung einer Position in einem Sensor zur Betätigung eines Kraftschlusses verwendet werden. Solche hochauflösenden Sensoren können jedoch durch elektromagnetische (EM) Störungen, wie sie beispielsweise von einer EM-Bremse erzeugt werden können, beeinträchtigt werden. Darüber hinaus können verschiedene Diskrepanzen im Betrieb des Aktuators den Betrieb des Systems zur Betätigung des Kraftschlussglieds beeinträchtigen.
In Anbetracht der obigen Ausführungen besteht nach wie vor ein Bedarf an der Entwicklung von Systemen zur Betätigung von kraftbetriebenen Verschlusselementen, die die mit den bekannten Systemen zur Betätigung von kraftbetriebenen Verschlusselementen verbundenen Einschränkungen und Nachteile überwinden und einen höheren Komfort und verbesserte Betriebsmöglichkeiten bieten.
ZUSAMMENFASSUNG
Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, ein kraftbetätigtes Türbetätigungssystem für eine Fahrzeugtür bereitzustellen, das relativ zu einer Fahrzeugkarosserie um eine Scharnierachse zwischen einer geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position beweglich ist. Das elektrische Türbetätigungssystem umfasst ein an der Tür montiertes Gehäuse und einen im Gehäuse montierten Aktuator. Der Aktuator umfasst einen Elektromotor, der von dem Gehäuse getragen wird. Der Elektromotor ist so ausgebildet, dass er eine Motorkraft ausgibt. Der Aktuator umfasst auch ein Getriebe, das von dem Gehäuse getragen wird und einen Getriebeeingang aufweist, der mit einem Ausgang des Elektromotors gekoppelt ist, um die Motorkraft aufzunehmen, sowie einen Getriebeausgang, um eine Ausgangskraft auf die Tür auszuüben. Ein ausfahrbares Element ist mit dem Getriebeausgang gekoppelt und so ausgebildet, dass es als Reaktion auf die Betätigung durch den Getriebeausgang relativ zum Gehäuse aus- und eingefahren werden kann, um die Tür relativ zur Fahrzeugkarosserie zu bewegen. Das System ist so ausgelegt, dass es die Ausgangskraft bestimmt, um äußere Kräfte zu kompensieren, die die Bewegung der Tür beeinflussen, die bestimmte Ausgangskraft auf eine eingestellte Ausgangskraft einstellt, um innere Kräfte zu kompensieren, die den Betrieb des Aktuators beeinflussen, und den Elektromotor steuert, um die Tür mit der eingestellten Ausgangskraft zu bewegen.
In einem anderen Aspekt umfasst das elektrische Türbetätigungssystem außerdem einen Controller. Der Controller ist in der Lage, die Ausgangskraft zu bestimmen, um äußere Kräfte zu kompensieren, die die Bewegung der Tür beeinflussen, und die ermittelte Ausgangskraft an die eingestellte Ausgangskraft anzupassen, um innere Kräfte zu kompensieren, die den Betrieb des Aktuators beeinflussen.
In einem anderen Aspekt ist der Controller so ausgebildet, dass er den Strom für den Elektromotor so wählt, dass die Ausgangskraft für die Tür im Wesentlichen der ermittelten Ausgangskraft entspricht.
In einem anderen Aspekt umfasst das elektrische Türbetätigungssystem außerdem einen Sensor zur Erfassung einer Bewegung des Elektromotors oder des Getriebes. Der Controller ist so ausgebildet, dass er den Strom auswählt, wenn keine Bewegung des Elektromotors oder des Getriebes erkannt wird.
Ein weiterer Aspekt ist, dass das Getriebe in Vorwärts- und Rückwärts-Antriebsrichtung beweglich ist. Der Controller ist so ausgebildet, dass er den Strom so wählt, dass das Getriebe in einem ausgeglichenen Zustand betrieben wird.
Ein weiterer Aspekt ist, dass das im Gleichgewichtszustand betriebene Getriebe entweder in Vorwärts- oder in Rückwärts-Antriebsrichtung angetrieben wird, ohne eine Bewegung des Aktuators zu verursachen.
Ein weiterer Aspekt ist, dass das Getriebe in eine Vorwärts- und eine Rückwärts-Antriebsrichtung bewegbar ist. Der Controller ist so ausgebildet, dass er den Strom so wählt, dass eine Kraft, die von der Tür auf den Getriebeausgang ausgeübt wird, um das Getriebe in Vorwärts-Antriebsrichtung zu bewegen, im Wesentlichen der Kraft entspricht, die erforderlich ist, um das Getriebe in Vorwärts-Antriebsrichtung zu bewegen.
Ein weiterer Aspekt ist, dass der Controller die Anpassung der ermittelten Leistung einstellt, wenn eine Bewegung des Elektromotors oder des Getriebes festgestellt wird.
In einem anderen Aspekt umfasst der Controller einen haptischen Steuerungsalgorithmus, der so ausgebildet ist, dass er eine Kompensationskraft zur Kompensation externer Kräfte, die die Bewegung der Tür beeinflussen, bestimmt. Der Controller umfasst auch eine Antriebseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie die Kompensationskraft empfängt und einen Strom bestimmt, der dem Elektromotor zugeführt werden soll. Der Strom wird angepasst, wenn keine Bewegung des Elektromotors oder des Getriebes festgestellt wird, um das Getriebe in eine Antriebsrichtung oder eine Rückwärts-Antriebsrichtung anzutreiben, ohne eine Bewegung des Getriebes zu verursachen.
Ein weiterer Aspekt ist, dass das ausfahrbare Element eine lineare Strebe ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer kraftunterstützten Fahrzeugtür eines Fahrzeugs mit einem Aktuator bereitgestellt. Das Verfahren umfasst den Schritt des Bestimmens einer Ausgangskraft des Aktuators, um äußere Kräfte, die die Bewegung der Tür beeinflussen, zu kompensieren. Der nächste Schritt des Verfahrens ist das Einstellen der Ausgangskraft auf die eingestellte Ausgangskraft, um innere Kräfte zu kompensieren, die die Bewegung des Aktuators beeinflussen. Das Verfahren umfasst auch den Schritt des Betriebs eines Elektromotors des Aktuators unter Verwendung der eingestellten Ausgangskraft.
In einem anderen Aspekt umfasst das Verfahren das Erfassen einer Bewegung des Aktuators in einer Antriebsrichtung oder einer Gegenantriebsrichtung und, wenn keine Bewegung erfasst wird, das Einstellen der Ausgangskraft, um innere Kräfte zu kompensieren, die auf den Bewegungsaktuator wirken, ohne eine Bewegung des Aktuators zu verursachen.
In einem anderen Aspekt umfasst das Verfahren die Auswahl eines Stroms, der dem Elektromotor zugeführt wird, wenn keine Bewegung erkannt wird, wobei der zugeführte Strom bewirkt, dass der Aktuator in einem ausgeglichenen Zustand arbeitet.
Ein weiterer Aspekt ist, dass die Kraft, die erforderlich ist, um den Aktuator in Rückwärts-Antriebsrichtung zu bewegen, im Wesentlichen der Kraft entspricht, die erforderlich ist, um den Aktuator in Antriebsrichtung zu bewegen, wenn der Aktuator im ausbalancierten Zustand betrieben wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein weiteres elektrisches Türbetätigungssystem für eine Fahrzeugtür, die relativ zu einer Fahrzeugkarosserie um eine Scharnierachse zwischen einer geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position bewegbar ist. Das System umfasst ein an der Tür montiertes Gehäuse und einen im Gehäuse montierten Aktuator. Der Aktuator umfasst einen Elektromotor, der von dem Gehäuse getragen wird und einen Motorausgang hat. Der Aktuator umfasst auch ein Getriebe, das von dem Gehäuse getragen wird und einen Getriebeeingang aufweist, der mit dem Motorausgang gekoppelt ist, um eine Motorkraft von dem Elektromotor zu empfangen, und das außerdem einen Getriebeausgang aufweist. Das Getriebe ist in einer Vorwärts- und einer Rückwärts-Antriebsrichtung beweglich. Der Aktuator umfasst auch eine lineare Strebe, die mit dem Getriebeausgang gekoppelt und so ausgebildet ist, dass sie als Reaktion auf die Betätigung durch den Getriebeausgang relativ zum Gehäuse aus- und eingefahren werden kann. Die lineare Strebe ist mit der Fahrzeugkarosserie an einem Verbindungspunkt an der Fahrzeugkarosserie gekoppelt, der von der Scharnierachse beabstandet ist, so dass ein Momentarm durch eine senkrechte Linie definiert wird, die sich von einer von der linearen Strebe am Verbindungspunkt angelegten Kraftlinie zur Scharnierachse erstreckt. Der Elektromotor ist so ausgelegt, dass er eine Kraft auf das Getriebe ausübt, um das Getriebe in einem ausbalancierten Zustand zu betreiben, so dass, wenn sich das Getriebe in einem ausbalancierten Zustand befindet, die Motorkraft, die auf den Getriebeeingang ausgeübt wird, um zu bewirken, dass das Getriebe in der Vorwärts-Antriebsrichtung angetrieben wird, im Wesentlichen der Motorkraft gleicht, die auf das Getriebe ausgeübt wird, um zu bewirken, dass das Getriebe in der Rückwärts-Antriebsrichtung angetrieben wird.
Ein weiterer Aspekt ist, dass der Wirkungsgrad des in Vorwärts-Antriebsrichtung angetriebenen Getriebes größer ist als der Wirkungsgrad des in Rückwärts-Antriebsrichtung angetriebenen Getriebes.
Ein weiterer Aspekt ist, dass die Kraft, die der Elektromotor auf das Getriebe ausübt, ausreicht, um das Getriebe im ausbalancierten Zustand zu betreiben, ohne dass sich die Tür bewegt.
In einem anderen Aspekt umfasst das elektrische Türbetätigungssystem außerdem ein Controller zur Steuerung des Elektromotors. Der Controller ist so ausgebildet, dass er den Strom, der dem Elektromotor zugeführt wird, anpasst, um den Aktuator im ausgeglichenen Zustand zu betreiben.
In einem anderen Aspekt umfasst das elektrische Türbetätigungssystem ferner einen Sensor, der mit dem Controller gekoppelt und so ausgebildet ist, dass er die Bewegung des Getriebeeingangs oder des Motorausgangs erfasst.
Ein weiterer Aspekt ist, dass der Controller, wenn er keine Bewegung des Getriebeeingangs feststellt, den an die Last des Aktuators gelieferten Strom anpasst, ohne eine Bewegung des Aktuators zu verursachen.
In einem weiteren Aspekt passt der Controller den Strom an, wenn der Aktuator im ausbalancierten Zustand arbeitet, so dass eine Kraft, die auf den Getriebeausgang ausgeübt wird, um das Getriebe vorwärts und rückwärts anzutreiben, im Wesentlichen gleich ist.
Ein weiterer Aspekt ist, dass der Controller den Elektromotor so regeln kann, dass äußere Kräfte, die die Bewegung der Tür beeinflussen, kompensiert werden.
In einem anderen Aspekt ist die lineare Strebe ein Spindelantriebsmechanismus mit einer Gewindespindel und einer Gewindemutter, die mit der Gewindespindel in Gewindeeingriff steht, so dass eine Drehung der Gewindespindel oder der Gewindemutter ein Schwenken der Tür bewirkt.
In einem anderen Aspekt ist ein Momentarm definiert als eine senkrechte Linie, die sich von der Scharnierachse der Tür zu einem Verbindungspunkt des linearen Federbeins und dem anderen der Fahrzeugkarosserie und der Tür erstreckt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein kraftunterstütztes Kraftfahrzeugtürsystem für eine Tür eines Fahrzeugs bereitgestellt, die zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegt werden kann. Das System umfasst einen Aktuator, der einen Elektromotor und ein Getriebe umfasst, das so ausgebildet ist, dass es eine Kraft auf ein ausfahrbares Element zum Schwenken der Tür ausübt. Der Aktuator hat eine Vorwärts-Antriebsrichtung und eine Rückwärts-Antriebsrichtung, die jeweils mit der Bewegung der Tür in die offene oder die geschlossene Position verbunden sind. Der Elektromotor ist so ausgelegt, dass er ein Ausgleichsdrehmoment erzeugt, um das Getriebe entweder in der Vorwärts- oder in der Rückwärts-Antriebsrichtung vorzuspannen, so dass der Widerstand, der von einem Benutzer empfunden wird, der die Tür manuell entweder in der Rückwärts-Antriebsrichtung oder in der Vorwärts-Antriebsrichtung bewegt, im Wesentlichen derselbe ist.
Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der vorliegenden Beschreibung ergeben.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Kraftfahrzeugs, das mit einem kraftbetätigten Verschlusselement-Aktuatorsystem ausgestattet ist, das sich zwischen der Beifahrerschwenktür und einer Fahrzeugkarosserie befindet, gemäß den Aspekten der Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Innenseitenansicht eines in 1 gezeigten Verschlusselements, wobei verschiedene Komponenten nur zur Verdeutlichung entfernt wurden, in Bezug auf einen Teil der Fahrzeugkarosserie, der mit dem kraftbetriebenen Verschlusselement-Betätigungssystem gemäß den Aspekten der Offenbarung ausgestattet ist;
3 zeigt ein Blockdiagramm des Kraft-Verschlusselement-Aktuatorsystems gemäß den Aspekten der Offenbarung;
4 zeigt ein weiteres Blockdiagramm des kraftbetriebenen Betätigungssystems für das Verschlusselement zur Bewegung des Verschlusselements in einem automatischen Modus gemäß den Aspekten der Offenbarung;
5 und illustrieren das Kraft-Verschlusselement-Aktuatorsystem als Teil einer Fahrzeugsystemarchitektur gemäß den Aspekten der Offenbarung;
6 zeigt ein weiteres Blockdiagramm des kraftbetriebenen Betätigungssystems für das Verschlusselement zum Bewegen des Verschlusselements in einem kraftbetriebenen Unterstützungsmodus gemäß den Aspekten der Offenbarung;
7 zeigt einen ersten Kraft-Aktuator gemäß den Aspekten der Offenbarung;
8 zeigt einen zweiten Kraft-Aktuator gemäß den Aspekten der Offenbarung;
9 zeigt den ersten angetriebenen Aktuator von 7, gemäß den Aspekten der Offenbarung;
10 zeigt eine nicht angetriebene Türkontrollvorrichtung;
11A zeigt einen Kraft-Aktuator, der aus einem inneren Hohlraum einer Fahrgasttür gemäß den Aspekten der Offenbarung herausragt;
11B zeigt den Kraft-Aktuator von 11A, der im Innenraum der Fahrgasttür angeordnet ist t;
12A zeigt den ersten angetriebenen Aktuator gemäß den Aspekten der Offenbarung;
12B zeigt eine Explosionsdarstellung der Komponenten des ersten angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung;
13A zeigt eine Teilansicht des ersten angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung;
13B zeigt eine Schnittansicht einer EM-Bremse des angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung;
14 zeigt eine Schnittansicht eines dritten angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung,
15 zeigt eine Schnittansicht eines vierten angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung,
16A zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Motors und einer Kupplung eines fünften angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung,
16B zeigt eine perspektivische Ansicht des Motors und einer Teilantriebsbaugruppe innerhalb des fünften angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung,
16C zeigt eine Schlupfvorrichtung für die Kupplung des fünften Kraft-Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung,
17 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Motors und einer Teilantriebsbaugruppe in einem sechsten Kraft-Aktuator gemäß den Aspekten der Offenbarung,
18 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Motors und einer Teilantriebsbaugruppe in einem siebten angetriebenen Aktuator gemäß den Aspekten der Offenbarung,
19 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines achten angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung,
20 zeigt ein schematisches Diagramm der Komponenten in einem angetriebenen Aktuator in einer ersten Ausführung gemäß den Aspekten der Offenbarung,
21 zeigt ein schematisches Diagramm der Komponenten innerhalb eines angetriebenen Aktuators in einer zweiten Ausführung gemäß den Aspekten der Offenbarung,
22 zeigt ein schematisches Diagramm der Komponenten in einem angetriebenen Aktuator in einer dritten Ausführung gemäß den Aspekten der Offenbarung,
23 zeigt ein schematisches Diagramm der Komponenten in einem Kraft-Aktuator in einer vierten Ausführung gemäß den Aspekten der Offenbarung,
24 zeigt eine perspektivische Ansicht eines neunten angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung,
25A zeigt eine perspektivische Ansicht des neunten angetriebenen Aktuators mit einem Teleskopstiefel in einem ausgefahrenen Zustand gemäß den Aspekten der Offenbarung,
25B zeigt eine Perspektivdarstellung eines neunten Kraft-Aktuators mit dem Teleskop-Strich Fell in einem komprimierten Zustand gemäß Aspekten der Offenbarung,
26 zeigt ein schematisches Diagramm der Komponenten eines Kraft-Aktuators nach dem Stand der Technik,
27 zeigt ein schematisches Diagramm der Komponenten eines Kraft-Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung,
28 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Abstreiferanordnung und einer Dichtungsanordnung zur Verwendung mit einem Kraft-Aktuator gemäß den Aspekten der Offenbarung,
29 ist eine perspektivische Teilansicht, die die Abstreiferanordnung in einer zusammengebauten Ausführung mit dem Getriebegehäuse zeigt, gemäß den Aspekten der Offenbarung,
30 ist eine Nahaufnahme der Abstreiferanordnung von 28, die die gerillte Innenfläche des Abstreifdichtungselements für einen abdichtenden und/oder abstreifenden Eingriff mit der Leitspindel gemäß den Aspekten der Offenbarung zeigt,
31 ist eine perspektivische Schnittansicht, die den Abstreifer in einer zusammengebauten Ausführung mit dem Getriebegehäuse und dem Abstreiferdichtungselement in einem abdichtenden und/oder abstreifenden Eingriff mit der Leitspindel zeigt, gemäß Aspekten der Offenbarung,
32 ist eine perspektivische Darstellung einer Kupplung zwischen der Abstreiferanordnung und einer Mutter des Kraft-Aktuators gemäß Aspekten der Offenbarung,
33 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für eine elektronische Motorbaugruppe gemäß den Aspekten der Offenbarung,
34 zeigt ein Beispiel für eine Aktuatoranordnung für ein Verschlusselement des Fahrzeugs gemäß den Aspekten der Offenbarung,
35 zeigt ein erstes Beispiel für ein Servo-Betätigungssystem gemäß den Aspekten der Offenbarung,
36 zeigt ein zweites Beispiel für ein Servo-Betätigungssystem gemäß den Aspekten der Offenbarung,
37 zeigt ein drittes Beispiel für ein Servo-Betätigungssystem gemäß den Aspekten der Offenbarung,
38 zeigt ein viertes Beispiel für ein Servo-Betätigungssystem gemäß den Aspekten der Offenbarung,
39 zeigt ein fünftes Beispiel für ein Servo-Betätigungssystem gemäß den Aspekten der Offenbarung,
40 zeigt ein sechstes Beispiel für ein Servo-Betätigungssystem gemäß den Aspekten der Offenbarung,
41-43, 44A und 44B zeigen ein Beispiel des Sensorgehäuses auf einer Sensorleiterplatte und Anordnungen von Hall-Effekt-Sensoren darauf, gemäß den Aspekten der Offenbarung,
45 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems für einen elektrischen Seitentürantrieb gemäß den Aspekten der Offenbarung,
46 ist ein Blockdiagramm des Steuersystems von 45, in dem die Erfassungssysteme gemäß den Aspekten der Offenbarung weiter dargestellt sind,
47 ist ein schematisches Diagramm des Steuersystems von 45, in Übereinstimmung mit Aspekten der Offenbarung,
48 ist ein schematisches Diagramm des Steuersystems von 46, in Übereinstimmung mit Aspekten der Offenbarung,
49 und 50 zeigen mögliche verteilte Ausführungen der Komponenten des Steuersystems von 45, insbesondere einen haptischen Steueralgorithmus, der von der Betätigungseinheit der Seitentür entfernt ist,
51 bis 54 zeigen mögliche verteilte Ausführungen der Komponenten des Steuerungssystems von 45, insbesondere die Darstellung eines haptischen Steuerungsalgorithmus in einer Verriegelung,
55 zeigt eine weitere mögliche verteilte Ausführung der Komponenten des Steuerungssystems von 45, und illustriert insbesondere einen haptischen Steuerungsalgorithmus einer Hauptfahrzeugsteuerung;
56 ist eine perspektivische Teilansicht des Kraftfahrzeugs mit einem anderen Verschlusselement, das mit einer Verriegelungsvorrichtung ausgestattet ist, gemäß den Aspekten der Offenbarung;
Die 57-60 zeigen die Tür 12, die schwenkbar an den Scharnieren 16, 18 befestigt ist, die mit der (nicht vollständig dargestellten) Fahrzeugkarosserie 14 verbunden sind, um sich um die Scharnierachse AA zu drehen, zusammen mit den entsprechenden Drehmoment-, Momentarm- und Geschwindigkeitsdiagrammen, gemäß den Aspekten der Offenbarung;
61-63 sind Blockdiagramme eines Motorsteuerungssystems zur Steuerung der Bewegung der Tür gemäß den Aspekten der Offenbarung;
63A zeigt eine Funktion, die von der Antriebseinheit gemäß den Aspekten der Offenbarung ausgeführt wird;
64-71 zeigen Beispiele für den Betrieb des Systems der 61-63 mit und ohne Ausgleich gemäß den Aspekten der Offenbarung;
72 veranschaulicht die Schritte eines Verfahrens zur Steuerung einer kraftunterstützten Fahrzeugtür eines Fahrzeugs gemäß den Aspekten der Offenbarung; und
73 zeigt die Schritte eines Verfahrens zur Kompensation des Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung.

Entsprechende Ziffern bezeichnen die entsprechenden Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zunächst wird in 1 ein Beispiel für ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, das eine erste Fahrgasttür 12 aufweist, die über ein oberes Türscharnier 16 und ein unteres Türscharnier 18, die in gestrichelten Linien dargestellt sind, schwenkbar an einer Fahrzeugkarosserie 14 angebracht ist. Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in die schwenkbare Verbindung zwischen der ersten Fahrgasttür 12 und einer Fahrzeugkarosserie 14 ein kraftbetätigtes Verschlusselement-Aktuatorsystem 20 integriert. Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst das kraftbetätigte Verschlusselement-Aktuatorsystem 20 im Allgemeinen einen kraftbetätigten Aktuatormechanismus oder Aktuator 22, der in einem inneren Hohlraum der Fahrgasttür 12 befestigt ist, und einen Drehantriebsmechanismus, der von dem kraftbetätigten Aktuatormechanismus 22 angetrieben wird und antriebsmäßig mit einer Scharnierkomponente gekoppelt ist, die dem unteren Türscharnier 18 zugeordnet ist. Die angetriebene Drehung des Drehantriebsmechanismus bewirkt eine kontrollierte Schwenkbewegung der Fahrgasttür 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14. Gemäß dieser bevorzugten Ausführung ist der kraftbetätigte Aktuatormechanismus 22 starr in unmittelbarer Nähe zu einer an der Tür montierten Scharnierkomponente des oberen Türscharniers 16 gekoppelt, während der Drehantriebsmechanismus mit einer am Fahrzeug montierten Scharnierkomponente des unteren Türscharniers 18 gekoppelt ist. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass alternative Einbau-Ausführungen für das elektrische Verschlusselement-Aktuatorsystem 20 verfügbar sind, um den verfügbaren Bauraum zu berücksichtigen. Eine solche alternative Einbau-Ausführung kann die Montage des kraftbetätigten Aktuatormechanismus an der Fahrzeugkarosserie 14 und die antriebsmäßige Verbindung des Drehantriebsmechanismus mit einer an der Tür montierten Scharnierkomponente umfassen, die entweder dem oberen Türscharnier 16 oder dem unteren Türscharnier 18 zugeordnet ist.
Das obere Türscharnier 16 und das untere Türscharnier 18 umfassen jeweils ein Scharnierteil für die Türmontage und ein Scharnierteil für die Karosseriemontage, die durch einen Scharnierstift oder -pfosten schwenkbar miteinander verbunden sind. Die türmontierte Scharnierkomponente wird im Folgenden als Türscharnierband bezeichnet, während die karosseriemontierte Scharnierkomponente im Folgenden als Karosserie-Scharnierband bezeichnet wird. Das Aktuatorsystem 20 für das kraftbetätigte Verschlusselement ist zwar nur in Verbindung mit der Fahrgasttür 12 dargestellt, aber Fachleute werden erkennen, dass das Aktuatorsystem für das kraftbetätigte Verschlusselement auch mit jedem anderen Verschlusselement (z. B. Tür oder Heckklappe) des Fahrzeugs 10, wie z. B. den hinteren Fahrgasttüren 17 und der Heckklappe 19, verbunden werden kann.
Das Aktuatorsystem 20 für das kraftbetätigte Verschlusselement ist allgemein in 2 dargestellt und dient, wie erwähnt, zum kontrollierten Schwenken der Fahrzeugtür 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position. Das untere Scharnier 18 des Kraft-Verschlusselement-Aktuatorsystem 20 umfasst ein Türscharnierband, das mit der Fahrzeugtür 12 verbunden ist, und ein Karosseriescharnierband, das mit der Fahrzeugkarosserie 14 verbunden ist. Das Türscharnierband und das Karosserie-Scharnierband des unteren Türscharniers 18 sind entlang einer im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Schwenkachse über einen Scharnierstift miteinander verbunden, um die schwenkbare Verbindung zwischen Türscharnierband und Karosserie-Scharnierband herzustellen. Es kann jedoch auch jeder andere Mechanismus oder jede andere Vorrichtung verwendet werden, um die schwenkbare Verbindung zwischen dem Türscharnierband und dem Karosserieband herzustellen, ohne dass dies vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abweicht.
Wie in 2 am besten dargestellt, umfasst das elektrische Verschlusselement-Aktuatorsystem 20 einen kraftbetriebenen Aktuatormechanismus 22 mit einer Motor- und Getriebebaugruppe 34, die starr mit der Fahrzeugtür 12 verbunden werden kann. Die Motor- und Getriebebaugruppe 34 ist so ausgebildet, dass sie eine Rotationskraft erzeugt. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Motor- und Getriebebaugruppe 34 einen Elektromotor 36, der mit einer Baugruppe zur Geschwindigkeitsreduzierung/Drehmomentvervielfachung, wie z. B. einem Planetengetriebe mit hoher Übersetzung 38, gekoppelt ist. Das Planetengetriebe 38 mit hohem Übersetzungsverhältnis kann mehrere Stufen umfassen, so dass die Motor- und Getriebebaugruppe 34 eine Rotationskraft mit einem hohen Ausgangsdrehmoment durch eine sehr niedrige Drehzahl des Elektromotors 36 erzeugen kann. Es kann jedoch auch jede andere Anordnung der Motor- und Getriebebaugruppe 34 verwendet werden, um die erforderliche Rotationskraft zu erzeugen, ohne dass der Rahmen der vorliegenden Offenbarung verlassen wird.
Die Motor- und Getriebebaugruppe 34 umfasst eine Montagehalterung 40 zur Herstellung der verbindbaren Beziehung mit der Fahrzeugtür 12. Die Montagehalterung 40 ist so ausgebildet, dass sie mit der Fahrzeugtür 12 neben dem an der Tür montierten Türscharnierband, das dem oberen Türscharnier 16 zugeordnet ist, verbunden werden kann. Wie in 2 weiter dargestellt, wird durch diese Montage der Motorbaugruppe 34 in der Nähe des oberen Türscharniers 16 der Fahrzeugtür 12 der kraftbetätigte Aktuatormechanismus 22 des Kraft-Verschlusselement-Aktuatorsystems 20 in unmittelbarer Nähe der Drehachse der Tür 12 angeordnet. Die Anbringung der Motor- und Getriebebaugruppe 34 in der Nähe des oberen Türscharniers 16 der Fahrzeugtür 12 minimiert die Auswirkung, die das kraftbetätigte Verschlusselement-Aktuatorsystem 20 auf das Massenträgheitsmoment (d. h. die Drehachse) der Fahrzeugtür 12 haben kann, wodurch die Bewegung der Fahrzeugtür 12 zwischen ihrer offenen und geschlossenen Position verbessert oder erleichtert wird. Wie in 2 gezeigt, ermöglicht die Montage der Motor- und Getriebebaugruppe 34 in der Nähe des oberen Türscharniers 16 der Fahrzeugtür 12, dass das Aktuatorsystem für das elektrische Verschlusselement 20 vor einem mit der Fahrzeugtür 12 verbundenen A-Säulen-Glaslaufkanal 35 untergebracht werden kann, wodurch eine Beeinträchtigung der Glasfensterfunktion der Fahrzeugtür 12 vermieden wird. Anders ausgedrückt, kann das Aktuatorsystem 20 in einem Teil 37 eines inneren Türhohlraums 39 innerhalb der Fahrzeugtür 12 untergebracht werden, der nicht benutzt wird, und reduziert oder eliminiert somit eine Beeinträchtigung der vorhandenen Hardware/Mechanismen innerhalb der Fahrzeugtür 12. Obwohl das Aktuatorsystem für das elektrische Verschlusselement 20 in der Nähe des oberen Türscharniers 16 der Fahrzeugtür 12 dargestellt ist, kann das Aktuatorsystem für das elektrische Verschlusselement 20 alternativ auch an einer anderen Stelle innerhalb der Fahrzeugtür 12 oder sogar an der Fahrzeugkarosserie 14 angebracht werden, ohne dass dies vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abweicht.
Das kraftbetätigte Verschlusselement-Aktuatorsystem 20 umfasst ferner einen Drehantriebsmechanismus, der durch den kraftbetätigten Aktuatormechanismus 22 in Drehung versetzt wird. Wie in 2 dargestellt, umfasst der Drehantriebsmechanismus eine Antriebswelle 42, die mit einem Ausgangselement des Getriebes 38 der Motor- und Getriebebaugruppe 34 verbunden ist und sich von einem ersten Ende 44, das neben dem Getriebe 38 angeordnet ist, zu einem zweiten Ende 46 erstreckt. Die rotierende Ausgangskomponente der Motor- und Getriebebaugruppe 34 kann einen ersten Adapter 47, wie z.B. einen Innenvierkant oder ähnliches, umfassen, um das erste Ende 44 der Antriebswelle 42 direkt mit dem rotierenden Ausgang des Getriebes 38 zu verbinden. Zusätzlich kann, obwohl nicht ausdrücklich gezeigt, eine Trennkupplung zwischen dem rotierenden Ausgang des Getriebes 38 und dem ersten Ende 44 der Antriebswelle 42 angeordnet werden. In einer Ausführung würde die Kupplung normalerweise stromlos eingekuppelt (d.h. stromloses Einkuppeln) und könnte zum Auskuppeln selektiv erregt werden (d.h. stromabhängiges Auskuppeln). Anders ausgedrückt: Die optionale Kupplung würde die Antriebswelle 42 mit dem Motor und der Getriebebaugruppe 34 antriebsmäßig koppeln, ohne dass elektrische Energie zugeführt wird, während die Kupplung die Zufuhr elektrischer Energie erfordern würde, um die Antriebswelle 42 von der angetriebenen Verbindung mit dem Getriebe 38 zu entkoppeln. Alternativ könnte die Kupplung so ausgebildet werden, dass sie durch Stromzufuhr ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Kupplung kann mit jeder geeigneten Art von Kupplungsmechanismus ein- und ausgekuppelt werden, z. B. mit einem Satz von Klemmkörpern, Rollen, einer Umschlingungsfeder, Reibplatten oder einem anderen geeigneten Mechanismus. Die Kupplung ist dafür vorgesehen, dass die Tür 12 vom Benutzer manuell zwischen ihrer offenen und geschlossenen Position relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 bewegt werden kann. Eine solche Trennkupplung könnte zum Beispiel zwischen dem Ausgang des Elektromotors 36 und dem Eingang des Getriebes 38 angeordnet sein. Die Anordnung dieser optionalen Kupplung kann unter anderem davon abhängen, ob das Getriebe 38 ein „rücktreibbares“ Getriebe aufweist oder nicht.
Das zweite Ende 46 der Antriebswelle 42 ist mit dem Karosseriescharnierband des unteren Türscharniers 18 gekoppelt, um die Rotationskraft von der Motor- und Getriebebaugruppe 34 über das Karosseriescharnierband direkt auf die Tür 12 zu übertragen. Um die Winkelbewegung aufgrund der Schwenkbewegung der Tür 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 aufzunehmen, umfasst der Drehantriebsmechanismus außerdem ein erstes Universalgelenk oder U-Gelenk 45, das zwischen dem ersten Adapter 47 und dem ersten Ende 44 der Antriebswelle 42 angeordnet ist, und ein zweites Universalgelenk oder U-Gelenk 48, das zwischen einem zweiten Adapter 49 und dem zweiten Ende 46 der Antriebswelle 42 angeordnet ist. Alternativ können anstelle der U-Gelenke 45, 48 auch Gleichlaufgelenke verwendet werden. Bei dem zweiten Adapter 49 kann es sich auch um eine Vierkantbuchse oder ähnliches handeln, die für eine starre Befestigung am Scharnierband des unteren Türscharniers 18 ausgelegt ist. Es können jedoch auch andere Mittel zur Herstellung der Antriebsbefestigung verwendet werden, ohne den Rahmen der Offenbarung zu sprengen. Die Drehung der Antriebswelle 42 durch den Betrieb der Motor- und Getriebebaugruppe 34 dient dazu, das untere Türscharnier 18 zu betätigen, indem das Karosserie-Scharnierband um seine Drehachse, an der die Antriebswelle 42 befestigt ist und relativ zum Türscharnierband gedreht wird. Infolgedessen kann das Aktuatorsystem für das elektrische Verschlusselement 20 die Bewegung der Fahrzeugtür 12 zwischen ihrer offenen und geschlossenen Position bewirken, indem eine Drehkraft „direkt“ auf das Scharnierband des unteren Türscharniers 18 übertragen wird. Während die Motor- und Getriebebaugruppe 34 mit der Fahrzeugtür 12 neben dem oberen Türscharnier 16 verbunden ist, ist das zweite Ende 46 der Antriebswelle 42 am Scharnierband des unteren Türscharniers 18 befestigt. Je nach verfügbarem Platz im Türhohlraum 39 ist es möglich, die Motor- und Getriebebaugruppe 34 neben der an der Tür montierten Scharnierkomponente des unteren Türscharniers 18 zu montieren und das zweite Ende 46 der Antriebswelle 42 direkt mit der am Fahrzeug montierten Scharnierkomponente des oberen Türscharniers 16 zu verbinden. Wenn die Motor- und Getriebebaugruppe 34 mit der Fahrzeugkarosserie 14 verbunden ist, könnte alternativ das zweite Ende 46 der Antriebswelle 42 am Türscharnierband befestigt werden.
3 zeigt ein Blockdiagramm des kraftbetätigten Verschlusselement-Aktuatorsystems 20 eines kraftbetätigten Türsystems 21 zum Bewegen des Verschlusselements (z. B. der Fahrzeugtür 12) des Fahrzeugs 10 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position relativ zur Fahrzeugkarosserie 14. Wie oben beschrieben, umfasst das elektrische Aktuatorsystem für das Verschlusselement 20 den Aktuator 22, der mit dem Verschlusselement (z. B. der Fahrzeugtür 12) und der Fahrzeugkarosserie 14 gekoppelt ist. Der Aktuator 22 ist so ausgebildet, dass er das Verschlusselement 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 bewegt. Das elektrische Aktuatorsystem 20 für das Verschlusselement umfasst auch einen Aktuator-Controller 50, der mit dem Aktuator 22 gekoppelt ist und mit anderen Fahrzeugsystemen (z. B. einem Türknoten-Steuermodul 52 oder einem Karosserie-Steuermodul (BCM)) kommuniziert und auch Fahrzeugstrom vom Fahrzeug 10 (z. B. von einer Fahrzeugbatterie 53) erhält.
Der Aktuator-Controller 50 kann in mindestens einem von zwei Modi betrieben werden: einem Automatikmodus (als Reaktion auf einen Automatikmodus-Initiierungseingang 54) und einem Unterstützungsmodus (als Reaktion auf einen Bewegungseingang 56). Im Automatikmodus steuert die Antriebssteuerung 50 die Bewegung des Verschlusselements durch ein vorgegebenes Bewegungsprofil (z. B. zum Öffnen des Verschlusselements). Der Unterstützungsmodus unterscheidet sich vom Automatikmodus dadurch, dass die Bewegungseingabe 56 vom Benutzer 75 kontinuierlich erfolgen kann, um das Verschlusselement zu bewegen, im Gegensatz zu einer einmaligen Eingabe durch den Benutzer 75 im Automatikmodus. An der Aktuator-Controller 50 kann daher als Servosteuerung ausgebildet sein, die beispielsweise elektrische Signale, die die Position der Tür anzeigen, von dem Aktuatorsystem 20 für das Verschlusselement empfangen kann, wie z. B. einen Hochpositionszählsensor, wie er weiter unten als anschauliches Beispiel näher beschrieben wird, und als Reaktion darauf elektrische Signale an den Aktuator 22 auf der Grundlage der empfangenen Hochpositionszählsignale senden kann, um das Türverschlusselement 12 zu bewegen. Es sind keine separaten Tasten- oder Schalterbetätigungen durch einen Benutzer erforderlich, um das Verschlusselement 12 zu bewegen, der Benutzer muss lediglich das Verschlusselement 12 direkt bewegen. Befehle 51 von den Fahrzeugsystemen können beispielsweise Anweisungen an den Aktuator-Controller 50 enthalten, das Verschlusselement zu öffnen, zu schließen oder die Bewegung des Verschlusselements zu stoppen. Solche Steuereingänge, wie die Eingänge 54, 56, können auch andere Arten von Eingängen 55 umfassen, wie z. B. einen Eingang von einem Karosseriesteuermodul, das einen drahtlosen Befehl zur Steuerung der Türöffnung auf der Grundlage eines Signals empfangen kann, wie z. B. eines drahtlosen Signals, das von dem Schlüsselanhänger 60 oder einem anderen drahtlosen Gerät, wie z. B. einem Mobiltelefon, empfangen wird, oder von einer Sensoranordnung, die an dem Fahrzeug vorgesehen ist, wie z. B. einer Radar- oder optischen Sensoranordnung, die eine Annäherung eines Benutzers erfasst, wie z. B. eine Geste oder einen Gang, z. B. das Gehen des Benutzers 75, wenn sich der Benutzer 75 dem Fahrzeug nähert. Ebenfalls dargestellt sind andere Komponenten, die einen Einfluss auf den Betrieb des Kraft-Verschlusselement-Aktuatorsystems 20 haben können, wie z. B. die Türdichtungen 57 der Fahrzeugtür 12. Darüber hinaus können die Umgebungsbedingungen 59 (Regen, Kälte, Hitze usw.) durch das Fahrzeug 10 (z. B. durch das Karosseriesteuermodul 52) und/oder die Antriebssteuerung 50 überwacht werden. Der Aktuator-Controller 50 umfasst auch einen Lernalgorithmus der künstlichen Intelligenz 61 (z. B. eine Reihe von Knoten, die ein neuronales Netzmodell bilden), der im Folgenden näher erläutert wird.
Bezugnehmend auf 4 ist der Aktuator-Controller 50 so ausgebildet, dass er den Automatikmodus-Einleitungseingang 54 empfängt und in den Automatikmodus eintritt, um einen Bewegungsbefehl 62 als Reaktion auf den Empfang des Automatikmodus-Einleitungseingangs 54 oder des Eingangsbewegungsbefehls 62 auszugeben. Der Automatikmodus-Einleitungseingang 54 kann eine manuelle Eingabe am Verschlusselement selbst oder eine indirekte Eingabe am Fahrzeug sein (z. B. Verschlusselementschalter 58 am Verschlusselement, Schalter an einem Schlüsselanhänger 60 usw.). So kann die Eingabe 54 zur Einleitung des Automatikmodus beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Benutzer oder Bediener einen Schalter betätigt (z. B. den Schalter 58 des Verschlusselements), eine Geste in der Nähe des Fahrzeugs 10 macht oder einen Schlüsselanhänger 60 in der Nähe des Fahrzeugs 10 besitzt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass andere automatische Moduseinleitungseingaben 54 in Betracht gezogen werden, wie z. B., aber nicht beschränkt auf eine Nähe des Benutzers 75, die von einem Näherungssensor erfasst wird.
Darüber hinaus umfasst das System zur Betätigung des Verschlusselements (20) mindestens einen Sensor zur Rückmeldung des Verschlusselements (64), um mindestens eine Position, eine Geschwindigkeit oder eine Lage des Verschlusselements zu bestimmen. Somit erfasst der mindestens eine Rückkopplungssensor 64 für das Verschlusselement Signale entweder vom Aktuator 22 durch Zählen der Umdrehungen des Elektromotors 36, der absoluten Position eines ausfahrbaren Elements (nicht dargestellt) oder von der Tür 12 (z. B. ein absoluter Positionssensor an einer Türkontrolle als Beispiel) und kann Positionsinformationen an den Aktuator-Controller 50 liefern. Der Rückkopplungssensor 64, der mit dem Aktuator-Controller 50 kommuniziert, ist Teil eines Rückkopplungssystems oder eines Bewegungserkennungssystems zur direkten oder indirekten Erkennung der Bewegung der Tür, beispielsweise durch Erkennung von Änderungen der Geschwindigkeit und der Position des Verschlusselements oder der damit verbundenen Komponenten. Das Bewegungserfassungssystem kann beispielsweise hardwarebasiert sein (z. B. eine Hall-Sensoreinheit und eine zugehörige Schaltung), um die Bewegung eines Ziels auf dem Verschlusselement (z. B. auf dem Scharnier) oder dem Aktuator 22 (z. B. auf einer Motorwelle) zu erfassen, und/oder es kann auch softwarebasiert sein (z. B. unter Verwendung von Code und Logik zur Ausführung eines Welligkeitszählalgorithmus), der beispielsweise von in dem Aktuator-Controller 50 ausgeführt wird. Andere Arten von Positions-, Geschwindigkeits- und/oder Orientierungsdetektoren wie z. B. Beschleunigungsmesser und induktionsbasierte Sensoren können ohne Einschränkung verwendet werden.
Das Kraft-Verschlusselement-Aktuatorsystem 20 umfasst zusätzlich mindestens einen berührungslosen Hinderniserkennungssensor 66, der Teil eines berührungslosen Hinderniserkennungssystems sein kann, das mit dem Aktuator-Controller 50 gekoppelt, z. B. elektrisch gekoppelt, ist. Der Aktuator-Controller 50 ist so ausgebildet, dass er feststellt, ob ein Hindernis unter Verwendung des mindestens einen berührungslosen Hinderniserkennungssensors 66 (z. B. unter Verwendung eines berührungslosen Hinderniserkennungsalgorithmus 69) erkannt wird, und kann beispielsweise die Bewegung des Verschlusselements als Reaktion auf die Feststellung, dass das Hindernis erkannt wurde, beenden. Das System zur berührungslosen Hinderniserkennung kann auch so ausgebildet sein, dass es den Abstand zwischen dem Verschlusselement und dem Objekt oder Hindernis oder einem Benutzer als Objekt oder Hindernis und der Tür 12 berechnet. Das berührungslose Hinderniserkennungssystem kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass es Laufzeitberechnungen durchführt, um die Entfernung unter Verwendung eines radargestützten Sensors 66 zu bestimmen oder das Objekt als Benutzer oder Mensch im Vergleich zu einem nicht-menschlichen Objekt zu charakterisieren, beispielsweise auf der Grundlage der Bestimmung des Reflexionsvermögens des Objekts unter Verwendung eines radargestützten Sensors 66 und Systems. Das berührungslose Hinderniserkennungssystem kann auch so ausgebildet sein, dass es feststellt, wann ein Hindernis erkannt wird, z. B. durch Erkennung von reflektierten Wellen des Objekts oder des Hindernisses oder des Benutzers, die von dem Hindernissensor 66 gesendet werden. Das berührungslose Hinderniserkennungssystem kann auch so ausgebildet sein, dass es feststellt, wann ein Hindernis nicht erkannt wird, z. B. indem es keine reflektierten Wellen des Objekts oder Hindernisses oder des Radarbenutzers erkennt, die vom Hindernissensor 66 gesendet werden. Der Betrieb und das Beispiel des mindestens einen berührungslosen Hinderniserkennungssensors 66 und des Systems werden in der US-Patentanmeldung Nr. 2018/0238099 diskutiert.
Im Automatikmodus kann der Aktuator-Controller 50 ein oder mehrere Bewegungsprofile 68 für das Verschlusselement enthalten, die von dem Aktuator-Controller 50 bei der Erzeugung des Bewegungsbefehls 62 (z. B. mit einem Bewegungsbefehlsgenerator 70 Des Aktuator-Controllers 50) im Hinblick auf die Hinderniserkennung durch den mindestens einen berührungslosen Hinderniserkennungssensor 66 verwendet werden. Im Automatikmodus hat der Bewegungsbefehl 62 also ein vorgegebenes Bewegungsprofil 68 (z.B. Beschleunigungskurve, Geschwindigkeitskurve, Verzögerungskurve, und stoppt schließlich an einer offenen Position) und wird kontinuierlich per Benutzerfeedback (z.B. Automatikmodus-Initiierungseingang 54) optimiert.
In 5 ist das System 20 zur Betätigung des Kraftverschluss-Elements Teil einer Fahrzeugsystemarchitektur 72 dargestellt, die dem Betrieb im automatischen Modus entspricht. Das Kraft-Verschlusselement-Aktuatorsystem 20 umfasst eine Benutzerschnittstelle 74, 76, die so ausgebildet ist, dass sie eine BenutzerschnittstellenEingabe von einem Benutzer 75 über eine Schnittstelle 77 (z. B. einen Touchscreen) erkennt, um mindestens einen gespeicherten Bewegungssteuerungsparameter zu ändern, der mit der Bewegung des Verschlusselements verbunden ist. Somit ist der Aktuator-Controller 50 des elektrischen Verschlusselement-Aktuatorsystems 20 oder des vom Benutzer modifizierbaren Systems so ausgebildet, dass er den mindestens einen gespeicherten Bewegungssteuerungsparameter auf der Benutzerschnittstelle 74, 76 darstellt.
Das Karosseriesteuermodul 52 steht über einen Fahrzeugbus 78 (z. B. ein Local Interconnect Network oder LIN-Bus) mit dem Aktuator-Controller 50 in Verbindung. Das Karosseriesteuermodul 52 kann auch mit dem Schlüsselanhänger 60 (z. B. drahtlos) und einem Verschlusselementschalter 58 kommunizieren, der so ausgebildet ist, dass er ein Verschlusselement-Auslösesignal über das Karosseriesteuermodul 52 ausgibt. Alternativ könnte der Verschlusselementschalter 58 direkt mit dem Aktuator-Controller 50 verbunden sein oder auf andere Weise mit dem Aktuator-Controller 50 kommunizieren. Das Karosserie-Steuermodul 52 kann auch mit einem Umgebungssensor (z. B. dem Temperatursensor 80) in Verbindung stehen. Der Aktuator-Controller 50 ist auch so ausgebildet, dass er den mindestens einen gespeicherten Bewegungssteuerungsparameter als Reaktion auf die Erfassung der Benutzerschnittstelleneingabe ändert. Eine mit der Benutzerschnittstelle 74, 76 verbundene Bildschirm-Kommunikationsschnittstellen-Steuereinheit 82 kann beispielsweise über den Fahrzeugbus 78 mit einer mit dem Aktuator-Controller 50 verbundenen Verschluss-Kommunikationsschnittstellen-Steuereinheit 84 kommunizieren. Mit anderen Worten, die Schließkommunikationsschnittstellen-Steuereinheit 84 ist mit dem Fahrzeugbus 78 und mit der Antriebssteuerung 50 gekoppelt, um die Kommunikation zwischen dem Aktuator-Controller 50 und dem Fahrzeugbus 78 zu ermöglichen. Auf diese Weise kann die Eingabe der Benutzerschnittstelle von der Benutzerschnittstelle 74, 76 an den Aktuator-Controller 50 übermittelt werden.
Ein Fahrzeugneigungssensor 86 (z. B. ein Beschleunigungssensor) ist ebenfalls mit dem Aktuator-Controller 50 gekoppelt, um eine Neigung des Fahrzeugs 10 zu erfassen. Der Fahrzeugneigungssensor 86 gibt ein Neigungssignal aus, das der Neigung des Fahrzeugs 10 entspricht, und der Aktuator-Controller 50 ist ferner so ausgebildet, dass er das Neigungssignal empfängt und den Kraftbefehl 88 (6) oder den Bewegungsbefehl 62 entsprechend anpasst. Während der Fahrzeugneigungssensor 86 von dem Aktuator-Controller 50 getrennt sein kann, kann der Fahrzeugneigungssensor 86 auch in den Aktuator-Controller 50 oder in ein anderes Steuermodul, wie z. B. das Karosseriesteuermodul 52, integriert sein.
In der Aktuator-Controller 50 ist ferner so ausgebildet, dass er vor der Erzeugung des Befehlssignals (z. B. des Kraftbefehls 88 oder des Bewegungsbefehls 62) mindestens eine anfängliche Grenzbedingungsprüfung und während der Erzeugung des Befehlssignals eine prozessbegleitende Grenzprüfung durchführt. Solche Grenzprüfungen verhindern die Bewegung des Verschlusselements und den Betrieb des Aktuators 22 außerhalb einer Anzahl vorbestimmter Betriebsgrenzen oder Grenzbedingungen 91 und werden im Folgenden näher erläutert.
Der Aktuator-Controller 50 kann auch mit einer Fahrzeugverriegelung 83 gekoppelt sein. Darüber hinaus ist der Aktuator-Controller 50 mit einer Speichervorrichtung 92 gekoppelt, die mindestens einen Speicherplatz zum Speichern mindestens eines gespeicherten Bewegungssteuerungsparameters aufweist, der mit der Steuerung der Bewegung des Verschlusselements (z. B. der Tür 12) verbunden ist. Die Speichervorrichtung 92 kann auch ein oder mehrere Bewegungsprofile 68 des Verschlusselements (z.B. Bewegungsprofil A 68a, Bewegungsprofil B 68b, Bewegungsprofil C 68c) und Randbedingungen 91 (z.B. die Anzahl vorbestimmter Betriebsgrenzen wie Mindestgrenzen 91a und Höchstgrenzen 91b) speichern. Die Speichervorrichtung 92 speichert auch vom Erstausrüster (OEM) modifizierbare Türbewegungsparameter 89 (z. B. Türprüfprofile und Ausfahrprofile).
Der Aktuator-Controller 50 ist so ausgebildet, dass er den Bewegungsbefehl 62 unter Verwendung des mindestens einen gespeicherten Bewegungssteuerungsparameters erzeugt, um eine Aktuatorausgangskraft zu steuern, die auf das Verschlusselement wirkt, um das Verschlusselement zu bewegen. Eine Pulsbreitenmodulationseinheit 101 ist mit dem Aktuator-Controller 50 gekoppelt und so ausgebildet, dass sie ein Pulsbreitensteuersignal empfängt und ein Aktuator-Befehlssignal ausgibt, das dem Pulsbreitensteuersignal entspricht.
Ähnlich wie in 5 zeigt 5A das Kraft-Verschlusselement-Aktuatorsystem 20 als Teil einer anderen Fahrzeugsystemarchitektur 72', die im automatischen Modus und im angetriebenen Unterstützungsmodus betrieben werden kann. Das Karosseriesteuermodul 52 kann auch mit mindestens einem Umgebungssensor 80, 81 in Verbindung stehen, um mindestens einen Umgebungszustand 59 zu erfassen. Insbesondere kann der mindestens eine Umweltsensor 80, 81 mindestens einer von einem Temperatursensor 80 oder einem Regensensor 81 sein. Der Temperatursensor 80 und der Regensensor 81 können zwar mit dem Karosseriesteuermodul 52 verbunden sein, sie können aber auch in das Karosseriesteuermodul 52 und/oder in eine andere Einheit, wie z. B. den Aktuator-Controller 50, integriert sein, ohne darauf beschränkt zu sein. Darüber hinaus sind auch andere Umgebungssensoren 80, 81 denkbar.
Der Controller ist auch mit der Verriegelung 83 gekoppelt, die einen Verriegelungsmotor 99 (zum Verriegeln des Verschlusselements 12 in der geschlossenen Position) umfasst. Die Verriegelung 83 umfasst auch eine Anzahl von primären und sekundären Ratschenpositionssensoren oder Schaltern 85, die dem Aktuator-Controller 50 Rückmeldung darüber geben, ob sich die Verriegelung 83 beispielsweise in einer primären Verriegelungsposition oder einer sekundären Verriegelungsposition befindet.
Auch hier ist der Fahrzeugneigungssensor 86 (z. B. ein Beschleunigungs- oder Neigungsmesser) mit dem Aktuator-Controller 50 gekoppelt, um die Neigung des Fahrzeugs 10 zu erfassen. Der Fahrzeugneigungssensor 86 gibt ein Neigungssignal aus, das der Neigung des Fahrzeugs 10 entspricht, und der Aktuator-Controller 50 ist ferner so ausgebildet, dass er das Neigungssignal empfängt und entweder den Kraftbefehl 88 (6) oder den Bewegungsbefehl 62 entsprechend anpasst. Dementsprechend kann beispielsweise der Bewegungsbefehl 62 so angepasst werden, dass sich die Tür 12 mit der gleichen Geschwindigkeit und dem gleichen Bewegungsprofil bewegt, wie wenn die Tür 12 durch einen Bewegungsbefehl wie auf einem ebenen Gelände bewegt würde. Infolgedessen kann der Aktuator 22 die Tür 12 so bewegen, dass das Bewegungsprofil (z. B. Geschwindigkeit im Verhältnis zur Türposition) bei einer Steigung das gleiche ist oder dem Bewegungsprofil folgt, als ob sich das Fahrzeug nicht auf einer Steigung befände. Mit anderen Worten: Der Benutzer erkennt keinen visuellen Unterschied in der Darstellung der Türbewegung (Geschwindigkeit und Position), wenn sich das Fahrzeug 10 auf einer Steigung befindet oder nicht. Beispielsweise kann der Kraftbefehl 88 so eingestellt werden, dass die Tür 12 mit der gleichen Widerstandskraft bewegt wird, die der Benutzer im Vergleich zu einer Bewegung der Tür mit einem Kraftbefehl auf ebenem Gelände wahrnimmt. Infolgedessen kann der Aktuator 22 die Tür so bewegen, dass die Kraft, die zum Bewegen der Tür 12 durch einen Benutzer erforderlich ist, wenn sich das Fahrzeug auf einer Steigung befindet, der Kraft entspricht, die ein Benutzer zum Bewegen der Tür benötigt, wenn sich das Fahrzeug nicht auf einer Steigung befindet. Mit anderen Worten, der Benutzer erfährt die gleiche reaktive Widerstandskraft der Tür, die gegen die Eingangskraft des Benutzers wirkt, wenn sich das Fahrzeug 10 auf einer Steigung befindet oder nicht.
Eine Pulsbreitenmodulationseinheit 101 ist ebenfalls mit dem Aktuator-Controller 50 gekoppelt und so ausgebildet, dass sie ein Pulsbreitensteuersignal empfängt und ein dem Pulsbreitensteuersignal entsprechendes Aktuatorbefehlssignal ausgibt. Der Aktuator-Controller 50 umfasst einen Prozessor oder eine andere Recheneinheit 110, die mit der Speichervorrichtung 92 kommuniziert. So ist der Aktuator-Controller 50 mit der Speichervorrichtung 92 gekoppelt, um eine Anzahl von Bewegungsparametern des automatischen Verschlusselements 68, 93, 94, 95 für den automatischen Modus und eine Anzahl von Bewegungsparametern des angetriebenen Verschlusselements 96, 100, 102, 106 für den angetriebenen Unterstützungsmodus zu speichern und von dem Aktuator-Controller 50 zur Steuerung der Bewegung des Verschlusselements (z. B. der Tür 12 oder 17) zu verwenden. Insbesondere umfasst die Anzahl von automatischen Bewegungsparametern 68, 93, 94, 95 des Verschlusselements mindestens eines der Bewegungsprofile 68 des Verschlusselements (z. B. eine Anzahl von Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofilen des Verschlusselements), eine Anzahl von Haltepositionen 93 des Verschlusselements, eine Kontrollempfindlichkeit 94 des Verschlusselements und eine Anzahl von Kontrollprofilen 95 des Verschlusselements. Die Anzahl von angetriebenen Bewegungsparametern 96, 100, 102, 106 für das Verschlusselement umfasst mindestens einen aus einer Anzahl von festen Verschlusselementmodellparametern 96 und einem Kraftbefehlsgeneratoralgorithmus 100 sowie ein Verschlusselementmodell 102 und eine Anzahl von Verschlusselementkomponentenprofilen 106. Darüber hinaus speichert die Speichervorrichtung 92 ein Datum, den Kilometerstand und die Zykluszahl 97. Die Speichervorrichtung 92 kann auch Grenzbedingungen (z. B. mehrere vorgegebene Betriebsgrenzen) speichern, die für eine Grenzprüfung verwendet werden, um eine Bewegung des Verschlusselements und den Betrieb des Aktuators 22 außerhalb mehrerer vorgegebener Betriebsgrenzen oder Grenzbedingungen zu verhindern.
Folglich ist der Aktuator-Controller 50 so ausgebildet, dass er entweder den Bewegungseingang 56, der mit dem angetriebenen Unterstützungsmodus verbunden ist, oder den Automatikmodus-Einleitungseingang 54, der mit dem Automatikmodus verbunden ist, empfängt. Der Aktuator-Controller 50 ist dann so ausgebildet, dass er dem Aktuator 22 entweder einen Bewegungsbefehl 62 auf der Grundlage der mehreren automatischen Verschlusselement-Bewegungsparameter 68, 93, 94, 95 im Automatikmodus oder den Kraftbefehl 88 auf der Grundlage der mehreren angetriebenen Verschlusselement-Bewegungsparameter 96, 100, 102, 106 im angetriebenen Unterstützungsmodus sendet, um die auf das Verschlusselement 12 wirkende Aktuatorausgangskraft zu variieren, um das Verschlusselement 12 zu bewegen. Der Aktuator-Controller 50 überwacht und analysiert zusätzlich den historischen Betrieb des kraftbetriebenen Verschlusselement-Aktuatorsystems 20 unter Verwendung des Lernalgorithmus 61 mit künstlicher Intelligenz und passt die mehreren automatischen Verschlusselement-Bewegungsparameter 68, 93, 94, 95 und die mehreren kraftbetriebenen Verschlusselement-Bewegungsparameter 96, 100, 102, 106 entsprechend an.
Wie oben beschrieben, kann das System zur Betätigung des Kraft-Verschlusselements 20 einen Umgebungssensor 80, 81 umfassen, der mit dem Aktuator-Controller 50 kommuniziert und so ausgebildet ist, dass er mindestens einen Umgebungszustand des Fahrzeugs 10 erfasst. Somit kann der historische Betrieb, der von dem Aktuator-Controller 50 unter Verwendung des Lernalgorithmus der künstlichen Intelligenz 61 überwacht und analysiert wird, die mindestens eine Umgebungsbedingung des Fahrzeugs 10 umfassen. Somit ist die Steuereinheit ferner so ausgebildet, dass sie die mehreren Parameter für die Bewegung des automatischen Verschlusselements 68, 93, 94, 95 und die mehreren Parameter für die Bewegung des angetriebenen Verschlusselements 96, 100, 102, 106 auf der Grundlage der mindestens einen Umgebungsbedingung des Fahrzeugs 10 anpasst.
Wie in 6 am besten dargestellt, ist der Aktuator-Controller 50 auch so ausgebildet, dass er die Bewegungseingabe 56 empfängt und in den Modus der Kraftunterstützung eintritt, um den Kraftbefehl 88 auszugeben (z. B. unter Verwendung eines Kraftbefehlsgenerators 98 des Aktuator-Controllers 50 als Funktion eines Kraftbefehlsalgorithmus 100, eines Türmodells 102, von Randbedingungen 91, einer Anzahl von Verschlusselementkomponentenprofilen 106, wie nachstehend ausführlicher erörtert), wie durch den Lernalgorithmus der künstlichen Intelligenz 61 modifiziert. Der Aktuator-Controller 50 ist auch so ausgebildet, dass er den Kraftbefehl 88 erzeugt, um eine Aktuatorausgangskraft zu steuern, die auf das Verschlusselement wirkt, um das Verschlusselement zu bewegen. Der Aktuator-Controller 50 variiert also eine AktuatorAusgangskraft, die auf das Verschlusselement wirkt, um das Verschlusselement als Reaktion auf den Empfang der Bewegungseingabe 56 zu bewegen. Im Modus der Kraftunterstützung weist der Kraftbefehl 88 ein bestimmtes Kraftprofil auf (das z. B. geändert werden kann, um die Erfahrung des Benutzers mit dem Verschlusselement zu ändern, indem es z. B. leichter oder schwerer gemacht wird, oder auf der Grundlage von Änderungen der Umgebungsbedingungen und durch den Lernalgorithmus 61 mit künstlicher Intelligenz modifiziert wird, z. B. durch Erhöhen oder Verringern der Kraftunterstützung für den Benutzer 75). Der Kraftbefehl 88 wird z. B. anhand des aktuellen Benutzerfeedbacks kontinuierlich optimiert. Ein Benutzerbewegungssensor 104 ist mit dem Aktuator-Controller 50 gekoppelt und so ausgebildet, dass er die Bewegungseingabe 56 des Benutzers 75 auf dem Verschlusselement erfasst, um das Verschlusselement zu bewegen. Die Rückmeldung der Türbewegung 105 wird ebenfalls von dem Verschlusselement (z. B. der Tür 12) an den Benutzer 75 zurückgegeben. Auch hier umfasst das elektrische Aktuatorsystem für das Verschlusselement (20) mindestens einen Rückkopplungssensor für das Verschlusselement (64) zur Bestimmung der Position und/oder der Geschwindigkeit des Verschlusselements. Der mindestens eine Verschlusselement-Rückkopplungssensor 64 erfasst die Position und/oder die Geschwindigkeit des Verschlusselements, wie oben für den automatischen Modus beschrieben, und kann entsprechende Positions-/Bewegungsinformationen oder - signale an den Aktuator-Controller 50 liefern, die angeben, wie der Benutzer 75 mit dem Verschlusselement interagiert. Beispielsweise kann der mindestens eine Sensor 64 für die Rückmeldung des Verschlusselements feststellen, wie schnell der Benutzer 75 das Verschlusselement (z. B. die Tür 12) bewegt. Der Lage- oder Neigungssensor 86 kann auch den Winkel oder die Neigung des Verschlusselements bestimmen, und das elektrische Aktuatorsystem für das Verschlusselement 20 kann einen solchen Winkel kompensieren, um den Benutzer 75 zu unterstützen und jegliche Auswirkungen auf die Bewegung des Verschlusselements, die die Änderung des Winkels verursacht, zu negieren (z. B. Änderungen in Bezug darauf, wie die Schwerkraft das Verschlusselement basierend auf dem Winkel des Verschlusselements relativ zu einer Bodenebene unterschiedlich beeinflussen kann).
In 7 ist ein erster kraftbetriebener Aktuator 122 zu sehen. Der erste kraftbetriebene Aktuator 122 umfasst eine Verbindungsstange 130, die ein distales Loch 132 definiert. Das distale Loch 132 ist so ausgebildet, dass es mit der Fahrzeugkarosserie 14 in einigen Ausführungsformen verbunden werden kann, in denen der erste Aktuator 122 innerhalb des Verschlusses angeordnet ist, beispielsweise wie in 2 gezeigt. Alternativ kann das distale Loch 132 so ausgebildet sein, dass es mit dem Verschluss verbunden ist, wie z. B. eine Fahrzeugseitentür 12, 17 in Ausführungsformen, bei denen der erste elektrische Aktuator außerhalb des Verschlusses angeordnet ist, z. B. innerhalb einer Struktur der Fahrzeugkarosserie 14. Die Verbindungsstange 130 ist über ein Gestänge 136 mit einem ausfahrbaren Element 134 verbunden, das einen Stift 138 aufweist, der die Verbindungsstange 130 schwenkbar trägt. Somit ist das ausfahrbare Element 134 so ausgebildet, dass es mit der Fahrzeugkarosserie 14 oder dem Verschluss des Fahrzeugs zum Öffnen oder Schließen des Verschlusses gekoppelt werden kann. Das Gestänge 136 kann direkt schwenkbar an die Fahrzeugkarosserie 14 gekoppelt werden, beispielsweise über das distale Loch 132, das an dem Gestänge 136 vorgesehen ist, um die Verbindung des Gestänges 136 mit der Fahrzeugkarosserie 14 zu erleichtern, ohne eine Verbindungsstange 130.
Der erste angetriebene Aktuator 122 umfasst auch ein Getriebe 140, das so ausgebildet ist, dass es eine Kraft auf das ausfahrbare Element 134 ausübt, um das ausfahrbare Element 134 zu einer linearen Bewegung zu veranlassen. Ein Adapter 142 dient zur Befestigung des Getriebes 140 am Verschluss oder an der Fahrzeugkarosserie 14. Ein Elektromotor 36 ist mit dem Getriebe 140 gekoppelt, um der erste angetriebene Aktuator 122 anzutreiben. Der Elektromotor 36 kann ein Standard-Gleichstrommotor wie ein Permanentmagnet (z. B. Ferrit) oder ein Reluktanzmotor sein. Der Elektromotor 36 kann ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) sein, z. B. ein Dauermagnet (z. B. Ferrit) oder ein Reluktanzmotor. Ein Rückkopplungssensor 64 in Form eines hochauflösenden Positionssensors 144 ist zwischen dem Elektromotor 36 und dem Getriebe 140 angeordnet. Der hochauflösende Positionssensor 144 kann ein Magnetrad und einen Hall-Effekt-Sensor umfassen, um Geschwindigkeits-, Richtungs- und/oder Positionsinformationen über das dehnbare Element 134 und den daran befestigten Verschluss zu liefern. Eine elektromagnetische (EM) Bremse 146 ist mit dem Getriebe 140 auf der dem Elektromotor 36 gegenüberliegenden Seite verbunden. Die EM-Bremse 146 ist optional und muss nicht in allen elektrischen Aktuatoren vorhanden sein. Am Getriebe 140 ist eine Abdeckung 148 angebracht, die so gestaltet ist, dass sie das ausfahrbare Element 134 umschließt. Die Abdeckung 148 kann dazu beitragen, dass das ausfahrbare Element 134 nicht durch Staub oder Schmutz verunreinigt wird und/oder dass das ausfahrbare Element 134 nicht mit anderen Bauteilen innerhalb des Verschlusses oder der Fahrzeugkarosserie 14 in Berührung kommt. Die Abdeckung 148 ist als hohlzylindrisches Rohr ausgebildet, wie in 7 dargestellt.
In einigen Ausführungsformen und wie im ersten angetriebenen Aktuator 122 von 7 gezeigt, umfasst das ausfahrbare Element 134 eine Gewindespindel mit einem oder mehreren wendelförmigen Gewinden, die sich um diese herum erstrecken. Das ausfahrbare Element 134 kann auch andere Ausführungen aufweisen. 8 zeigt beispielsweise einen zweiten Aktuator 122a, bei dem das ausfahrbare Element 134 als Zahnstange ausgebildet ist, die durch ein entsprechendes Zahnrad, wie z. B. ein Ritzel (nicht dargestellt) im Getriebe 140, linear angetrieben wird. In einigen Ausführungsformen kann das Getriebe 140 des zweiten angetriebenen Aktuators 122a ein Planetengetriebe mit einem Zahnstangen- und Ritzelausgang umfassen.
9 zeigt eine weitere Ansicht des ersten angetriebenen Aktuators 122 mit Details des Adapters 142. Wie in 9 dargestellt, hat der Adapter 142 eine allgemein rohrförmige Form, die eine zentrale Bohrung 150 für das ausfahrbare Element 134 definiert. Der Adapter 142 umfasst einen ersten Flansch 152, der so ausgebildet ist, dass er mit einem Paar von Schrauben oder Bolzen am Getriebe 140 befestigt werden kann. Der Adapter 142 umfasst auch einen zweiten Flansch 154, der so ausgebildet ist, dass er an dem Verschluss befestigt werden kann. Verschiedene Adapter 142 mit unterschiedlichen Ausführungen können verwendet werden, um angetriebene Aktuatoren der vorliegenden Offenbarung an verschiedene Fahrzeuganwendungen anzupassen, z. B. für verschiedene Fahrzeuge oder für verschiedene Verschlüsse innerhalb desselben Fahrzeugs.
In einigen Ausführungsformen ist der Adapter 142 so ausgebildet, dass der erste angetriebene Aktuator 122 ein direkter Ersatz für eine nicht angetriebene Türfeststellvorrichtung 156 zur Begrenzung der Drehbewegung des Verschlusses sein kann, wie z. B. die in 10 gezeigte Türfeststellvorrichtung 156.
11A zeigt den ersten Aktuator 122, der aus einem inneren Türhohlraum 39 einer Fahrgasttür 12 gemäß den Aspekten der Offenbarung herausragt. Der elektrische Aktuator 22, 122 der vorliegenden Offenbarung kann in ähnlicher Weise in jedem Fahrzeugverschluss, wie z. B. einer Schwenktür oder einer schwenkbaren Heckklappe, eingesetzt werden. Insbesondere ist der erste Aktuator 122 so ausgebildet, dass er an einem bereits vorhandenen Befestigungspunkt 160 an der geschlossenen Seite 162 des Verschlusses 12 angebracht wird. Der bereits vorhandene Befestigungspunkt 160 ist auch so ausgebildet, dass er einen Türstopper hält, wie die in 10 gezeigte Türfeststellvorrichtung 156.
11B zeigt den angetriebenen Aktuator von 11A, der im inneren Hohlraum 39 der Fahrgasttür 12 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen ist der Adapter 142 so ausgebildet, dass er einen Rotationsfreiheitsgrad zwischen dem Getriebe 140 und der Schließfläche 162 des Verschlusses bietet, um die Installation in einem Türhohlraum 39 zu ermöglichen. Beispielsweise kann der elektrische Aktuator 122 um eine zentrale Achse A gedreht werden, die durch das ausfahrbare Element 134 verläuft und entlang derer sich das ausfahrbare Element 134 bewegt, um die Tür 12 zu öffnen oder zu schließen.
Die 12A - 12B zeigen den ersten angetriebenen Aktuator 122 gemäß den Aspekten der Offenbarung. 12B zeigt insbesondere den Elektromotor 36, der so ausgebildet ist, dass er eine angetriebene Welle 166 zum Drehen eines Schneckenrads 168 dreht. Die angetriebene Welle 166 wird von einem proximalen Lager 170 und einem distalen Lager 172 getragen. Das proximale Lager 170 ist in einer Motorhalterung 174 gelagert, die an einem axialen Ende des Elektromotors 36 befestigt ist. Das proximale Lager 170 ist als Kugellager und das distale Lager 172 als Gleitlager oder Buchse dargestellt. Jedes der Lager 170, 172 kann jedoch ein anderer Lagertyp sein, wie z. B. ein Gleitlager, ein Kugellager, ein Rollenlager oder ein Nadellager. 12B zeigt auch interne Komponenten des hochauflösenden Positionssensors 144, einschließlich eines Magnetrads 180, das mit der angetriebenen Welle 166 drehbar gekoppelt ist und eine Anzahl von Permanentmagneten enthält. Das in 12B gezeigte Magnetrad 180 hat sechs Dauermagneten, aber das Magnetrad 180 kann eine beliebige Anzahl von Magneten enthalten. Der hochauflösende Positionssensor 144 umfasst auch einen Hall-Effekt-Sensor 182, der so ausgebildet ist, dass er eine Bewegung der Dauermagneten im Magnetrad 180 erfasst und als Reaktion auf die Drehbewegung des Magnetrads 180 ein elektrisches Signal erzeugt. Der hochauflösende Positionssensor 144 umfasst auch ein Sensorgehäuse 184, das das Magnetrad 180 und den Halleffektsensor 182 ganz oder teilweise umschließt.
13A zeigt eine Teilschnittansicht des ersten angetriebenen Aktuators 122 gemäß den Aspekten der Offenbarung. 13A zeigt die allgemeine Anordnung des Getriebes 140, einschließlich eines Getriebegehäuses 141, das sich zwischen dem Adapter 142 und der Abdeckung 148 und zwischen dem Elektromotor 36 und der EM-Bremse 146 erstreckt, wobei der Elektromotor 36 und die EM-Bremse 146 zueinander ausgerichtet und senkrecht zu dem ausfahrbaren Element 134 angeordnet sind.
13A zeigt auch die inneren Details des Getriebes 140, einschließlich einer Führungsmutter 190, die in Gewindeeingriff mit dem ausfahrbaren Element 134 angeordnet ist, das als Leitspindel ausgebildet ist. Die in 13A gezeigte Ausführung von Leitspindel und Leitmutter kann ein relativ geringes Spiel aufweisen, wodurch die Korrelation zwischen der vom hochauflösenden Positionssensor 144 erfassten Position und der tatsächlichen Position des Verschlusses verbessert wird. Eine solche hochpräzise Erfassung kann die Servosteuerung des angetriebenen Aktuators 22, 122 verbessern. Beispielsweise kann das Signal des hochauflösenden Sensors 144 so ausgebildet werden, dass er mindestens 41 Hall-Zählungen pro Motorumdrehung zur Verwendung durch das Servosteuerungssystem ausgibt, wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt, die eine minimale Hall-Zählung von 5000 für einen Spindelhub von 100 mm veranschaulicht:

Min-Zahl Mittler er Weg (mm) Leit. (mm) # Anzahl der Umdrehung en Zählungen / Umdrehung en Übersetzungsverhäl tnis Zählungen / Motordrehz ahl

5000 100 18 5.56 900 22 41

Das Signal des hochauflösenden Sensors 144 kann so ausgebildet werden, dass es andere Hall-Zählwerte pro Motorumdrehung zur Verwendung durch das Servosteuerungssystem ausgibt. Zum Beispiel kann die Ausgabe der Hall-Zählung größer als 2 Hall-Zählungen pro Motorumdrehung sein.
Die Führungsmutter 190 ist in einem röhrenförmigen Drehmomentrohr 192 befestigt. Insbesondere umfasst die Führungsmutter 190 ein Flanschende 194, das radial nach außen ragt und in ein axiales Ende des Drehmomentrohrs 192 an einem Ende des Drehmomentrohrs 192 neben dem Adapter 142 eingreift. Das Drehmomentrohr 192 wird innerhalb des Getriebegehäuses 188 durch ein Paar von Rohrstützen 196 gehalten, wobei jede der Rohrstützen 196 um das Drehmomentrohr 192 an oder in der Nähe eines entsprechenden axialen Endes davon angeordnet ist. Eine oder beide der Rohrstützen 196 können ein Lager, wie z. B. ein Kugellager oder ein Rollenlager, enthalten. Ein Schneckenzahnrad 198 ist um das Drehmomentrohr 192 zwischen den Rohrstützen 196 angeordnet und so befestigt, dass es sich mit dem Drehmomentrohr 192 dreht. Das Schneckenzahnrad 198 steht in Kämmeingriff mit dem Schneckenrad 168 (in 12B dargestellt) und bewirkt so, dass das Drehmomentrohr 192 und die Führungsmutter 190 als Reaktion auf den Elektromotor 36, der das Schneckenrad 168 antreibt, gedreht werden.
Der in 13A gezeigte erste angetriebene Aktuator 122 umfasst auch einen Wegbegrenzer 200, der an einem axialen Ende des ausfahrbaren Elements 134 gegenüber (d. h. am weitesten entfernt von) dem Gestänge 136 angeordnet ist. Der Wegbegrenzer 200 ist so ausgebildet, dass er mit einem Teil des Getriebes 140, z. B. dem Drehmomentrohr 192, in Eingriff kommt, um die axiale Ausdehnung des ausfahrbaren Elements 134 zu begrenzen. Insbesondere umfasst der Wegbegrenzer 200 einen Puffer 202 aus elastischem Material, wie z. B. Gummi, mit einer röhrenförmigen Form, die sich um das ausfahrbare Element 134 angrenzend an dessen axiales Ende erstreckt. Ein Halteclip 204 hält den Puffer 202 am axialen Ende des ausfahrbaren Elements 134 fest. Die Halteklammer 204 kann ein beliebiges geeignetes Befestigungsmittel umfassen, z. B. eine Unterlegscheibe, eine Mutter, einen Splint, einen E-Clip oder einen C-Clip wie einen Sprengring.
13B zeigt eine Schnittansicht der EM-Bremse 146 des angetriebenen Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung. Die EM-Bremse 146 ist mit der angetriebenen Welle 166 gekoppelt und so ausgebildet, dass sie eine Bremskraft aufbringt, die der Drehung der angetriebenen Welle 166 entgegenwirkt. Insbesondere umfasst die EM-Bremse 146 ein becherförmiges Innengehäuse 206, das zumindest teilweise in einem becherförmigen Außengehäuse 208 angeordnet ist. Eine Ankerplatte 210 ist so befestigt, dass sie sich mit der angetriebenen Welle 166 dreht, und eine feste Platte 212 ist am äußeren Gehäuse 208 befestigt und an der Drehung gehindert. Ein ringförmiges Band 214 aus Reibmaterial ist an der Ankerplatte 210 angrenzend an die feste Platte 212 befestigt. Die EM-Bremse 146 umfasst eine Magnetspule 216, die im Innengehäuse 206 angeordnet und so ausgebildet ist, dass sie durch einen elektrischen Strom erregt wird, um die Ankerplatte 210 zu veranlassen, sich von der festen Platte 212 wegzubewegen. Eine Spulenfeder 218 erstreckt sich durch eine zentrale Bohrung des Innengehäuses 206 und spannt die Ankerplatte 210 in Richtung der festen Platte 212 vor. Eine detaillierte Beschreibung der EM-Bremse 146 und ihrer Funktionsweise findet sich im US-Patent 10.280.674 des Anmelders.
14 zeigt eine Schnittansicht eines dritten angetriebenen Aktuators 122b gemäß den Aspekten der Offenbarung. Insbesondere erstreckt sich die Ebene der in 14 dargestellten Schnittansicht durch die angetriebene Welle und eine Ebene des Schneckenrads 198. Wie in 14 dargestellt, umfasst die angetriebene Welle 166 eine Getriebeeingangswelle 224, die über eine Kupplung 228 mit einer Motorwelle 226 des Elektromotors 36 gekoppelt ist. Bei der Kupplung 228 kann es sich um eine feste Kupplung handeln, wie z. B. eine Keilverbindung, die bewirkt, dass sich die Getriebeeingangswelle 224 mit der Motorwelle 226 dreht. In einigen Ausführungsformen kann die Kupplung 228 eine flexible Kupplung sein, die ein gewisses Maß an relativer Drehung zwischen der Getriebeeingangswelle 224 und der Motorwelle 226 ermöglicht. In einigen Ausführungsformen kann die Kupplung 228 eine Kupplung zur selektiven Fixierung der Getriebeeingangswelle 224 zur Drehung mit der Motorwelle 226 umfassen. Ein Satz von Eingangslagern 230 hält die Getriebeeingangswelle 224 auf beiden Seiten des Schneckenrads 168. Eines oder beide der Eingangslager 230 können jede Art von Lager sein, wie z. B. ein Kugellager, ein Rollenlager usw.
In einigen Ausführungsformen und wie in 14 gezeigt, sind das Drehmomentrohr 192 und das Schneckenzahnrad 198 als eine integrierte Einheit ausgebildet, wobei die Verzahnung an einem äußeren Umfang und die Führungsmutter 190 an einer inneren Bohrung ausgebildet ist. In einigen Ausführungsformen sind das Drehmomentrohr 192 und das Schneckenzahnrad 198 als eine integrierte Einheit ausgebildet, und die Führungsmutter 190 ist ein separates Teil, das drehfest mit ihr verbunden ist.
Der in 14 dargestellte dritte angetriebene Aktuator 122b umfasst die EM-Bremse 146, die von dem hochauflösenden Positionssensor 144 beabstandet ist, wobei das Getriebe 140 dazwischen angeordnet ist.
15 zeigt eine Schnittansicht eines vierten angetriebenen Aktuators 122c gemäß den Aspekten der Offenbarung. Insbesondere ähnelt der vierte angetriebene Aktuator 122c dem dritten angetriebenen Aktuator 122b, der in 14 dargestellt ist, wobei die Kupplung 228 eine Kupplung zur selektiven Fixierung der Getriebeeingangswelle 224 zur Drehung mit der Motorwelle 226 enthält. In diesem Fall wird das Magnetrad 180 so fixiert, dass es sich mit der Getriebeeingangswelle 224 dreht, wodurch eine Anzeige des ausfahrbaren Elements 134 und der damit gekoppelten Fahrzeugtür bereitgestellt wird. In allen hier beschriebenen Ausführungen des Aktuators 122 kann der Aktuator 122 ohne Kupplung ausgebildet werden, wobei eine permanente Kupplung zwischen dem Motor 26 und dem ausfahrbaren Element 134 mit der Fahrzeugkarosserie 14 verbunden ist.
16A-16B zeigen einen Elektromotor 36 und eine Kupplung 228 eines fünften angetriebenen Aktuators 122d gemäß den Aspekten der Offenbarung. 16A zeigt insbesondere eine Explosionsdarstellung der Kupplung 228, die eine flexible Kupplung 240 und eine Schlupfvorrichtung 242 umfasst. Die flexible Kupplung 240 koppelt die Motorwelle 226 des Elektromotors 36 mit der Schlupfvorrichtung 242 und erlaubt eine begrenzte Drehung dazwischen. Die elastische Kupplung 240 kann beispielsweise ein Antriebsdrehmoment von der Motorwelle 226 auf die Schlupfvorrichtung 242 übertragen und gleichzeitig die Übertragung von Vibrationen dazwischen begrenzen. Die in 16A gezeigte elastische Kupplung 240 umfasst ein Eingangselement 246, das die Form einer Schale hat, die sich von einer Basis 248 aus erstreckt, die so ausgebildet ist, dass sie sich mit der Motorwelle 226 dreht. Die Basis 248 kann verkeilt, verzahnt oder anderweitig fixiert sein, um sich mit der Motorwelle 226 zu drehen. Das Eingangselement 246 ist so ausgebildet, dass es die Schlupfvorrichtung 242 dreht, wobei ein Ausgangselement 250 aus elastischem Material, wie z. B. Gummi, zwischen dem Eingangselement 246 und der Schlupfvorrichtung 242 angeordnet ist, um ein gewisses Maß an Drehung dazwischen zu ermöglichen. Wie in 16C dargestellt, umfasst die Schlupfvorrichtung 242 einen dreieckigen Körper 250, der einen Wellenstumpf 252 umgibt, der mit einer Keilnut versehen und so gekoppelt ist, dass er die Getriebeeingangswelle 224 dreht. Die Schlupfvorrichtung 242 ist so ausgebildet, dass sie für einen gewissen Schlupf oder eine relative Drehung zwischen dem Eingangselement 246 und der Getriebeeingangswelle 224 sorgt, wenn ein dazwischen liegendes Drehmoment einen vorgegebenen Wert überschreitet.
17 zeigt einen Elektromotor 36 und eine Kupplung 228 eines sechsten angetriebenen Aktuators 122e gemäß den Aspekten der Offenbarung. Insbesondere umfasst die in 17 dargestellte Kupplung 228 eine biegsame Welle 256, die so ausgebildet ist, dass sie sich als Reaktion auf die Anwendung eines Drehmoments zwischen zwei gegenüberliegenden Enden um einen vorbestimmten Betrag verdreht. Ein Ende der Biegewelle 256 ist mit der Getriebeeingangswelle 224 verbunden, und das andere Ende der Biegewelle 256 ist über einen Wellenadapter 258 mit der Motorwelle 226 des Elektromotors 36 verbunden. Der Wellenadapter 258 kann mit Passfedern oder Keilnuten versehen oder auf andere Weise so befestigt sein, dass er sich mit der Motorwelle 226 dreht. Auf diese Weise sorgt die Biegewelle 256 für eine Rotationsflexibilität zwischen der Motorwelle 226 und der Getriebeeingangswelle 224.
18 zeigt einen Elektromotor 36 und eine Kupplung 228 eines siebten angetriebenen Aktuators 122f gemäß den Aspekten der Offenbarung. Insbesondere ist die in 18 gezeigte Kupplung 228 eine flexible Kupplung, bei der es sich um eine Hochgeschwindigkeits-Flex-Kupplung handeln kann, die kommerziell erhältlich sein kann. Die Kupplung 228 umfasst einen Eingangsadapter 262, der mit der Motorwelle 226 des Elektromotors 36 verbunden ist. Der Eingangsadapter 262 kann mit der Motorwelle 226 durch Passfedern, Keilnuten oder auf andere Weise drehfest verbunden sein. Die Kupplung 228 umfasst auch eine elastische Schicht 264 aus einem elastischen Material, wie z. B. Gummi, die so befestigt ist, dass sie sich mit dem Eingangsadapter 262 dreht, und die auch so befestigt ist, dass sie die Eingangswelle 224 des Getriebes dreht. Die Kupplung 228 funktioniert somit als flexible Kupplung, die eine begrenzte relative Drehung, weniger als eine Umdrehung, zwischen der Motorwelle 226 und der Getriebeeingangswelle 224 zulässt. Der Kraft-Aktuator 122f enthält keine Schlupfvorrichtung und ermöglicht keine Relativdrehung zwischen der Motorwelle 226 und der Getriebeeingangswelle 224, die über das hinausgeht, was durch die elastische Schicht 264 der Kupplung 228 bereitgestellt wird.
19 zeigt einen achten angetriebenen Aktuator 122g gemäß den Aspekten der Offenbarung. Der achte angetriebene Aktuator 122g kann ähnlich oder identisch mit anderen hierin offenbarten angetriebenen Aktuatoren sein, jedoch mit einigen zusätzlichen Schutzvorrichtungen. Insbesondere ist eine Manschette 270 so ausgebildet, dass sie das ausfahrbare Element 134 abdeckt und sich mit dem ausfahrbaren Element 134 bewegt, wenn es aus dem Adapter 142 herausragt. Die Manschette 270 kann eine röhrenförmige und gerippte Konstruktion aufweisen, ähnlich wie die Abdeckung eines Stoßdämpfers, um zu verhindern, dass Verunreinigungen mit dem ausfahrbaren Element 134 in Kontakt kommen. Die Manschette 270 kann auch verhindern, dass sich Drähte oder andere Gegenstände in dem ausfahrbaren Element 134 verfangen, wenn es aus dem Adapter 142 aus- oder eingefahren wird. Ein Ende der Manschette 270 (z. B. ein äußeres Ende) ist an der Verbindungsstange 130 befestigt, und das andere Ende der Manschette 270 (z. B. ein inneres Ende) ist an dem Adapter 142 befestigt. In einigen Ausführungsformen und wie in 19 gezeigt, ist der Adapter 142 zweiteilig und umfasst ein äußeres Element 272, das ein inneres Element 274 aufnimmt und umgibt, wobei die Manschette 270 (insbesondere das innere Ende) sandwichartig dazwischen angeordnet ist. Wenn sich das ausfahrbare Element 134 von dem Adapter 142 nach außen erstreckt, verlängert sich die Manschette 270 und entfernt sich von dem Adapter 142. Die inneren und äußeren Elemente 272, 274 können durch die Schrauben oder Bolzen zusammengehalten werden, die den Adapter 142 am Getriebegehäuse 188 halten.
20 zeigt ein schematisches Blockdiagramm von Komponenten innerhalb eines angetriebenen Aktuators mit einer ersten Ausführung 22a gemäß den Aspekten der Offenbarung. Insbesondere zeigt 20 das Magnetrad 180, das von der EM-Bremse 146 durch eine Direktantriebskupplung (z. B. das Schneckengetriebe 168) beabstandet ist, wodurch elektromagnetische Störungen (d. h. das EM-Bremsfeld 146a), die den hochauflösenden Positionssensor stören, reduziert oder beseitigt werden. Genauer gesagt umfasst die erste Ausführung 22a die EM-Bremse 146, die Direktantriebskupplung (168), das Magnetrad 180 und den Elektromotor 36, die alle entlang der angetriebenen Welle 166 in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
21 zeigt ein schematisches Blockdiagramm von Komponenten innerhalb eines angetriebenen Aktuators mit einer zweiten Ausführung 22b gemäß den Aspekten der Offenbarung. Insbesondere zeigt 21 das Magnetrad 180, das durch den Elektromotor 36 und die Direktantriebskupplung (z. B. das Schneckengetriebe 168) von der EM-Bremse 146 beabstandet ist, wodurch elektromagnetische Störungen, die den hochauflösenden Positionssensor beeinträchtigen, reduziert oder beseitigt werden. Genauer gesagt umfasst die zweite Ausführung 22b die EM-Bremse 146, die Direktantriebskupplung (Schneckengetriebe 168), den Elektromotor 36 und das Magnetrad 180, die alle entlang der angetriebenen Welle 166 in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
In jeder der obigen Ausführungen 22a und 22b ist das Magnetrad 180 außerhalb des elektromagnetischen Feldes der EM-Bremse 146 angeordnet. In jedem der obigen Fälle ist das Schneckenrad 168 neben der EM-Bremse 146 angeordnet und überlappt sich mit dem Magnetfeld der EM-Bremse 146. Das Schneckenrad 168 ist im Allgemeinen nicht anfällig für Störungen, die durch die EM-Bremse 146 verursacht werden.
22 zeigt ein schematisches Blockdiagramm von Komponenten innerhalb eines angetriebenen Aktuators mit einer dritten Ausführung 22c gemäß den Aspekten der Offenbarung. Insbesondere zeigt 22 das Magnetrad 180, das durch den Elektromotor 36 und die Direktantriebskupplung (z. B. das Schneckengetriebe 168) von der EM-Bremse 146 beabstandet ist, wodurch elektromagnetische Störungen, die den hochauflösenden Positionssensor stören, reduziert oder eliminiert werden. Genauer gesagt umfasst die dritte Ausführung 22c das Magnetrad 180, die Direktantriebskupplung (168), den Elektromotor 36 und die EM-Bremse 146, die alle entlang der angetriebenen Welle 166 in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
23 zeigt ein schematisches Blockdiagramm von Komponenten innerhalb eines angetriebenen Kraft-Aktuators in einer vierten Ausführung 22d gemäß den Aspekten der Offenbarung. Insbesondere zeigt 23 das Magnetrad 180, das durch die Direktantriebskupplung (z. B. das Schneckengetriebe 168) von der EM-Bremse 146 beabstandet ist, wodurch elektromagnetische Störungen, die den hochauflösenden Positionssensor stören, reduziert oder eliminiert werden. Genauer gesagt umfasst die vierte Ausführung 22d das Magnetrad 180, die Direktantriebskupplung (168), die EM-Bremse 146 und den Elektromotor 36, die alle entlang der angetriebenen Welle 166 in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
In jeder der obigen Ausführungen 22c und 22d ist der Motor 36 teilweise innerhalb des Magnetfeldes der EM-Bremse 146 angeordnet. Das Magnetrad 180 ist, ähnlich wie in den Ausführungen 22a und 22b, außerhalb des Magnetfeldes der EM-Bremse 146 angeordnet. In jeder der Ausführungen 22c und 22d ist das Magnetrad neben dem Schneckenrad 168 und die EM-Bremse 146 neben dem Motor 36 dargestellt.
Es wird deutlich, dass die Ausführungen 22a-d eine Anzahl von Ähnlichkeiten und Unterschieden aufweisen, die zwischen zwei oder mehr Ausführungen bestehen. In jeder Ausführung ist jedoch das Magnetrad 180 relativ zur EM-Bremse 146, basierend auf der Anordnung der Komponenten, so positioniert, dass sich das Magnetrad 180 außerhalb des Magnetfeldes der EM-Bremse 146 befindet. Die Größe des Abstands kann in Abhängigkeit von der Anordnung der Komponenten variieren, wie in den 20-23 gezeigt.
In einem anderen Aspekt kann eine elektromagnetische Abschirmung in Form einer Abdeckung oder Beschichtung zwischen oder auf dem Magnetrad 180 und der EM-Bremse 146 angebracht werden, um das Magnetfeld der EM-Bremse 146 zu blockieren und mögliche Störungen zu reduzieren.
In den 24 und 25A-25B ist ein neunter Kraft-Aktuator 122h gemäß den Aspekten der Offenbarung dargestellt. Insbesondere umfasst der neunte angetriebene Aktuator ein ausfahrbares Staubschutzschild 148a, das das ausfahrbare Element 134 umschließt. Der ausfahrbare Staubschutz 148a ist teleskopisch aufgebaut und umfasst eine Anzahl von rohrförmigen Segmenten, die so ausgebildet sind, dass sie sich zwischen einem in 25A gezeigten expandierten Zustand und einem in 25B gezeigten komprimierten Zustand bewegen. 24 zeigt außerdem den Motor 36, den hochauflösenden Positionssensor 144 für die haptische Steuerung, die EM-Bremse 146, das Getriebe 140 usw.
24 entspricht im Allgemeinen 25A, in der sich das ausfahrbare Element 134 oder die Leitspindel in einer zurückgezogenen Position in einem geschlossenen Zustand der Tür befindet, ähnlich der in 19, 12A und 13A dargestellten Position. 25B zeigt eine ausgefahrene Position des ausfahrbaren Elements 134 in einem geöffneten Zustand der Tür. So ist das teleskopische Staubschutzschild 148a zusammengedrückt, wenn das ausfahrbare Element 134 ausgefahren ist, und das Staubschutzschild 148a ist ausgefahren, wenn das ausfahrbare Element eingefahren ist. Die Gesamtlänge des ausfahrbaren Staubschutzes 148a ändert sich in Abhängigkeit von der Verschiebung des ausfahrbaren Elements 134.
24 zeigt weitere Aspekte der Offenbarung. 24 zeigt ferner eine Türadapterhalterung 342, die so ausgebildet ist, dass sie eine einfache Anpassung an verschiedene Umgebungen ermöglicht. Die Halterung 342 kann so betrieben werden, dass Momentenschwankungen aufgrund einer Verbindung zwischen der Fahrzeugkarosserie (oder dem Verschlusskörper) und dem Ende des ausfahrbaren Elements 134 (z. B. einer Leitspindel) beseitigt oder erheblich reduziert werden. Diese Anordnung sorgt für ein verbessertes haptisches/Servosteuerungsverhalten. Zum Beispiel variiert der Momentarm im Allgemeinen nicht bei verschiedenen Türpositionen. Dementsprechend muss kein Gestänge untergebracht werden, und der Aktuator 122h kann näher an die geschlossene Fläche des Verschlusses 12 (oder der Fahrzeugkarosserie 14) herangeführt werden, wodurch sich die Montageanforderungen verbessern und der Platzbedarf im Türhohlraum (oder im Hohlraum der Fahrzeugkarosserie) verringert wird. Der Motor 36, der Magnetring 180, die EM-Bremse 145 usw., die oben beschrieben wurden, sowie andere oben beschriebene Komponenten können im Aktuator 122h verwendet werden, ähnlich wie bei den zuvor beschriebenen Aktuatoren.
26 zeigt ein schematisches Diagramm der Komponenten eines angetriebenen Aktuators 122, bei dem der Motor 36 in einem Abstand D1 von der Verschlussfläche 162 angeordnet ist, wie z. B. bei Aktuatoren mit einem Gestänge. Wie in 26 dargestellt, liegt zwischen dem Motor 36 und der Verschlussfläche 162 ein Abstand D1. Aufgrund des Abstands kann eine relativ große Belastung (M1) auf das Blech der Abschlussfläche 162 durch das Gewicht des Aktuators (insbesondere den Massenschwerpunkt) distal vom Befestigungspunkt des Aktuators 122 zum Blech der Abschlussfläche 162 entstehen.
27 zeigt ein schematisches Diagramm der Komponenten eines verbesserten Aktuators gemäß den Aspekten der Offenbarung, wie z. B. des oben beschriebenen Aktuators 122h. Insbesondere veranschaulicht 27 den motorisierten Aktuator 122h der vorliegenden Offenbarung, der das Gewicht, insbesondere den Massenschwerpunkt (z. B. den Motor 36 und andere daran befestigte Komponenten wie das Getriebegehäuse 141) näher an den Befestigungspunkt des Aktuators 122h (Abstand D2) zur Schließfläche 162 verlagert. Die Konstruktion des Aktuators gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann daher die Belastung der Befestigungspunkte und des umgebenden Blechs der Verschlussfläche verringern. Der Aktuator 122h kann ohne ein Gestänge arbeiten, wodurch der Motor 36 näher an die Verschlussfläche 162 bewegt werden kann und die Belastung (M2) des Blechs reduziert wird.
Die beiden 26 und 27 veranschaulichen, wie die Öffnungen 151 und 153 auf jeder Seite des Getriebegehäuses 141 näher an der geschlossenen Fläche 162 in 27 liegen. Das ausfahrbare Element 134 verschiebt sich relativ zum Getriebegehäuse in und aus den Öffnungen 151 und 153. Es wird deutlich, dass die Figuren in 26 und 27 schematisch sind und dazu dienen, den reduzierten Abstand und die Belastung zu veranschaulichen, die sich aus der Anordnung in 27 ergeben.
28 zeigt einen weiteren Kraft-Aktuator 122i gemäß einem Aspekt der Offenbarung. In diesem Aspekt kann die Seite des Kraft-Aktuators 122i, die den freiliegenden Teil des ausfahrbaren Elements 134 (in Form einer Leitspindel) enthält, z. B. wenn das ausfahrbare Element 134 betätigt und ausgefahren wurde, eine Dichtungsanordnung enthalten, um ein Verschmutzen des ausfahrbaren Elements 134 durch Schmutz, Wasser oder dergleichen zu verhindern.
Wie in der perspektivischen Explosionsdarstellung von 28 gezeigt, kann der Aktuator 122i ein äußeres Gehäuse 408 (bei dem es sich um den Adapter 142, das Getriebe 140 oder eine andere Gehäusekonstruktion handeln kann, aus der das ausfahrbare Element 134 bei Betätigung herausragt) und ferner eine Abdeckung 410 umfassen. Die Abdeckung 410 ist so bemessen und angeordnet, dass sie selektiv an einem Aktuatorgehäuse 408 angebracht und mit diesem gekoppelt werden kann. In einem Aspekt kann die Abdeckung 410 eine Anzahl von vorstehenden Schnappverschlusslaschen 412 umfassen, die so bemessen und angeordnet sind, dass sie in entsprechenden, am Gehäuse 408 ausgebildeten Aufnahmen aufgenommen werden können. Wie dargestellt, gibt es vier Laschen 412, die gleichmäßig in Umfangsrichtung um die kreisförmige Abdeckung 410 angeordnet sind. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Abstände und Mengen verwendet werden können. Ebenso können andere Befestigungsvorrichtungen verwendet werden, um die Abdeckung 410 an dem Adapter 142 zu befestigen. Die Abdeckung 410 kann eine Öffnung 414 definieren, durch die das ausfahrbare Element 134 herausragen kann, wenn es sich axial bewegt.
Im Inneren der Abdeckung 410 befindet sich eine Anzahl von Dichtungs- und Abstreifvorrichtungen, die das Eindringen von Wasser, Staub oder anderen Mikropartikeln verhindern und Ablagerungen blockieren und/oder entfernen.
In einem Aspekt ist eine Abstreiferanordnung 420 vorgesehen und innerhalb der Abdeckung 410 angeordnet. Die Abstreiferanordnung 420 kann ein Abstreifergehäuse 422 umfassen. Das Abstreifergehäuse 422 kann eine allgemein zylindrische Form haben und kann zur Drehung mit der Führungsmutter 190 befestigt werden, beispielsweise über eine hohlzylindrische Kupplung 191, die das Abstreifergehäuse 422 mit der Führungsmutter 190 verbindet, wie in 32 zu sehen. Dementsprechend dreht sich bei der Drehung der Führungsmutter 190 auch das Abstreifergehäuse 422. Die Drehung des Abstreifergehäuses 422 erfolgt, während sich das ausfahrbare Element 134 linear verschiebt, so dass die Gewinde der Leitspindel 134 durch das Abstreifergehäuse 422 hindurchgehen, ohne dass die Gewinde in einer Ausführung, in der die Abstreiferanordnung 420 nicht für eine Drehung ausgebildet ist, in Eingriff mit dem Abstreifergehäuse 420 verriegelt werden, entweder unabhängig oder abhängig davon, z. B. durch eine Kopplung mit der Leitmutter 190, wie in 32 dargestellt. Die Kupplung 191 kann mit dem Abstreifergehäuse 422 oder der Führungsmutter 190 (nicht dargestellt) über eine Reihe von Zähnen 193 in Eingriff kommen, die in den im Abstreifergehäuse 422 oder der Mutter 190 ausgebildeten Öffnungen aufgenommen werden. Ein Abstreiferzahn 424 ist an dem Abstreifergehäuse 422 befestigt. In einem Aspekt kann der Abstreifzahn einstückig mit dem Gehäuse 422 ausgebildet sein. Der Abstreifzahn 424 ist so bemessen und angeordnet, dass er in das Gewindeprofil des ausfahrbaren Elements 134 passt, wie im Querschnitt von 31 dargestellt. Wenn die Leitspindel in das Stellglied 122i zurückgezogen wird, werden Verunreinigungen oder andere Stoffe, die sich in den Nuten der Gewinde der Leitspindel befinden, durch den Abstreifzahn 424 blockiert, so dass die Verunreinigungen nicht zusammen mit dem ausfahrbaren Element 134 in den Aktuator 122i gelangen.
Der Abstreifzahn 424 hat eine allgemein ringförmige Form, die der Form des Abstreifergehäuses 422 entspricht. Im Inneren des Abstreifergehäuses 422 ist ein Abstreiferdichtungselement 426 angeordnet. Das Dichtungselement 426 hat eine ringförmige Form und kann drehbar mit dem Abstreifergehäuse 422 befestigt werden, so dass es sich mit dem Abstreifergehäuse 422 dreht. Das Abstreifer-Dichtungselement 426 umfasst eine mit Gewinde versehene Innenfläche 427, die in das Gewinde der Leitspindel 134 eingreift, wie in den 30 und 31 näher dargestellt.
Ein erster Druckring 428 mit einem ersten Durchmesser ist neben der Abstreiferanordnung 420 angeordnet. Ein zweiter Kompressionsring 430 mit einem zweiten Durchmesser, der größer ist als der erste Durchmesser, ist radial zwischen der Abdeckung 410 und der Abstreiferanordnung 420 angeordnet (wie in 31 dargestellt). Ein O-Ring-Dichtungselement 432 mit einem dritten Durchmesser, der größer ist als der erste und zweite Durchmesser, ist axial zwischen dem Deckel 410 und dem Getriebegehäuse 141 angeordnet (wie in 31 dargestellt). Ein weiteres O-Ring-Dichtungselement 433 ist radial zwischen dem Abstreifergehäuse 422 und dem Deckel 410 angeordnet, wie in 31 dargestellt.
Wie in 31 dargestellt, kann der Deckel 410 ein abgestuftes Querschnittsprofil haben, und das Abstreifergehäuse 422 (mit dem Abstreiferzahn 424) kann eine ähnliche abgestufte Form haben, um in den Deckel 410 zu passen. Der O-Ring 433 kann radial zwischen die jeweiligen gestuften Abschnitte des Deckels 410 und des Abstreifergehäuses 422 passen. Der zweite Kompressionsring 430 ist in 31 dargestellt und ist relativ zum O-Ring 433 axial nach innen und radial zwischen dem Abstreifergehäuse 422 und einem anderen gestuften Abschnitt des Deckels 410 angeordnet.
Mit den oben genannten O-Ringen, Kompressionsringen und Dichtungselementen ist die Abstreiferanordnung 420 daher gegen den Deckel 410 abgedichtet. Der Deckel 410 ist gegen das Getriebegehäuse 141 abgedichtet. Und das ausfahrbare Element 134 ist gegen die Abstreiferanordnung 420 abgedichtet. Dementsprechend ist das ausfahrbare Element 134 über die Abstreiferanordnung 420 und den Deckel 410 gegenüber dem Getriebegehäuse abgedichtet.
Wenn die Abdeckung 410 am Adapter befestigt ist, wird das O-Ring-Dichtungselement 432 dazwischen zusammengedrückt, um eine Dichtungsfunktion zu gewährleisten. Die Abdeckung 410 enthält weiterhin ein Loch oder eine Öffnung 414, durch die das ausfahrbare Element 134 nach außen ragen kann. Dementsprechend können Verunreinigungen in das Innere der Abdeckung 410 gelangen. Im montierten Zustand ist die Abstreiferanordnung 420 jedoch in der Nähe der Öffnung 414 angeordnet. Wenn das ausfahrbare Element 134 ausgefahren ist und aus der Abdeckung 410 nach außen ragt, kann sich natürlich Schmutz auf seiner Oberfläche ansammeln. Die Ablagerungen werden beim Zurückziehen der Leitspindel von der Abstreiferanordnung 420 abgeschabt und blockiert, die auch das Innere des Aktuators 122i wie oben beschrieben abdichtet.
Daher wird hier beispielhaft ein angetriebener Aktuator für einen Verschluss eines Fahrzeugs gezeigt, der einen Elektromotor 136, der so ausgebildet ist, dass er eine angetriebene Welle 166 dreht, ein ausfahrbares Element 134, wie z. B. eine Leitspindel, die so ausgebildet ist, dass sie entweder mit einer Karosserie 14 oder dem Verschluss 12 des Fahrzeugs gekoppelt ist, um den Verschluss 12 zu öffnen oder zu schließen, ein Getriebe 140, das ein Getriebegehäuse 141 umfasst, wobei das Getriebe 140 so ausgebildet ist, dass es eine Kraft auf das ausfahrbare Element 134 ausübt, um zu bewirken, dass sich das ausfahrbare Element 134 als Reaktion auf die Drehung der angetriebenen Welle 166 linear bewegt, und mindestens eine Dichtungsanordnung 149, die so ausgebildet ist, dass sie das Getriebegehäuse 141 abdichtet, wenn sich das ausfahrbare Element linear bewegt. Das Getriebegehäuse 141 kann mindestens eine Öffnung aufweisen, durch die das ausfahrbare Element bei der linearen Verschiebung des ausfahrbaren Elements hindurchtreten kann. Die mindestens eine Öffnung kann eine erste Öffnung 151, die der geschlossenen Fläche 162 des Verschlusses 12 zugewandt ist, und eine zweite Öffnung 153, die einem inneren Hohlraum 39 des Verschlusses 12 zugewandt ist, umfassen, so dass das ausfahrbare Element 134 sowohl durch die erste Öffnung 151 als auch durch die zweite Öffnung 153 hindurchgeht, wenn sich das ausfahrbare Element 134 innerhalb des Gehäuses 141 linear verschiebt. Eine der mindestens einen Dichtungsbaugruppe 149 kann mit der ersten Öffnung 151 verbunden sein (siehe z.B. 19 und 28) und eine andere der mindestens einen Dichtungsbaugruppe ist mit der zweiten Öffnung 153 verbunden (siehe z. B. 25A und 25B). Die mindestens eine Dichtungsbaugruppe 149, die der ersten Öffnung 151 zugeordnet ist, kann so ausgebildet sein, dass sie an dem ausfahrbaren Element 134 anliegt, um dem ausfahrbaren Element eine lineare Verschiebung durch die mindestens eine Dichtungsbaugruppe zu ermöglichen (siehe 28), während sie auch eine Dichtung zwischen dem ausfahrbaren Element 134 und dem Gehäuse 141 bereitstellt. Daher kann das ausfahrbare Element 134 den inneren abgedichteten Raum des Gehäuses 141 verlassen, so dass ein Teil des ausfahrbaren Elements 134 beim Ausfahren des ausfahrbaren Elements 134 der äußeren Umgebung ausgesetzt sein kann, wie beispielsweise in 24 gezeigt. Die mindestens eine der ersten Öffnung zugeordnete Dichtungsbaugruppe kann als Abstreiferanordnung 420 ausgebildet sein, die so ausgebildet ist, dass sie Verunreinigungen von dem ausfahrbaren Element entfernt, wenn sich das ausfahrbare Element linear von der ausgefahrenen Position in die eingefahrene Position bewegt. Daher kann jeglicher Schutt, Staub, Schmutz und dergleichen, der sich auf dem Teil des ausfahrbaren Elements 134 ablagert, der der äußeren Umgebung ausgesetzt ist, wenn sich das ausfahrbare Element 134 in der ausgefahrenen Position befindet, daran gehindert werden, in den inneren Hohlraum des Gehäuses 141 einzudringen, wenn das ausfahrbare Element 134 eingefahren ist. Da das ausfahrbare Element 134 für eine Hin- und Herbewegung relativ zum Getriebegehäuse 141 ausgebildet ist, wie es durch Öffnungen 151, 153 vorgesehen ist, die auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 141 angeordnet sind, so dass Teile des ausfahrbaren Elements 134, die sich über die Öffnungen 151, 153 hinaus erstrecken, der äußeren Umgebung ausgesetzt wären (zum Beispiel ist die Leitspindel 134 nicht vollständig von einem Gehäuse umgeben, wie z.B. zwei sich überlappende Rohre, die in überlappender Dichtungs-Ausführung verbleiben, wenn sie relativ zueinander ausgefahren oder eingezogen werden, so dass die Leitspindel niemals über die Umschließung der Rohre hinausragt), wenn nicht entweder die mindestens eine Dichtungsbaugruppe 149 als Abdeckung den Kontakt von Schutt, Schmutz, oder ähnliche verunreinigende Partikel in Kontakt mit dem ausfahrbaren Element 134 kommen, wenn sich das ausfahrbare Element 134 über die Öffnungen 151, 153 hinaus erstreckt, oder die mindestens eine Dichtungsbaugruppe 149 als Abstreifer- oder Abkratzer-Ausführung zum Entfernen von Schutt, Schmutz oder ähnlichen verunreinigenden Partikeln durch anstoßenden Kontakt (z.(z. B. durch Anstoßen) in Kontakt mit dem dehnbaren Element 134 getreten sind. Die Abstreiferanordnung 420 kann auch mit der zweiten Öffnung 153 in ähnlicher Weise verbunden sein. Die andere der mindestens einen Dichtungsbaugruppe, die der zweiten Öffnung 153 zugeordnet ist, kann so ausgebildet sein, dass sie sich mit dem ausfahrbaren Element 134 aus- und einfährt, wenn sich das ausfahrbare Element 134 linear durch die zweite Öffnung 153 bewegt. Die andere der mindestens einen Dichtungsbaugruppe, die der zweiten Öffnung 153 zugeordnet ist, kann als eine Abdeckung 148, wie z. B. eine Manschette, ausgebildet sein, die so ausgebildet ist, dass sie das ausfahrbare Element 134 umschließt oder vollständig freilegt, wenn sich das ausfahrbare Element linear durch die zweite Öffnung 153 bewegt. Die andere der mindestens einen Dichtungsbaugruppe, die der zweiten Öffnung 153 zugeordnet ist, kann eine ausdehnbare/zusammenklappbare Abdeckung 148 oder Manschette sein, die so ausgebildet ist, dass sie das ausfahrbare Element umschließt, wenn sich das ausfahrbare Element linear durch die zweite Öffnung 153 bewegt, und das Getriebe 140 kann eine Führungsmutter 190, 192 umfassen, die als Reaktion auf die Drehung durch die angetriebene Welle 166 drehbar ist, und das ausfahrbare Element 134 kann eine Leitspindel umfassen, die so ausgebildet ist, dass sie sich als Reaktion auf die Drehung der Führungsmutter 190 axial bewegt. Der Kraft-Aktuator kann ferner mit einem Adapter 142, 342 ausgestattet sein, der so ausgebildet ist, dass das Getriebe 140 an einer Verschlussfläche 162 des Verschlusses 12 befestigt werden kann. Der Kraft-Aktuator kann ferner einen hochauflösenden Positionssensor 144 umfassen, der mit der angetriebenen Welle 166 gekoppelt und so ausgebildet ist, dass er eine Position der angetriebenen Welle 166 erfasst und die Position an eine Servosteuerung, wie die Aktuatorsteuerung 50, überträgt.
Ein in 33 dargestelltes kraftbetriebenes Verschlusselement-Aktuatorsystem oder Servo-Aktuatorsystem 520 umfasst den Aktuator-Controller 50, der als Master-Controller ausgebildet ist und so ausgebildet ist, dass er ein oder mehrere Betätigungssignale 50_c ausgibt, um den Motor 36 auf der Grundlage von Befehlssteuersignalen 508 (oder auch als Befehlssignale 50_e bezeichnet), die über die elektrische(n) Verbindung(en) 510 empfangen werden, zu betätigen, um das Verschlusselement 12 zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu bewegen. So würde(n) die elektrische(n) Verbindung(en) 510 verwendet werden, um eine allgemeine Anzeige eines Öffnungs- oder Schließbefehls 508 zu liefern, der beispielsweise von einem Fahrzeugsteuersystem 516, wie dem BCM 52 (z. B. Eingänge 54, 56), oder direkt von einem Öffnungs-/Schließschalter (z. B. dem Schlüsselanhänger 60 über eine drahtlose Verbindung 563, einem Außengriff an der Verschlussplatte, einem Innengriff an der Verschlussplatte, einem intelligenten Schloss 83, einer Schlosssteuerung usw.) ausgegeben wird, um von dem Aktuator-Controller 50 empfangen zu werden, der als Hauptsteuerung fungiert. Der Befehl 508, z. B. ein Öffnungs- oder Schließbefehl, würde nicht direkt von dem Aktuator-Controller 50 an den Motor 36 übertragen, sondern der Aktuator-Controller 50 wäre für die Verarbeitung des Öffnungs-/Schließbefehls 508 und die anschließende Erzeugung zusätzlicher Betätigungssignale 50_c zur direkten Verwendung durch den Motor 36 verantwortlich. In Bezug auf die Master-Controller-Funktionalität wäre der Aktuator-Controller 50, der als Master-Controller arbeitet, für die Implementierung von Steuerlogik verantwortlich, die in einem physischen Speicher 50_b, 92 zur Ausführung durch einen Datenprozessor, wie z. B. Prozessor 50_a, gespeichert ist, um die Betätigungssignale 50_c zu erzeugen (z. B. in Form einer pulsweitenmodulierten Spannung zum Ein- und Ausschalten des Motors 36 und zur Steuerung seiner Richtung und Geschwindigkeit der Ausgangsdrehung der Leitspindel 134, gemäß einem anschaulichen Beispiel), um den Motor 36 mit Energie zu versorgen, um seinen Betrieb zu steuern. Wie in 33 dargestellt, ist der Aktuator-Controller 50 elektrisch mit einem Motortreiber 518 gekoppelt, der Feldeffekttransistoren (FETS) 50_g enthält, die von dem Aktuator-Controller 50 entsprechend gesteuert (ein-/ausgeschaltet) werden, um die Betätigungssignale 50_c zu erzeugen. Die Umstände, die die Steuerung des Motors 36 umgeben, könnten den Empfang von Sensorsignalen (über elektronische Komponenten 64, 182 als Sensoren - z. B. Positionssensoren, Richtungssensoren, Hindernissensoren usw.) durch die übergeordnete Steuerung als Aktuator-Controller 50, die Verarbeitung dieser Sensorsignale und die entsprechende Anpassung des Betriebs des Motors 36 über neue und/oder modifizierte Ansteuersignale 50_c (z. B. Anpassung der Periode der PWM-basierten Ansteuersignale 50_c in der Ausführung, in der der Motor 36 auf zugeführte PWM-Signale anspricht) umfassen. In diesem Beispiel werden die Sensorsignale 50f der Sensoren 64, 182 und die Betätigungssignale 50_c intern im Aktuatorgehäuse 141, 184, 188, 206, 408, 422 von dem Aktuator-Controller 50 in Verbindung mit dem ebenfalls im Aktuatorgehäuse 141, 184, 188, 206, 408, 422 montierten Motor 36 erzeugt und verarbeitet. Als solche könnten die Signale 508 allgemeine Öffnungs-/Schließsignale oder andere Befehle darstellen, die von dem/den Griff(en) oder einem anderen Steuersystem usw. kommen, während die tatsächlichen Betätigungssignale 50_c , die von dem Motor 36 empfangen und verbraucht (d. h. verarbeitet) werden, von der Antriebssteuerung 50 erzeugt würden.
In 33 ist der integrierte Aktuator-Controller 50 des motorisierten Aktuators 22, 122 und seine Verbindung mit den verschiedenen elektronischen Komponenten 50_g, 64, 182 schematisch dargestellt. Der Aktuator-Controller 50 kann einen Prozessor 50_a, 110 (z. B., ein Softwaremodul 500 oder Hardwaremodule 502, die gemäß einer Ausführungsform einen Coprozessor oder Speicher umfassen können) und einen Satz von Anweisungen 559, die in dem physischen Speicher 50_b, 92 zur Ausführung durch den Prozessor 50_a, 110 gespeichert sind, um die Betätigungssignale 50_c zu bestimmen (z. B. Betätigungssignale in Form einer pulsbreitenmodulierten Spannung zum Ein- und Ausschalten des Motors 36 und zur Steuerung seiner Ausgangsdrehrichtung), um den Motor 36 mit Energie zu versorgen und seinen Betrieb in einer gewünschten Weise zu steuern. Der Speicher 50_b, 92 kann ein Direktzugriffsspeicher („RAM“), ein Festwertspeicher („ROM“), ein Flash-Speicher oder ähnliches sein, um den Befehlssatz 559 zu speichern, und kann intern im Prozessor 50_a, 110 oder extern als Speicherchip auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB), auf die weiter unten näher eingegangen wird, oder beides bereitgestellt werden. Im Speicher 50_b, 92 kann auch ein Betriebssystem für die allgemeine Verwaltung der Antriebssteuerung 50 gespeichert sein. Als solche können die elektrischen Komponenten 50_g, 64, 182 mit der/den Leiterplatte(n) als eine Ausführungsform der von in dem Aktuator-Controller 50 bereitgestellten Steuerschaltung betrachtet werden, die zusammenwirken, um mindestens eine Rechenvorrichtung zur Verarbeitung von Daten durch einen Prozessor (z. B. Prozessor 50_a, 110), wie Kommunikationssignale, Befehlssignale 50_e, Sensorsignale 50f, Rückkopplungssignale 50_h und Ausführen von Code oder Anweisungen, die in einem Speicher (z.B. Speicher 50_b, 92) gespeichert sind, und Ausgeben von Steuersignalen für den Motor 36 und zum Verarbeiten anderer Kommunikations-/Steuersignale und Algorithmen und Verfahren in einer Weise, wie hierin anschaulich beschrieben.
Wie in 33 gezeigt, kann der Aktuator-Controller 50 eine Kommunikationsschnittstelle 50_d haben, um beliebige Strom- und/oder Daten-/Befehlssignale zu empfangen, wie z. B. Steuerbefehlssignale 50_e von der/den elektrischen Verbindung(en) 510 (die von dem entfernten/externen Steuersystem 16 ausgegeben werden), und um wiederum den Betrieb des Motors 36 in Reaktion darauf zu steuern. Der Aktuator-Controller 50 kann optional über eine eigene Stromversorgungsschnittstelle 50_j verfügen, die über die elektrische Stromsignalleitung 506 mit der Stromquelle oder Batterie 53 verbunden ist. Ebenso kann die Kommunikationsschnittstelle 50_d so ausgebildet sein, dass sie Strom und/oder Daten-/Befehlssignale, wie z. B. Unterbefehlssignale 50_i, an die elektrische(n) Verbindung(en) 510 liefert (zur Übertragung an externe Systeme 516 von dem mit Strom versorgten Aktuator 22, 122, wenn dieser als Slave-Gerät arbeitet). Die Kommunikationsschnittstelle 50_d kann einen oder mehrere Netzwerkanschlüsse umfassen, die für die Kommunikation mit anderen Datenverarbeitungssystemen (z. B. BCM 52, intelligentes Schloss 83 in Kommunikation) über ein Fahrzeugnetzwerk oder einen Bus geeignet sind, und in der dargestellten Ausführungsform über den/die elektrischen Anschluss/e 510, der/die Teil eines solchen Busses sein kann/können. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 50_d an ein Local Interconnect Network (LIN) oder einen CAN-Bus oder ein ähnliches Netzwerkprotokoll angeschlossen sein, über das von dem Steuersystem 16 über das Fahrzeugnetzwerk ausgegebene Befehlssignale empfangen und/oder übertragen werden können. Als solche kann die Kommunikationsschnittstelle 50_d geeignete Sender und Empfänger enthalten. Auf diese Weise kann der Aktuator-Controller 50 mit anderen Datenverarbeitungssystemen über ein Kommunikationsnetz verbunden sein, zu dem auch die elektrische(n) Verbindung(en) 510 gehören können. Die Kommunikationsschnittstelle 50_d kann auch eine drahtlose Ausführung aufweisen, die in der Lage ist, Kommunikationssignale drahtlos, z. B. unter Verwendung von HF-Frequenzen oder ähnlichem, über eine drahtlose Verbindung 563 zu erfassen und zu übertragen. Die Eingangs-/Ausgangsanordnungen der Kommunikationsschnittstelle 50_d können in eine E/A-Anordnung auf der/den Leiterplatte(n) der Antriebssteuerung 50 zur Integration in das Antriebsgehäuse 141, 184, 188, 206, 408, 422 eingebaut werden. Optional kann sie auch in den Mikroprozessor 50 integriert werden.
Befehlssignale 50_e, die von der Kommunikationsschnittstelle 50_d empfangen werden, können Daten enthalten, die sich auf einen allgemeinen oder hochrangigen Befehl beziehen, um das Verschlusselement 12 in eine bestimmte Position zu öffnen, um das Verschlusselement 12 in dieser Position zu halten, um das Verschlusselement 12 vollständig zu öffnen, um das Verschlusselement 12 vollständig zu schließen, als nur eine Liste von nicht begrenzten Beispielen von Befehlen. Beispielsweise könnte ein allgemeiner Befehl „SCHLIESSEN“, der von der Kommunikationsschnittstelle 50_d empfangen wird, dazu führen, dass das Betätigungssignal 50_c den Motor 36 mit bestimmten Geschwindigkeiten antreibt (z. B. kann der Aktuator-Controller 50 die Schaltfrequenz der FETS 50_g steuern, um die Leistung einzustellen, die dem Motor 36 zugeführt werden darf), und zwar über einen definierten Bewegungspfad von der vollständig geöffneten Position bis zu einem Punkt/einer Position vor der vollständig geschlossenen Position, an dem/der das Betätigungssignal 50_c von dem Aktuator-Controller 50 angepasst wird, um die Betriebsgeschwindigkeit des Motors 36 zu verringern (z. B. kann der Aktuator-Controller 50 die Schaltfrequenz der FETS 50 verringern).z. B. kann der Aktuator-Controller 50 die Schaltfrequenz der FETS 50_g verringern, um die Leistung, die zum Motor 36 geleitet werden darf, anzupassen) und die Bewegung des Verschlusselements 12 an einem vordefinierten Punkt/Position des Verschlusselements 12 zu stoppen (z. B. kann der Aktuator-Controller 50 die FETS 50_g so steuern, dass sie keine Leistung mehr zum Motor 36 leiten). Ein solcher Punkt kann beispielsweise einer Position des Verschlusselements 12 entsprechen, in der die Verriegelung 83 in einen an der Fahrzeugkarosserie 14 vorgesehenen Anschlag (nicht dargestellt) eingreift, wo sie sich in einer mit dem Anschlag ausgerichteten Position befindet, um einen Verriegelungsvorgang durchzuführen, um dadurch das Verschlusselement 12 ohne Betätigung des Motors 36 in die vollständig geschlossene Position zu überführen, wobei der Verriegelungsvorgang den Übergang der Verriegelung 83 von einer sekundär verriegelten Position in eine primär verriegelte Position beinhaltet, wie dies allgemein in der Technik bekannt ist. Infolgedessen wird der an dem Verschlusselement 12 vorgesehene Schließer durch die Bewegung des Verschlusselements 12 in eine Position bewegt, in der der Schließer in die sekundäre Position der Verriegelung 83 eingreift, um den Schließer zu erfassen und in verriegeltem Eingriff mit der Verriegelung 83 zu halten. In einer solchen Position kann der Motor 36 deaktiviert werden, um den Schließvorgang der Verriegelung 83 nicht zu beeinträchtigen. Sensoren, die in der Verriegelung 83 oder in einem anderen entfernten System 516 vorgesehen sind und direkt oder indirekt mit der Antriebssteuerung 50 kommunizieren (z. B. über elektrische Verbindung(en) 510), können den Aktuator-Controller 50 dabei unterstützen, das zum Anhalten des Motors 36 in dieser Position erforderliche Betätigungssignal 50_c lokal zu bestimmen. Bei solchen Sensoren kann es sich beispielsweise um einen Beschleunigungssensor (z. B. Beschleunigungssensor 697, siehe unten) handeln, der Sensorsignale erzeugen kann, die über die elektrischen Verbindungen 510 an in den Aktuator-Controller 50 übermittelt werden. Es wird anerkannt, dass auch andere Befehlssignale ausgegeben werden können, z. B. um das Verschlusselement 12 von der vollständig geöffneten in eine sekundäre Verriegelungsposition zu bewegen, wenn die Fahrzeug-Verriegelung 83 in die sekundäre Verriegelungsposition bewegt wird, um die Verriegelung 83 von der sekundären Position in die primäre Verriegelungsposition zu bringen, und für andere Bewegungsvorgänge des Verschlusselements. Der Prozessor 50_a, 110 kann daher so programmiert werden, dass er Befehle in Abhängigkeit von den Befehlssignalen 50_e ausführt, die von der Kommunikationsschnittstelle 50_d als Local-Interconnect-Network-Protokollsignale gesendet und empfangen werden, wie z. B., aber nicht beschränkt auf Befehle zum Betreiben des angetriebenen Aktuators 22, 122 in einem Betriebsmodus, der Folgendes umfasst: einen Positionsanforderungsmodus für Bewegung, einen Push-to-Close-Befehlsmodus, einen Push-to-Open-Befehlsmodus, einen Modus für zeitlich erkannte Hindernisse, einen Modus für zonenerkannte Hindernisse, einen Modus für die Erkennung einer vollständig geöffneten Position, einen Lernmodus und/oder einen Modus für eine einstellbare Stoppposition.
Unter Bezugnahme auf 33 ist der Aktuator-Controller 50 so ausgebildet, dass er die an der Kommunikationsschnittstelle 50_d von dem externen oder entfernten System 516 empfangenen Befehlssignale 50_e interpretiert und als Reaktion darauf den Motortreiber 518 einschließlich der FETS 50_g entsprechend aktiviert, beispielsweise auf der Grundlage einer gespeicherten Bewegungssequenz oder eines gespeicherten Profils, das in dem Speicher 50_b, 92 abgelegt ist und auf der Grundlage der empfangenen Befehlssignale 50_e zumindest teilweise referenziert (z. B. im Speicher 50_b, 92 nachgeschlagen) wird. Solche vordefinierten gespeicherten Bewegungsabläufe des Verschlusselements 12 können in dem Speicher 50_b, 92 aufgezeichnet werden. Bei den empfangenen Befehlssignalen 50_e kann es sich beispielsweise um eine digitale Nachricht handeln, die gemäß einem Kommunikationsprotokoll (z. B. einem auf seriellen binären Nachrichten basierenden Protokoll) kodiert ist, wobei der Aktuator-Controller 50 in der Lage ist, die digitale Nachricht zu dekodieren, um den Befehl zu extrahieren (z. B. den von der Kommunikationsschnittstelle 50_d als serielle Bits (Spannungspegel) empfangenen Datenstrom in Daten umwandelt, die der Aktuator-Controller 50 verarbeiten kann). Als Reaktion darauf kann der Aktuator-Controller 50 FET-Steuersignale ausgeben, um den Betrieb der FETs 50_g zu steuern (z. B. die FET-Gates zu steuern), um den Motor 36 mit Strom und/oder Spannung zu versorgen.
Der Aktuator-Controller 50 kann durch die Ausführung von Anweisungen 559 weiter programmiert werden, um den Motor 36 auf der Grundlage verschiedener gewünschter Betriebseigenschaften des Verschlusselements 12 zu betreiben. Beispielsweise kann der Aktuator-Controller 50 so programmiert werden, dass er das Verschlusselement 12 automatisch öffnet oder schließt (d. h. bei Vorhandensein eines drahtlosen Transponders (z. B. eines drahtlosen Schlüssel-FOB 60), der sich in Reichweite der Kommunikationsschnittstelle 50_d befindet), wenn ein Benutzer außerhalb des Fahrzeugs 10 einen Befehl zum Öffnen oder Schließen des Verschlusselements 12 erteilt. Außerdem kann der Aktuator-Controller 50 so programmiert werden, dass er Rückmeldesignale 50f von den elektronischen Sensoren 64, 182 verarbeitet, die dem Aktuator-Controller 50 zugeführt werden, um zu erkennen, ob sich das Verschlusselement 12 in einer geöffneten oder geschlossenen Position oder in einer Position dazwischen befindet. Darüber hinaus kann das Verschlusselement 12 automatisch so gesteuert werden, dass es sich nach einer vordefinierten Zeit (z. B. 5 Minuten) schließt oder für eine vordefinierte Zeit (z. B. 30 Minuten) offen bleibt, basierend auf den im physischen Speicher 50_b gespeicherten Anweisungen 559. Beispielsweise kann der generische Befehl auf hoher Ebene (z. B. 50_e) einen Befehl mit der Bezeichnung „Open Profile A“ (Profil A öffnen) enthalten, der von dem Aktuator-Controller 50 dekodiert werden kann, um den Betrieb des angetriebenen Aktuators 22, 122 auszuführen, um das Verschlusselement 12 in Übereinstimmung mit einer Abfolge von Vorgängen zu bewegen, wie sie im Speicher 50_b, 92 gespeichert sind, einschließlich dreier Aspekte wie das Bewegen des Verschlusselements 12 in die vollständig geöffnete Position, ein Offenhalten für eine Zeitspanne (z. B., 3 Minuten), nachdem das Verschlusselement 12 die vollständig geöffnete Position erreicht hat, und einen vollständigen Schließvorgang nach einer zweiten Zeitspanne (z. B. 5 Minuten), nachdem das Verschlusselement 12 die vollständig geöffnete Position erreicht hat. Beispielsweise kann der übergeordnete generische Befehl (z. B. 50_e) einen Befehl mit der Bezeichnung „Open Profile B“ enthalten, der von der Antriebssteuerung 50 dekodiert werden kann, um ähnliche Vorgänge wie „Open Profile A“ auszuführen, mit der Ausnahme, dass der vollständige Schließvorgang durch eine erwartete manuelle Benutzerbewegung des Verschlusselements 12 ersetzt wird, wie sie von den Sensoren 64, 182 erfasst würde. Darüber hinaus kann der Prozessor 50_a, 110 so programmiert werden, dass er die Befehle ausführt, die die Funktionalität des Verschlusselements 12 lokal in Bezug auf den empfangenen Profilbefehl ergänzen und verbessern, z. B. die Ausführung eines Unterprofil-Betriebsmodus, basierend auf empfangenen Signalen 50f vom Elektromotor 36, die für einen Betrieb des Elektromotors 36 repräsentativ sind, der aus Vorgängen wie z. B., aber nicht beschränkt auf einem Elektromotor-Drehzahl-Anstiegs- und -Abfall-Betriebsprofil, einem Hinderniserkennungsmodus zum Erkennen von Hindernissen des schwenkbaren Verschlusselements zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position, einem Modus zum Erkennen eines herabfallenden schwenkbaren Verschlusselements, einem Stromerkennungs-Hindernismodus, einem Modus für eine vollständig geöffnete Position, einem Modus zum Erlernen der abgeschlossenen Position, einem Motorbewegungsmodus und/oder einem Modus für eine schnelle Motorbewegung ohne Energieversorgung.
Als weiteres anschauliches Beispiel für den lokal gesteuerten Betrieb des angetriebenen Aktuators 22, 122 wird eine manuelle Übersteuerungsfunktion beschrieben. Wie oben beschrieben, können ein oder mehrere Hall-Effekt-Sensoren 64, 182 vorgesehen und innerhalb des Sensorgehäuses 184 positioniert werden, wie beispielsweise in 12B dargestellt und unten ausführlicher beschrieben, sind die Hall-Effekt-Sensoren 64, 182 auf der Leiterplatte in der Nähe der angetriebenen Welle 166 positioniert, um ein Signal zu senden, wie beispielsweise ein analoges, zeitlich veränderliches Spannungssignal in Abhängigkeit von der Änderung des Magnetfelds, das von den Hall-Effekt-Sensoren 64, 182 erfasst wird, das für den Betrieb (z. B., (z. B. Drehung(en) der angetriebenen Welle 166) des Elektromotors 36 an den Aktuator-Controller 50 zu senden, der die Drehbewegung des Motors 36 und die Drehgeschwindigkeit des Motors 36 anzeigen, z. B. auf der Grundlage von Zählsignalen von den Halleffektsensoren 64, 182 , die ein Ziel (z. B. das Magnetrad 180) auf der angetriebenen Welle 166 erfassen. In Situationen, in denen die erfasste Drehzahl des Motors 36 größer ist als eine vorab gespeicherte erwartete Schwellendrehzahl, die z. B. im Speicher 50_b, 92 gespeichert ist, und in denen ein Stromsensor (in dem Fall, in dem Welligkeitszählung verwendet wird, um den Betrieb des Motors 36 zu bestimmen, z. B. um die Position des Motors 36 zu bestimmen) eine signifikante Änderung in einer Stromaufnahme registriert, kann der Aktuator-Controller 50 feststellen, dass ein Benutzer das Verschlusselement 12 manuell bewegt, während der Motor 36 auch in Betrieb ist, um die Leitspindel 134 zu drehen, wodurch das Verschlusselement 12 zwischen seiner geöffneten und geschlossenen Position bewegt wird. Der Aktuator-Controller 50 kann dann als Reaktion auf eine solche Feststellung die entsprechenden Betätigungssignale 50_c senden (z. B. durch Unterbrechung des Stromflusses zum Motor 36), was zum Anhalten des Motors 36 führt, um eine manuelle Übersteuerung/Steuerung des Verschlusselements 12 durch den Benutzer 75 zu ermöglichen. Umgekehrt und als Beispiel für eine Objekt- oder Hinderniserkennungsfunktion, wenn sich der Aktuator-Controller 50 in einem Strom-auf- oder Strom-zu-Modus befindet und die Hall-Effekt-Sensoren 64, 182 anzeigen, dass eine Drehzahl des Motors 36 unter einer Schwellendrehzahl (z. B, Null) liegt und eine Stromspitze erkannt wird (wenn die Welligkeitszählung verwendet wird, um den Betrieb des Motors 36 zu bestimmen), kann der Aktuator-Controller 50 feststellen, dass sich ein Hindernis oder ein Gegenstand im Weg des Verschlusselements 12 befindet. In diesem Fall kann der Aktuator-Controller 50 jede geeignete Maßnahme ergreifen, wie z. B. das Senden eines Betätigungssignals 50_c zum Ausschalten des Motors 36 oder das Senden eines Betätigungssignals 50_c zum Umkehren des Motors 36. Der Aktuator-Controller 50 empfängt Rückmeldungen von den Hall-Effekt-Sensoren 64, 182 oder von einem Stromsensor (nicht dargestellt) und trifft lokal Steuerungsentscheidungen für den angetriebenen Aktuator 22, 122, um sicherzustellen, dass es während der Bewegung des Verschlusselements 12 von der geschlossenen Position in die geöffnete Position oder umgekehrt nicht zu einem Kontakt oder Aufprall mit dem Hindernis und dem Verschlusselement 12 gekommen ist. Eine Einklemmschutzfunktion kann auch in ähnlicher Weise wie die Hinderniserkennungsfunktion ausgeführt werden, um insbesondere zu erkennen, dass sich ein Hindernis wie ein Glied oder ein Finger zwischen dem Verschlusselement 12 und der Fahrzeugkarosserie 14 um die fast vollständig geschlossene Position herum befindet, während das Verschlusselement 12 in die vollständig geschlossene Position übergeht.
In 34 ist eine beispielhafte Aktuatoranordnung 622 für ein Verschlusselement (z. B. den Verschluss 12) des Fahrzeugs 10 dargestellt. Die Aktuatoranordnung 622 umfasst das Aktuatorgehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422 einschließlich des Sensorgehäuses 684 (z. B. aus Metall). Das Sensorgehäuse 684 ähnelt dem Sensorgehäuse 184 in 12B, ist jedoch größer. Darüber hinaus umfasst die Aktuatoranordnung den Elektromotor 36, der im Aktuatorgehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422 angeordnet ist. Der Elektromotor 36 ist so ausgebildet, dass er die angetriebene Welle 166 dreht, die betriebsmäßig mit dem ausfahrbaren Element 134 gekoppelt ist, das auch mit der Karosserie 14 oder dem Verschlusselement 12 gekoppelt ist, um das Verschlusselement 12 zu öffnen oder zu schließen. Die Aktuatoranordnung 622 umfasst auch den Aktuator-Controller 50, der im Sensorgehäuse 684 des Aktuatorgehäuses 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 angeordnet ist. Der Aktuator-Controller 50 ist mit dem Elektromotor 36 gekoppelt. Der Aktuator-Controller 50 ist mit einem Beschleunigungsmesser 697 gekoppelt, der so ausgebildet ist, dass er die Bewegung des Verschlusselements 12 erfasst. Die Signale des Beschleunigungsmessers 697 werden verwendet, um die Absicht des Benutzers zu bestimmen, indem die Beschleunigungen des Verschlusselements 12 erfasst werden. Wenn der Benutzer stark drückt, ist die Beschleunigung hoch. Wenn die Person die Tür sanft drückt, ist die Beschleunigung des Verschlusselements 12 gering. Der Aktuator-Controller 50 ist so ausgebildet, dass er die Bewegung des Verschlusselements 12 mithilfe des Beschleunigungsmessers 697 erfasst. Der Aktuator-Controller 50 ist außerdem so ausgebildet, dass er das Öffnen oder Schließen des Verschlusselements 12 auf der Grundlage der Bewegung des Verschlusselements 12 mit Hilfe des Elektromotors 36 (d. h. auf der Grundlage der Benutzerabsicht) steuert. Nach der Erfassung der Bewegung durch den Beschleunigungsmesser 697 kann dann eine Hinderniserkennung durchgeführt werden.
Die Aktuatoranordnung 622 kann Teil eines ersten Beispiels eines Servo-Betätigungssystems 620 sein, das in 35 dargestellt ist. In dem ersten Beispiel eines Servo-Betätigungssystems 620 ist der Beschleunigungsmesser 697 Teil der Aktuatoranordnung 622 selbst. Insbesondere ist der Beschleunigungssensor 697 im Sensorgehäuse 684 des Aktuatorgehäuses 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 angeordnet. Im ersten Beispiel des Servo-Betätigungssystems 620 hat die Aktuatoranordnung 622 also den Aktuator-Controller 50, der Anweisungen oder Software ausführt, um sich selbst zu steuern.
Ein zweites Beispiel für ein Servo-Aktuatorsystem 720 ist in 36 dargestellt. Wie bei dem in 35 gezeigten ersten Beispiel für ein Servo-Aktuatorsystem 620 umfasst die Aktuatoranordnung 622 das Aktuatorgehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684, und die Aktuatoranordnung 622 umfasst einen Elektromotor 36, der in dem Aktuatorgehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 angeordnet und so ausgebildet ist, dass er eine angetriebene Welle 166 dreht, die betriebsmäßig mit einem ausfahrbaren Element 134 gekoppelt ist, das entweder mit einem Körper 14 oder dem Verschlusselement 12 zum Öffnen oder Schließen des Verschlusselements 12 gekoppelt ist. Anstelle des Beschleunigungsmessers 697, der in dem Aktuatorgehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 angeordnet ist, ist der Beschleunigungsmesser 697 jedoch entfernt von der Aktuatoranordnung 622 angeordnet, während er immer noch so ausgebildet ist, dass er die Bewegung des Verschlusselements 12 erfasst.
Mindestens ein Servo-Controller 50, 850, 1050 ist mit dem Elektromotor 36 und dem Beschleunigungsmesser 697 gekoppelt. Der mindestens eine Servo-Controller 50, 850, 1050 ist so ausgebildet, dass er die Bewegung des Verschlusselements 12 mithilfe des Beschleunigungsmessers 697 erfasst. Der mindestens eine Servo-Controller 50, 850, 1050 steuert das Öffnen oder Schließen des Verschlusselements 12 auf der Grundlage der Bewegung des Verschlusselements 12 unter Verwendung des Elektromotors 36. Gemäß einem Aspekt und wie in 36 gezeigt, umfasst der mindestens eine Servo-Controller 50, 850, 1050 den Aktuator-Controller 50 der Aktuatoranordnung 622, die in dem Aktuatorgehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 angeordnet ist. Der Beschleunigungsmesser 697 ist in einer Türknotenbaugruppe 652 angeordnet, die entfernt von der Aktuatoranordnung 622 am Verschlusselement 12 angeordnet ist.
Gemäß einem Aspekt und immer noch unter Bezugnahme auf 36 ist der Beschleunigungsmesser 697 an dem Verschlusselement 12 um einen Schwerpunkt 703 des Verschlusselements 12 befestigt. Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Verschlusselement 12 eine Gesamtlänge 704 aufweisen, die von einem ersten Verschlusselementende 705 entlang einer Längsrichtung x zu einem zweiten Verschlusselementende 706 definiert ist. Die Gesamtlänge 704 des Verschlusselements vom ersten Verschlusselementende 705 bis zum zweiten Verschlusselementende 706 kann eine vordere Verschlusselementlänge 704a, die ein Drittel der Gesamtlänge 704 des Verschlusselements beträgt, eine mittlere Verschlusselementlänge 704b, die ein Drittel der Gesamtlänge 704 des Verschlusselements beträgt, und eine hintere Verschlusselementlänge 704c, die ein Drittel der Gesamtlänge 704 des Verschlusselements beträgt, umfassen. Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Beschleunigungssensor 697 an dem Verschlusselement 12 innerhalb der mittleren Verschlusselementlänge 704b des Verschlusselements 12 angebracht.
Ein drittes Beispiel für ein Servo-Aktuatorsystem 820 ist in 37 dargestellt. Wie das zweite Beispiel für ein Servo-Aktuatorsystem 720 in 36 gezeigten zweiten Beispiels-Servo-Aktuatorsystem 720 steuert die mindestens eine Servosteuerung 50, 850, 1050 des dritten Beispiels-Servo-Aktuatorsystems 820 das Öffnen oder Schließen des Verschlusselements 12 auf der Grundlage der Bewegung des Verschlusselements 12 unter Verwendung des Elektromotors 36, anstelle der mindestens einen Servosteuerung 50, 850, 1050, die nur den Aktuator-Controller 50 enthält, umfasst die mindestens eine Servosteuerung 50, 850, 1050 jedoch eine Türknotensteuerung 850 der Türknotenbaugruppe 652, die entfernt von der Aktuatoranordnung 622 an dem Verschlusselement 12 angeordnet ist. Mit anderen Worten, der Türknoten-Controller 850 ist ein Beispiel für das entfernte System 516 von 33. Der Türknoten-Controller 850 ist so ausgebildet, dass er dem Aktuator-Controller 50 befiehlt, das Öffnen oder Schließen des Verschlusselements 12 auf der Grundlage der Bewegung des Verschlusselements 12 unter Verwendung des Elektromotors 36 zu steuern. Wie dargestellt, ist der Beschleunigungsmesser 697 in der Türknotenbaugruppe 652 angeordnet.
Ein viertes Beispiel für ein Servo-Aktuatorsystem 920 ist in 38 dargestellt. Auch hier ist der Türknoten-Controller 850 so ausgebildet, dass er dem Aktuator-Controller 50 befiehlt, das Öffnen oder Schließen des Verschlusselements 12 basierend auf der Bewegung des Verschlusselements 12 unter Verwendung des Elektromotors 36 zu steuern. Im vierten Beispiel eines Servo-Aktuatorsystems 920 ist der Beschleunigungssensor 697 in der Verriegelungsanordnung 83 angeordnet, die so ausgebildet ist, dass sie das Verschlusselement 12 selektiv an einer Fahrzeugkarosserie 14 des Fahrzeugs 10 sichert. Die Verriegelungsanordnung 83 ist von der Aktuatoranordnung 622 entfernt angeordnet.
Ein fünftes Beispiel für ein Servo-Aktuatorsystem 1020 ist in 39 dargestellt. Wie oben beschrieben, umfasst die Aktuatoranordnung 622 ein Aktuatorgehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 und einen darin angeordneten Elektromotor 36, der so ausgebildet ist, dass er eine angetriebene Welle 166 dreht, die funktionell mit dem ausfahrbaren Element 134 verbunden ist. Die Aktuatoranordnung 622 umfasst auch den Aktuator-Controller 50, der im Aktuatorgehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 angeordnet und mit dem Elektromotor 36 gekoppelt ist. Ein Beschleunigungsmesser 697 ist entfernt von der Aktuatoranordnung 622 angeordnet und so ausgebildet, dass er die Bewegung des Verschlusselements 12 erfasst. Wie das in 38 gezeigte vierte Beispiel-Servo-Aktuatorsystem 920 umfasst auch das fünfte Beispiel-Servo-Aktuatorsystem 1020 die Verriegelungsanordnung 83, die entfernt von der Aktuatoranordnung 622 angeordnet und so ausgebildet ist, dass sie das Verschlusselement 12 selektiv an einer Fahrzeugkarosserie 14 des Fahrzeugs 10 sichert. Darüber hinaus umfasst die Verriegelungsanordnung 83 eine Verriegelungssteuerung 1050, die mit dem Beschleunigungsmesser 697 und den Aktuator-Controller 50 kommuniziert. Die Verriegelungssteuerung 1050 ist so ausgebildet, dass sie die Bewegung des Verschlusselements 12 mit Hilfe des Beschleunigungsmessers 697 erfasst. Die Verriegelungssteuerung 1050 ist zusätzlich so ausgebildet, dass sie dem Aktuator-Controller 50 befiehlt, das Öffnen oder Schließen des Verschlusselements 12 auf der Grundlage der Bewegung des Verschlusselements 12 unter Verwendung des Elektromotors 36 zu steuern. Wie in 39 gezeigt, ist der Beschleunigungsmesser 697 in der Türknotenbaugruppe 652 angeordnet, die von der Aktuatoranordnung 622 und der Verriegelungsanordnung 83 am Verschlusselement 12 entfernt ist.
Ein sechstes Beispiel für ein Servo-Aktuatorsystem 1120 ist in 40 dargestellt. Wie das fünfte Beispiel-Servo-Aktuatorsystem 1020 in 39 gezeigt ist, umfasst das sechste Beispiel-Servo-Aktuatorsystem 1120 die Verriegelungsanordnung 83, die entfernt von der Aktuatoranordnung 622 angeordnet und so ausgebildet ist, dass sie das Verschlusselement 12 selektiv an einer Fahrzeugkarosserie 14 des Fahrzeugs 10 sichert. Anstelle des Beschleunigungsmessers 697, der in der Türknotenbaugruppe 652 angeordnet ist, ist der Beschleunigungsmesser 697 jedoch in der Verriegelungsanordnung 83 angeordnet.
Die 41-43, 44A und 44B zeigen ein Beispiel für das Sensorgehäuse 184, 684 auf einer Sensorleiterplatte 1200 und die Anordnung der Halleffektsensoren 182 darauf. Insbesondere zeigt 41 den verfügbaren Platz für die Sensorplatine 1200, um zu wachsen (z. B. um den Aktuator-Controller 50 und/oder den Beschleunigungsmesser 697 unterzubringen). Die Sensorplatine 1200 mit den Halleffektsensoren 182, dem Aktuator-Controller 50 und optional dem Beschleunigungsmesser 697 wird also eine rechteckige Platine sein, die den Halleffektsensor 182 in der Nähe der Magneten platziert. Der Halleffektsensor 182 wirkt mit der Welle 166 zusammen, indem er so positioniert wird, dass der Wellenmagnet über dem Halleffektsensor 182 rotiert. Eine Anzahl von Motorklemmen 1202 ist ebenfalls dargestellt, und gemäß einem Aspekt kann die Anzahl von Motorklemmen 1202 für die linke und rechte Seite im Bereich 1203 symmetrisch sein. 42 zeigt vier Befestigungsmerkmale 1204, die dazu dienen, den Motor 36 im Getriebe (z. B. Getriebe 141) zu positionieren, damit die Sensorplatine 1200 freigelegt werden kann. 43 zeigt einen Umfang 1206 der Sensorleiterplatte 1200 und wie sie bei Bedarf wachsen kann (z. B. wie durch den Pfeil 1207 gezeigt). 44A und 44B zeigen die Anordnung der Hall-Effekt-Sensoren 182 (z. B. axial magnetisiert, wie in 44B dargestellt).
In 45 ist eine Ausführung des Controllers 50 dargestellt, der so ausgebildet ist, dass er den Motor 36 unter Verwendung eines stromrückgekoppelten Motorsteuerungssystems 301 steuert, um den Motor 36 mit einem Antriebsstrom I zu versorgen. Der Controller 50 kann auch eine haptische Steuereinheit 302 enthalten, die für die Implementierung eines haptischen Steueralgorithmus ausgebildet ist, der für die Bestimmung eines Wertes eines Zieldrehmoments _Ttarget ausgebildet ist, das der Motor 36, wie er durch das Stromrückkopplungs-Motorsteuersystem 301 gesteuert wird, auf die Tür 12 ausübt (z. B. ein Kraftausgleich, der durch den Motor 36 auf die Tür 12 ausgeübt wird). Das Zieldrehmoment _Ttarget ist ein Beispiel für eine Zielkraft, die der haptische Steueralgorithmus bestimmen kann, wenn der Bezugsrahmen für die Türbewegungssteuerung die Drehachse der Tür ist, wie in 70 des '521-Patents gezeigt. Andere Bezugsrahmen für die Bestimmung eines Kraft- oder Drehmomentwerts, auf den sich die Steuerung des Aktuators 122 zur Unterstützung der Türbewegung stützt, sind möglich. Zu den Arten von Verschlusselementen, die durch den Aktuator 122 bewegt werden, können auch Kofferraumverkleidungen, Heckklappen, Schiebetüren und scharnierbasierte Türen (z. B. Viergelenkscharniere) gehören, wobei dies keine einschränkenden Beispiele sind. Der haptische Steueralgorithmus 302 kann beispielsweise als Modul oder Einheit des Motorsteuerungssystems 50 implementiert werden, das so ausgebildet ist, dass es einen Kompensationswert oder -faktor, wie einen Drehmomentwert, einen Stromwert oder einen Kraftwert als nicht einschränkende Beispiele, bereitstellt oder berechnet, um externe Einflüsse, die auf die Bewegung der Tür 12 einwirken, entweder teilweise, im Wesentlichen oder vollständig zu kompensieren oder zu negieren. Der haptische Steueralgorithmus kann z. B. als Modul oder Einheit eines anderen Fahrzeugsystems implementiert werden, wie z. B. ein Body Control Module oder „BCM“. Der haptische Steueralgorithmus 302 kann in andere Fahrzeugsysteme oder -produkte integriert werden, wie z. B. in einen Türsteuerungsknoten für eine Seitentür oder eine Heckklappe, eine Verriegelungsanordnung oder einen Teil eines eigenständigen Türbetätigungssteuermoduls, um nur einige Beispiele zu nennen. Die haptische Steuereinheit 302 kann aus Hardware und/oder Software zur Ausführung eines Steueralgorithmus bestehen, beispielsweise eines Überlagerungsalgorithmus, der das Ergebnis einer Summierung mehrerer Kraftblöcke ausgibt, von denen jeder einen Zielwert für ein kompensierendes Drehmoment ausgibt, der dem Stromregelsystem 301 zugeführt wird. Ein solcher berechneter Drehmomentwert soll die tatsächliche Drehmomentkraft sein, die durch den Kraftantrieb 122 auf die Tür ausgeübt wird, mit der die Türbewegung gesteuert wird. Ein Beispiel für einen haptischen Steueralgorithmus ist in der US-Patentanmeldung Nr. 20220243521 mit dem Titel „A power closure member actuation system“ (im Folgenden als das '521-Patent bezeichnet) dargestellt. Andere Arten von Steuerungsalgorithmen können mit den hier beschriebenen Steuerungssystemen implementiert werden. Beispielsweise kann die haptische Steuerung 302 so ausgelegt sein, dass sie einen haptischen Steuerungsalgorithmus ausführt, der eine Summierung mehrerer Drehmomentwerte aus mehreren Drehmomentberechnungen durch einen Summierer umfasst, der die Zielkraft als Zieldrehmoment an das Stromregelsystem 301 ausgibt, wobei das Stromregelsystem 301 so ausgelegt ist, dass es das Zieldrehmoment in einen Zielstrom umwandelt, der von dem Stromregelsystem zur Erzeugung des Antriebsstroms I verwendet wird. Der von der haptischen Steuereinheit 302 erzeugte Wert des zugeführten Drehmoments kann einer Treibereinheit 304 zur Umwandlung in einen Zielstromwert in einer Weise zugeführt werden, die im Folgenden näher beschrieben wird.
Der haptische Steueralgorithmus 302 kann als Code implementiert werden, der in einem Speichermodul zur Ausführung durch eine Mikroprozessorvorrichtung gespeichert ist. In einer möglichen Ausführung kann der haptische Steueralgorithmus beispielsweise als ausführbare Anweisungen implementiert werden, die in einem Speichermodul gespeichert sind, das Teil eines verteilten Speichersystems ist, das bei Ausführung durch eine Verarbeitungsvorrichtung das Soll-Drehmoment T_target. Berechnet oder bestimmt. Beispielsweise könnte das Speichermodul ein RAM oder ein ROM und die Verarbeitungsvorrichtung ein Mikroprozessor sein, der als Teil einer speziellen Steuereinheit auf einer ersten Leiterplatte integriert sein kann, die beispielsweise an einer Stelle der Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist, oder als Teil eines anderen Controllers, wie z. B. eines Türknoten-Controllers oder eines Body Control Module („BCM“) oder eines zentralen Türsteuerungssystem-Controllers oder eines dezentralen Türsteuerungssystem-Controllers, implementiert werden kann, um vorhandene Hardware und Speichervorrichtungen, die auch zur Ausführung anderer Steuerfunktionen ausgebildet sind, gemeinsam zu nutzen.
In Bezug auf 45 wird die Ausgabe des haptischen Steueralgorithmus 302 an eine Treibereinheit 304 geliefert. Es kann eine Treibereinheit 304 vorgesehen werden, die so ausgebildet ist, dass sie den vom haptischen Steueralgorithmus 302 ausgegebenen Drehmomentwert in einen Wert eines Zielstroms T_target umwandelt (z. B. unter Verwendung einer proportionalen Umwandlung), der in das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301 eingegeben wird. Die Steuerung des Motors 36 unter Verwendung eines Stromsteuerungsansatzes, wie er weiter unten näher beschrieben wird, sorgt dafür, dass die Auswahl eines Zielkraftwerts oder eines Zieldrehmoments durch den haptischen Rechner in eine tatsächliche Kraft- oder Drehmomentanwendung auf die Fahrzeugtür ohne Abweichungen von dem berechneten Kraft-/Drehmomentwert umgewandelt wird. Ein Beispiel für den haptischen Steueralgorithmus 302 ist in WO2021081664A1 mit dem Titel „Powered door unit optimized for servo control“ beschrieben. In einer möglichen Ausführung kann das Steuerungssystem 301 als integrale Einheit zusammen mit der Treibereinheit 304 bereitgestellt werden, die zusammen mit der Treibereinheit 304 eine Motorsteuerung 308 bildet. Beispielsweise können Anweisungen und Hardware, die mit dem stromrückgekoppelten Motorsystem 301 und der Treibereinheit 304 verbunden sind, auf einer zweiten Leiterplatte untergebracht werden, die beispielsweise an einer Stelle der Fahrzeugtür vorgesehen ist, wie etwa als Teil einer Verriegelungsanordnung, eines Türknotens oder als integraler Bestandteil des Aktuators 122, um nur einige Beispiele zu nennen.
Das Motorsteuerungssystem 301 mit geschlossenem Regelkreis und Stromrückkopplung, der haptische Steuerungsalgorithmus 302, die Treibereinheit 304 und der Motor 36 können also als Teil eines Motorsteuerungssystems 300 zur Steuerung der Bewegung einer Tür 12 zusammenarbeiten. Im Einzelnen kann das System 300 den Motor 36 zum Bewegen der Tür 12 umfassen. Das System 300 kann auch das Stromregelungssystem 301 umfassen, das den Antriebsstrom I steuert, der dem Motor 36 zugeführt wird, um den Motor 36 so zu steuern, dass er ein Drehmoment T auf die Tür 12 ausübt. Das System 300 umfasst auch den haptischen Steueralgorithmus 302, der für die Berechnung eines Zieldrehmoments T_target ausgebildet ist, das dem Stromregelsystem 301 zugeführt werden soll. Das Stromregelsystem 301 steuert den Antriebsstrom I auf der Grundlage des Zieldrehmoments _T T_target. Durch die Verwendung des Stromregelungssystems 301 werden also schnelle Reaktionszeiten und ein genaues Drehmomentverhalten beim Antrieb der Bewegung der Tür 12 erreicht. Das gewünschte Drehmoment, das der Motor 36 auf die Tür 12 ausüben soll, wird durch das Rückkopplungssystem 301 erreicht, so dass der Soll-Drehmoment-Eingang T_target in den Soll-Stromwert I_target und dann in den Antriebsstrom I zur Steuerung des Motors 36 umgewandelt wird.
Die Steuerung des Motors 36 mit Hilfe eines Motorsteuerungssystems mit geschlossenem Regelkreis und Stromrückführung 301, das einen auf der Grundlage von Drehmomentwerten berechneten Steuerbefehl erhält, verbessert die Leistung der Türsteuerung durch den Motor 36. Da der Antriebsstrom I, der dem Motor 36 zugeführt wird, über das Rückkopplungssystem 301 mit geschlossenem Regelkreis gesteuert wird, und da der Antriebsstrom I proportional zum Motordrehmoment T ist (oder alternativ von einem Referenzpunkt eines Benutzers aus betrachtet wird, der eine Drehmomentvorgabe an den Motor 36 verursacht, indem der Benutzer die Tür 12 bewegt, wodurch der Motor 36 als Drehmomentvorgabegenerator wirkt, um den Antriebsstrom I proportional zu verändern), führt die Steuerung des Antriebsstroms I auf der Grundlage der Zieldrehmomenteingabe T_target zu einer genauen Umwandlung des Zielkompensationsdrehmoments T, das vom Motor 36 durch Steuerung des Antriebsstroms I auf die Tür 12 ausgeübt wird.
In 46 ist ein Blockdiagramm dargestellt, das verschiedene Sensoren zeigt, die den verschiedenen Steuerblöcken des Motorsteuerungssystems 50 zugeordnet sind. Das System 300 umfasst auch einen Stromsensor 306 zur Erfassung eines erfassten Stroms I_sensed, der im Motor 36 fließt. Der haptische Steueralgorithmus 302 ist ferner so ausgebildet, dass er den erfassten Strom I_sensed über eine in 46 gezeigte Signalleitung 299 empfängt und den erfassten Strom I_sensed zur Berechnung des Zieldrehmoments T_{target t} verwendet. Somit sind der Stromsensor 306, der dem haptischen Steueralgorithmus genaue Drehmomentwerte liefert, und ein Beschleunigungsmesser 697 (sowie die Türpositionssensoren 144, 182, die oben und weiter unten ausführlicher behandelt werden) für den Betrieb des stromrückgekoppelten Motorsteuerungssystems 301 vorgesehen.
Insbesondere kann der Beschleunigungsmesser 697 eine empfindlichere Erfassung der Türbewegung ermöglichen, während die Türpositionssensoren 144, 182 vorgesehen werden können, um dem System 50 eine zuverlässige Erfassung der Türposition und -bewegung zu bieten. Mit anderen Worten, die Beschleunigungsempfindlichkeit des Beschleunigungsmessers 697 ist größer als die Positionsempfindlichkeit eines Türpositionssensors 144, 182, so dass der Beschleunigungsmesser 697 eine Bewegung erfasst, die vom Türpositionssensor 144, 182 nicht erfasst werden kann. Daher können verschiedene Sensoren 144, 182, 697 genaue, zuverlässige und empfindliche Daten für die Rückmeldung der Türbewegung im Steuerungssystem 300 liefern.
Die kraftbasierte Steuerung des Motors 36 wird also durch die Verwendung des Stromsensors 306 (z. B. eine Shunt-Widerstands-Ausführung, die ein rauscharmes Stromsignal I liefert) verbessert, der den Strom vom Motor 36 durch den Rückkopplungszweig des stromrückgekoppelten Motorsteuerungssystems 301 erfasst. Die direkte Messung des Stroms, der durch den Motor 36 fließt, wie er durch das Drücken des Benutzers auf die Tür 12 modifiziert wird, um den Motor 36 zu veranlassen, als Generator zu fungieren, liefert einen ableitbaren Drehmomentwert zur Verwendung durch den haptischen Steueralgorithmus 302. Durch die direkte Überwachung des Antriebsstroms I kann dem haptischen Steueralgorithmus 302 ein genaues Eingangsdrehmoment (über die Proportionalität zum erfassten Strom I_sensed) eingegeben werden, das der Benutzer auf die Tür 12 ausübt. Im Vergleich zu anderen Sensortypen, wie z. B. Türpositionssensoren oder Beschleunigungssensoren 697, können solche Sensoren die auf die Tür 12 ausgeübte Kraft nicht erfassen und würden eine Übertragungsfunktion benötigen, um die Positions- oder Bewegungssignale in einen ungefähren Kraftwert zu übersetzen. Durch Erfassen des erfassten Stroms I_sensed, der durch den Motor 36 fließt, da ein solcher Antriebsstrom I proportional zum Drehmoment T des Motors 36 ist, kann ein solcher erfasster oder erfasster Strom in den haptischen Steueralgorithmus 302 zurückgeführt werden, um das an die Treibereinheit 304 zu liefernde Zieldrehmoment zu ändern. Um sicherzustellen, dass das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301 nicht gegen einen Benutzer wirkt, der die Tür 12 manuell bewegt, berücksichtigt die Treibereinheit 304 gemäß einem Aspekt auch den erfassten bidirektionalen Motorstrom und passt den Zielstromwert I_target entsprechend an oder ändert ihn. Insbesondere werden Änderungen des gemessenen Stroms an die Treibereinheit 304 zurückgemeldet, um festzustellen, ob der Benutzer die Tür 12 während des Stromsteuerungsmodus bewegt, um I_target so anzupassen, dass der Motor 36 nicht gegen die Bewegung angetrieben wird, die der Benutzer der Tür 12 verleiht. Da der haptische Steueralgorithmus 302 Berechnungen in Form von Drehmomentwerten durchführt und der erfasste Motorstrom leicht in Drehmomentwerte übersetzt werden kann, die vom haptischen Steueralgorithmus 302 verwendet werden können, sind andere Sensoren wie Positionssensoren und Beschleunigungssensoren 697, die komplexe Umwandlungen von Positions-/Geschwindigkeits-/Beschleunigungsdaten in Drehmoment erfordern, möglicherweise auch nicht in der Lage, Daten oder genaue Daten zu liefern, um die auf die Tür 12 wirkende Kraft zur Verwendung durch den haptischen Steueralgorithmus 302 zu extrahieren. Daher führt die Verwendung eines stromrückgekoppelten Motorsteuerungssystems 301, bei dem der Strom in der Rückkopplungsleitung vom Motor 36 erfasst wird, um vom haptischen Steueralgorithmus 302 verwendet zu werden, um Daten bereitzustellen, die mit dem genauen Drehmoment korreliert sind, das der Benutzer auf die Tür 12 ausübt, zu einem präzisen Drehmoment-Ausgangssollwert T_target vom haptischen Steueralgorithmus 302, der der Treibereinheit 304 zugeführt wird, den das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301 wiederum verwendet, um das auf die Tür 12 wirkende Motordrehmoment einzustellen, und der vom Benutzer erfasst wird. Daher kann die Kraft des Benutzers, die auf die Tür 12 einwirkt, durch den haptischen Steueralgorithmus 302 genau kompensiert werden, da die Kraft des Benutzers durch die Erfassung des Motorstroms, der proportional mit dem auf die Tür ausgeübten Drehmoment korreliert, genau erfasst werden kann. Da die Treibereinheit 304 außerdem die Messwerte des Beschleunigungsmessers 697, des Motors 36 und der Türpositionssensoren 144, 182 berücksichtigen kann, wird im Vergleich zur alleinigen Verwendung eines Positionssignals eine höhere Empfindlichkeit/Auflösung für Bewegungen der Tür 12 durch einen Benutzer bereitgestellt, wodurch eine schnellere Systemreaktion ermöglicht wird.
Unter Bezugnahme auf 47 und 48 können das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301 und der Motorcontroller 308, der die Treibereinheit 304 und das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301 umfasst, auf verschiedene Weise verteilt werden, wie in 49 bis 55 gezeigt. Die Trennung des haptischen Steuerungsalgorithmus 302 von der Motorsteuerung 308 und dem stromrückgekoppelten Motorsteuerungssystem 301 ermöglicht eine Trennung der Steuerungskomponenten zwischen dynamischen Komponenten, die beispielsweise häufigere Aktualisierungen, Wartung und Abstimmung erfordern, und statischen Komponenten, die beispielsweise keine Aktualisierungen oder Wartung erfordern. Beispielsweise kann der haptische Steuerungsalgorithmus 302 regelmäßig mit neuen Funktionen, Modulen und Steuerungsmerkmalen aktualisiert werden, je nach Fahrzeuganwendung oder je nach nachträglicher Abstimmung des Systems oder mit zusätzlichen Verbesserungen des Algorithmus und nach Einbau des Systems in das Fahrzeug. Beispielsweise kann der haptische Steueralgorithmus 302 über die Aktualisierungsfunktionen des Aufbausteuermoduls aktualisiert werden. Das Stromregelsystem 301 kann zugehörige Einheiten oder Module haben, die in computerausführbaren Befehlen dargestellt sind, die in einem Speichersystem gespeichert sind, das über einen zuvor geschriebenen Speicher verfügt, der nicht nachträglich überschrieben werden kann (z. B. kann ein solcher Speicher schreibgeschützt, verschlüsselt oder codiert sein oder einem Erstausrüster nicht zugänglich sein), während die haptische Steuerung 302 zugehörige Einheiten oder Module haben kann, die in computerausführbaren Befehlen dargestellt sind, die in einem Speichersystem gespeichert sind, das über einen zuvor geschriebenen Speicher verfügt, der nachträglich überschrieben werden kann, z. B. durch den Erstausrüster über einen speziellen Schnittstellenanschluss oder über die Software-Schnittstellenanschlüsse des Karosseriesteuermoduls. In ähnlicher Weise kann die Treibereinheit 304 über zugehörige Einheiten oder Module verfügen, die in computerausführbaren Befehlen dargestellt werden, die in einem Speichersystem gespeichert sind, das über einen zuvor beschriebenen Speicher verfügt, der nicht nachträglich überschrieben werden kann oder kann. In einer möglichen Ausführungsform kann nur der dem haptischen Steueralgorithmus 302 zugeordnete Speicher überschrieben werden, was eine Anpassung des haptischen Steueralgorithmus 302 nach dem Einbau in das jeweilige Fahrzeug, in das das System eingebaut wird, ermöglicht, während der dem Stromregelsystem 301 und/oder der Treibereinheit 304 zugeordnete Speicher nicht überschrieben werden kann, da die Steuerung des Kraft-Aktuators 122 unter Verwendung des Stromregelsystems 301 und der Treibereinheit 304 unabhängig von der tatsächlichen Einbauumgebung des Kraft-Aktuators 122 sein und vor dem Einbau des Systems in das Fahrzeug abgestimmt werden kann. Folglich kann der haptische Steueralgorithmus 302 als Teil eines zentralen Fahrzeug-Controllers, wie z. B. des BCM 52 (55), bereitgestellt werden, das so ausgebildet ist, dass es leicht aktualisiert werden kann, z. B. durch Flashen oder Hochladen als Teil eines regelmäßigen System-Updates oder als Teil eines speziellen Updates des haptischen Steueralgorithmus 302. So kann der haptische Steueralgorithmus 302 als Teil des zentralen Fahrzeug-Controllers (z. B. BCM 52) nicht in der Tür 12 bereitgestellt werden, während das Stromregelsystem 301 innerhalb der Tür 12 bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus kann der haptische Steueralgorithmus 302 rechenintensive Berechnungen beinhalten, die den Zugang zu einem leistungsstarken Prozessor erfordern, und als Ergebnis kann der haptische Steueralgorithmus 302 in den separaten Speicher eines separaten Hauptfahrzeug-Controllers verteilt werden, das einen solchen leistungsstarken Prozessor umfasst, der auch für die Steuerung anderer Systeme, z. B. eines ADAS-Systems, verwendet wird. Das Low-Level-Feedback-Motorsteuerungssystem 301 und der Motorcontroller 308 können hingegen statisch sein und erfordern keine regelmäßigen oder überhaupt keine Aktualisierungen und können in weniger zugänglichen Teilen des Fahrzeugs 10 untergebracht werden. Wenn beispielsweise die Motorsteuerung 308 in einer Aktuatoreinheitt 622 für die Antriebsseite der Tür untergebracht ist, kann ein Kommunikationsanschluss zur Aktualisierung entfallen, wenn der haptische Steuerungsalgorithmus 302 ebenfalls in der Antriebsseite der Tür 622 untergebracht ist. Darüber hinaus kann das Stromregelsystem 301 eine Speichereinheit umfassen, die nicht überschrieben oder aktualisiert werden kann, während der haptische Steueralgorithmus 302 einen Speicher umfasst, der überschrieben werden kann.
Unter besonderer Bezugnahme auf 47 liefert der Beschleunigungsmesser 697 ein Beschleunigungssignal a_x,y,z an das Stromregelsystem 301 und/oder den haptischen Regelalgorithmus 302. Der haptische Steueralgorithmus 302 umfasst eine Summierung einer Anzahl von Kräften aus einer Anzahl von Kraftberechnungen 316, 318, 320, 322, 324, 326, 328 durch einen Summierer 314, der das Zieldrehmoment T_target an die Treibereinheit 304 ausgibt. Die mehreren Kraftberechnungen umfassen eine Reibungskraftberechnung 316, die eine Geschwindigkeit der Tür 12 V_door als Eingang empfängt und eine Reibungskraft F_firction ausgibt, eine Rastkraftberechnung 318, die eine Position der Tür 12 x_door als Eingang empfängt und eine Rastkraft F_detent ausgibt, eine Neigungskraftberechnung 320, die das Beschleunigungssignal a_x,y,z als Eingang empfängt und eine Neigungskraft F_incline ausgibt, eine Trägheitskraftberechnung 322, die das Beschleunigungssignal a_x,y,z empfängt und eine Trägheitskraft F_inertia, ausgibt, eine Antriebsmoduskraftberechnung 324, die die Position der Tür 12 x_door und die Geschwindigkeit der Tür 12 V_door empfängt und eine Antriebsmoduskraft F_drivemode, ausgibt, eine Aufschlagschutzkraftberechnung 326, die die Position der Tür 12 x_door und die Geschwindigkeit der Tür 12 V_door empfängt und eine Aufschlagschutzkraft F_slamprotect, ausgibt, und eine Benutzereingabe-Drehmomentkraftberechnung 328, die den erfassten Strom Isensed-Eingang vom Stromsensor 306 empfängt und eine Benutzereingabe-Drehmomentkraft F_userinput. ausgibt, Gemäß einem Aspekt kann derselbe Beschleunigungssensor 697 zur Bestimmung der Fahrzeugneigung verwendet werden und kann auch für die Türträgheit verwendet werden.
Die Türpositionssensoren 144, 182 sind mit einem kinematischen Block 330 verbunden, der so ausgebildet ist, dass er die Position der Tür 12 x_door empfängt und einen ersten Krafteingang 332 an die Treibereinheit 304 ausgibt. Der kinematische Block 330, der ein Beispiel für einen Kompensationsblock oder eine Kompensationseinheit für intern erzeugte Faktoren für die Kraft-Aktuatoranordnung 122 darstellt, kann so ausgelegt sein, dass er ein aus einem berechneten kinematischen Kompensationskraftwert resultierendes Signal, bei dem es sich beispielsweise um einen Drehmomentwert handeln kann, an die Treibereinheit 304 liefert, um die der Treibereinheit 304 ein Signal zu liefern, das aus einem berechneten kinematischen Kompensationskraftwert resultiert, bei dem es sich beispielsweise um einen Drehmomentwert handeln kann, um den Zielstrom I_target zu variieren, um jegliche Variationen der Aktuatoreigenschaften zu kompensieren, die dazu neigen, eine Abweichung des tatsächlichen Motordrehmomentausgangs T von dem Zieldrehmoment I_target zu verursachen. Ein Beispiel für eine Kinematik des Kraft-Aktuators 122, die der Kinematikblock 330 kompensieren kann, ist der Momentarm des Kraft-Aktuators 122. Der Kinematikblock 330 kann so ausgebildet sein, dass er eine kinematische Kompensationskraft berechnet, die der Treibereinheit 304 zugeführt wird. Signale von den Türpositionssensoren 144, 182 werden an den haptischen Steuerungsalgorithmus 302 und die Treibereinheit 304 übertragen. Ohne solche Türpositionsinformationen ist die Treibereinheit 304 möglicherweise nicht in der Lage, die Bewegung der Tür 12 richtig zu verfolgen, und die Kompensationsalgorithmen sind sich der empfangenen Daten möglicherweise nicht sicher. Der kinematische Block 330 ist auch mit einem ersten Differenzierer 334 verbunden, der so ausgebildet ist, dass er die Position der Tür 12 x_door mathematisch differenziert und die Geschwindigkeit der Tür 12 v_door. ausgibt. Der erste Differenzierer 334 ist dann mit einem zweiten Differenzierer 336 verbunden, der so ausgebildet ist, dass er die Geschwindigkeit der Tür 12 V_door mathematisch differenziert und eine Beschleunigung der Tür 12 a_door ausgibt. Die Geschwindigkeit der Tür 12 V_door wird von einem Backdrive-Block 338 empfangen, der so ausgebildet ist, dass er die Geschwindigkeit der Tür 12 V_door empfängt und einen zweiten Krafteingang 340 an die Treibereinheit 304 ausgibt. Der Backdrive-Block 338, der ein Beispiel für einen Kompensationsblock oder eine Kompensationseinheit für intern erzeugte Faktoren der Kraft-Aktuatoranordnung 122 darstellt, kann so ausgelegt sein, dass er ein Signal bereitstellt, das aus einem berechneten Antriebs-/Backdrive-Kompensationskraftwert resultiert, bei dem es sich beispielsweise um einen Drehmomentwert handeln kann, der der Treibereinheit 304 zugeführt wird, um den Zielstrom _{Itarget zu} variieren, um jegliche Variationen der Aktuatorscharakteristiken zu kompensieren, die dazu neigen, den Motordrehmomentausgang T vom Zieldrehmoment T_target zu verschieben. Der Backdrive-Block zu338 kann als ein in einem Speicher gespeichertes Systemmodell implementiert werden. Das Systemmodell des Backdrive-Blocks 338 kann auf einer in einem Speicher gespeicherten Vorkalibrierung der Getriebebaugruppe basieren. Eine Beispielcharakteristik des Kraft-Aktuators 122, die der Kinematikblock 330 kompensieren kann, ist die Rücktriebscharakteristik des Kraft-Aktuators 122 aufgrund des Getriebes, z. B. des Untersetzungsgetriebes. Der kinematische Block 330 kann als ein im Speicher abgelegtes Systemmodell implementiert werden. Der Kinematikblock 330 kann Nachschlagetabellen zur Ausgabe eines Kraftanpassungswerts enthalten, der beispielsweise auf der Position der Tür basiert. Die Treibereinheit 304 empfängt die ersten und zweiten Krafteingänge 332, 340 und gibt den Zielstrom I_target aus. Die Treibereinheit 304 empfängt also das Drehmoment F_haptic input oder das Zieldrehmoment T_target vom haptischen Steuerungsalgorithmus 302 und ist eine separate Funktion, die Parameter sammelt, alle Variablen verarbeitet und entscheidet, was mit dem Motor 36 geschehen soll.
Die Motorsteuerung 308 ist so ausgelegt, dass sie interne Einflüsse kompensiert, die die Bewegung der Tür 12 beeinflussen können. Zu den internen Einflüssen können Auswirkungen auf die Türbewegung gehören, die auf Unregelmäßigkeiten des angetriebenen Aktuators 122 zurückzuführen sind oder von ihnen herrühren oder mit ihnen in Verbindung stehen, wie z. B. Getriebefaktoren (Getriebespielreaktionen, Spiel, Durchhang, Spiel, Unterschiede im Betrieb zwischen einer rückwärtsgerichteten und einer vorwärtsgerichteten Antriebsrichtung des angetriebenen Aktuators 122, Wirkungsgradverluste, als nicht einschränkende Beispiele), interne Reibungsfaktoren aufgrund von Getriebe- oder Buchsentypen, Momentvariationen aufgrund von Verbindungs-/Montagepunkten des Aktuators 122 mit der Fahrzeugkarosserie und/oder der Fahrzeugtür, Verwendung einer flexiblen Kupplung oder anderer Arten von stoßdämpfenden Kupplungen, Verwendung eines Kupplungs- oder Bremsmechanismus, einer Spindel/Mutter-Schnittstelle oder anderer zugehöriger Merkmale. Solche Effekte können dazu führen, dass die erwartete Türbewegung von der tatsächlichen Türbewegung abweicht, weil der kraftbetriebene Aktuator 122 nicht den vorbestimmten Zielkraftwert ausgibt, der z. B. von der Ausgabe des haptischen Steueralgorithmus 302 empfangen wird, d. h. der kraftbetriebene Aktuator 122 bewirkt nicht, dass ein T_Sollwert als Motordrehmomentausgabe T auf die Tür aufgebracht wird. Die Motorsteuerung 308 ist daher so ausgebildet, dass sie ein Steuersignal erzeugt, das dem Motor 36 zugeführt wird und das variiert oder angepasst wird, um internen Einflüssen oder Effekten entgegenzuwirken, die dem kraftbetriebenen Türaktuator 122 zugeschrieben werden. Daher wird ein System 300 zum Steuern der Bewegung einer Tür 12 bereitgestellt, das veranschaulichend einen Kraftseitentüraktuator 122, der einen Motor 36 zum Erzeugen einer Ausgangskraft zum Bewegen der Tür 12 umfasst, und eine Motorsteuerung zum Steuern des Motors 36 bei einer Soll-Ausgangskraft (_Tsoll) umfasst, wobei die Motorsteuerung angepasst ist, um Effekte zu kompensieren, die mit dem Kraftseitentüraktuator 122 verbunden sind, die die Kraftausgabe (T) des Motors 36 im Vergleich zur Soll-Ausgangskraft (_Tsoll) variieren, so dass die tatsächliche Kraft, die auf die Tür 12 ausgeübt wird, die gleiche ist wie die berechnete Soll-Ausgangskraft (_Tsoll). Wenn der Motor 36 beispielsweise mit einem _Ttarget von 10 Newtonmetern gesteuert werden soll, so dass erwartet wird, dass eine Kraft von 10 Newtonmetern auf die Tür 12 ausgeübt wird, und der Aktuator 122 für die elektrische Seitentür eine Wirkung hat, die zu einer Differenz zwischen dem Kraftbefehlswert und der tatsächlich ausgeübten Kraft führt, beträgt beispielsweise die tatsächliche Kraft, die durch das auf die Fahrzeugkarosserie wirkende ausfahrbare Element 134 ausgeübt wird, um die Tür wie oben beschrieben zu bewegen, tatsächlich 9,5 Newtonmeter, d. h. 0,5 Newtonmeter mehr als die berechnete Sollkraft. Ein solcher Unterschied kann beispielsweise auf interne Reibung zurückzuführen sein, die dazu führt, dass die tatsächliche Motorleistung T um 0,5 Newtonmeter verringert wird. Das Steuergerät ist so ausgelegt, dass es den Sollwert T von 10 Newtonmeter auf 10,5 Newtonmeter anpasst, so dass die auf die Tür 12 ausgeübte Ausgangsmotorkraft gleich der erwarteten Ausgangskraft ist, die auf die Tür von 10 Newtonmeter (10,5 Newtonmeter - 0,5 Newtonmeter) wirkt. Ein weiteres Beispiel ist die Tatsache, dass der Motor 36 aufgrund von Ineffizienzen/Unregelmäßigkeiten im Betrieb des kraftbetriebenen Seitentürantriebs 122 im Rückwärtsgang und im Vorwärtsgang unterschiedlich betrieben werden muss (z. B. aufgrund des Getriebes), was dazu führt, dass der Motor 36 unterschiedlich betrieben werden muss, wenn er entweder in der Rückwärtsgangrichtung oder in der Vorwärtsgangrichtung gesteuert wird, wie in Block 338 bestimmt wurde, und dass die Steuereinheit, z. B. die Treibereinheit 304, so ausgelegt ist, dass sie den Sollwert T anpasst, um den Effizienzverlust auszugleichen, wenn der kraftbetriebene Seitentürantrieb 122 in der Rückwärtsgangrichtung betrieben wird, so dass die tatsächliche Motorleistung T dem Sollwert T entspricht. Durch die Kompensation der internen Unregelmäßigkeiten des kraftbetätigten Türantriebs 122 kann das System angemessen auf die Berührung der Tür 12 durch den Benutzer reagieren, indem es dem Benutzer eine angemessene haptische Kraftempfindung/Reaktion vermittelt. Da die menschliche Berührung eine hohe taktile Empfindlichkeit hat, bietet der Ausgleich von Unregelmäßigkeiten des kraftbetriebenen Türantriebs 122, selbst wenn diese geringfügig sind und optisch nicht auffallen, dem Benutzer eine verbesserte Erfahrung beim Bewegen der Tür 12 durch konstante haptische Interaktion, z. B. durch Berührung. Interne Unregelmäßigkeiten des kraftbetriebenen Seitentürantriebs 122 führen dazu, dass die tatsächliche Leistung des kraftbetriebenen Seitentürantriebs 122 zur Bewegung der Tür mit einer Zielkraft von einer gewünschten oder beabsichtigten Leistung des kraftbetriebenen Seitentürantriebs 122 abweicht, wie sie vom Steuersystem des kraftbetriebenen Seitentürantriebs 122 bestimmt wird. Solche Abweichungen zwischen der beabsichtigten Kraft, die auf die Tür einwirkt, um die Tür zu bewegen, und der tatsächlichen Kraft, die auf die Tür einwirkt, können auf einzelne oder mehrere kumulative Unregelmäßigkeiten des kraftbetriebenen Seitentürantriebs 122 zurückzuführen sein, zu denen Unregelmäßigkeiten gehören können, die durch interne Reibung oder Trägheit verursacht werden, Unregelmäßigkeiten, die durch die Eigenschaften des Getriebezugs verursacht werden, wie z. B. Unterschiede im Rückwärtsgang gegenüber dem Vorwärtsgang eines Getriebezugs, Unregelmäßigkeiten, die durch Drehmomentarme des Aktuators 122 für elektrische Seitentüren aufgrund von Montage-Ausführungen verursacht werden, die eine Änderung der auf die Tür wirkenden Kraft in Abhängigkeit von der Türposition bewirken, Unregelmäßigkeiten bei der Verwendung oder Abnutzung des Aktuators 122 im Laufe der Zeit, die durch die Verschlechterung interner Komponenten verursacht werden, Unregelmäßigkeiten bei der Reaktion aufgrund der Temperatur des Aktuators, um nur einige Beispiele zu nennen. Solche Unregelmäßigkeiten können zu Verlängerungen oder Verzögerungen bei den Reaktionszeiten auf das Aufbringen einer Kraft auf die Tür führen, um die Tür zu bewegen und die haptische Motorsteuerung auszulösen, sowie zu einem Unterschied bei der gezielten Kraft, die tatsächlich durch den Aktuator 122 auf die Tür einwirkt, und zu Unterschieden bei der Türbewegung in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Tür, z. B. in Richtung der geschlossenen Position oder der offenen Position. Durch die Abschwächung, Verringerung oder Beseitigung solcher Unregelmäßigkeiten kann die Qualität der Türinteraktion durch einen Benutzer verbessert werden. Da der Benutzer während des Türbetriebs in ständiger Berührungsinteraktion mit der Tür stehen kann, kann durch den Ausgleich solcher Unregelmäßigkeiten des kraftbetriebenen seitlichen Türaktuators 122 die Benutzererfahrung durch den Tastsinn verbessert werden, indem spürbare Empfindungen aufgrund der Kraftunterstützung während des Türbetriebs, einschließlich wahrgenommenem Ruckeln oder Schütteln der Tür während der anfänglichen Aktivierung des kraftbetriebenen seitlichen Türaktuators 122 oder Richtungsänderungen der Tür, verringert werden, Unterschiede in der Größe der Kraftunterstützung während der Öffnungsrichtung gegenüber der Schließrichtung, Unterschiede in der Größe der Kraftunterstützung während einer einzigen Öffnungsrichtung, Unterschiede in der Größe der Kraftunterstützung während des Übergangs zwischen Öffnungs- und Schließrichtung, Unterschiede in der Größe der Kraftunterstützung in Abhängigkeit von den Umgebungsbetriebsbedingungen des kraftbetriebenen Seitentürantriebs 122, eine Verschlechterung der Kraftunterstützung in Abhängigkeit vom Alter des kraftbetriebenen Seitentürantriebs 122, um nur einige Beispiele zu nennen. Unregelmäßigkeiten können den Komponenten und Ausführungen des Aktuators 122 für die elektrische Seitentür innewohnen, die statisch sein und sich im Laufe der Zeit nicht ändern können, oder dynamisch sein und sich im Laufe der Zeit ändern können. Weitere Unregelmäßigkeiten können von externen Faktoren abhängen, die sich auf den Aktuator auswirken, wie z. B. die Umgebungstemperatur und die Türposition.
Das Stromregelsystem 301 umfasst einen Motorblock 1300, der mit einem H-Brückenblock 1302 verbunden ist. Ein Subtrahierer 1304 subtrahiert den vom Stromsensor 306 erfassten Strom vom Zielstrom I_larget, um einen korrigierten Strom I_corr an den Motorblock 1300, auszugeben. Der Motorblock 1300 und der H-Brückenblock 1302 sind so ausgebildet, dass sie den korrigierten Strom I_corr in den Antriebsstrom I umwandeln, der vom Stromsensor 306 erfasst wird. Der Motorblock 1300 implementiert beispielsweise eine PID-Regelungsfunktion mit drei Regelungsparametern (proportionaler, integraler und derivativer Einfluss).
Bezogen auf 48 umfassen der kinematische Block 330, der erste Differenzierer 334, der zweite Differenzierer 336, der Gegenantriebsblock 338 und die Treibereinheit 304 den Motorregler 308 des Controllers 50. der Controller 50 kann auch das Motorsteuerungssystem 301 mit geschlossenem Regelkreis und Stromrückführung enthalten, wie dargestellt.
In den 49 und 50 ist der haptische Steueralgorithmus 302 in einer Fernsteuerung (z. B. Steuerung 50 oder Verriegelungsanordnung 83) innerhalb der Fahrzeugtür 12 dargestellt, die von der elektrischen Seitentüreinheit oder Aktuatoranordnung 622 getrennt ist. In 49 sind der haptische Steueralgorithmus 302 und die Motorsteuerung 308 in der Fernsteuerung (z. B. Steuerung 50) innerhalb der Fahrzeugtür 12 vorgesehen. Die Aktuatoranordnung 622 umfasst das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301, den Motor 36 und die Türpositionssensoren 144, 182. Wie dargestellt, ist auch der Beschleunigungssensor 697 von der Aktuatoranordnung 622 getrennt oder entfernt, aber dennoch mit dem haptischen Steuerungsalgorithmus 302 verbunden. In 50 ist nur der haptische Steuerungsalgorithmus 302 in der Fernsteuerung (z. B. Steuerung 50) vorhanden, während die Aktuatoranordnung 622 die Motorsteuerung 308, das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301, den Motor 36 und den Türpositionssensor 144, 182 umfasst. Auch hier ist der Beschleunigungssensor 697 von der Aktuatoranordnung 622 getrennt oder entfernt, aber dennoch mit dem haptischen Steuerungsalgorithmus 302 gekoppelt.
In den 51 bis 54 ist der haptische Steueralgorithmus 302 in einem anderen Fernsteuergerät (z. B. in der Fahrzeug-Verriegelungsanordnung 83) dargestellt, das einen bereits in der Verriegelungsanordnung 83 vorhandenen Prozessor gemeinsam nutzt und ebenfalls von der elektrischen Seitentüreinheit oder Aktuatoranordnung 622 getrennt ist. Die 51 bis 54 zeigen auch verschiedene mögliche Positionen eines Beschleunigungsmessers 697 zur Erfassung der Türbewegung. In 51 enthält die Verriegelungsanordnung 83 sowohl die Motorsteuerung 308 als auch den haptischen Steuerungsalgorithmus 302. Die Aktuatoranordnung 622 umfasst das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301, den Motor 36 und den Türpositionssensor 144, 182. Der Beschleunigungssensor 697 ist sowohl von der Verriegelungsanordnung 83 als auch von der Aktuatoranordnung 622 getrennt oder entfernt, aber dennoch mit dem haptischen Steueralgorithmus 302 gekoppelt. In 52 umfasst die Verriegelungsanordnung 83 die Motorsteuerung 308, den haptischen Steueralgorithmus 302 und den Beschleunigungsmesser 697. Die Aktuatoranordnung 622 umfasst das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301, den Motor 36 und die Türpositionssensoren 144, 182. In 53 umfasst die Verriegelungsanordnung 83 die Motorsteuerung 308 und den haptischen Steuerungsalgorithmus 302. Die Aktuatoranordnung 622 umfasst das stromgeregelte Motorsteuerungssystem 301, den Motor 36, den Türpositionssensor 144, 182 und den Beschleunigungsmesser 697. In 53 enthält die Verriegelungsanordnung 83 den haptischen Steueralgorithmus 302. Die Aktuatoranordnung 622 umfasst das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301, den Motor 36 und den Türpositionssensor 144, 182. Die Motorsteuerung 308 und der Beschleunigungsmesser 697 befinden sich in der Türknotenbaugruppe 652 und sind von der Aktuatoranordnung 622 entfernt. Die Aktuatoranordnung 622 umfasst das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301, den Motor 36, den Türpositionssensor 144, 182 und den Beschleunigungssensor 697. In einer anderen Ausführung umfasst die Verriegelungsanordnung 83 sowohl die Motorsteuerung 308, das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301 als auch den haptischen Steuerungsalgorithmus 302.
55 zeigt den haptischen Steuerungsalgorithmus 302 in einem Fernsteuergerät, das sich nicht in der Fahrzeugtür 12 befindet, z. B. als Teil des Body Control Module 52 (BCM). Da das Karosseriesteuermodul bereits Kommunikationszugangsanschlüsse/Schnittstellen für den Empfang von Aktualisierungen enthält, kann der haptische Steueralgorithmus 302 einfach und wiederholbar aktualisiert werden, z. B. durch Blinken, unter Verwendung dieser Kommunikationsschnittstelle. Die Türknotenbaugruppe 652 umfasst die Motorsteuerung 308. Die Aktuatoranordnung 622 umfasst das stromrückgekoppelte Motorsteuerungssystem 301, den Motor 36 und die Türpositionssensoren 144, 182. Der Beschleunigungsmesser 697 ist entfernt vom BCM 52, der Türknotenbaugruppe 652 und der Aktuatoranordnung 622 angeordnet (z. B. in der Tür 12 als Teil des Fahrzeugschlosses 83, in einem Türsteuerknoten 652, in der PSD-Einheit 622 oder anderswo).
Die Fahrzeugkarosserie 14 des Kraftfahrzeugs 10 bildet eine Öffnung 23 zu einem inneren Fahrgastraum, siehe 56. Das Verschlusselement, z. B. die hintere Beifahrertür 17, ist in der Figur schwenkbar an der Fahrzeugkarosserie 14 angebracht, so dass es zwischen einer geöffneten Position (dargestellt) und einer vollständig geschlossenen Position bewegt werden kann, um die Öffnung 23 mit der Verriegelungsanordnung 83 zu öffnen bzw. zu schließen. Beispiele für die Verriegelungsanordnung 83 sind in der US-Veröffentlichung Nr. 2018/0100331 zu finden, die hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird. Obwohl die hintere Beifahrertür 17 dargestellt ist, sollte es verstanden werden, dass die Verriegelungsanordnung 83 alternativ oder zusätzlich für die Tür 12 verwendet werden kann und/oder das elektrische Verschlusselement-Betätigungssystem 20 für die hintere Beifahrertür 17 verwendet werden kann. Die Verriegelungsanordnung 83 ist an der hinteren Beifahrertür 17 in der Nähe eines Kantenabschnitts 17A befestigt und umfasst einen Verriegelungsmechanismus, der lösbar mit einem Schließer 24 in Eingriff gebracht werden kann, der fest an einem vertieften Kantenabschnitt 23A der Öffnung 23 befestigt ist. Wie noch näher erläutert wird, kann die Verriegelungsanordnung 83 in den Schließer 24 eingreifen und das Verschlusselement 17 lösbar in seiner vollständig geschlossenen Position halten. Ein äußerer Griff 25 und ein innerer Griff 26 sind für die selektive Betätigung eines Verriegelungsfreigabemechanismus der Verriegelungsanordnung 83 vorgesehen, um den Schließer 24 aus dem Verriegelungsmechanismus zu lösen und die anschließende Bewegung der hinteren Beifahrertür 17 in ihre offene Position zu ermöglichen. Ein optionaler Verriegelungsknopf 27 zeigt den verriegelten Zustand der Verriegelungsvorrichtung 83 an und kann auch betätigt werden, um den verriegelten Zustand der Verriegelungsvorrichtung 83 mechanisch zu ändern. Eine Wetter- oder Türdichtung 29 ist am Randabschnitt 23A der Öffnung 23 in der Fahrzeugkarosserie 14 angebracht und so ausgelegt, dass sie bei Eingriff mit einer entsprechenden Dichtungsfläche der hinteren Beifahrertür 17 elastisch zusammengedrückt wird, wenn die hintere Beifahrertür 17 durch den Verriegelungsmechanismus der Verriegelungsanordnung 83 in ihrer vollständig geschlossenen Position gehalten wird, um so eine abgedichtete Schnittstelle dazwischen zu schaffen, die so ausgebildet ist, dass sie das Eindringen von Regen und Schmutz in den Fahrgastraum verhindert und gleichzeitig beispielsweise hörbare Windgeräusche minimiert.
Die 57-60 zeigen die schwenkbar an den Scharnieren 16, 18 befestigte Tür 12, die mit der (nicht vollständig dargestellten) Fahrzeugkarosserie 14 verbunden ist und sich um die Scharnierachse AA drehen kann, zusammen mit den entsprechenden Drehmoment-, Momentarm- und Geschwindigkeitsdiagrammen. Zur besseren Verdeutlichung soll die Fahrzeugkarosserie 14 die „unbeweglichen“ Strukturelemente des Fahrzeugs 10 wie den Fahrzeugrahmen (nicht dargestellt) und die Karosseriebleche (nicht dargestellt) umfassen. Die Tür 12 umfasst innere und äußere Blechtafeln 12a und 12b mit einem Verbindungsteil 12c zwischen den inneren und äußeren Blechtafeln 12a und 12b. Der kraftbetriebene Aktuatormechanismus oder kraftbetriebene Aktuator 22, 122, 622 umfasst das ausfahrbare Betätigungselement 42, 134, das zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Position beweglich ist, um eine Schwenkbewegung der Tür 12 zu bewirken.
61-63 sind Blockdiagramme eines anderen beispielhaften elektrischen Türbetätigungssystems 1420 zur Steuerung der Bewegung der Tür 12. Das System 1420 kann den Motor 36 zum Bewegen der Tür 12 enthalten. Das System 1420 kann auch das Stromregelungssystem 301 (63) umfassen, das den Antriebsstrom I_output steuert, der dem Motor 36 zur Verfügung gestellt wird, um den Motor 36 zu steuern und ein Ausgangsdrehmoment oder eine Ausgangskraft F_output auf die Tür 12 auszuüben. Das System 1420 umfasst auch das Kraftkompensationsmodul oder den haptischen Steueralgorithmus 302, der für die Berechnung einer Kompensationskraft F_haptic ausgebildet ist, die dem Stromregelsystem 301 zugeführt wird. Das Stromregelsystem 301 steuert den Antriebsstrom I_output auf der Grundlage der Kompensationskraft F_haptic.
Wie erörtert, bestimmt der haptische Controller oder der haptische Steueralgorithmus 302 die Kraftvorgabe oder Kompensationskraft F_haptic, die die Kräfte kompensiert, die die Bewegung der Tür 12 im Motorunterstützungsmodus beeinflussen (Trägheit, Gewicht, Reibung, Neigung). Diese Kompensationskraft F_haptic stellt die Kraft dar, die vom Aktuator 22, 122, 622 aufgebracht werden sollte, um die Tür 12 zu bewegen/zu halten. Die Kompensationskraft F_haptic (Summe der Kräfte) wird in einen Strom I_output umgewandelt, um den Motor 36 anzutreiben, der in einer idealen Anlage des Aktuators 22, 122, 622 direkt in die auf die Tür 12 ausgeübte Kraft umgesetzt werden würde. Der Aktuator 22, 122, 622 ist jedoch nicht ideal, da er einige Diskrepanzen aufweist, die dazu führen können, dass die tatsächlich auf die Tür 12 ausgeübte Kraft nicht der Kompensationskraft F_haptic entspricht (z. B. ein paar Newton mehr oder weniger), was sich auf das richtige Ansprechen des Aktuators 22, 122, 622 in einem haptischen Modus oder dem elektrischen Unterstützungsmodus auswirkt. Daher sollte die Kompensationskraft F_haptic angepasst werden, um diese durch den Aktor 22, 122, 622 verursachten Schwankungen auszugleichen. Es versteht sich, dass auch andere Betriebsparameter des Aktuators gesteuert werden können, wie z. B. und ohne Einschränkung die Zielgeschwindigkeit oder Beschleunigungsleistung des Aktuators oder die Zielbetriebsströme oder -spannungen des Aktuators.
In der Anwendung wählt die Antriebseinheit 304 einen Strom I_output (z. B. den Zielstrom I_target), der die bekannten Schwankungen des Aktuators 22, 122, 622 kompensiert. Insbesondere kann ein Reaktionsmodell 1421 des Aktuators 22, 122, 622 vorbestimmt/getestet werden, so dass genau bekannt ist, welcher Strom I_output gewählt werden muss, um eine gewünschte Ausgangskraft F_output zu erhalten.
Eine wesentliche Abweichung des Aktuators 22, 122, 622, die kompensiert werden muss, ist auf den Wirkungsgrad oder die Rücktreibbarkeit zurückzuführen. Beispielsweise kann der Wirkungsgrad des in Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 angetriebenen Getriebes 38, 140 größer sein als der Wirkungsgrad des in Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 angetriebenen Getriebes 38, 140, so dass ein höherer Strom I_output erforderlich ist, um den Aktuator 22, 122, 622 in Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 zu bewegen als in Rückwärts-Antriebsrichtung 1424. Da der Hall-Sensor 144, 182 am Ende des Motors 36 angeordnet ist, muss eine Bewegung erkannt werden, damit der haptische Steueralgorithmus 302 mit der Berechnung der Kompensationskraft F_haptic beginnen kann. Aufgrund der Rücktreibbarkeit des Aktuators 22, 122, 622 gibt es jedoch einen Blockierzustand, in dem der Benutzer 75, der versucht, die Tür 12 zu bewegen, vom Hall-Sensor 144, 182 nicht wirklich erfasst wird. Sobald der Benutzer 75 eine ausreichende Kraft aufgebracht hat, damit sich das Getriebe 38, 140 dreht und der Hall-Sensor 144, 182 eine Bewegung erkennt, startet der haptische Steueralgorithmus 302. Die Kraft des Benutzers kann jedoch unterschiedlich sein, wenn die Tür 12 in der Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 oder in der Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 bewegt wird, so dass dies für den Benutzer 12 haptisch kein gutes Gefühl ist. Idealerweise kann das Getriebe 38, 140 also in einem ausgeglichenen Zustand betrieben werden, so dass der Benutzer 75 die gleiche Kraft spürt, die erforderlich ist, um das Getriebe 368, 140 in Vorwärts- und Rückwärts-Antriebsrichtung 1422, 1424 zu bewegen. Dieser Gleichgewichtszustand kann beinhalten, dass der Motor 36 mit Strom I_beaufschlagt wird, um das Getriebe 38, 140 in eine Richtung vorzuspannen, in der es schwieriger ist, das Getriebe 38, 140 zu bewegen. Die vom Elektromotor 36 auf das Getriebe 38, 140 ausgeübte Kraft reicht also aus, um das Getriebe 38, 140 im Gleichgewichtszustand zu betreiben, ohne eine Bewegung der Tür 12 zu bewirken.
Wie bereits erwähnt, ist die Tür 12 des Fahrzeugs 10 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 um eine Scharnierachse AA zwischen einer geschlossenen Stellung und einer vollständig geöffneten Stellung beweglich. Wie in 61 am besten dargestellt, umfasst das elektrische Türbetätigungssystem 1420 den Aktuator 22, 122, 622 (z. B. montiert innerhalb des Gehäuses 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684, das an der Tür 12 befestigt ist). Der Aktuator 22, 122, 622 umfasst den Elektromotor 36, der von der Tür 12 getragen wird. Der Elektromotor 36 ist so ausgebildet, dass er eine Motorkraft ausgibt. Der Aktuator 22, 122, 622 umfasst auch einen Getriebezug 38, 140 (z. B. gestützt durch das Gehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684) und hat einen Getriebezug-Eingang, der mit einem Ausgang des Elektromotors 36 gekoppelt ist, um die Motorkraft aufzunehmen, und einen Getriebezug-Ausgang, um eine Ausgangskraft F_output auf die Tür 12 auszuüben. Der Aktuator 22, 122, 622 umfasst zusätzlich ein Betätigungselement, das illustrativ als ein ausfahrbares Element 134 dargestellt ist, das mit dem Getriebeausgang gekoppelt ist und so ausgebildet ist, dass es als Reaktion auf die Betätigung durch den Getriebeausgang zum Bewegen der Tür 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 in Bezug auf das Gehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 aus- und eingefahren wird.
Um den Wirkungsgrad oder die Rücktreibbarkeit des Aktuators 22, 122, 622 zu korrigieren, ist das System 1420 so ausgelegt, dass es die Ausgangskraft F_output bestimmt, um externe Kräfte zu kompensieren, die die Bewegung der Tür 12 beeinflussen. Das System 1420 passt außerdem die ermittelte Ausgangskraft F_output an eine angepasste Ausgangskraft F_output an, um die internen Kräfte zu kompensieren, die den Betrieb des Aktuators 22, 122, 622 beeinflussen. Das System steuert dann den Elektromotor 36, um die Tür 12 mit der eingestellten Ausgangskraft F_output zu bewegen.
Zurück zu 57-60: Die Momentarmkompensation ist eine weitere Variation im Antriebsstrang 38, 140, die berücksichtigt werden muss. Die Momentarmkompensation ist jedoch ein Beispiel für eine Kompensation, die auf der Position der Tür 12 basiert, im Gegensatz zu einer Bewegungsrichtung der Tür 12. Variationen des Momentarmverhaltens können ebenfalls vorherbestimmt und festgelegt werden. Die internen Kräfte, die den Betrieb des Aktuators 22, 122, 622 beeinflussen, können also mit mindestens einem der beiden Faktoren Wirkungsgrad des Zahnradgetriebes 38, 140 und Momentarm 1442 der Verbindung des Zahnradgetriebes 38, 140 mit der Tür 12 in Verbindung gebracht werden.
Darüber hinaus ist das Getriebe 38, 140 in Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 und in Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 beweglich, wie in den 57-59 dargestellt. Somit kann gemäß einem Aspekt die eingestellte Ausgangskraft F_output so gewählt werden, dass eine Eingangskraft, die von der Tür 12 auf den Getriebeausgang ausgeübt wird, um das Getriebe 38, 140 in der Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 zu bewegen, im Wesentlichen der Kraft entspricht, die erforderlich ist, um das Getriebe 38, 140 in der Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 zu bewegen. Der Elektromotor 36 kann also dazu ausgebildet sein, eine Kraft auf das Getriebe 38, 140 auszuüben, um das Getriebe 38, 140 in einem solchen Gleichgewichtszustand zu betreiben (d.h., wenn sich das Getriebe 38, 140 im Gleichgewichtszustand befindet, ist die Motorkraft, die auf den Getriebeeingang ausgeübt wird, um zu bewirken, dass das Getriebe 38, 140 in die Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 angetrieben wird, im Wesentlichen gleich der Motorkraft, die auf das Getriebe 38, 140 ausgeübt wird, um zu bewirken, dass das Getriebe 38, 140 in die Rückwärts-Antriebsrichtung angetrieben wird). Gemäß einem Aspekt wird die ermittelte Ausgangskraft F_output eingestellt, wenn der Aktuator 22, 122, 622 nicht in Bewegung ist.
Wie in den 57-58 am besten zu sehen ist, steigt der Momentarm 1442 von der geschlossenen Position der Tür bis zur teilweisen Öffnung der Tür 12 auf ein Maximum an. Das Diagramm auf der linken Seite der 57 und 58 zeigt ein offenes oder Antriebsdrehmoment (durchgezogene Linie unten in den Figuren) und ein geschlossenes oder Rückwärtsantriebsdrehmoment (gepunktete Linie oben in den Figuren) in Abhängigkeit vom Türwinkel. Der Anfang der mit 1443 bezeichneten Kurve geht also von der geschlossenen Position aus und bewegt sich auf die offene Position zu. Das Diagramm auf der rechten Seite der 57 und 58 zeigt den Momentarm 1442 (durchgezogene Linie) und die Höchstgeschwindigkeit (gepunktete Linie) in Abhängigkeit vom Türwinkel. Der Momentarm 1442 ist durch die Kinematik definiert. Das Rücktriebsmoment und das Antriebsmoment (d. h. die Vorwärts-Antriebsrichtung 1422) sind in 58 beschriftet. 59 zeigt die Position der Tür 12, wenn der Drehmomentarm 1442 maximal ist (z. B. maximal 20 bis 30 Grad, je nach Kinematik der Tür 12), sowie die entsprechenden eingekreisten Punkte auf dem Diagramm des offenen Drehmoments und des geschlossenen Drehmoments in Abhängigkeit vom Türwinkel sowie das Diagramm des Drehmomentarms 1442 und der maximalen Geschwindigkeit in Abhängigkeit vom Türwinkel. Wie als 1441 dargestellt und angezeigt, muss der Motor 36 große Drehmomentunterschiede ausgeben, je nachdem, in welche Richtung das Getriebe 38, 140 angetrieben werden muss, um die Tür 12 in eine Richtung zu bewegen (z. B. vorwärts angetrieben, um die Tür 12 in die vollständig geöffnete Position zu bewegen, und rückwärts angetrieben, um die Tür 12 in die geschlossene Position zu bewegen). So kann der Motor 36 beispielsweise, wie mit 1445 angegeben, mit einem geringeren Ausgangsdrehmoment aus einer gegebenen Position in Vorwärtsfahrt/Tür-offenRichtung angetrieben werden, muss aber, wie mit 1447 angegeben, mit einem größeren Ausgangsdrehmoment aus einer gegebenen Position in Vorwärtsfahrt/Tür-offenRichtung angetrieben werden. Mit anderen Worten: Der Motor 36 benötigt mehr Drehmoment in Antriebsrichtung und weniger Drehmoment in Rückwärts-Antriebsrichtung 1424, um das gleiche Drehmoment an der Tür 12 zu erzeugen. 60 zeigt, dass der Momentarm 1442 am kleinsten ist, wenn die Tür 12 vollständig geöffnet ist.
Gemäß einem Aspekt kann das ausfahrbare Element 134 des Aktuators 22, 122, 622 eine lineare Strebe 134 sein, die mit dem Getriebeausgang gekoppelt und so ausgebildet ist, dass sie in Reaktion auf die Betätigung durch den Getriebeausgang relativ zum Gehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 aus- und eingefahren werden kann. Insbesondere kann die lineare Strebe 134 ein Spindelantriebsmechanismus sein, der die Leitspindel 134 und die Führungsmutter 190 in Gewindeeingriff mit der Leitspindel 134 umfasst, so dass die Drehung der Leitspindel 134 oder der Führungsmutter 190 ein Schwenken der Tür 12 bewirkt. Die lineare Strebe 134 kann an einem von der Scharnierachse AA beabstandeten Verbindungspunkt 1440 an der Fahrzeugkarosserie 14 mit der Fahrzeugkarosserie 14 gekoppelt sein, so dass der Momentarm 1442 durch eine senkrechte Linie 1444 definiert ist, die sich von einer von der linearen Strebe 134 am Verbindungspunkt 1440 angelegten Kraftlinie 1446 zur Scharnierachse AA erstreckt. Die senkrechte Linie 1444 erstreckt sich also von der Scharnierachse AA der Tür 12 zum Verbindungspunkt 1440 der linearen Strebe oder des Verlängerungselements 134 mit der Fahrzeugkarosserie 14 oder der Tür 12. Es sind auch andere Arten von Betätigungselementen möglich, wie z. B. Hebel, Zahnstangen, Seiltrommeln, Spindeln und Zahnradsysteme.
Wie bereits erwähnt, ist der Aktuator 22, 122, 622 so ausgelegt, dass er den Elektromotor 36 mit Strom I_output versorgt. Der Strom I_output kann so gewählt werden, dass der Elektromotor 36 so betrieben wird, dass die eingestellte Ausgangskraft F_output über den Getriebeausgang auf die Tür 12 ausgeübt wird. Genauer gesagt kann der Strom I_output so gewählt werden, dass eine Eingangskraft, die von der Tür 12 auf den Getriebeausgang ausgeübt wird, um das Getriebe 38, 140 in der Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 zu bewegen, im Wesentlichen der Kraft entspricht, die erforderlich ist, um das Getriebe 38, 140 in der Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 zu bewegen. Darüber hinaus kann der Aktuator 22, 122, 622 so angepasst werden, dass er die eingestellte Ausgangskraft F_output auf die Tür 12 ausübt, während keine Bewegung der Tür 12 erkannt wird.
Unter Bezugnahme auf die 61-63 und wie oben beschrieben, kann das elektrische Türbetätigungssystem 1420 ferner einen Sensor 144, 182, 697 zur Erfassung einer Bewegung des Elektromotors 36 oder des Getriebes 38, 140 oder der Tür 12 umfassen. Das elektrische Türbetätigungssystem 1420 kann ferner die Steuereinheit 50 umfassen. Genauer gesagt ist der Controller 50 so ausgelegt, dass er die Ausgangskraft F_output bestimmt, um externe Kräfte zu kompensieren, die die Bewegung der Tür 12 beeinflussen, und die ermittelte Ausgangskraft F_output auf eine angepasste Ausgangskraft F_output einstellt, um interne Kräfte zu kompensieren, die den Betrieb des Aktuators 22, 122, 622 beeinflussen. Wie oben beschrieben, bestimmt der haptische Steueralgorithmus 302 die Zielkraft F_output als Kompensationskraft F_haptic, die Umgebungsfaktoren (z. B. Faktoren, die nicht die Antriebseinheit oder den Aktuator betreffen) kompensiert, die die Bewegung der Tür 12 beeinflussen. Das Motorsteuerungs- oder Systemkompensationsmodul 308 passt dann die Kompensationskraft F_haptic entsprechend an, um Reaktionsdifferenzen zwischen der Kompensationskraft F_haptic und der ausgegebenen Kraft F_{output zu} kompensieren, die durch Faktoren der Antriebseinheit verursacht werden (z. B. Rückwärtslaufeffizienz der Antriebseinheit oder des Aktuators 22, 122, 622). Wie in 62 dargestellt, kann das Systemkompensationsmodul 308 ein vorbestimmtes Aktuatormodell 1421 enthalten. Das Kraftkompensationsmodul oder der haptische Steueralgorithmus 302 kann beispielsweise auf einem Überlagerungsprinzip von Drehmomenten basieren. 63 ist eine weitere schematische Darstellung des Steuerungssystems von 47, die zusätzliche Details des mit dem Getriebe 38, 140 und dem Hall-Effekt-Sensor 144, 182 gekoppelten Motors 36 zeigt. Das vorbestimmte Aktuator- oder Reaktionsmodell 1421 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 64-71 näher erläutert.
Gemäß einem Aspekt ist die Steuerung 50 so ausgebildet, dass sie einen Strom I_output auswählt, der dem Elektromotor 36 zugeführt werden soll, so dass die an die Tür 12 abgegebene Ausgangskraft F_output im Wesentlichen der ermittelten Ausgangskraft F_output entspricht. Die Steuerung 50 ist so ausgebildet, dass sie den Strom I_output auswählt, wenn keine Bewegung des Elektromotors 36 oder des Getriebes 38, 140 festgestellt wird. Auf diese Weise kann der Elektromotor 36 so eingestellt werden, dass er ein Ausgleichsdrehmoment erzeugt, um das Getriebe 38, 140 in der Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 oder der Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 vorzuspannen, so dass der Widerstand, den der Benutzer 75 beim manuellen Bewegen der Tür 12 in der Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 oder der Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 verspürt, im Wesentlichen der gleiche ist. Eine solche manuelle Betätigung des Aktuators 22 wird dadurch bewirkt, dass der Benutzer die Tür 12 manuell entweder in eine Schließrichtung oder in eine Öffnungsrichtung bewegt.
Auch hier ist der Getriebezug 38, 140 in einer Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 und in einer Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 beweglich, wobei die Steuerung 50 so ausgebildet ist, dass sie den Stromausgang so wählt, dass der Getriebezug 38, 140 im ausbalancierten Zustand betrieben wird. Somit wird der im ausbalancierten Zustand betriebene Getriebezug 38, 140 entweder in der Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 oder in der Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 angetrieben, ohne eine Bewegung des Aktuators 22, 122, 622 zu verursachen. Somit ist die Steuerung 50 so ausgebildet, dass sie den Strom I_output so wählt, dass eine Kraft, die von der Tür 12 auf den Getriebeausgang ausgeübt wird, um das Getriebe 38, 140 in die Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 zu bewegen, im Wesentlichen der Kraft entspricht, die erforderlich ist, um das Getriebe 38, 140 in die Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 zu bewegen. Das Steuergerät 50 kann aufhören, die ermittelte Leistung einzustellen, wenn eine Bewegung des Elektromotors 36 oder des Getriebezugs 38, 140 festgestellt wird.
Wie oben erwähnt, kann die Steuereinheit 50 das Kraftkompensationsmodul oder den haptischen Steueralgorithmus 302 enthalten, der so ausgebildet ist, dass er die Kompensationskraft F_haptic zur Kompensation externer Kräfte, die die Bewegung der Tür 12 beeinflussen, bestimmt, sowie eine Antriebseinheit 304, die so ausgebildet ist, dass sie die Kompensationskraft F_haptic empfängt und einen Strom I_output bestimmt, der dem Elektromotor 36 zugeführt wird. Der Strom I_output wird angepasst, wenn keine Bewegung des Elektromotors 36 oder des Getriebezugs 38, 140 erkannt wird, um den Getriebezug 38, 140 in einer von einer Antriebsrichtung und einer Gegenantriebsrichtung 1424 anzutreiben, ohne eine Bewegung des Getriebezugs 38, 140 zu verursachen. Der haptische Steueralgorithmus 302 berechnet also die Kompensationskraft _Fhaptic als Steuerparameter für die Antriebseinheit 304, die von der Antriebseinheit 304 auf die Tür 12 ausgeübt werden soll, um externe Umgebungsfaktoren zu kompensieren, die die Position der Tür 12 beeinflussen. Gemäß einem Aspekt wird derselbe Beschleunigungsmesser 697 verwendet, um die Neigung des Fahrzeugs 10 und die Trägheit der Tür 12 zu bestimmen.
Wie oben beschrieben, sind die Türpositionssensoren 144, 182 mit dem kinematischen Block 330 gekoppelt, der so ausgebildet ist, dass er die Position der Tür x_door empfängt und den ersten Krafteingang 332 an die Antriebseinheit 304 ausgibt. Der kinematische Block 330 ist auch mit dem ersten Differenzierer 334 gekoppelt, der so ausgebildet ist, dass er die Position der Tür x_door mathematisch differenziert und die Geschwindigkeit der Tür Vdoor ausgibt. Der erste Differenzierer 334 ist dann mit dem zweiten Differenzierer 336 gekoppelt, der so ausgebildet ist, dass er die Geschwindigkeit der Tür V_door mathematisch differenziert und die Beschleunigung der Tür a_door ausgibt. Die Geschwindigkeit der Tür V_door wird von einem Backdrive-Block 338 empfangen, der so ausgebildet ist, dass er die Geschwindigkeit der Tür V_door empfängt und den zweiten Krafteingang 340 an die Antriebseinheit 304 ausgibt. Der erste Krafteingang 332 des Gegenantriebsblocks 338 ist also ein Faktor, der in der Antriebseinheit 304 verwendet wird, um einen Gesamtsystemwirkungsgrad n_system in Abhängigkeit von der Richtung des Motors 36 zu ändern. Das Systemkompensationsmodul 308 empfängt also Türrichtungsdaten, um festzustellen, ob der Aktuator 22, 122, 622 in Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 oder Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 bewegt wird. Der kinematische Block 330 kompensiert die Hardware der Nicht-Antriebseinheit (z. B. die Variation des Momentarms 1442) auf der Grundlage der bekannten Position der Tür 12 mit Hilfe des Hall-Sensors 144, 182. Der Kinematikblock 330 verfügt über die Informationen der Kinematik und stellt ein Gesamtsystemverhältnis R_system ein. Da der gesamte Vorgang eine Multiplikation ist, ist er unabhängig von der Vorwärts-/Rückwärtsfahrsituation. Die Antriebseinheit 304 empfängt die ersten und zweiten Krafteingänge 332, 340 und gibt den Zielstrom I_target aus. Die Antriebseinheit 304 wandelt also die Kompensationskraft F_haptic in einen Zielstrom um und passt die Kompensationskraft F_haptic an, um das Ansprechverhalten des Motors 36 zu verbessern. 63A zeigt insbesondere eine Funktion, die von der Antriebseinheit 304 ausgeführt wird (I_motor = I_target).
64-71 zeigen Beispiele für den Betrieb des Systems 1420 der 61-63 mit und ohne Auswuchten. In den Beispielen werden Diagramme von Kraft und Stromstärke gezeigt, wobei die Kompression im oberen Teil jedes Diagramms und die Dehnung im unteren Teil jedes Diagramms dargestellt ist. Die 64-67 zeigen insbesondere ein Betriebsbeispiel ohne Ausgleich. In 64 bewegt sich die Tür 12 nicht, aber es besteht eine leichte Neigung, die die Tür 12 in die geschlossene Position bewegt. Es wird angenommen, dass die Tür 12 in einer Offenhalteposition („verriegelter“ Zustand) angehalten wird. Der haptische Steueralgorithmus 302 berechnet die Kompensationskraft F_haptic, die erforderlich ist, um der Bewegung der Tür 12 gegen die Umgebungsfaktoren (z. B. Neigung) in Richtung der geschlossenen Position zu widerstehen (um die Tür 12 fest zu halten). Um der Bewegung der Tür 12 in Richtung der geschlossenen Position zu widerstehen, muss der Aktuator 22, 122, 622 möglicherweise ausgefahren werden, was die Zuführung eines +ve-Stroms oder Ausgangsstroms I_output erfordert. Die inhärenten Verriegelungseigenschaften (z. B. Abreißkräfte aufgrund von Reibung) des Aktuators 22, 122, 622 aus dem Stillstand heraus können dazu beitragen, eine Bewegung der Tür 12 aufgrund von Umgebungsfaktoren (z. B. Neigung) zu verhindern und den verriegelten Zustand des Aktuators 22, 122, 622 beizubehalten. Wenn sich die Tür nicht bewegt, berechnet der haptische Steueralgorithmus 302 die Kompensationskraft F_haptic, die der Aktuator 22, 122, 622 ausgeben soll, um die Umgebungsfaktoren zu neutralisieren. Da der Aktuator 22, 122, 622 jedoch inhärente Ineffizienzen aufweist, wird der Strom I_output, der dem Aktuator 22, 122, 622 zugeführt werden muss, durch das Systemkompensationsmodul 308 mit dem Reaktionsmodell 1421 ausgewählt. Dementsprechend kann das Systemkompensationsmodul 308 den Strom I_output am Schnittpunkt mit der gestrichelten Linie 1460 auswählen. Der Ausgangsstrom I_output entspricht immer der oberen (d.h. Rückwärtsfahrtgrenze 1462), der unteren (d.h. Vorwärtsfahrtgrenze 1464) oder der gestrichelten Linie 1460. Innerhalb eines schraffierten Bereichs 1466 findet also keine Bewegung des Aktuators 22, 122, 622 statt. Dies wird auch als „Blockierbereich“ bezeichnet. Die gestrichelte Linie 1460 („stall gain“) befindet sich idealerweise in einer Position, in der der vertikale Abstand zur vorderen Antriebsgrenze 1464 == vertikaler Abstand zur hinteren Antriebsgrenze 1462 (wo die vertikale Achse Kraft ist). Dieses Verhalten ist bei jedem Aktuator 22, 122, 622 normal. Je höher der Wirkungsgrad des gesamten mechanischen Systems ist, desto kleiner wird der schraffierte Bereich sein.
In 65 wird die Tür 12 nun in die offene Position (in Richtung der vorderen Antriebsgrenze 1464) bewegt. Nun muss der Benutzer 75, der die Tür 12 manuell bewegt, den Aktuator 22, 122, 622 in Bewegung setzen oder eine Kraft aufbringen, um den Aktuator 22, 122, 622 zur Rückwärtsfahrtgrenze 1462 oder zur Vorwärtsfahrtgrenze 1464 zu bewegen. Im Beispiel bewegt der Benutzer 75 den Aktuator 22, 122, 622 in Richtung der vorderen Antriebsgrenze 1464 (Linie mit der Bezeichnung 1468), indem er die Tür 12 in die offene Position bewegt. Da der Benutzer 75 eine Kraft aufbringt, um die 12 zu bewegen, wird, sobald die Tür 12 an der vorderen Antriebsgrenze 1464 in Bewegung gesetzt wird (wie von den Hall-Sensoren 144, 182 erfasst), der aktuelle I_output auf der Grundlage der Kompensationskraft F_haptic ausgewählt.
Abhängig von der erkannten Bewegung (z. B. eine hohe vom Benutzer auf die Tür 12 ausgeübte Kraft) kann eine Aktivierung des haptischen Steueralgorithmus 302 den Wert der Kompensationskraft F_haptic (Linie mit 1470 gekennzeichnet) erhöhen (z. B. aufgrund einer Zunahme der Reibung während der Bewegung der Tür 12), so dass das Systemkompensationsmodul 308 nun einen neuen Strom C_drive berechnet, um dem Benutzer 75 beim Bewegen der Tür 12 eine Kraftunterstützung zu bieten.
In den 66 und 67 bewegt sich die Tür 12 nicht, stattdessen wirkt eine leichte Neigung, um die Tür 12 in die offene Position zu bewegen. Auch hier wird davon ausgegangen, dass sich die Tür 12 während eines Offenhaltezustands in einem verriegelten Zustand befindet. Wenn eine Bewegung der Tür 12 in Richtung der offenen Position festgestellt wird (nachdem eine Bewegung des Aktuators 22, 122, 622 festgestellt wurde), zum Beispiel als Ergebnis einer Bewegung der Tür 12 durch einen Benutzer 75, wird der haptische Steueralgorithmus 302 aktiviert, um eine Kompensationskraft F_haptic zur Unterstützung der Bewegung der Tür 12 durch den Benutzer 75 zu berechnen. Beispielhaft springt die Kompensationskraft F_haptic von ihrer - ve Offenhaltekraft (dargestellt als mit Pfeilen markierte 1473) auf einen +ve Wert (angezeigt bei 1472), nachdem der Aktuator 22, 122, 622 an die Vorwärtsantriebsgrenze 1464 mit einer als 1474 angezeigten Ausdehnungszone bewegt wurde.
Zunächst muss der Wert des Ausgangsstroms I_output vom Systemkompensationsmodul 308 so gewählt werden, dass er nicht nur eine Kraftunterstützung bietet, sondern auch die Sperreigenschaften des Aktuators 22, 122, 622 (aufgrund von Reibung usw.) überwindet, um die Ausgangskraft F_output zu erzeugen. Der Strom I_output, der erforderlich ist, um die Tür 12 in die Ausfahrrichtung zu bewegen, wird vom Systemkompensationsmodul 308 bestimmt, der nun ein positiver Strom I_Ioutput sein wird, um die Tür 12 in die Öffnungsrichtung zu treiben.
Sobald die Bewegung beginnt, wird die Kompensationskraft F_haptic neu berechnet (dargestellt durch den Pfeil bei 1475), und das Systemkompensationsmodul 308 kann feststellen, dass ein geringerer Strom I_output erforderlich ist (dargestellt als Pfeile die Pfeile mit der Markierung 1476), da die statische Reibung überwunden worden sein kann, z.B. kann die dynamische Kompensationskraft F_haptic entlang der Y-Achse ständig variieren, während das Systemkompensationsmodul 308 den erforderlichen Strom I_output basierend auf der variierenden Kompensationskraft F_haptic bestimmt.
In 68 wird die Tür 12 in die geschlossene Position (in Richtung der Rückfahrkante 1462) bewegt. Die Tür 12 befindet sich also nicht in Bewegung (Offenhalteposition). Der haptische Steueralgorithmus 302 berechnet eine erforderliche Offenhaltekraft (Linie 1478). Bevor der haptische Steueralgorithmus 302 eine unterstützende Kraft für die Bewegung der Tür 12 berechnet, muss ein Benutzer 75, der die Tür 12 manuell bewegt, den Aktuator 22, 122, 622 in Bewegung setzen. Insbesondere muss der Benutzer 75 eine Kraft aufbringen, um den Aktuator 22, 122, 622 zur Rückwärtsfahrgrenze 1462 oder Vorwärtsfahrgrenze 1464 zu bewegen, bevor der haptische Steueralgorithmus 302 den Kraftausgleich F_haptic neu berechnet. In diesem speziellen Beispiel bewegt der Benutzer 75 den Aktuator 22, 122, 622 in Richtung der Rückwärtsantriebsgrenze 1462 (angegeben als 1480). Da der Benutzer 75 eine Kraft aufbringt, um die Tür 12 zu bewegen, ist die Kompensationskraft F_haptic, sobald die Tür 12 an der Rückfahrgrenze 1462 in Bewegung gesetzt wird, momentan dieselbe wie vor der Erkennung der Bewegung, und dem Motor 36 wird ein Strom Cdrive zugeführt, um die Tür 12 in die Druckrichtung zu bewegen.
In 69 bewegt sich die Tür 12 nicht (vor dem Ausgleich), und eine leichte Neigung bewirkt, dass die Tür 12 in die geschlossene Position fährt. Ohne eine im Systemkompensationsmodul 308 aktivierte Ausgleichsfunktion würde der aktuelle, mit C_select gewählte I_output den Aktuator 22, 122, 622 in Richtung seiner Vorwärtsantriebsgrenze 1464 vorspannen und dabei von dem inhärenten Verriegelungszustand des Aktuators 22, 122, 622 profitieren. Die Kraft, die ein Benutzer 75 auf den Aktuator 22, 122, 622 ausüben müsste, damit sich der Aktuator 22, 122, 622 zur vorderen Antriebsgrenze 1464 bewegt, bevor der haptische Steueralgorithmus 302 aktiviert wird, ist als Delta_drive dargestellt. Die Kraft, die ein Benutzer 75 auf den Aktuator 22, 122, 622 ausüben müsste, um den Aktuator 22, 122, 622 zu veranlassen, sich an der Rückwärtsantriebsgrenze 1462 zu bewegen, bevor der haptische Steueralgorithmus 302 aktiviert wird, ist als Delta_backdrive dargestellt. Daher erfährt der Benutzer 75 unterschiedliche Widerstände, bevor der haptische Steueralgorithmus 302 aktiviert wird, abhängig von der Bewegungsrichtung (in der Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 im Vergleich zur Vorwärts-Antriebsrichtung 1422), wenn der Aktuator 22, 122, 622 stationär ist. Der schattierte Bereich 1466 ist also für jeden Aktuator 22, 122, 622 einzigartig. Ein breiteres schattiertes Band oder eine breitere schattierte Zone 1466 deutet auf größere Unzulänglichkeiten des Aktuators 22, 122, 622 und eine geringere Qualität des Aktuators 22, 122, 622 hin (z. B. mehr Reibung zwischen den Zahnrädern), kann aber wünschenswert sein, um eine Offenhaltekraft physikalisch zu realisieren. Dies würde jedoch die Kraft erhöhen, die erforderlich ist, um den Aktuator 22, 122, 622 in Richtung der Gegenantriebsgrenze 1462 zu bewegen. Ein schmaler schattierter Bereich 1466 deutet auf einen verbesserten Wirkungsgrad des Aktuators 22, 122, 622 und eine höhere Qualität des Aktuators 22, 122, 622 hin (z. B. weniger Reibung zwischen den Zahnrädern), allerdings mit dem Nachteil, dass die inhärente Offenhalteverriegelung verloren geht, was zu einem erhöhten Offenhaltestrom führt. Der Aktuator 22, 122, 622 kann so ausgewählt werden, dass die schraffierte Zone 1466 ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kosten, Qualität der Offenhaltesperre des Aktuators 22, 122, 622 und Offenhaltestrom bietet. Eine breitere schraffierte Zone 1466 kann die Auswahl eines kostengünstigeren Getriebes 38, 140 ermöglichen, und die Nachteile einer breiteren schraffierten Zone 1466 können durch die hier beschriebenen Verfahren ausgeglichen werden.
70 zeigt den Ausgleich (Übergang aus dem schattierten Bereich 1466 von einer Türrichtung zur anderen). Auch hier bewegt sich die Tür 12 nicht, sondern es gibt eine leichte Schräglage, die die Tür 12 in die geschlossene Position/Kompression bewegt. Da die Ausgleichsfunktion nun im Systemkompensationsmodul 308 aktiviert ist, basiert der aktuelle I_{Ausgang Cselect} auf der gleichen Ausgleichskraft F_haptic, die den Aktuator 22, 122, 622 in Richtung eines mittleren Punktes in der schattierten Zone 1466 (in diesem Beispiel in Richtung der Rückwärtsfahrtgrenze 1462, dargestellt durch die gestrichelte Linie 1482) zwischen der Vorwärtsfahrtgrenze 1464 und der Rückwärtsfahrtgrenze 1462 vorspannen würde, so dass das Delta_{drive Deltabackdrive} gleich ist. Mit anderen Worten, der Aktuator 22, 122, 622 kann in einer Richtung ausbalanciert sein, nämlich in der Richtung, die mehr Kraft für den Benutzer 75 erfordern würde, um den Aktuator 22, 122, 622 zur Rückwärtsantriebsgrenze 1462 zu bewegen. In diesem Fall ist der mit C_select gewählte Strom I_output niedriger (dargestellt durch den Pfeil 1484), da der Widerstand des Gegenantriebs dazu beiträgt, den Aktuator 22, 122, 622 gegen eine Bewegung zu halten. Infolgedessen ist die Kraft, die erforderlich ist, um den Aktuator 22, 122, 622 zu einem der beiden Ränder zu bewegen, um den haptischen Steuerungsalgorithmus 302 zu aktivieren, gleich. Infolgedessen erfährt der Benutzer 75 den Widerstand, bis der Aktuator 22, 122, 622 unabhängig von der Bewegungsrichtung (in der Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 und in der Antriebsrichtung) bewegt wird, wenn der Aktuator 22, 122, 622 stillsteht.
71 zeigt einen Übergang in den schattierten Bereich 1466 von einer Richtung der Tür 12 in eine andere. Die Tür 12 bewegt sich also in einer Ausstellrichtung in Richtung der geöffneten Position der Tür. Es wird davon ausgegangen, dass die Tür 12 bereits in Bewegung gesetzt wurde, wie im obigen Betriebsbeispiel beschrieben. Der haptische Steueralgorithmus 302 berechnet eine Kompensationskraft F_haptic, die erforderlich ist, um die Bewegung der Tür 12 in Richtung der offenen Position zu bewegen, um den Benutzer 75 bei der Bewegung der Tür 12 zu unterstützen. Der aktuell gewählte I_Output C_select wird durch das Systemkompensationsmodul 308 bestimmt. (Pfeile sind als 1486 gekennzeichnet). Nun möchte der Benutzer 75 die Bewegung der Tür 12 von der Öffnungsrichtung in eine Schließrichtung umkehren, was durch den mit 1488 gekennzeichneten Pfeil in Richtung der Vorwärtsantriebsgrenze 1464 dargestellt wird. Sobald der Benutzer 75 den Aktuator 22, 122, 622 in den schraffierten Bereich 1466 bewegt hat, wird vom Hall-Sensor 144, 182 keine Bewegung erkannt, so dass der haptische Steueralgorithmus 302 keine Bewegung erkennt und eine Offenhaltekraft berechnet, die davon ausgeht, dass die Tür 12 in ihrer Position gehalten werden soll. Das Systemkompensationsmodul 308 wählt einen Strom C_hold aus, um den Aktuator 22, 122, 622 auszugleichen. Da der Strom C_hold bei eingeschaltetem Ausgleichsmodus so gewählt wird, dass der Aktuator 22, 122, 622 in der Mitte zwischen der Rücklaufgrenze 1462 und der Vorlaufgrenze 1464 ausbalanciert ist, erfordert die fortgesetzte Bewegung des Aktuators 22, 122, 622 durch den Benutzer in Richtung der Rücklaufgrenze 1462/und der Kompressionsrichtung/der geschlossenen Türposition nur eine Kraft, die durch die mit 1490 bezeichnete Linie in Richtung der Rücklaufgrenze 1462 angezeigt wird, da der Aktuator 22, 122, 622 in seinem Ausgleichsmodus in Richtung der Rücklaufgrenze 1462 vorgespannt wurde. Die vom Benutzer benötigte Kraft (Pfeil mit der Bezeichnung 1490) ist nun geringer als die Kraft, die sonst (gestrichelter Pfeil mit der Bezeichnung 1489) erforderlich wäre, um den Aktuator 22, 122, 622 ohne die Ausgleichsfunktion des Systemkompensationsmoduls 308 durch den schattierten Bereich 1466 zu bewegen.
Sobald der haptische Steueralgorithmus 302 eine Bewegung in Kompressionsrichtung feststellt, bestimmt der haptische Steueralgorithmus 302 eine negative Kompensationskraft F_haptic, die aufgebracht werden muss, und das Systemkompensationsmodul 308 bestimmt einen negativen Strom I_output, der als C_closing ausgewählt wird, um die Kompression des Aktuators 22, 122, 622 zu unterstützen. Der _Deltastrom springt von einem ausgeglichenen Aktuator 22, 122, 622, der einen C_hold an den Aktuator 22, 122, 622 anlegt, der kleiner ist als der Deltastromsprung von einem unsymmetrischen Aktuator 22, 122, 622, der einen C_select an den Aktuator 22, 122, 622 anlegt, zum C_Closing. Dies reduziert die Empfindung eines Stromsprungs zwischen einem +ve Antriebsstrom und einem -ve Antriebsstrom, wodurch die Empfindung für den Benutzer 75 reduziert wird, um dem Benutzer 75 einen nahtlosen Übergang durch die schattierte Zone 1466 zu bieten.
72 zeigt die Schritte eines Verfahrens zur Steuerung einer motorisch unterstützten Fahrzeugtür 12 eines Fahrzeugs 10 mit einem Aktuator, 122, 622 (d.h. ein Systemkompensationsverfahren). Das Verfahren umfasst den Schritt 1500, in dem eine Ausgangskraft F_output des Aktuators 22, 122, 622 bestimmt wird, um externe Kräfte zu kompensieren, die die Bewegung der Tür 12 beeinflussen. Insbesondere kann ein solcher Schritt 1500 die Berechnung der Kompensationskraft F_haptic beinhalten, die der Aktuator 22, 122, 622 ausgeben soll, um den Benutzer 75 bei der Bewegung der Tür 12 zu unterstützen. Der nächste Schritt des Verfahrens ist 1504 die Anpassung der Ausgangskraft F_output, um innere Kräfte zu kompensieren, die die Bewegung des Aktuators 22, 122, 622 beeinflussen. Im Einzelnen kann dieser Schritt 1504 die Anpassung der Kompensationskraft F_haptic 1506 umfassen, um Schwankungen der Ausgangskraft F_output des Aktuators 22, 122, 622 zu kompensieren, die eine Abweichung von der Übereinstimmung der Kompensationskraft F_haptic verursachen. Das Verfahren wird mit dem Schritt 1508 fortgesetzt, in dem ein Elektromotor 36 des Aktuators 22, 122, 622 unter Verwendung der angepassten Ausgangskraft F_output betrieben wird. Genauer gesagt kann ein solcher Schritt 1508 die Steuerung 1510 des Aktuators 22, 122, 622 umfassen, um die eingestellte Kompensationskraft F_haptic auf die Tür 12 anzuwenden, so dass die Ausgangskraft _output mit der Kompensationskraft F_haptic übereinstimmt.
Gemäß einem Aspekt kann das Verfahren ferner beinhalten, dass eine Bewegung des Aktuators 22, 122, 622 in einer Antriebsrichtung oder einer Gegenantriebsrichtung 1424 erfasst wird, und dass, wenn keine Bewegung erfasst wird, die Ausgangskraft F_output eingestellt wird, um innere Kräfte zu kompensieren, die auf den Bewegungsaktuator 22, 122, 622 einwirken, ohne eine Bewegung des Aktuators 22, 122, 622 zu verursachen. Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Verfahren ferner die Auswahl eines Stroms I_output umfassen, der dem Elektromotor 36 zugeführt wird, wenn keine Bewegung erkannt wird, wobei der zugeführte Strom I_output bewirkt, dass der Aktuator 22, 122, 622 in einem ausgeglichenen Zustand arbeitet. Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Kraft, die erforderlich ist, um den Aktuator 22, 122, 622 in der Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 zu bewegen, im Wesentlichen ähnlich der Kraft, die erforderlich ist, um die Antriebsrichtung zu bewegen, wenn der Aktuator 22, 122, 622 in dem ausgeglichenen Zustand betrieben wird.
73 zeigt die Schritte eines Verfahrens zur Kompensation des Aktuators 22, 122, 622 304 (d.h. ein Verfahren zur Kompensation der Antriebseinheit). Das Verfahren umfasst den Schritt 1600, in dem ein blockierter Zustand (keine Bewegung) des Aktuators 22, 122, 622 mit einem Ausgang und einem Eingang bestimmt wird. Das Verfahren umfasst auch den Schritt 1602 des Bestimmens einer Kompensationskraft F_haptic, die von einem Motor 36 auf den Eingang des Aktuators 22, 122, 622 ausgeübt wird, um den Aktuator 22, 122, 622 während des verriegelten Starts vorzuspannen, so dass eine Kraft am Ausgang, die erforderlich ist, um den Aktuator 22, 122, 622 in eine Richtung zu bewegen, im Wesentlichen dieselbe Gegenantriebskraft am Eingang ist, die erforderlich ist, um den Aktuator 22, 122, 622 in eine Richtung zu bewegen.
Der Begriff „Controller“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, umfasst jeden Computer, Prozessor, Mikrochip-Prozessor, integrierten Schaltkreis oder jedes andere Element, ob einzeln oder in mehreren Teilen, das in der Lage ist, die Programmierung zur Durchführung der in den Ansprüchen und dieser schriftlichen Beschreibung angegebenen Funktionen zu übernehmen. Der Controller, der auch mindestens ein Steuergerät sein kann, kann ein einzelnes solches Element sein, das auf einer Leiterplatte mit den anderen Elementen des Türbewegungssteuerungssystems untergebracht ist. Sie kann aber auch entfernt von den anderen Elementen des Türbewegungssteuerungssystems untergebracht sein. Zum Beispiel, aber ohne Einschränkung, kann der mindestens eine Controller die Form einer Programmierung im Bordcomputer eines Fahrzeugs annehmen, wie z. B. das Body Control Module („BCM“), das die Teilbereiche oder die gesamten Bereiche des Türbewegungssteuerungssystems umfasst. Der Controller kann sich auch an mehreren Stellen befinden oder mehrere Komponenten innerhalb des Fahrzeugs umfassen, einschließlich innerhalb einer Fahrzeugtür. Beispielsweise und ohne Einschränkung ist es denkbar, dass bestimmte Aspekte des Controllers, wie z. B. die Bestimmung eines Soll-Ausgangsdrehmoments, von einem ersten Mikroprozessor, einer Schaltung usw. ausgeführt werden, der Teil eines zentralen Fahrzeug- oder Türsteuerungssystems ist, durchgeführt werden können, während andere Aspekte, wie (wiederum als nicht einschränkendes Beispiel) die Modifizierung eines Sollstroms zum Ausgleich von Unregelmäßigkeiten des Kraft-Aktuators, von einem zweiten Mikroprozessor, einer zweiten Schaltung usw. (wie z. B. dem integrierten Mikroprozessor der ein Kraft-Aktuatoranordnung, die das Zugangssystem enthält) durchgeführt werden können.
Wie ein Fachmann wissen wird, kann die vorliegende Offenbarung als Verfahren, System oder Computerprogrammprodukt verkörpert werden. Dementsprechend kann die vorliegende Offenbarung die Form einer reinen Hardware-Variante, einer reinen Software-Variante (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode usw.) oder einer Variante annehmen, die Software- und Hardware-Aspekte kombiniert. In jeder dieser Formen kann hier allgemein von einer „Schaltung“, einem „Modul“, einer „Einheit“ oder einem „System“ die Rede sein. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts auf einem computerverwendbaren Speichermedium oder Speichersystem mit computerverwendbarem Programmcode annehmen, der in dem Medium verkörpert und als Softwareprodukt aufgebaut ist.
Es kann jedes geeignete computerverwendbare oder computerlesbare Medium verwendet werden. Das computernutzbare oder computerlesbare Medium kann beispielsweise, aber nicht ausschließlich, ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, ein Apparat, eine Vorrichtung oder ein Übertragungsmedium sein. Zu den spezifischeren Beispielen (eine nicht erschöpfende Liste) für das computerlesbare Medium gehören: eine elektrische Verbindung mit einem oder mehreren Drähten, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), ein löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EPROM oder Flash-Speicher), eine optische Faser, ein tragbarer Compact-Disc-Festwertspeicher (CD-ROM), ein optisches Speichermedium, ein Übertragungsmedium, wie z. B. eines, das das Internet oder ein Intranet unterstützt, oder ein magnetisches Speichermedium. Im Zusammenhang mit diesem Dokument kann ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium jedes Medium sein, das das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Befehlsausführungssystem, dem Gerät oder der Vorrichtung enthalten, speichern, kommunizieren, verbreiten oder transportieren kann. Das computernutzbare Medium kann ein verbreitetes Datensignal mit dem darin verkörperten computernutzbaren Programmcode enthalten, entweder im Basisband oder als Teil einer Trägerwelle. Der computernutzbare Programmcode kann über ein beliebiges geeignetes Medium übertragen werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf das Internet, eine drahtgebundene Verbindung, ein optisches Faserkabel, RF, usw.
Der Computerprogrammcode für die Ausführung von Operationen durch die Ausführung von Anweisungen der vorliegenden Offenbarung kann in einer objektorientierten Programmiersprache wie Java, Python, C++ oder ähnlichem geschrieben werden. Der Computerprogrammcode zur Ausführung von Operationen der vorliegenden Offenbarung kann auch in herkömmlichen prozeduralen Programmiersprachen wie der Programmiersprache „C“ oder ähnlichen Programmiersprachen geschrieben sein. Der Programmcode kann vollständig auf der einen Rechnereinrichtung, teilweise auf einer Rechnereinrichtung als eigenständiges Softwarepaket, teilweise auf einer lokalen Rechnereinrichtung und teilweise auf einer entfernten Rechnereinrichtung oder vollständig auf der entfernten Rechnereinrichtung ausgeführt werden. Im letztgenannten Fall kann die entfernte Rechnereinrichtung mit der lokalen Rechnereinrichtung über ein lokales Netz/ein Weitverkehrsnetz/das Internet verbunden sein, z. B. über eine Ethernet-Verbindung.
Die vorliegende Offenbarung wird unter Bezugnahme auf Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagrammen durch Computerprogrammanweisungen, elektronische Schaltungen, Hardware, Software oder eine Kombination davon in Übereinstimmung mit nicht einschränkenden Beispielen implementiert werden können. Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines Allzweckcomputers/Spezialcomputers/einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, so dass die Anweisungen, die über den Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, Mittel zur Implementierung der im Flussdiagramm und/oder Blockdiagramm angegebenen Funktionen/Aktionen schaffen. Die Anweisungen des Computerprogramms können als Computerprogramm oder als Computercode in einer Programmiersprache, z. B. als Quellcode oder als kompilierter Code, vorliegen.
Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Speicher gespeichert werden, der einen Computer oder ein anderes programmierbares Datenverarbeitungsgerät anweisen kann, in einer bestimmten Weise zu arbeiten, so dass die in dem computerlesbaren Speicher gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsartikel erzeugen, der Befehlsmittel enthält, die die in dem Flussdiagramm und/oder dem Blockdiagramm angegebene Funktion/Aktion umsetzen.
Die Computerprogrammanweisungen können auch auf einen Computer oder ein Mikroverarbeitungsgerät oder ein anderes programmierbares Datenverarbeitungsgerät geladen werden, um eine Reihe von Betriebsschritten zu veranlassen, die auf dem Computer oder einem anderen programmierbaren Gerät ausgeführt werden, um einen computerimplementierten Prozess zu erzeugen, so dass die Anweisungen, die auf dem Computer oder einem anderen programmierbaren Gerät ausgeführt werden, Schritte zur Implementierung der im Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder den Blöcken angegebenen Funktionen/Aktionen bereitstellen.
Die Flussdiagramme und Blockdiagramme in den Figuren können die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung veranschaulichen. In dieser Hinsicht kann jeder Block im Flussdiagramm oder in den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil des Codes darstellen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) umfasst. Es sollte auch beachtet werden, dass in einigen alternativen Implementierungen die in den Blöcken angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren angegeben auftreten können. So können z. B. zwei nacheinander gezeigte Blöcke in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, je nach der betreffenden Funktionalität. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch spezielle Hardwarebasierte Systeme, die die angegebenen Funktionen oder Handlungen ausführen, oder durch Kombinationen von spezieller Hardware und Computerbefehlen implementiert werden können.
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

WO 2013013313 A [0003]
US 20180238099 A [0045]
US 10280674 B [0072]
US 20220243521 A [0122]
WO 2021081664 A1 [0124]
US 2018/0100331 [0139]

Claims

Kraftbetriebenes Türbetätigungssystem 20, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1420, 1420 für eine Tür 12 eines Fahrzeugs 10, die relativ zu einer Fahrzeugkarosserie 14 um eine Scharnierachse AA zwischen einer geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position bewegbar ist, wobei das kraftbetriebene Türbetätigungssystem 20, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1420 umfasst: ein Gehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684, das an der Tür 12 angebracht ist; einen Aktuator 22, 122, 622, der innerhalb des Gehäuses 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 montiert ist, wobei der Aktuator 22, 122, 622 umfasst: einen Elektromotor, der von dem Gehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 getragen wird, wobei der Elektromotor 36 so ausgebildet ist, dass er eine Motorkraft ausgibt, einen Getriebezug 38, 140, der von dem Gehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 getragen wird und einen Getriebeeingang, der mit einem Ausgang des Elektromotors 36 gekoppelt ist, um die Motorkraft aufzunehmen, und einen Getriebeausgang aufweist, um eine Ausgangskraft F_output auf die Tür 12 auszuüben, und ein ausfahrbares Element 134, das mit dem Getriebeausgang gekoppelt und so ausgebildet ist, dass es relativ zum Gehäuse 141, 148, 184, 188, 206, 408, 422, 684 bei Betätigung durch den Getriebeausgang aus- und eingefahren werden kann, um die Tür 12 relativ zur Fahrzeugkarosserie 14 zu bewegen; und wobei das kraftbetriebene Türbetätigungssystem 20, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1420 so ausgelegt ist, dass es die ermittelte Ausgangskraft F_output auf eine eingestellte Ausgangskraft F_output einstellt, um innere Kräfte zu kompensieren, die den Betrieb des Aktuators 22, 122, 622 beeinflussen, und den Elektromotor 36 steuert, um die Tür 12 mit der eingestellten Ausgangskraft F_output zu bewegen.
Kraftbetriebenes Türbetätigungssystem 20, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1420 nach Anspruch 1, wobei die internen Kräfte, die den Betrieb des Aktuators 22, 122, 622 beeinflussen, mit mindestens einem von einem Wirkungsgrad des Getriebezugs 38, 140 und einem Momentarm 1442 der Verbindung des Getriebezugs 38, 140 mit der Tür 12 zusammenhängen.
Kraftbetriebenes Türbetätigungssystem 20, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1420 nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Getriebezug 38, 140 in einer Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 und in einer Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 bewegbar ist, wobei die eingestellte Ausgangskraft F_output so gewählt ist, dass eine von der Tür 12 auf den Getriebezugausgang aufgebrachte Eingangskraft, um den Getriebezug 38, 140 in der Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 zu bewegen, im Wesentlichen der Eingangskraft entspricht, die erforderlich ist, um den Getriebezug 38, 140 in der Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 zu bewegen.
Kraftbetätigtes Türbetätigungssystem 20, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1420 nach Anspruch 3, wobei die ermittelte Ausgangskraft F_output eingestellt wird, wenn der Aktuator 22, 122, 622 nicht in Bewegung ist; und/oder wobei der Aktuator 22, 122, 622 so ausgelegt ist, dass er einen Strom I_output an den Elektromotor 36 liefert, wobei der Strom I_output so gewählt wird, dass der Elektromotor 36 so betrieben wird, dass die eingestellte Ausgangskraft F_output durch den Getriebeausgang auf die Tür 12 ausgeübt wird.
Kraftbetriebenes Türbetätigungssystem 20, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1420 nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei der Aktuator 22, 122, 622 so ausgelegt ist, dass er dem Elektromotor 36 einen Strom I_output zuführt, wobei der Strom I_output so gewählt ist, dass eine Eingangskraft, die von der Tür 12 auf den Getriebeausgang ausgeübt wird, um den Getriebezug 38, 140 in der Vorwärts-Antriebsrichtung 1422 zu bewegen, im Wesentlichen der Eingangskraft entspricht, die erforderlich ist, um den Getriebezug 38, 140 in der Rückwärts-Antriebsrichtung 1424 zu bewegen; und/oder wobei der Aktuator 22, 122, 622 so ausgelegt ist, dass er die eingestellte Ausgangskraft F_output auf die Tür 12 ausübt, während keine Bewegung der Tür 12 erfasst wird.
Kraftbetriebenes Türbetätigungssystem 20, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1420 nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das außerdem einen Sensor 144, 182, 697 zum Erfassen einer Bewegung des Elektromotors 36 oder des Getriebezugs 38, 140 oder der Tür 12 umfasst und/oder wobei das kraftbetriebene Türbetätigungssystem (20, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1420) ferner so ausgelegt ist, dass es die ermittelte Ausgangskraft F_output anpasst, um äußere Kräfte zu kompensieren, die die Bewegung der Tür (12) beeinflussen; und/oder wobei das ausfahrbare Element 134 eine lineare Strebe 134 ist.
Kraftbetriebenes Türbetätigungssystem 20, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1420 nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner eine Steuerung 50 umfasst, wobei die Steuerung 50 so eingerichtet ist, dass sie die Ausgangskraft F_output bestimmt, um die äußeren Kräfte zu kompensieren, die die Bewegung der Tür 12 beeinflussen, und die bestimmte Ausgangskraft F_output an die eingestellte Ausgangskraft F_output anpasst, um die inneren Kräfte zu kompensieren, die den Betrieb des Aktuators 22, 122, 622 beeinflussen, wobei vorzugsweise ist die Steuerung 50 so ausgebildet ist, dass sie einen dem Elektromotor 36 zuzuführenden Strom loutput so auswählt, dass die an die Tür 12 abgegebene Ausgangskraft Foutput im Wesentlichen der ermittelten Ausgangskraft Foutput entspricht.
Verfahren zur Steuerung einer kraftunterstützten Fahrzeugtür eines Fahrzeugs mit einem Aktuator, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmung eines Soll-Betriebsparameters des Aktuators zum Bewegen der kraftunterstützten Fahrzeugtür; Einstellen des Zielbetriebsparameters auf einen eingestellten Betriebsparameter, um innere Kräfte zu kompensieren, die den tatsächlichen Betrieb des Aktuators beeinflussen; und Betrieb eines Elektromotors des Aktuators mit dem eingestellten Betriebsparameter.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Soll-Betriebsparameter eine Soll-Ausgangskraft ist, und wobei der Schritt des Bestimmens einer Soll-Ausgangskraft des Aktuators zum Bewegen der kraftunterstützten Fahrzeugtür das Bestimmen der Soll-Ausgangskraft zum Kompensieren äußerer Kräfte, die die Bewegung der kraftunterstützten Fahrzeugtür beeinflussen, umfasst und/oder ferner das Erfassen der Bewegung des Aktuators in einer Antriebsrichtung und einer Rückwärts-Antriebsrichtung, wobei das Einstellen des Zielbetriebsparameters auf einen eingestellten Betriebsparameter Unterschiede im manuellen Betrieb des Aktuators zwischen der Rückwärts-Antriebsrichtung und der Vorwärts-Antriebsrichtung des angetriebenen Aktuators kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Betrieb des Elektromotors des Aktuators unter Verwendung des eingestellten Betriebsparameters den Aktuator in einem ausbalancierten Zustand betreibt, wobei vorzugsweise, wenn der Aktuator in dem ausbalancierten Zustand betrieben wird, eine Kraft, die aufgebracht wird, um den Aktuator manuell in einer rückwärtsgerichteten Richtung zu betreiben, im Wesentlichen die gleiche ist wie eine Kraft, um den Aktuator manuell in einer vorwärtsgerichteten Richtung des angetriebenen Aktuators zu betreiben.