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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem fahrbaren Verdeck,
einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer Verdeckbewegung und
einer Detektionseinrichtung zur Erkennung eines Eingriffs in einen
Bewegungsraum eines Verdeckmechanismus.
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Cabriolet-Kraftfahrzeuge
neuerer Bauart weisen häufig
ein fahrbares Verdeck auf, welches beispielsweise durch eine Tasterbetätigung automatisch
von einer geöffneten
in eine geschlossene Position oder umgekehrt bewegt werden kann.
Die Verdeckbewegung erfolgt dabei üblicherweise durch einen hydraulischen
Antrieb, welcher einen Verdeckmechanismus antreibt, der ein Verdeckgestänge, unter
dem vorliegend sowohl eine Trageinrichtung für ein Textildach als auch ein
sogenanntes Hard-Top-Klappdach mit im wesentlichen starren Dachelementen
zu verstehen ist, und gegebenenfalls einen Deckel für einen
Verdeckaufnahmeraum sowie alle hierdurch bewegten Elemente umfaßt.
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Da
Störungen
im Ablauf der Verdeckbewegung, wie z.B. eine verlangsamte Bewegung
oder ein Blockieren des Verdecks, Anzeichen für das Einklemmen eines Gegenstandes
oder eines menschlichen Körperteils
in das Verdeckgestänge
sein können,
und eine solche Einklemmsituation eine sofortige Reaktion zur Vermeidung
von Verletzungen erfordert, ist es bekannt, eine Detektionseinrichtung zur Erkennung
eines Eingriffs in den Bewegungsraum des Verdeckmechanismus vorzusehen.
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Aus
der
EP 0 943 473 A2 ist
ein Kraftfahrzeug mit einem von einer Verdecksteuerung mittels eines
Antriebs fahrbaren Verdeck bekannt, wobei insbesondere als Kamera
ausgebildete Sensoren zur Ermittlung der Position der Fahrzeuginsassen
in einem Fahrzeuginnenraum vorgesehen sind. Die Sensoren, welche
oberhalb der Fahrzeuginsassen angebracht sind, überwachen neben der Position
der Fahrzeuginsassen auf ihren Sitzen einen Sicherheitsbereich zwischen
den Fahrzeuginsassen und dem Verdeck und sind mit einer Verdecksteuerung verbunden.
Sobald die Verdecksteuerung ermittelt, daß die Fahrzeuginsassen einen
Sicherheitsbereich unterhalb des Verdecks nicht einhalten und Verletzungen
der Fahrzeuginsassen durch das sich bewegende Verdeck somit nicht
ausgeschlossen sind, wird der Antrieb des Verdecks stillgesetzt.
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Die
bei der
EP 0 943 473
A2 vorgesehenen Sensoren, welche eine Kamera, ein Infrarotsensor oder
ein Ultraschallsensor sein können,
haben den Nachteil, daß sie
bezüglich
ihrer Signale häufig
fehlerbehaftet sind und im Falle optischer Sensoren in einem optischen
Schattenbereich liegende Zonen nicht überwachen können.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 23 974 A1 wird ebenfalls ein Verfahren
zum Verhindern des Einklemmens eines Fremdkörpers in einer durch eine motorisch
angetriebene Einrichtung zu verschließende Öff nung beschrieben, welche
mit einer optoelektronischen Sensorik arbeitet. Bei Erfassen eines
in der zu schließenden Öffnung befindlichen
Fremdkörpers
wird durch einen Detektorstrahl die motorisch angetriebene Einrichtung
abgeschaltet oder in einen Reversierbetrieb geschaltet. Die Richtung
des Detektorstrahls wird dabei kontinuierlich so verändert, daß der Detektorstrahl über den
Bereich der Schließkante
der zu verschließenden Öffnung wandert.
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Ein
solcher Einklemmschutz ist jedoch bei einem fahrbaren Verdeck eines
Cabriolet-Fahrzeuges nur mit erheblichem Aufwand zu realisieren
und bietet bei Fehlern oder einem Ausfall keinen Schutz vor Verletzungen.
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In
der Praxis hat es sich gezeigt, daß eine Detektion von Hindernissen
mit hinreichender Genauigkeit mittels einer kapazitiven Sensoreinrichtung möglich ist.
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Ein
solcher Einklemmschutz mit einer kapazitiven Sensorik wird in der
deutschen Offenlegungsschrift
DE 198 36 056 A1 beschrieben, wobei eine Anordnung
zur Detektion von Hindernissen, insbesondere beim automatischen
Schließen
von Cabriolet-Verdecken, Kraftfahrzeug-Fenstern oder dergleichen, eine kapazitive
Sensoreinrichtung umfaßt,
bestehend aus einer elektrisch leitenden Senderfläche auf
der einen Seite und einem elektrisch leitenden Sensordraht und mindestens
einer im wesentlichen potentialfreien Metallfläche auf der anderen Seite eines
Isolators. Die Senderfläche
und der Sensordraht sind dabei an eine Auswerte-Schaltung angeschlossen.
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Derartige
mit einer kapazitiven Sensorik arbeitende Einklemmschutzeinrichtungen
haben jedoch genauso wie andere, aus der Praxis bekannte Einklemmschutzeinrichtungen
mit Drucksensoren den Nachteil, daß sie eine Einklemmsituation
erst sehr spät,
bei Drucksensoren erst bei Kontakt mit dem in den Bewegungsablauf
eingreifenden Objekt, reagieren.
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Ein
Beispiel für
die Verwendung einer druckempfindlichen Sensorleiste ist in der
DE 44 34 334 C1 offenbart.
Darin wird eine Vorrichtung für
ein elektromotorisch angetriebenes Verschließteil im Kraftfahrzeug, insbesondere
ein Schiebedach, zur Unterbrechung des Schließvorgangs bei Erkennung eines dem
Schließvorgang
entgegenstehenden Hindernisses beschrieben, wobei eine druckempfindliche
Sensorleiste an der Schließkante
des bewegten Verschließteiles
angeordnet und das Sensorsignal nach dem Transponderprinzip durch
Bedämpfungsmodulation
eines elektromagnetischen Wechselfeldes übertragen wird. Das in dieser
Weise drahtlos übertragene
Sensorsignal steuert das Steuergerät für den elektrischen Antrieb
des Verschließteils
derart, dass bei Erkennung eines Hindernisses der Antrieb abgeschaltet
oder umgesteuert wird. Vorzugsweise wird die Sensorleiste mittels
eines resistiven Foliendrucksensors realisiert.
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Unabhängig vom
verwendeten Messprinzip ist allen beschriebenen Sensorsystemen gemein, dass
bei einer Erkennung eines Eingriffs in den Bewegungsraum des Verschließteils keine
ausreichende Plausibilisierung des Zustandes möglich ist, womit eine Störung der
Sensorik selbst oder ein fälschlich erkanntes
Objekt bzw. ein nicht erkanntes Objekt zu einer Ansteuerung des
Verdecks oder Verschließteils führt, welche
gegebenenfalls das Einklemmen von Körperteilen oder Gegenständen zur
Folge hat.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit
einem automatisiert fahrbaren Verdeck bereitzustellen, bei dem ein
Eingriff in einen Bewegungsraum eines Verdeckmechanismus sicher
und möglichst
frühzeitig
erkannt wird, so daß eine
automatische Verdeckbewegung ohne eine Verletzung von menschlichen
Körperteilen
oder eine Beschädigung
von Bauteilen erfolgt.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Kraftfahrzeug mit einem fahrbaren Verdeck,
einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer Verdeckbewegung und
einer Detektionseinrichtung, welche eine Sensorik zur Erkennung
eines Eingriffs in einen Bewegungsraum eines Verdeckmechanismus
aufweist, erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Sensorik nach unterschiedlichen Meßprinzipien messende Sensoren
aufweist, wobei nach Erkennen einer Störung der Detektionseinrichtung
oder nach Erkennen einer Einklemmsituation die Verdeckbewegung in
einem Sicherheitsmodus gesteuert wird, in dem die Verdeckbewegung
mit reduzierter Ge schwindigkeit und Kraft fortgesetzt oder stillgesetzt
oder reversiert wird.
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Die
erfindungsgemäße Lösung hat
den Vorteil, daß durch
die Verwendung verschiedener Sensorsysteme auch noch ein Einklemmschutz
gewährleistet
ist, wenn eine nach einem bestimmten Meßprinzip arbeitende Sensorik
gestört
ist oder eine Einklemmsituation nicht oder nicht rechtzeitig erkennt. Der Übergang
in den Sicherheitsmodus bei der Ansteuerung des Verdeckmechanismus,
unter dem vorliegend ein Verdeckgestänge und gegebenenfalls ein Verdeckaufnahmeraumdeckel
mit zugehörigen
bewegten Elementen verstanden wird, gewährleistet dabei eine der jeweiligen
Betriebssituation angepaßte
Reaktion, welche in einem Fortfahren der Verdeckbewegung mit reduzierter
Geschwindigkeit oder einem Stoppen oder Reversieren der Verdeckbewegung
bestehen kann.
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Wenn
ein Teil der Sensoren eine optische Sensorik bildet, ist eine frühzeitige
Erkennung einer Einklemmsituation möglich, bevor das in den Bewegungsraum
des Verdeckmechanismus eingreifende Objekt in Kontakt mit dem Verdeckmechanismus
gerät.
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Hierbei
können
vorteilhafterweise gegebenenfalls bereits vorhandene optische Sensoren
zur Anwendung kommen, welche beispielsweise zur Erkennung der Insassenposition
zur Steuerung von Sicherheitssystemen wie einem Airbag vorhanden sind.
Solche beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften
DE 198 14 691 A1 und
DE 199 32 520 A1 beschriebenen
Vorrichtungen zur Erfassung der Position von Objekten und/oder Personen
im Innenraum eines Kraftfahrzeuges können somit einer weiteren Funktion
zugeführt
werden.
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Die
optische Sensorik kann in einer vorteilhaften Ausführung mit
einer optischen Lichtsende- und Empfangseinrichtung ausgebildet
sein, welche um den Bewegungsraum des Verdecks wenigstens eine Detektionsebene
bildet und einen Eingriff in die Detektionsebene durch Reflexionserkennungsmittel detektiert.
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Unter
dem Begriff „Licht" ist im vorliegenden Sinn
nicht nur der für
das menschliche Auge sichtbare Bereich der von einer Strahlungsquelle
ausgehenden elektromagnetischen Strahlung, sondern auch der für das menschliche
Auge nicht sichtbare Bereich der optischen Strahlung, der auch die
Infrarotstrahlung, die Ultraviolettstrahlung, die Röntgenstrahlung und
Mikrowellenstrahlung umfaßt,
zu verstehen. Insbesondere die Verwendung der Mikrowellenstrahlung
stellt dabei eine vorteilhafte Alternative zu der Verwendung von
sichtbarem Licht bei der Erfindung dar.
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Alternativ
oder ergänzend
kann es in einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung auch vorgesehen
sein, daß die
optische Sensorik mit Bildsensoren ausgebildet ist. Dabei kann ein
Fahrzeuginnenraum bzw. Fahrgastraum durch mindestens einen in diesen
gerichteten optischen Sensor, wie z. B, eine Kamera oder einen Photosensor
gemäß der
EP 0 943 473 A2 ,
erfaßt
werden, wobei in einer Auswerteeinheit anhand der von dem opti schen Sensor
gelieferten Ausgangssignale der Bewegungsbereich und die Bewegung
des Verdecks überwacht
wird.
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Als
weitere nach einem anderen Meßprinzip arbeitende
Sensoren der Sensorik können
beispielsweise Ultraschallsensoren, Drucksensoren oder kapazitive
Sensoren Anwendung finden.
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Bevorzugt
wird ein Teil der Sensorik der Detektionseinrichtung durch kapazitive
Sensoren gebildet, welche eine berührungslose Einklemmerkennung
aufgrund einer Änderung
des Dielektrikums ermöglichen.
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Um
eine sichere Erkennung einer Einklemmsituation zu gewährleisten,
ist es vorteilhaft, mehrere kapazitive Sensoren vorzusehen, die
sich bei einer Kapazitätsänderung
aller Sensoren, z. B. aufgrund einer Veränderung der Luftfeuchtigkeit,
selbst abgleichen. Spricht nur eine Auswahl der verwendeten kapazitiven
Sensoren an, so kann dies mit hoher Sicherheit als Vorliegen einer
Einklemmsituation interpretiert werden. Durch eine Auswertung der
Dynamik der Kapazitätsänderung
kann eine zusätzliche
Erhöhung
der Sicherheit des Ausgangssignals erreicht werden.
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Kapazitive
Sensoren werden zweckmäßigerweise
in kritischen Bereichen des Verdeckbewegungsablaufs angeordnet,
so z. B. im Bereich scharnierartig verbundener Elemente des Verdeckgestänges und/oder
eines Spannbügels
und/oder eines Verdeckaufnahmeraumdeckels und/oder an einem Windschutzscheibenrahmen
und/oder einem an Fenster angrenzenden Bereich.
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Prinzipiell
kann die kapazitive Sensorik durch – z. B. eingangs zitierte – bekannte
für den
jeweiligen Anwendungsfall geeignete kapazitive Sensoren gebildet
werden. Aufgrund der Baugröße bekannter
kapazitiver Sensoren ist die Möglichkeit
der Anordnung der Sensoren jedoch häufig beschränkt.
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Die
Erfindung hat auch einen kapazitiven Sensor zum Gegenstand, welcher
besonders geeignet zur Detektion einer Einklemmsituation bei einer Verdeckbewegung
ist. Bei diesem kapazitiven Sensor sind die Elektroden auf einem
in alle Richtungen wellbaren Folienmaterial angeordnet. Das Dielektrikum
wird hier durch Luft gebildet.
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Eine
solche nur minimalen Bauraum erfordernde Sensorfolie kann in allen
Bereichen eines fahrbaren Verdecks angebracht werden, wobei insbesondere
eine Anordnung zwischen einem Dichtungsprofil und/oder einem Verkleidungsteil
und dessen Auflage vorteilhaft ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Möglichkeit
der Erkennung einer Einklemmsituation ist die Auswertung der Stromaufnahme
eines Verdeckantriebs.
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So
kann es in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung vorgesehen
sein, daß die
Sensorik wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Stromaufnahme
eines Verdeckantriebs umfaßt,
welcher mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, mittels der durch Vergleich
eines aktuellen Stromverlaufs mit mathematisch ermittelten Einklemmsituationsmerkmalen hinsichtlich
des Stromverlaufs eine Einklemmsituation detektierbar ist.
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Bei
der Gewährleistung
eines zuverlässigen Einklemmschutzes
hat die Genauigkeit von Informationen über eine aktuelle Verdeckposition
große
Bedeutung. Für
eine kontinuierliche Wegabfrage können bei dem Verdeck an sich
bekannte Potentiometer eingesetzt werden, welche an einem Drehpunkt
eines bezüglich
seiner Position abzufragenden Dachteiles angebracht werden.
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Eine
Verdeckpositionserkennung ist des weiteren möglich über die Messung eines Ausfahrweges von
Zylindern einer Hydraulik des Verdeckantriebes, wobei hier jedoch
zu berücksichtigen
ist, daß eine solche
Lösung
einen größeren Bauraum
erfordert und keine Information über
die Lage des Verdecks an sich, sondern nur über den Verfahrweg eines Zylinders
liefert. Damit kann gegebenenfalls ein defekter Anbindungspunkt,
d.h. eine Unterbrechung einer Verbindung zwischen einem Zylinder
und dem Verdeckgestänge,
nicht erkannt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist daher zur Überwachung
der Position des Verdecks eine kontinuierliche Verdeck-Positionserkennung
vorgesehen, bei der mittels eines eine aktuelle Beschleunigung bezogen
auf die Fallbeschleunigung messenden Beschleuni gungssensors die
Position eines definierten Elementes des Verdeckmechanismus ermittelt
wird.
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Mit
Hilfe solcher auch G-Sensoren genannter Beschleunigungssensoren,
die zwei Achsen in einer Ebene, die Längsbeschleunigung und die Querbeschleunigung
erfassen, kann die Längsneigung und
die Querneigung des Verdecks ermittelt werden. Durch eine sehr hohe
mögliche
Auflösung
der Beschleunigung läßt sich
der Winkel zur Erdoberfläche auf
ca. 0,2° auflösen.
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Die
Verwendung von G-Sensoren ermöglicht somit
eine genaue Lageerkennung des Verdecks zu jedem Zeitpunkt sowie
eine große
konstruktive Freiheit bei ihrer Anordnung, da eine solche Verdeck-Positionserkennung
unabhängig
von der Verdeckkinematik realisiert werden kann.
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Zudem
haben derartige Beschleunigungssensoren den Vorteil, daß sie auch
noch für
andere Funktionalitäten
im Fahrzeug, wie z. B. eine Überrollerkennung,
genutzt werden können.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und
werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematisierte Draufsicht auf ein Cabriolet-Kraftfahrzeug mit einem
sich in geöffnetem Zustand
befindlichen fahrbaren Verdeck, wobei Bildsensoren einer erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung
dargestellt sind;
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2 das
Verdeck des Kraftfahrzeugs nach 1 in einer
Alleinstellung;
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3a und 3b Verläufe einer
Pixelanzahl nach Differenzbildung bei einer Bildauswertung;
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4 eine
vereinfachte dreidimensionale Ansicht des Kraftfahrzeugs nach 1,
wobei eine Detektionsebenen aufspannende optische Sensorik der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung
dargestellt ist;
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5 das
Kraftfahrzeug nach 3 mit einer weitere
Detektionsebenen erzeugenden optischen Sensorik;
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6 eine
Prinzipskizze eines Aufbaus einer kapazitiven Sensorik der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung;
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7a und 7b Stromverläufe zur
Auswertung von Signalen eines Sensors zur Erfassung einer Stromaufnahme
eines Verdeckantriebs der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung;
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8 ein
Ablaufdiagramm eines Normalmodus und eines Sicherheitsmodus zur
Steuerung einer Verdeckbewegung; und
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9 eine
Prinzipskizze einer Verdeck-Positionserkennungseinrichtung.
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Die 1 zeigt
ein Cabriolet-Kraftfahrzeug 1 mit einem fahrbaren Verdeck 2,
welches in 1 in einem geöffneten,
in einem Verdeckaufnahmeraum 3 abgelegten Zustand gezeigt
ist und in 2 in Alleinstellung näher ersichtlich
ist.
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Das
Verdeck 2 umfaßt
einen Verdeckmechanismus 4, der durch eine ein Verdecksteuergerät darstellende
Steuereinrichtung 5 und einen in 2 nur ausschnittsweise
dargestellten elektro-hydraulischen Verdeckantrieb 6 zwischen
einer geöffneten
und einer geschlossenen Stellung bewegbar ist.
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Die
Steuereinrichtung 5 ist dabei derart ausgelegt, daß sie mit
einem Regensensor und einem Funkschlüssel zusammenwirkt, und bei
einer Anforderung durch den Fahrer mittels einer Tasteinrichtung
in dem Fahrzeug oder durch den Funkschlüssel sowie bei Erken nen eines
Niederschlags durch den Regensensor eine automatische Verdeckbewegung einleitet.
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Um
die automatische Verdeckbewegung ohne Beteiligung eines Kraftfahrzeugbenutzers
und ohne dessen Beobachtung sicher durchführen zu können, ist eine automatische
Detektionseinrichtung 7 zur Erkennung eines Eingriffs in
einem Bewegungsraum des Verdeckmechanismus 4 vorgesehen,
welche bezüglich
ihrer Auswerteeinheit vorliegend in das Verdecksteuergerät 5 integriert
ist.
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Die
Detektionseinrichtung 7 weist eine Sensorik mit nach unterschiedlichen
Meßprinzipien
messenden Sensoren auf, wobei ein Teil der Sensorik eine in 1 schematisch
gezeigte optische Sensorik 8 darstellt, welche bei der
Ausführung
nach 1 mit zwei Bildsensoren 9, 10 ausgebildet
ist.
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Bei
der gezeigten Ausführung
sind die Bildsensoren 9, 10 an einem Windschutzscheibenrahmen 11 jeweils
im Bereich eines Übergangs
zu einer A-Säule
angeordnet, jedoch ist es in einer alternativen Ausführung auch
möglich,
nur einen mittig angeordneten Bildsensor vorzusehen oder die Bildsensoren
an Außenspiegeln
oder anderen geeigneten Randelementen des Kraftfahrzeuges anzubringen.
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Die
Bildsensoren 9, 10 stellen vorliegend Schwarz-Weiß-Kameras
dar, die einen Fahrzeuginnenraum 12 und einen hinteren
Schwenkbereich des Verdecks 2 aufnehmen, wie es ein in 1 für die in Fahrzeugvorwärtsfahrt richtung
rechts angeordnete Kamera 9 angedeuteter Sichtbereich 13 zeigt.
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Die
von den Kameras 9, 10 aufgenommenen Bilder werden
mit geeigneten Auswertealgorithmen der Detektionseinrichtung 7 ausgewertet.
Dabei wird bei der gezeigten Ausführung beispielsweise von zwei
aufeinanderfolgenden Bildern eine Differenz gebildet, wobei von
dem resultierenden Bild die Summe der übrig gebliebenen Pixel ermittelt
wird. Ein Eingriff in den Bewegungsraum des Verdeckmechanismus 4 zeigt
sich dabei durch einen plötzlichen
Anstieg über einen
definierten Grenzwert hinaus im zeitlichen Verlauf dieser Pixelanzahl.
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Um
eine größere Unabhängigkeit
von Umgebungseinflüssen
zu erzielen ist es zweckmäßig, die Differenzbilder
beider Kameras 9, 10 voneinander zu subtrahieren.
So erhält
man bei entsprechender Ausrichtung der Kameras 9, 10 Unterschiede
in der Dynamik der Bildänderung
zwischen einer rechten und einer linken Seite des Kraftfahrzeuges 1.
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In
den 3a und 3b sind
Verläufe
der Pixelanzahl nach Differenzbildung über einer Zeit t gezeigt, wobei
in 3a ein Pixelwert-Verlauf bei einer ungestörten Verdeckbewegung
und in 3b ein Pixelwert-Verlauf bei einer
Verdeckbewegung mit Eingriff in den Verdeckmechanismus 4 gezeigt
ist. Dabei zeigt sich in einem mit „X" gekennzeichneten Bereich in 3b ein
deutlicher Anstieg der Pixelanzahl im zeitlichen Ver lauf, welcher
den Eingriff in den Verdeckmechanismus 4 repräsentiert.
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Zur
Bildauswertung geeignet ist hier auch eine Bildcluster-Methode,
wobei der Bewegungsraum des Verdeckmechanismus 4 in ausgewählten Teilbildern
aufgeteilt wird und relative Änderungen
in jedem Teilbild ausgewertet werden.
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In
einem Fehlerfall, der durch Auswertung der Bildinformationen im
Bereich kritischer, in einer Software der Detektionseinrichtung 7 definierte
Bereiche erkannt wird, folgt eine vorab definierte Reaktion, welche
je nach erkanntem Fehler in einer Unterbrechung der Verdeckbewegung,
einem Reversieren einer Teilbewegung oder einem automatischen Bewegen
in die Startposition bestehen kann.
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Die 4 und 5 zeigen
eine weitere Ausgestaltung einer Sensorik 8 mit einer optischen Lichtsende- und Empfangseinrichtung 14 bzw. 15, welche
im Falle der 4 Lichtebenen 16, 17, 18 um den
Bewegungsraum des Verdecks 2 auf einer einer Fahrzeugaußenseite
zugewandten Seite des Verdeckmechanismus 4 und im Falle
der 5 Lichtebenen 19, 20, 21 um
den Bewegungsraum des Verdecks 2 auf einer dem Fahrgastraum 12 zugewandten
Seite des Verdeckmechanismus 4 bildet.
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Die
Lichtsende- und Empfangseinrichtung
14 bzw.
15 kann
in an sich bekannter Bauart mit einem Laser als Lichtquelle ausgebildet
sein, wie es z. B. auch aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 37 00 009 A1 bekannt
ist.
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Wenn
die Lichtebenen 16 bis 21 von einem Gegenstand
oder menschlichen Körperteil
durchdrungen werden, tritt eine Reflexionsabweichung auf, welche
von geeigneten Reflexionserkennungsmitteln, wie z. B. einem Sensor,
gemessen und als Signal an eine Auswerteeinheit der Detektionseinrichtung 7 gesandt
werden. Die Auswerteeinheit berechnet aus diesen Ausgangssignalen
mit geeigneten Algorithmen eine Entfernung und einen Winkel des
Eingriffs in die betreffende Lichtebene.
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Die
vorgestellte optische Sensorik 8 ermöglicht eine berührungslose
Einklemmerkennung und eignet sich somit in besonderer Weise als
Bestandteil eines Multisensor-Systems, wie der Sensorik der Detektionseinrichtung 7,
welche neben der optischen Sensorik 8 vorliegend auch eine
kapazitive Sensorik 49 aufweist.
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In 6 ist
prinzipmäßig ein
Aufbau der kapazitiven Sensorik 49 gezeigt, welche mit
mehreren kapazitiven Sensoren ausgebildet ist, von denen eine Auswahl
mit den kapazitiven Sensoren 22, 23, 24 und 25 in 6 gezeigt
ist.
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Die
kapazitiven Sensoren 22 bis 25 sind bei der gezeigten
Ausführung
jeweils in einem kritischen Bereich des Verdeckmechanismus 4 angeordnet,
wie z. B. in einem in der 2 gezeigten
Bereich scharnierartig verbundener Elemente 26, 27 eines
Verdeckgestänges, eines
Spannbügels 28,
einem an Fenster angrenzenden Bereich 29, einem Anlagebereich 30 an
den Windschutzscheibenrahmen 11 und in einem Anlagebereich
für einen
in 1 angedeuteten Verdeckaufnahmeraumdeckel 31.
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Wie
in der 6 schematisch gezeigt ist, ist ein jeder kapazitiver
Sensor 22 bis 25 vorliegend als ein flächiger,
folienartiger Sensor ausgebildet, bei der Elektroden 32 auf
einem Folienmaterial angeordnet sind. Die spezielle Struktur der
Leiterbahnen auf dieser Folie ergibt jeweils einen kapazitiven Aufnehmer, der
einseitig auf eine Änderung
des Dielektrikums, welches bei den kapazitiven Sensoren 22 bis 25 Luft ist,
reagiert. Bei einer Annäherung
eines Gegenstandes oder eines Körperteils ändert sich
somit die Kapazität,
die in einer integrierten Elektronik zur Weiterverarbeitung in der
Steuereinrichtung 5 des Verdecks 2 in ein analoges
Spannungssignal umgewandelt wird.
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Wie
der 6 zu entnehmen ist, sind die folienartig ausgebildeten
Sensoren 22 bis 25 jeweils über eine Auswertetechnik bzw.
Auswerteschaltung 33, 34, 35, 36,
welche aus der Kapazität
des Sensors ein analoges Spannungssignal generiert, mit dem Verdecksteuergerät 5 verbunden,
wobei zwischen den Auswerteschaltungen 33 bis 36 und
dem Verdecksteuergerät 5 bei
der gezeigten Ausführung
ein sich nachregelnder Schwellwertschalter 37 vorgesehen
ist. Der sich nachregelnde Schwellwertschalter 37 bewirkt
beispielsweise bei stark erhöhter
Luftfeuchtigkeit der Umgebung, wie z. B. einer Auflage von Schnee,
eine Verschiebung des Schaltpunktes und eine damit verbundene Reduzierung
der Empfindlichkeit aller Sensoren, so daß z.B. durch den Schnee hindurch
ein Körperteil,
wie beispielsweise ein Finger, erkannt werden kann. Die den einzelnen kapazitiven
Sensoren 22 bis 25 zugeordneten Auswerteschaltungen 33 bis 36 sind
ebenfalls auf einem Folienmaterial angeordnet.
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Die
kapazitiven Sensorfolien 22 bis 25, die nach Möglichkeit
zwischen Dichtungen oder Verkleidungsteilen des Verdeckmechanismus 4 und
deren Auflage angebracht sind, erkennen einen Fremdkörper in
einem Abstand von beispielsweise bis zu 60 mm.
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Um
Fehlauslösungen
aufgrund äußerer Einflüsse auszuschließen, werden
die verwendeten Sensoren 22 bis 25 untereinander
abgeglichen und ihre Signale von der zugehörigen Auswerteeinrichtung bzw.
dem Schwellwertschalter 23 auf Plausibilität geprüft. So wird
bei einer Kapazitätsänderung
aller kapazitiver Sensoren von einer Änderung der Umgebungseinflüsse ausgegangen,
während
bei einer Änderung
der Kapazität
bei nur einer Auswahl der kapazitiven Sensoren, z. B. eines oder
zweier benachbarter Sensoren, eine Einklemmsituation erkannt wird.
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Wie
der 2 zu entnehmen ist, weist die Sensorik der Detektionseinrichtung 7 zusätzlich einen
Sensor 38 zur Erfassung einer Stromaufnahme des Verdeckantriebs 6 auf,
welcher mit einer entsprechenden Auswerteeinheit der Detektionseinrichtung 7 bzw.
des Verdecksteuergerätes 5 verbunden
ist, die durch Vergleich eines aktuellen Stromverlaufs mit mathematisch
ermittelten Einklemmmerkmalen bezüglich des Stromverlaufs eine Überprüfung auf
das Vorliegen einer Einklemmsituation durchführt.
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Die
Unterschiede in den Stromverläufen
sind in den 7a und 7b gezeigt,
wobei die 7a einen für eine bestimmte Verdeckposition
charakteristischen Verlauf eines Stromes I ohne einen Eingriff in
die Bewegung des Verdeckmechanismus 4 zeigt. Wird nun ein
in 7b gezeigter aktueller Stromverlauf mit dem charakteristischen
Stromverlauf der 7a verglichen, so zeigt sich
eine Abweichung in einem mit „Y" gekennzeichneten
Bereich, in dem eine charakteristische Änderung des Stromes I vorliegt.
Diese charakteristische Änderung
des Stromes I im Bereich Y wird von der Auswerteeinheit als Eingriff
in die Bewegung des Verdeckmechanismus 4 ausgewertet, da
bei einer Krafteinleitung auf den Verdeckmechanismus 4 entgegen
dessen Bewegungsrichtung eine Erhöhung der Stromaufnahme des
Verdeckantriebs, welcher hier mit einer Hydraulikpumpe ausgebildet
ist, auftritt.
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Durch
den Vergleich mit in einer Auswerteeinheit abgelegten charakteristischen
Einklemmmerkmalen kann somit bei entsprechender Detektion dieser
Merkmale im aktuellen Stromverlauf auf eine Einklemmsituation geschlossen
werden. Äußere Randbedingungen
wie die Temperatur und eine Batteriespannung lassen sich durch entsprechende
Algorithmen bei der Stromüberwachung
weitgehend ausschalten.
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Wenngleich
bei einer solchen Stromauswertung alleine bereits gesetzliche Anforderungen
an eine maximal zulässige
Einklemmkraft von z. B. maximal 100 N erfüllt werden können, so
ist hier jedoch ein Kontakt mit dem in den Bewegungsablauf eingreifenden
Objekt erforderlich. Bei der gezeigten Ausführung ist die Stromauswertung
mittels des Sensors 38 daher in Verbindung mit nach einem
anderen Wirkprinzip arbeitenden Sensoren zur Plausibilitätsprüfung oder
als zusätzlicher
Schutz in nicht abgesicherten Bereichen des Verdeckmechanismus 4 vorgesehen.
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Sobald
eine Störung
der Detektionseinrichtung 7 erkannt wird oder die vorbeschriebene
Sensorik eine Einklemmsituation bei der Verdeckbewegung detektiert,
wird die Verdeckbewegung in einem in 8 näher gezeigten
Sicherheitsmodus gesteuert, in dem die Verdeckbewegung mit reduzierter
Geschwindigkeit und Kraft fortgesetzt, stillgesetzt oder ganz oder
teilweise reversiert wird.
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Wie
dem Ablaufdiagramm in 8 zu entnehmen ist, wird hier
in einem ersten Schritt S1 ein automatischer Start der Verdeckbewegung
zum Schließen
des Verdecks ausgelöst,
wenn von einem Regensensor eine definierte Wassermenge detektiert
wird.
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Nach
dem Start der automatischen Verdeckbewegung wird in einem weiteren
Schritt S2 geprüft, ob
die vorliegende optische Sensorik 8 funktiontüchtig ist.
Wenn dies zutrifft, wird eine Verarbeitungsfunktion S3 für einen
Normalmodus gestartet, in dem der Verdeckmechanismus 4 mit
größtmöglicher
Kraft und Geschwindigkeit angetrieben wird.
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Dabei
wird in einer Abfragefunktion S4 ständig abgefragt, ob das Verdeck 2 bereits
seine Endposition erreicht hat. Falls dies der Fall ist, wird in
eine die Überwachungsfunktion
beendende Verarbeitungsfunktion S15 verzweigt, ansonsten wird das Verdeck 2 über eine
weitere Verarbeitungsfunktion S5 weiterhin in seiner Schließbewegung
gehalten, wobei während
der Bewegung permanent in einer Abfragefunktion S6 überprüft wird,
ob ein Einklemmen über
die optische oder kapazitive oder sonstige Sensorik erkannt wird.
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Bei
einem positiven Abfrageergebnis der Abfragefunktion S6, d. h. bei
Erkennen einer Einklemmsituation, wird die Verdeckbewegung in einer
nachfolgenden Verarbeitungsfunktion S7 zunächst gestoppt und eine Wartezeit
gestartet. In einer auch „Timeout"-Funktion genannten
Abfragefunktion S8 wird während
des Stillstandes der Verdeckbewegung abgefragt, ob die Einklemmsituation
weiterhin besteht.
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Falls
die Einklemmsituation nicht weiter gegeben ist, wird zurückverzweigt
zur Abfragefunktion S4, in der überprüft wird,
ob die Endposition des Verdecks 2 erreicht ist, ansonsten
wird die Verdeckbewegung über
die Funktion S5 weiter zugelassen.
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Falls
nach Ablauf der Wartezeit bei gestoppter Verdeckbewegung die Abfragefunktion
S8 ergibt, daß die
Einklemmsituation weiterhin besteht, wird mit einer Verarbeitungsfunktion
S9 ein Sicherheitsmodus gestartet. Dieser Sicherheitsmodus wird
ebenfalls gestartet, wenn unmittelbar nach Start der automatischen
Verdeckbewegung in der Abfragefunktion S2 erkannt wird, daß die optische
Sensorik 8 nicht funktionstüchtig ist.
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Nach
Start des Sicherheitsmodus wird wie in dem Normalmodus zunächst in
einer Abfragefunktion S10 überprüft, ob das
Verdeck 2 seine Endposition erreicht hat. Falls dies bereits
der Fall ist, wird zu der die Überwachung
beendenden Funktion S15 verzweigt.
-
Andernfalls
wird die Verdeckbewegung über eine
Verarbeitungsfunktion S11 mit verminderter Geschwindigkeit v_min
fortgesetzt, wobei während
dieser verlangsamten Verdeckbewegung anhand einer Abfragefunktion
S12 überprüft wird,
ob eine Einklemmsituation über
die kapazitive Sensorik oder die Stromauswertung erkannt wird. Wenn
dies nicht der Fall ist, wird zur Abfragefunktion S10 zurückverzweigt
und das Verdeck mit verminderter Geschwindigkeit bis zum Erreichen
seiner Endposition geschlossen.
-
Falls
in der Abfragefunktion S12 in dem Sicherheitsmodus eine Einklemmsituation
erkannt wird, wird die Verdeckbewegung in einer Verarbeitungsfunktion
S13 je nach Schwere der Einklemmsituation gestoppt oder reversiert,
wobei in einem weiteren Schritt S14 eine Wartezeit gestartet wird,
während
der überprüft wird,
ob die Einklemmsituation weiterhin besteht. Solange dies der Fall
ist, bleibt die Verdeckbewegung gestoppt oder reversiert.
-
Mit
Hilfe des Sicherheitsmodus wird ausgeschlossen, daß aufgrund
eines Einfachfehlers die Automatikfunktion der Verdeckbewegung nicht
gestartet wird und dadurch das Fahrzeug gegebenenfalls beschädigt wird.
Andererseits wird bei einer eindeutigen Einklemmsituation sofort
eine angemessene Reaktion eingeleitet.
-
Um
eine möglichst
sichere Auswertung der vorliegenden Signale zu gewährleisten,
ist eine kontinuierliche Verdeck-Positionserkennung 39 vorgesehen,
welche in 9 prinzipmäßig dargestellt ist.
-
Die
Verdeck-Positionserkennung 39 wird durch mehrere Beschleunigungssensoren 40, 41, 42 gebildet,
welche jeweils auf einem bestimmten Dachelement angeordnet sind,
so z. B. vorliegend der Beschleunigungssensor 40 auf einem
vorderen Dachsegment 43, der Beschleunigungssensor 41 auf
einem mittleren Dachsegment 44 und der Beschleunigungssensor 42 auf
einem hinteren Dachsegment 45. Die Beschleunigungssensoren 40, 41, 42 stellen sogenannte
G-Sensoren dar, welche eine aktuelle Beschleunigung bezogen auf
die Fall- bzw. Erdbeschleunigung messen und wiedergeben. Die auf
der Erde vorliegende Fallbeschleunigung von 9,81 m/s2 entspricht
dabei 1 G (G = Gravitation). Die Beschleunigungssensoren 40, 41, 42 messen
nicht nur die Beschleunigung des Elements, auf dem sie jeweils befestigt
sind, sondern auch die Neigung zur Erdoberfläche.
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Die
hier verwendeten Beschleunigungssensoren 40, 41, 42 arbeiten
in einem Bereich von 0 G bis maximal 10 G und liefern eine Ausgangsspannung
linear zu dem Beschleunigungswert.
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Die
Beschleunigungssensoren lassen sich in dem Verdeck 2 frei
positionieren, wobei lediglich auf die Ausrichtung in einem definierten
Koordinatensystem geachtet werden muß.
-
Wie
der 9 zu entnehmen ist, sind die Beschleunigungssensoren 40, 41, 42 an
dem Verdeck 2 über
einen geeigneten Leitungssatz oder einen hochflexiblen Streifenleiter
mit einer Auswerteeinheit 46 verbunden, die die Auswertung
der Sensorsignale vornimmt und aus den einzelnen Positionen eine
relative Position errechnet. Die errechnete relative Position der
Beschleunigungssensoren 40, 41, 42 bzw. der
sie tragenden Bauteile wird von der Auswerteeinheit 46 über ein
Bussystem wie z. B. einen CAN-Bus 47 an das Verdecksteuergerät 5 gesendet.
-
In
dem Verdecksteuergerät 5 befindet
sich bei der hier gezeigten Ausführung
ein weiterer als G-Sensor ausgebildeter Beschleunigungssensor 48, der
die Lage bzw. Neigung des Kraftfahrzeugs 1 in dem definierten
Koordinatensystem, dem auch die Beschleunigungssensoren 40, 41, 42 zugeordnet sind,
ermittelt. Aus der Relativ position und der somit vorliegenden Information über die
Fahrzeugneigung errechnet das Verdecksteuergerät 5 die aktuelle Position
des Verdecks 2.
-
Mit
dieser Verdeck-Positionserkennung 39 kann vorteilhafterweise
auch auf übliche
Verdeckendlagenschalter verzichtet werden, da bei Erreichen eines
Anschlags des Verdecks 2, d. h. bei vollständig geschlossener
oder geöffneter
Position, von den Beschleunigungssensoren 40, 41, 42,
welche hierbei eine starke negative Beschleunigung erfahren, ein
entsprechender Impuls ausgegeben wird.
-
Des
weiteren ist es mit der kontinuierlichen Verdeck-Positionserkennung 39 möglich, eine
adaptive, beispielsweise durch ein einmaliges manuelles Anfahren
einzelner definierter Verdeckpositionen selbstlernende Steuerung
der Verdeckbewegung zu realisieren.
-
Dabei
kann die Verdeckposition mit höherer Genauigkeit
bestimmt werden, wodurch wiederum eine bessere Erkennung einer Einklemmsituation
bei der Verdeckbewegung möglich
ist.
-
- 1
- Cabriolet-Kraftfahrzeug
- 2
- Verdeck
- 3
- Verdeckaufnahmeraum
- 4
- Verdeckmechanismus
- 5
- Steuereinrichtung,
Verdecksteuergerät
- 6
- Verdeckantrieb
- 7
- Detektionseinrichtung
- 8
- optische
Sensorik
- 9
- Bildsensor,
Kamera
- 10
- Bildsensor,
Kamera
- 11
- Windschutzscheibenrahmen
- 12
- Fahrzeuginnenraum,
Fahrgastraum
- 13
- Sichtbereich
- 14
- Lichtsende-Empfangseinrichtung
- 15
- Lichtsende-Empfangseinrichtung
- 16–21
- Lichtebene
- 22–25
- kapazitiver
Sensor, Sensorfolie
- 26
- Element
des Verdeckgestänges
- 27
- Element
des Verdeckgestänges
- 28
- Spannbügel
- 29
- Bereich,
der an Fenster grenzt
- 30
- Anlagebereich
an Windschutzscheibenrahmen
- 31
- Verdeckaufnahmeraumdeckel
- 32
- Elektroden
- 33–36
- Auswerteelektronik,
Auswerteschaltung
- 37
- Schwellwertschalter
- 38
- Sensor
zur Stromaufnahme
- 39
- Verdeckpositionserkennung
- 40–42
- Beschleunigungssensor,
G-Sensor
- 43
- vorderes
Dachsegment des Verdeckgestänges
- 44
- mittleres
Dachsegment des Verdeckgestänges
- 45
- hinteres
Dachsegment des Verdeckgestänges
- 46
- Auswerteeinheit
- 47
- CAN-Bus
- 48
- Beschleunigungssensor,
G-Sensor
- 49
- kapazitive
Sensorik
- I
- Strom
- S1–S15
- Verfahrensschritt
der Verdecksteuerung
- t
- Zeit
- X
- Bereich
aus Pixelwertverlauf nach Differenz
-
- bildung über der
Zeit
- Y
- Bereich
eines Stromverlaufes über
Verdeckpo
-
- sitionen