DE10252205A1

DE10252205A1 - Vorrichtung zur Positionserfassung einer Tür

Info

Publication number: DE10252205A1
Application number: DE2002152205
Authority: DE
Inventors: Fredi Stephany
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-11-09
Filing date: 2002-11-09
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2022-11-10
Also published as: DE10252205B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Positionserfassung einer Tür, die durch einen bewegten Antrieb positioniert wird, wobei ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen Antriebsbewegung und Türbewegung besteht, mit einem beweglichen Positionserfassungselement, dessen sensierbare Position ein Maß für die Türposition ist, und Kopplungsmitteln zur Kopplung des Positionserfassungselements mit dem Antrieb. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind die Kopplungsmittel auf einen vorgebbaren, nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Antriebsbewegung und der Bewegung des Positionserfassungselements ausgelegt. DOLLAR A Verwendung z. B. zur Überwachung des Betätigungszustands von Türen in Bussen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Positionserfassung einer Tür nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vorrichtungen dieser Art zur Positionserfassung einer Tür, die durch einen bewegten Antrieb betätigt wird, sind verschiedentlich bekannt und werden beispielsweise zur Erfassung des Betätigungszustands von Türen in Bussen eingesetzt. Hierbei wird beispielsweise überprüft, ob eine Tür vollständig geschlossen bzw. geöffnet werden kann oder ob sich die Tür, beispielsweise aufgrund von eingeklemmten Gegenständen, nicht vollständig schließen bzw. öffnen lässt. Mit anderen Worten interessiert die Türbewegung insbesondere hinsichtlich der jeweils momentanen Öffnungsweite der Tür, d.h. des Schließ- bzw. Öffnungswegs einer Schließkante der Tür. Eine direkte Sensierung der Türposition ist häufig nicht einfach realisierbar. Daher wird die Position des die Tür bewegenden Antriebs unter Verwendung eines über entsprechende Kopplungsmittel angekoppelten, mitbewegten Positionserfassungselements erfasst und daraus die Türposition indirekt abgeleitet.

Wenn zur Bewegung der Tür eine Kolben-Zylinder-Einheit als Antrieb verwendet wird, kann die Türposition anhand der relativen Stellung des Kolbens zum Zylinder bestimmt werden. Aus der DE 34 12 627 C1 und der WO 81/0367 ist es bekannt, mit Hilfe einer Welle und eines daran gekoppelten Drehpotentiometers die Stellung des Kolbens relativ zum Zylinder zu bestimmen. Eine Verschiebung des Kolbens relativ zum Zylinder wird in eine Drehbewegung der Welle-umgeformt und auf das Drehpotentiometer übertragen. Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Antriebsbewegung, d.h. der geradlinigen Bewegung des Kolbens relativ zum Zylinder, und der Drehbewegung der Welle bzw. des Drehpotentiometers.

Zwischen der Antriebsbewegung und der Türbewegung, insbesondere des Schließ bzw. Öffnungsweges der Schließkante der Tür, besteht jedoch aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten im Allgemeinen ein nichtlinearer Zusammenhang. Dies macht eine genaue Erfassung der Türposition bzw. des Türlaufs schwierig. Insbesondere in den Endlagebereichen der fast vollständig geöffneten bzw. geschlossenen Tür besteht meist ein für eine Auswertung ungünstiger Zusammenhang zwischen der Antriebsbewegung und der Türbewegung. Kleine Veränderungen der Antriebsposition führen dort zu größeren Veränderungen der Türposition. Dies erschwert die Positionserkennung gerade auch im wichtigen Einklemmbereich.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Vorrichtung zugrunde, die eine verbesserte Erfassung der Türposition anhand der Erfassung der Stellung des Antriebs ermöglicht.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Bei dieser Vorrichtung ist das bewegliche Positionserfassungselement, dessen sensierbare Position ein Maß für die Türposition ist, durch Kopplungsmittel mit dem Antrieb koppelbar, die auf einen vorgebbaren, nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Antriebsbewegung und der Bewegung des Positionserfassungselements ausgelegt sind. Durch den nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Antriebsbewegung und der Bewegung des Positionserfassungselements kann der nichtlineare Zusammenhang zwischen der Antriebsbewegung und der Türbewegung ganz oder jedenfalls teilweise kompensiert werden, so dass sich insgesamt oder in Teilbereichen ein gewünschter, beispielsweise linearer, Zusammenhang zwischen der Türbewegung und der Bewegung des Positionserfassungselements ergibt. Der jeweils gewünschte Zusammenhang zwischen der Türbewegung und der Bewegung des Positionserfassungselements kann durch entsprechende Dimensionierung der Kopplungsmittel erzielt werden.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung nach Anspruch 2 führt der Antrieb eine geradlinige Bewegung aus, das Positionserfassungselement ist als Welle ausgeführt und die Kopplungsmittel wandeln die geradlinige Bewegung des Antriebs in eine Drehbewegung der Welle um, wobei der Drehwinkel ein Maß für die Türposition ist. Ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen einer geradlinigen Antriebsbewegung und einer Drehbewegung des Positionserfassungselements lässt sich konstruktiv einfach herstellen und platzsparend, beispielsweise innerhalb des Antriebs, unterbringen.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung nach Anspruch 3 ist der Antrieb eine Kolben-Zylinder-Einheit und führt folglich eine geradlinige Antriebsbewegung aus, wobei sich ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen Antriebsbewegung und Türbewegung ergibt.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung nach Anspruch 4. wird die Drehbewegung der Welle mit einem Rotationssensorelement, insbesondere mit einem Drehpotentiometer, erfasst. Damit kann in einfacher Weise die Drehbewegung der Welle und dadurch die Türposition direkt erfasst werden. Eine Umsetzung der Drehbewegung ist nicht notwendig und derartige Sensorelemente, insbesondere Drehpotentiometer, sind kostengünstig zu beschaffen.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung nach Anspruch 5 sind die Kopplungsmittel durch eine außenseitig an der Welle profilierte, gewindeartig verdrillte Führungsbahn mit nichtkonstanter Steigung und durch ein mit dem Antrieb koppelbares, mit der Führungsbahn zusammenwirkendes Führungselement gebildet. Mit Hilfe der gewindeartig verdrillten Führungsbahn in Kombination mit dem Führungselement lässt sich in einfacher Weise eine Umwandlung der geradlinigen Bewegung des Antriebs in eine Drehbewegung des Positionserfassungselements erzielen. Durch geeignete Wahl der nichtkonstanten Steigung der Führungsbahn lässt sich eine gewünschte Beziehung zwischen der Antriebsbewegung und der Bewegung des Positionserfassungselements über den gesamten Bewegungshub hinweg erreichen.

In einer weiteren Ausgestaltung dieser Maßnahme wird nach Anspruch 6 die Führungsbahn als Vertiefung in der Welle und das Führungselement als Nocken gebildet, der in die Führungsbahn eingreift. Eine derartige Anordnung, die eine Kulissenführung bildet, ist einfach herzustellen und die geradlinige Bewegung des Nockens wird durch dessen Eingriff in die Führungsbahn zuverlässig in eine Drehbewegung der Welle, d.h. des Positionserfassungselements, umgesetzt.

In einer Weiterbildung- der Vorrichtung nach Anspruch 7 sind die Kopplungsmittel so ausgelegt, dass der Zusammenhang zwischen der Bewegung des Positionserfassungselements und der Bewegung der Tür mindestens in einem oder mehreren Bewegungsteilbereichen im wesentlichen linear verläuft. Dies erleichtert die Auswertung der Türposition anhand der sensierten Position des Positionserfassungselements, wobei sichergestellt wird, dass genügend Hub zur ausreichend genauen Positionsbestimmung zur Verfügung steht. Bei Bedarf kann ein im wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen der Bewegung des Positionserfassungselements und der Bewegung der Tür über den gesamten Bereich der Türbewegung vorgesehen sein, was die Auswertung der Türposition in an das Positionserfassungselement angeschlossenen Auswerteeinheiten über den gesamten Hubbereich hinweg vereinfacht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:'
1 einen geradlinig bewegten Türantrieb in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit mit einer Drehsäule,
2 eine schematische Draufsicht auf die mit dem Antrieb von 1 gekoppelte Tür in verschiedenen Stellungen zur Veranschaulichung ihres Bewegungsverlaufs,
3 ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen Antriebsposition und Türposition für die gemäß 1 und 2 angetriebene Tür,
4 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Positionserfassung der in 2 gezeigten Tür,
5 ein Diagramm der Position eines in der Vorrichtung von 4 verwendeten Positionserfassungselements in Abhängigkeit von der Türposition und
6 einen alternativen Türantrieb in Form eines Elektromotors.
1 zeigt einen geradlinig bewegten Türantrieb in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit 10, die mit einer Drehsäule 14 über einen Schwenkarm 15. gekoppelt ist. Die Kolben-Zylinder-Einheit 10 umfasst einen Zylinder 11, einen Kolben 12 und eine Schubstange 13, welche an das freie Ende des drehfest mit der Drehsäule 14 verbundenen Schwenkarms 15 angelenkt ist, so dass die geradlinige Bewegung des Kolbens 12 relativ zum Zylinder 11 eine Drehbewegung der Drehsäule 14 bewirkt.
2 zeigt eine Draufsicht auf unterschiedliche Türpositionen einer durch den in 1 gezeigten Türantrieb angetriebenen Tür 20. Die Drehbewegung der Drehsäule 14, die in geeigneter Weise durch eine spezielle, nicht gezeigte Kinematik mit der Tür 20 verbunden ist, wird in den gezeigten Bewegungsverlauf der Tür 20 umgewandelt. Erkennbar besteht ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen der Antriebsbewegung, d.h. dem Hub y des Kolbens 12, und der Türbewegung, d.h. dem hier als Türhub x bezeichneten Schließ- bzw. Öffnungsweg einer Tür- schließkante.
3 zeigt ein Diagramm dieses nichtlinearen Zusammenhangs der Antriebsposition y in Abhängigkeit von der Türposition x. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, ist der nichtlineare Zusammenhang zwischen der Antriebsbewegung und der Türbewegung insbesondere in den Endlagenbereichen fast vollständig geschlossener bzw. vollständig geöffneter Tür stark ausgeprägt. In diesen Bereichen führt schon eine relativ kleine Bewegung Δy des Antriebs zu einer relativ großen Türbewegung Δx, d.h. ein durch eine Sensorik gerade noch auflösbarer Antriebshub Δy_min führt zu einem relativ großen Hub Δx_m _in des Türlaufs.
4 zeigt eine Vorrichtung, die trotz dieser geschilderten Verhältnisse eine ausreichend genaue Positionserfassung der in 2 gezeigten Tür 20 gerade auch in den kritischen Endlagenbereichen ermöglicht. Sie weist eine als Positionserfassungselement fungierende Welle 40 auf, die mit der Schubstange 13 der in 1 gezeigten Kolben-Zylinder-Einheit 10 gekoppelt und parallel zu ihr angeordnet ist. Die spindelförmige Welle 40 weist außenseitig profilierte, gewindeartig verdrillte Führungsbahnen 41 mit nichtkonstanter Steigung auf, die als Nuten in der Welle gebildet sind. Eine starr an die Schubstange 13 angebrachte Steuerscheibe 42 weist eine Bohrung auf, durch welche die Welle 40 durchsteckbar ist. In der Berandung der Bohrung der Steuerscheibe 42 ist ein Führungselement als Nocken gebildet, der in die Führungsbahn 41 der Welle 40 eingreift und mit dieser eine Kulissenführung bildet.
Eine geradlinige Bewegung der Schubstange 13 in axialer.. Richtung der Welle 40 wird somit in eine Drehbewegung der Welle 40 umgewandelt. Diese Drehbewegung wird von einem an der Welle 40 befestigten Drehpotentiometer 43 erfasst. Der Wiederstandswert des Drehpotentiometers 43 dient in einer nachfolgenden, nicht gezeigten Auswerteschaltung als Maß für die Türposition. Durch einen passend gewählten Verlauf der nichtkonstanten Steigung der Führungsbahn 41 wird der nichtlineare Zusammenhang zwischen der Antriebsbewegung und der Türbewegung über den gesamten Bewegungshub hinweg gerade kompensiert, so dass sich insgesamt ein linearer Zusammenhang zwischen der Türbewegung und der Bewegung der Welle 40 bzw. des Drehpotentiometers 43 ergibt.
5 zeigt diesen linearen Zusammenhang der vom Drehpotentiometer erfassten Drehwinkelposition α der Welle in Abhängigkeit von der tatsächlichen. Position x der Tür anhand der Kurven A und B unter Verwendung der Kopplungsmittel von 4. Aufgrund der speziell gewählten nichtkonstanten Steigung der Führungsbahn 41 der Welle 40 ergibt sich insgesamt ein linearer Zusammenhang zwischen der Türbewegung und der Bewegung am Sensor. Durch die Wahl der Steigung der Führungsbahn auf der Welle lässt sich die Steigung der Geraden, d.h. der Proportionalitätsfaktor zwischen Türlauf und Türsensierung, einstellen. Die Kurve B weist eine im Vergleich zu Kurve A höhere Steigung auf, d.h. ein gleicher Türhub Δx führt zu einem größeren Hub Δα am Sensor.
6 zeigt einen alternativen Türantrieb in Form eines Elektromotors 60, der ein Ritzel 61 antreibt, wel ches in eine Außenverzahnung einer sektorförmigen Kopplungsscheibe 62 eingreift, die mit ihrem radial inneren. Bereich drehfest mit der Drehsäule 14 gekoppelt ist, so dass eine Drehbewegung des Ritzels 61 eine Drehbewegung der Drehsäule 14 bewirkt. Gezeigt sind die zwei Endpositionen, wobei die eine mit durchgezogenen Linien und die andere gestrichelt dargestellt ist. Eine Schubstange 63 mit einer außenseitig profilierten, gewindeartig verdrillten Führungsbahn mit nichtkonstanter Steigung, die als Nut in der Schubstange 63 gebildet ist, ist mit der Kopplungsscheibe 62 gekoppelt. Ein Positionserfassungselement 64 weist eine Aufnahme für die Schubstange 63 auf. In der Berandung der Aufnahme ist ein Führungselement als Nocken gebildet, der in die Führungsbahn der Schubstange eingreift und mit dieser eine Kulissenführung bildet.
Eine durch eine Drehbewegung des Ritzels 61 bewirkte geradlinige Bewegungskomponente der Schubstange 63 relativ zum Positionserfassungselement 64 wird somit in eine Drehbewegung des Nockens umgewandelt. Diese Drehbewegung wird auf ein mit dem Nocken gekoppeltes Drehpotentiometer übertragen, das innerhalb des Positionserfassungselements 64 angeordnet ist. Der Widerstandswert des Drehpotentiometers dient in einer nachfolgenden, nicht gezeigten Auswerteschaltung als Maß für die Türposition. Durch einen passend gewählten Verlauf der nichtkonstanten Steigung der Führungsbahn wird der nichtlineare Zusammenhang zwischen der Drehbewegung des Antriebs und der Türbewegung über den gesamten Bewegungshub hinweg gerade kompensiert, so dass sich insgesamt ein linearer Zusammenhang zwischen der Türbewegung und der Bewegung des Drehpotentiometers ergibt.
Mit Hilfe der gezeigten Vorrichtungen wird eine verbesserte Erfassung der Türposition anhand der Stellung des. Antriebs ermöglicht. Die Position der Tür wird aus der Position des die Tür- bewegenden Antriebs abgeleitet, wobei ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen der Antriebsbewegung und der Türbewegung durch die Wahl eines geeigneten Steigungsverlaufs der Führungsbahn der als Positionserfassungselement dienenden Welle bzw. Schubstange zur Sensierung teilweise oder vollständig kompensiert wird.

Claims

Vorrichtung zur Positionserfassung einer Tür (20), die durch einen bewegten Antrieb (10) betätigt wird, wobei ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen Antriebsbewegung und Türbewegung besteht, mit – einem beweglichen Positionserfassungselement (40), dessen sensierbare Position (a) ein Maß für die Türposition (x) ist, und – Kopplungsmitteln (41, 42) zur Kopplung des Positionserfassungselements (40) mit dem Antrieb (10) m (40), dadurch gekennzeichnet, dass – die Kopplungsmittel (41, 42) auf einen vorgebbaren, nichtlinearen Zusammenhang zwischen. der Antriebsbewegung und der Bewegung des Positionserfassungselements (40) ausgelegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (10) eine geradlinige Bewegung ausführt, das Positionserfassungselement als Welle (40) ausgeführt ist und die Kopplungsmittel (41, 42) die geradlinige Bewegung des Antriebs (10) in eine Drehbewegung der Welle (40) umwandeln, wobei der Drehwinkel (a) ein Maß für die Türposition (x) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine Kolben-Zylinder-Einheit (10) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung der Welle (40) mit einem Rotationssensorelement (43), insbesondere mit einem Drehpotentiometer, erfasst wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmittel (41, 42) durch eine außenseitig an der Welle (40) profilierte, gewindeartig verdrillte Führungsbahn (41) mit nichtkonstanter Steigung und durch ein mit dem Antrieb (10) koppelbares, mit der Führungsbahn (41) zusammenwirkendes Führungselement (42) gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (41) als Vertiefung in der Welle (40) und das Führungselement als Nocken gebildet wird, der in die Führungsbahn (41) eingreift.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmittel (41, 42) so ausgelegt sind, dass der Zusammenhang zwischen der Bewegung des Positionserfassungselements (40) und der Bewegung der Tür (20) in einem oder mehreren Bewegungsteilbereichen im wesentlichen linear verläuft.