DE19632910C1 - Verfahren zum berührungslosen Anfahren der unteren Anschlagsposition einer fremdkraftbetätigten Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum berührungslosen Anfahren der unteren Anschlagsposition einer fremdkraftbetätigten Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Anfahren der unteren Anschlagsposition einer fremdkraftbetätigten Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie gewährleistet, daß auch bei veränderten Einflußgrößen, wie z. B. abweichende Betriebsspannung, veränderte Reibverhältnisse, Alterung des technischen Systems, eine berührungslose Anschlagsposition erreicht und gehalten wird, ohne den an sich zur Verfügung stehenden Scheibenhub nennenswert einzuschränken. Das Verfahren ist auch in der Lage, relevante Toleranzen der Fahrzeugtüre, der Fensterhebermechanik und des Motors (Abweichungen in der Motorkennlinie) auszugleichen.
Gemäß üblicher Konstruktionsanforderungen soll in der untersten Position einer absenkbaren Fensterscheibe die Scheibenoberkante möglichst nicht mehr aus dem Fensterschacht der Karosserie herausstehen. Dies erfordert im allgemeinen eine Absenkung der Fensterscheibe bis in die unmittelbare Nähe des unteren mechanischen Anschlags. Das berührungslose Anfahren des unteren Anschlags, auch "Soft-Stopp" genannt, hat den Vorteil, daß die sonst üblichen, mit dem Auftreffen auf den Anschlag verbundenen Geräusche vermieden werden. Außerdem wird das Fensterhebersystem weniger stark belastet, was eine gewichtssparende Dimensionierung zuläßt.
Bekannt sind Verfahren zum berührungslosen Absenken einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs in ihre untere Endlage unter Auswertung von Sensorsignalen eines motorischen Antriebs, die einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt werden. Die elektronische Auswerteeinheit nutzt die Sensorsignale als Zählimpulse, wobei jedem Summenwert eine bestimmte Scheibenposition zugeordnet ist. Um beim Absenken der Fensterscheibe eine Kollision mit dem unteren mechanischen Anschlag zu vermeiden, ist es im allgemeinen wegen des Nachlaufverhaltens des Verstellsystems, wobei sich die Fensterscheibe auch noch nach dem Abschalten des Antriebs etwas absenkt, notwendig, die Abschaltung schon vor dem Erreichen der unteren Soll-Position vorzunehmen.
Aufgrund der fertigungsbedingten Toleranzen muß bei der Festlegung des elektronisch ansteuerbaren Hubes vom kürzesten der möglicherweise zur Verfügung stehenden Verstellwege ausgegangen werden, da anderenfalls Kollisionsgefahr mit dem unteren Anschlag besteht. Somit wird der tatsächlich verfügbare Hub nicht ausgenutzt. Ein zu kurz bemessen er Abstand vom unteren Anschlag kann während der Fahrt infolge weiterer Absenkbewegungen, z. B. infolge von Schwingungen oder Stößen, zu schlagenden Geräuschen führen.
Die bekannten Lösung sind nicht in der Lage, veränderte Einflußfaktoren zu erkennen und auszugleichen. Dies trifft sowohl auf die durch Alterung des Systems zunehmenden System losen als auch auf kurzfristig veränderbare Bedingungen zu, wie erhöhte bzw. erniedrigte Betriebsspannung oder durch Temperaturschwankungen und/oder Feuchtigkeiteinfluß veränderte Reibverhältnisse der Fensterscheibe. Bei vergrößerten Seillosen muß der Antrieb einen zunehmend größeren Stellweg zu deren Kompensation aufwenden, der zur Ausführung einer Scheibenbewegung nicht mehr zur Verfügung steht. D.h., die Gesamtzahl der den Scheibenhub zwischen oberer und unterer Endlage repräsentierende Zählimpulse (Signale) ist zu einem immer größer werdenden Teil Stellbewegungen des Antriebs zuzuordnen, die zu Verschiebebewegungen der Fensterscheibe führen. Somit ist die Fensterscheibe nicht mehr vollständig in den Schacht versenkbar.
Aus DE 1 95 14 954 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Bewegung von Fahrzeugfenstern bekannt, das die Fensterposition und bei Erreichen der Endlagen (wenn das Fenster völlig geschlossen oder völlig geöffnet ist) die Motorblockierung detektiert. Beim Anfahren der Endlagen werden die aktuellen Positionswerte mit früheren Positionswerten (vorangegangener Verstellzyklen) verglichen und bei Bedarf wird eine Anpassung der Hubbegrenzung durchgeführt. Damit wird das Anfahren der Endlagen ohne Nachbestromung möglich, jedoch werden die Merkmale des Blockierzustandes, insbesondere die hohe Systemverspannung, dadurch nicht positiv beeinflußt. Eine Minimierung der Verspannung des Fensterhebers kann hierdurch nicht erreicht werden.
Andererseits beeinflussen die Reibungsverhältnisse und die von der Betriebsspannung sowie der Motorkennlinie (die von Motor zu Motor stark differieren kann) abhängige Verstellgeschwindigkeit der Fensterscheibe das Nachlaufverhalten beträchtlich. Deshalb können die jeweils erreichbaren untersten Scheibenpositionen voneinander verschieden sein.
Zur Kompensation von Fehlern beim Zählen der generierten Sensorimpulse ist eine sogenannte Nachnormierung des Zählerstandes bei Erreichen der oberen Schließposition bekannt. Solche Zählfehler können auftreten, wenn Signale eines Nachlaufweges nach Motorabschaltung nicht mehr erkannt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum berührungslosen Anfahren der unteren Anschlagsposition einer fremdkraftbetätigten Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs zu entwickeln, das veränderte Einflußgrößen, wie Alterung des technischen Systems, schwankende Reibungsbedingungen der Fensterscheibe, Streuungen der Motorkennlinie und Schwankungen der Bordspannung, mit einfachen Mitteln selbsttätig kompensiert, wobei der konstruktiv verfügbare Hub weitesgehend ausgenutzt wird. Eine Kollision mit dem unteren Anschlag soll bei Bedarf ebenfalls sicher vermeidbar sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
Danach werden die wegabhängigen Sensorsignale während des Ansteuerns des Antriebs in Richtung Senken in einer ersten Phase seiner Stellbewegung, die noch keine Verschiebung der Fensterscheibe zur Folge hat, der Kompensation der System losen der Fensterhebermechanik zugeordnet. Erst die Sensorsignale einer zweiten Phase der Stellbewegung des Antriebs werden dem Weg der Scheibenabsenkung zuordnet und durch Auswertung in der Elektronikeinheit zur Bestimmung der Scheibenposition verwendet. Während der bezeichneten zweiten Phase der Stellbewegung des Antriebs wird ein zu erwartender Nachlaufweg der Fensterscheibe auf der Basis ihrer Absenkgeschwindigkeit und/oder der Betriebsspannung des Bordnetzes berechnet, um den spätestes möglichen Abschaltpunkt für den Antrieb zu ermitteln. D.h., unter Berücksichtigung des Scheibennachlaufs soll der Abschaltpunkt gefunden werden, der gerade noch ein Auflaufen auf den mechanischen Anschlag sicher verhindert. Das Nachlaufverhalten wird unter anderem vom Nachlaufen des Antriebsaggregates, den Massenträgheitskräften der bewegten Teile, insbesondere der Fensterscheibe, und den Reibungsbedingungen in den Scheibenführungen beeinflußt. Beim Erreichen des Abschaltpunktes, also der Scheibenposition, die um den Betrag des Nachlaufweges vor der Position des festgelegten berührungslosen unteren Anschlags liegt, wird die Ansteuerung des Fensterheberantriebs gestoppt. Zur Sicherung dieser Position kann bei Bedarf der Fensterheberantrieb solange automatisch in Richtung Heben angesteuert werden, bis die durch die Verstellung der Fensterscheibe in die vorangegangene Bewegungsrichtung verursachten System losen der Verstellmechanik kompensiert sind. Dadurch wird der Hebermechanismus in Richtung Heben verspannt und die Scheibenposition gegen ein unbeabsichtigtes Absenken, z. B. infolge von Stößen oder Schwingungen, gesichert.
Der Nachlaufweg kann im gesamten Bereich tatsächlicher Scheibenbewegung fortlaufend berechnet werden; zumindest aber nach dem Unterschreiten einer festzulegenden unteren Zwischenposition der Fensterscheibe ist dies erforderlich. Vorzugsweise wird auf der Basis mehrere Berechnungswerte des Nachlaufweges eine Trendberechnung des Abschaltpunkts des Antriebes durchgeführt.
Für die Berechnung des Nachlaufweges kann keine allgemeingültige mathematische Beziehung angegeben werden da die Summe aller Einflußgrößen sehr groß und ihre Abhängigkeiten untereinander sehr komplex sind. Deshalb ist eine auf den jeweiligen Einsatzfall ausgerichtete empirische Untersuchung durchzuführen, die unter Berücksichtigung der wesentlichen Einfußgrößen zu einem Vorhersagemodell führt. Dazu variiert man bspw. die Betriebsspannung, setzt Motoren mit unterschiedlichen Kennlinien ein und simuliert verschiedene Klimabedingungen durch Variation von Temperatur und Feuchtigkeit. Die daraus ,resultierenden unterschiedlichen Verschiebegeschwindigkeiten können bspw. in Verknüpfung mit Meßwerten der Temperatur und der Betriebsspannung zu Wertefeld (Matrix) führen, das mit hinreichend guter Zuverlässigkeit eine Vorausberechnung des Nachlaufweges erlaubt.
Zur Beurteilung des Systemzustandes, d. h. ob eine System lose vorliegt oder nicht, wird vorzugsweise als Meßgröße die Periodendauer einer Antriebswelle (z. B. Motorwelle) oder die Stromaufnahme des elektrischen Antriebs herangezogen. Die Periodendauer läßt sich in einfacher Weise durch Auswertung von Hall-Signalen, die an einem Hall-Element von einem auf der Antriebswelle befestigten Magneten generiert werden, ermitteln. Solange eine System lose vorliegt, dreht der Motor schneller und nahe seiner Leerlaufdrehzahl, was mit einer vergleichsweise kleinen Periodendauer verbunden ist. Unter Last, also nach der Kompensation der System losen, bremst der Motor ab und die Periodendauer verlängert sich adäquat. Da sich der Zustand eines Elektromotors über die Stromaufnahme sehr gut beurteilen läßt, ist auch die Stromstärke als Meßgröße gut geeignet. Je schneller der Motor dreht, desto geringer ist seine Stromaufnahme.
Um den Grenzbereich zwischen Antriebsbewegungen, die eine System lose kompensieren, und Antriebsbewegungen, die eine Verstellung der Fensterscheibe bewirken, auch bei sich verändernden Einflußfaktoren (z. B. Absinken der Bordspannung) hinreichend scharf detektieren zu können, wird das Abschaltkriterium (Grenzwert) auf der Basis wenigstens eines vorangegangenen Meßwertes generiert. Ein elektronischer Filter sorgt dafür, daß nicht jede beliebig kleine Veränderung des Meßwertes zum Abschalten des Antriebs führt. Erst wenn der zu bewertende Meßwert um einen festgelegten absoluten oder relativen (prozentualen) Betrag vom Vergleichswert abweicht, kommt es zur Generierung des Abschaltsignals.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematischer Kurvenverlauf einer Scheibenabsenkung aus der Schließposition in die untere berührungslose Anschlagsposition im T-t-Diagramm, wobei T die Periodendauer einer Antriebswelle, insbesondere einer Motorwelle, und t die Zeit ist;
Fig. 2 schematisch dargestellter vergleichender Verlauf der Scheibenposition und der Position des Antriebs (Motors) während der Schließposition in die untere berührungslose Anschlagsposition.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel geht von einer vollkommen geschlossenen Fensterscheibe aus, deren Oberkannte von der Fensterhebervorrichtung in den Dichtungsbereich gedrückt ist; die Fensterscheibe befindet sich in Ruhe. Zum Zeitpunkt t₁ wird der Antrieb des Fensterhebers in Richtung Senken aktiviert.
Da diese in Richtung Senken angesteuerte Antriebsbewegung gegenüber der vorangegangenen Hubbewegung, die zum Schließen der Fensterscheibe führte, eine Drehrichtungsumkehr darstellt, liegt im Fensterhebermechanismus eine vergleichsweise große Systemlose vor. Deshalb ist mit dem Startpunkt 1 (siehe Fig. 1) des Antriebs in Richtung Senken nicht unmittelbar eine Scheibenabsenkung verbunden. In einer ersten Phase der Antriebsbewegung (Bereich A) wird zunächst die System lose kompensiert. Dies zeigt auch Fig. 2 mit dem ansteigenden Verlauf der Kurve des Antriebs (Anstieg des Motorpositionszählerstandes PM; obere Kurve) im Bereich A zwischen t₁ und t₂ von der Position PM1 zu PM2, während die Fensterscheibe im selben Bereich A in ihrer Schließposition PF1 verharrt.
Aufgrund des fehlenden mechanischen Widerstandes beschleunigt der Antrieb in kürzester Zeit etwa auf seine Leerlaufdrehzahl, der die Leerlauf-Periodendauer TL entspricht. Kurz vor dem Erreichen des Zeitpunktes t₂ ist die System lose kompensiert und die Fensterhebermechanik beginnt sich wieder zu verspannen, zunächst jedoch, ohne eine Scheibenbewegung hervorzurufen. Punkt 2 kennzeichnet ein lokales Maximum eines typischen Kurvenverlaufs, das den Übergang zwischen Haftreibung und Gleitreibung der zu bewegenden Fensterscheibe und somit den Beginn der Scheibenabsenkung darstellt. Sämtliche bis dahin vom Antrieb oder einer Antriebswelle generierten Bewegungssignale werden der System losen zugeordnet. Erst die Signale des Bereichs B sind mit einer Scheibenbewegung verbunden und werden entsprechend gewertet. In diesem Bereich führt jede Antriebsbewegung zu einer entsprechenden Verschiebung der Fensterscheibe. Infolge der Veränderung der Motorposition von PM2 zu PM3 wird die Fensterscheibe von der Position PF1 zur Position PF3 abgesenkt. Der Antrieb pegelt sich auf seine Nenndrehzahl mit der Periodendauer TN ein.
Die Antriebsbewegung wird zum Zeitpunkt t₃ gestoppt, wenn aufgrund des im Bereich B berechneten Nachlaufweges der Scheibenabsenkung ein Auflaufen auf den unteren Anschlag droht. Aufgrund der eingangs erläuterten Bedingungen kommt es zu einer weiteren Absenkung der Fensterscheibe, so daß die Fensterscheibe im Bereich C ihren Verschiebeweg von PF3 zu PF4 fortsetzt, während der Antrieb in der Position PM3 stehen bleibt.
Um die Scheibenposition gegen weiteres Absenken zu sichern, veranlaßt die Steuerelektronik zum Zeitpunkt t₄ eine Drehrichtungsumkehr, die die System lose, verursacht durch die vorangegangene Absenkbewegung, kompensiert. Dies geschieht nach dem gleichen Prinzip, wie bereits beschrieben zur Kompensation der System losen in Richtung Senken. Dabei wird die Position PM3 des Antriebs auf die Position PM5 zurückgeführt; die Fensterscheibe hingegen verbleibt in ihrer Position PF4. Mit dem Abschalten des Antriebs im Punkt 4 sind die System losen des Bereichs D vollständig kompensiert und die Fensterscheibe steht in Richtung Heben unter mechanischer Spannung.
Um den Zeitpunkt t₂, der den Bereich A der Systemlosenkompensation vom Bereich B echter Scheibenbewegung trennt, hinreichend exakt ermitteln zu können, muß ein Grenzwert des den Systemzustand beschreibenden Meßwerts definiert werden. Zweckmäßigerweise wird der Grenzwert auf der Basis mindestens eines vorher ermittelten Meßwertes berechnet, um sämtliche das System beeinflussende Größen (Temperatur, Feuchtigkeit, Alterung, Bordspannung) mit zu erfassen. Durch einen in der Elektronikeinheit abgelegten Algorithmus wird festgelegt, um welchen absoluten oder relativen Betrag der nächste Meßwert abweichen darf. Bei Über- bzw. Unterschreitung dieses Wertes gelten die System losen als kompensiert.
Bezugszeichenliste
1 Startpunkt in Richtung Senken ausgehend von der oberen Schließposition
2 Punkt des Übergangs von Haftreibung zu Gleitreibung
3 Punkt der Antriebsabschaltung und des Beginns des Nachlaufens der Scheibe
4 Punkt der Antriebsabschaltung
A Bereich der System losen in Richtung Senken
B Bereich der Scheibenabsenkung
C Bereich des Nachlaufens der Scheibe
D Bereich der Systemlosen in Richtung Heben
PF Position der Fensterscheibe
PF1 Position der Fensterscheibe in der oberen Schließlage der Fensterscheibe
PF3 Position der Fensterscheibe am Punkt der Antriebsabschaltung des Antriebs
PF4 Position der Fensterscheibe am Ende des Nachlaufbereichs
PM Position des Antriebs (z. B. Anzahl der Motorumdrehungen)
PM1 Position des Antriebs in der oberen Schließlage der Fensterscheibe
PM2 Position des Antriebs bei gerade vollständiger Kompensation der System losen in Richtung Senken
PM3 Position des Antriebs am Punkt der Antriebsabschaltung des Antriebs
PM5 Position des Antriebs am Punkt der Antriebsabschaltung nach Kompensation der Systemlosen in Richtung Heben
T Periodendauer
TL Periodendauer bei Leerlaufdrehzahl
TN Periodendauer der Nenndrehzahl
TS Periodendauer bei Motorstillstand
t Zeit
t₁ Zeitpunkt der Aktivierung des Antriebs in Richtung Senken
t₂ Zeitpunkt beginnender Scheibenabsenkung
t₃ Zeitpunkt der Antriebsabschaltung
t₄ Zeitpunkt der Drehrichtungsumkehr von Senken zu Heben

Claims (10)

1. Verfahren zum berührungslosen Anfahren der unteren Anschlagsposition einer fremdkraftbetätigten Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, wobei während des Absenkens der Fensterscheibe vom Antrieb wegabhängige Sensorsignale generiert und an eine elektronische Auswerteeinheit weitergeleitet sowie gezählt werden, und daß beim Erreichen eines bestimmten Zählerstandes der Antrieb abgeschaltet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wegabhängigen Sensorsignale während des Ansteuerns des Antriebs zum Zwecke des Absenkens der Fensterscheibe in einer ersten Phase seiner Stellbewegung der Kompensation der System losen der Fensterhebermechanik und in einer zweiten Phase seiner Stellbewegung dem Weg der Scheibenabsenkung zuordnet werden,
daß während der zweiten Phase der Stellbewegung des Antriebs ein zu erwartender Nachlaufweg auf der Basis der Absenkgeschwindigkeit der Fensterscheibe und/oder der Betriebsspannung berechnet wird, und
daß beim Erreichen der Scheibenposition, die um den Betrag des Nachlaufweges vor der Position des festgelegten berührungslosen unteren Anschlags liegt, der Fensterheberantrieb gestoppt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterheberantrieb solange automatisch in Richtung Heben angesteuert wird, bis die durch die Verstellung der Fensterscheibe in die vorangegangene Bewegungsrichtung verursachten System losen der Verstellmechanik kompensiert sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die System losen als kompensiert gelten, wenn ein Grenzwert einer den Systemzustand widerspiegelnden Meßgröße überschritten oder unterschritten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert aus wenigstens einem vorangehend ermittelten Meßwert generiert wird, wobei der Grenzwert um einen festgelegten festen oder anteiligen Betrag vom letzten Meßwert abweicht.
5. Verfahren nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgröße die Periodendauer einer Antriebswelle, insbesondere der Welle eines Elektromotors, verwendet wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgröße die Stromaufnahme eines elektrischen Antriebs verwendet wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für den Weg der automatischen Scheibenabsenkung die Anzahl der Umdrehungen einer Antriebswelle verwendet oder eine Direktmessung an der Fensterscheibe ausgeführt wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der der Scheibenposition zugeordnete Zählerstand durch Anfahren der oberen Schließposition der Fensterscheibe bei der Inbetriebnahme des Fensterhebers und nach einer festgelegten Anzahl von Betätigungen des Fensterhebers erfolgt.
9. Verfahren nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachlaufweg zumindest nach dem Unterschreiten einer unteren Zwischenposition der Fensterscheibe fortlaufend berechnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Basis einer mehrere Berechnungswerte des Nachlaufweges umfassenden Trendberechnung der Abschaltpunkt des Antriebes festgestellt wird.
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