DE19819611A1

DE19819611A1 - Verfahren zur Ansteuerung von elektromotorisch betätigten Schlössern, insbesondere in Kraftfahrzeugtüren

Info

Publication number: DE19819611A1
Application number: DE19819611A
Authority: DE
Inventors: Joerg Uebelein
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 1998-05-04
Filing date: 1998-05-04
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2018-05-05
Also published as: DE19819611C2

Abstract

Das Verfahren zur Ansteuerung von elektromotorisch betätigten Schlössern, insbesondere in Kraftfahrzeugtüren, bei dem der Motor nach einem Schaltsignal für eine begrenzte Zeit bestromt wird, um das Schloß von einem Systemzustand in einen anderen Systemzustand zu überführen, ist dadurch gekennzeichnet, DOLLAR A a) daß der Motor für eine vorgegebene Zeit mit einer reduzierten elektrischen Leistung betrieben wird, so daß die kinetische Energie der bewegten Teile des Schlosses beim Erreichen der vorgesehenen Anschlagsposition gegenüber herkömmlichen Verfahren deutlich vermindert ist, DOLLAR A und/oder DOLLAR A b) daß der Motor für eine vorgegebene Zeit, die kleiner als die zur Überführung des Schlosses von dem einen in den anderen Systemzustand notwendige Verstellzeit ist, bestromt wird, so daß die Trägheitsbewegung der bewegten Schloßteile mit ausgenutzt wird, um bis zum Erreichen der Anschlagsposition die kinetische Energie der bewegten Schloßteile möglichst weitestgehend abzubauen. DOLLAR A Bei Bedarf wird der Motor zum sicheren Erreichen der angesteuerten Sollposition in einer zweiten Phase nachbestromt, wobei der Motor mit einer höheren elektrischen Leistung betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von elektromotorisch betätigten Schlössern, insbesondere in Kraftfahrzeugtüren, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, und schafft die Voraussetzungen für eine Reduzierung der Schaltgeräusche.

Aus der Kraftfahrzeugtechnik sind motorisch betätigte Zentralverriegelungen für Türen und Klappen bekannt, die bei Auslösung eines Steuersignals zum Verriegeln oder Entriegeln die Motore für eine vorgegebene Zeit in die eine bzw. andere Richtung mit der aktuell zur Verfügung stehenden Spannung des Bordnetzes bestromen. Die Bestromungszeit und die Dimensionierung des Motors sind so gewählt, daß ein sicherer Betrieb der Zentralverriegelung auch dann noch gewährleistet werden kann, wenn die Bordspannung um mehrere Volt verringert ist oder wenn altersbedingt Schwergängigkeiten auftreten. Für gewöhnlich werden die Schlösser also mit einer weitaus höheren Leistung betrieben als notwendig. Infolge dessen treten beim Anfahren der Endlagen, also der Sollposition "Schloß verriegelt" oder "Schloß entriegelt", relativ laute Schaltgeräusche auf. Diese Geräusche werden insbesondere dann als unangenehm empfunden, wenn das Anschlagen mehrerer Schlösser nicht zeitgleich, sondern zeitversetzt erfolgt. Obwohl die Ansteuerung der Schlösser der Zentralverriegelung bereits zeitgleich vorgenommen wird, ggf. unter Verwendung eines Daten-BUS, kann dies keine Basis für eine Synchronisation der Bewegungsabläufe sein, da eine erhebliche Streuung der Kennlinien der eingesetzten Motoren selbst bei Identischen Schloßmechaniken zu verschiedenlangen Schaltzeiten führt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung von motorisch betätigten Schlössern zu entwickeln, das mit einem möglichst geringen technischen Aufwand die Geräuschentwicklung bei der Betätigung derartiger Schlösser verringert. Zusätzliche geräuschdämmende Maßnahmen in bezug auf die Mechanik des Schlosses sind zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

a) der Motor für eine vorgegebene Zeit mit einer reduzierten elektrischen Leistung betrieben wird, so daß die kinetische Energie der bewegten Teile des Schlosses beim Erreichen der vorgesehenen Anschlagsposition gegenüber herkömmlichen Verfahren deutlich vermindert ist, und/oder
b) der Motor für eine vorgegebene Zeit, die kleiner als die zur Überführung des Schlosses von dem einen in den anderen Systemzustand notwendige Verstellzeit ist, bestromt wird, so daß die Trägheitsbewegung der bewegten Schloßteile mit ausgenutzt wird, um bis zum Erreichen der Anschlagsposition die kinetische Energie der bewegten Schloßteile möglichst weitestgehend abzubauen.

Durch die voranstehenden, ausschließlich durch Software realisierbaren Maßnahmen gelingt eine kostengünstige und deutliche Reduzierung des Geräuschniveaus bei der Betätigung von motorisch betriebenen Schlössern. Da in modernen Kraftfahrzeugen ohnehin Steuerelektroniken für diverse Aufgaben eingesetzt werden, ist in einer Vielzahl konkreter Anwendungsfälle nicht einmal eine Hardware-Erweiterung notwendig. In der Regel kann die Rechnerkapazität leicht zur Verfügung gestellt werden, da die Schloßfunktionen nur benötigt werden, wenn die meisten anderen Aufgaben der Elektronikeinheit nicht abgefragt werden. Für den Fall, daß die Schloßsteuerung von dezentralen Türsteuergeräten übernommen werden soll empfiehlt es sich, zur Synchronisation der Schloßbetätigung die Türsteuergeräte in ein BUS-System einzubinden.

Nach einer Vorzugsvariante werden die beiden vorstehend genannten Erfindungsvarianten a) und b) miteinander kombiniert. Demnach wird der Motor schon in der für die Überbrückung der ersten Phase des Verstellwegs, in der auch die Beschleunigung der bewegten Schloßteile erfolgt, mit reduzierter elektrischer Leistung betrieben, wodurch der Motor mit einer geringeren Drehzahl läuft und so auch das Verstellgeräusch vor dem Erreichen der Soll- bzw. Anschlagsposition reduziert wird.

Bei Bedarf wird der Motor zum sicheren Erreichen der angesteuerten Sollposition in einer zweiten Phase nachbestromt, wobei der Motor mit einer höheren elektrischen Leistung betrieben wird. Das Nachbestromen des Motors kann von der tatsächlich erreichten Position der Schloßmechanik abhängig gemacht werden. Dazu können Sensoren oder Mikroschalter eingesetzt werden, die bei Erreichen der angesteuerten Sollposition ein Signal an die Steuerelektronik abgeben, woraufhin der Motor abgeschaltet und/oder entschieden wird, daß eine Nachbestromung nicht erforderlich ist. Empfängt die Steuerelektronik jedoch kein Signal, so ist daraus zu schließen, daß die Sollposition der Schloßmechanik noch nicht erreicht wurde und deshalb eine Nachbestromung des Motors vorgenommen werden muß. Da in der Regel die Ursachen für das Nichterreichen der Sollposition weder bekannt noch vorhersehbar sind, sollte die Nachbestromung mit der maximal zur Verfügung stehenden Spannung erfolgen, um in dieser zweiten Phase das Erreichen der angesteuerten Sollposition sicher gewährleisten zu können.

Natürlich besteht auch für die Phase der Nachbestromung die Möglichkeit, die Leistung des Motors zu steuern. Als vorteilhaft für eine geräuscharme Betätigung des Schlosses gilt eine Ansteuerung des Motors mit einer vergleichsweise geringen Spannung/Leistung zu Beginn der Nachbestromung, gefolgt von einer kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Erhöhung der Spannung/Leistung bis zum Erreichen des Maximums. Aber auch dann, wenn der Motor in der Nachbestromungsphase sofort mit der maximalen Leistung betrieben wird, muß nicht mit Geräuschen gerechnet werden, deren Pegel über dem der vorangegangenen Einstellphase liegt, da der durch die Nachbestromung noch zu realisierende Restweg vergleichsweise gering sein wird, so daß die zu bewegenden mechanischen Teile des Schlosses bis zum Erreichen der Sollposition nur noch auf eine vergleichsweise niedrige Verstellgeschwindigkeit beschleunigt werden können.

Die gewünschte elektrische Leistung des Motors läßt sich am besten durch Pulsweitenmodulation der Betriebsspannung einstellen. Die elektromechanische Auslegung des Schlosses sollte derart erfolgen, daß das Schloß auch dann noch sicher von einem in den anderen Systemzustand überführt werden kann, wenn die Betriebsspannung auf einen Tiefstwert, z. B. 7 Volt, abgesunken ist. Dadurch kann sichergestellt werden, daß der Benutzer sein Fahrzeug selbst dann noch entriegeln oder verriegeln kann, wenn andere Funktionen schon wegen zu geringer Spannung ausgefallen sind.

Sofern die Erfindungsvariante zum Einsatz kommen soll, die bei der Überführung des Schlosses von der einen Sollposition in die andere Sollposition den Trägheitsweg der bewegten Schloßteile mit ausnutzt, um mit dem Erreichen der Sollposition möglichst viel kinetische Energie abgebaut zu haben, ist die Berücksichtigung aller den Trägheitsweg maßgeblich beeinflussenden Parameter zu empfehlen. Dazu können insbesondere gehören:

- Spannung
Die zur Verfügung stehende Spannung bestimmt in erheblichem Maße die Leistungsfähigkeit des Motors und damit die Dynamik der bewegten Schloßteile während der ersten Phase der Stellbewegung. Gleichermaßen beeinflußt diese Dynamik den zu erwartenden Trägheitsweg, d. h. je größer die Geschwindigkeit der bewegten Schloßteile während der begrenzten Zeit der Bestromung der ersten Phase ist, umso länger ist der zu erwartende Trägheitsweg. Folglich kann bei einer vergleichsweise hohen Spannung die Bestromungszeit kürzer bemessen werden als bei einer geringeren Spannung. Zur Eliminierung der Spannung als Variable kann natürlich auch mit einer stets auf einen bestimmten Wert reduzierten Spannung gearbeitet werden.
- Strom
Die Größe des Stroms ist maßgeblich von der Belastung des Motors abhängig. So kann beispielsweise vom Stromwert, der sich nach einer anfänglichen Beschleunigungsphase der beweglichen Schloßteile (einschließlich Motor) einstellt, auf die Schwergängigkeit der Stellmechanik geschlossen werden. Daraus ist also zu schließen, daß der zu erwartende Trägheitsweg umso kürzer ausfallen wird, desto höher der festgestellte Stromwert ist. Folglich muß eine vergleichsweise längere Bestromungszeit gewählt werden.
- Temperatur
Größere Temperaturunterschiede, die selbst innerhalb eines Tages mehrere Dekaden betragen können, beeinflussen nicht nur die aktuellen Parameter des Elektromotors, sie können auch die Reibungsverhältnisse der Schloßmechanik verändern. Zum Beispiel führen niedrige Temperaturen zu erhöhter Viskosität eingesetzter Schmiermittel, was als relative Schwergängigkeit zu werten ist.
- Kinetische Parameter
Auch kinematische Parameter, wie Beschleunigung und Geschwindigkeit der bewegten Schloßteile erlauben Rückschlüsse auf den aktuellen Zustand des Schließsystems. Entsprechende Werte können über Drehzahlsensoren in Verbindung mit der Motorwelle oder durch Auswertung der Motorstromwelligkeit gewonnen werden.

Als besonders vorteilhaft kann die Vorausberechnung der notwendigen Bestromungszeit - und damit des zu erwartenden Trägheitsweges - auf der Basis eines sogenannten Selbstlern-Modus sein, der die aufgenommenen Meßwerte vorangegangener Schloßbetätigungen in die Berechnung der aktuell einzustellenden Werte zur Ansteuerung des Schlosses mit einfließen läßt. Dadurch können spezifische Eigenarten und Charakteristika (z. B. das Auftreten einer lokalen Schwergängigkeit unterhalb einer bestimmtem Temperatur) berücksichtigt werden. Zur Vorausberechnung der notwendigen Bestromungszeit werden wenigstens zwei der voranstehenden vier Kenngrößen verwendet und mittels einer Matrix oder eines mathematischen Algorythmus bewertet.

Durch die elektronische Steuerung des Schlosses kann ohne weiteres auch ein Soft-Start realisiert werden, um schlagartige Geräusche beim Anlauf des Motors zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird der Motor nach dem Startsignal zunächst mit einer Leistung betrieben, die unterhalb der Leistung liegt, die eine Stellbewegung auslösen kann. Hierdurch wird das Systemspiel aus der Schloßmechanik genommen. Dieser sehr kurz gehaltenen Anlaufphase folgt eine kontinuierliche oder schlagartige Erhöhung der Leistung auf die für die Verstellung vorgesehene Leistung.

Die bevorzugte Anwendung der Erfindung für Kraftfahrzeuge führt zu dem Bedürfnis, sämtliche in einer Zentralverriegelung eingebundenen Schlösser mit ihren Betätigungsgeräuschen aufeinander abzustimmen. Besonders einfach ist eine Synchronisation der Bestromungszeiten bzw. der Ansteuerungszeiten und/oder der elektrischen Leistungen der Schlösser bei einer Einbindung in ein BUS-System. Die Synchronisation der Betätigungsabläufe führt nicht zuletzt dazu, daß auch die elastische Entspannung der Mechanik mit dem Erreichen der Sollposition, also nach der Unterbrechung der Bestromung des Motors, mit einem einheitlichen Geräusch den Prozeß abschließt.

Die Figur zeigt ein vorteilhaftes Timing für die Schloßbestromung für den Fall, daß ein Schloßantrieb mit Fliehkraftkupplung oder ein Motor mit einer sehr schwachen Anlaufcharakteristik, die erst oberhalb einer bestimmten Drehzahl die für eine Stellbewegung notwendige Leistung zur Verfügung stellt, zur Anwendung kommen soll. Demnach wird der Motor nach dem Startsignal für 50 Millisekunden mit 10 Volt (bei Bedarf mit der maximalen Spannung) bestromt bis der Kupplungsvorgang bzw. die Anlaufphase abgeschlossen ist. Anschließend wird der Motor 200 Millisekunden mit der für die Verstellung vorgesehenen, ggf. reduzierten Leistung betrieben. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht dies einer Spannung von 7 Volt. Um ganz sicher zu gehen, daß das Schloß tatsächlich seine Sollposition erreicht hat, folgt noch eine 150 Millisekunden andauernde Nachbestromungsphase mit der maximal zur Verfügung stehenden Spannung von 12 Volt.

An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, daß mit einer leistungshalbleiterbestückten Steuerelektronik ohne weiteres auch die Drehzahl des Motors bzw. der Motoren geregelt werden kann. Auch diese Maßnahme ist geeignet, das Geräuschbild des Schlosses zu optimieren.

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung von elektromotorisch betätigten Schlössern, insbesondere in Kraftfahrzeugtüren, bei dem der Motor nach einem Schaltsignal für eine begrenzte Zeit bestromt wird, um das Schloß von einem Systemzustand in einen anderen Systemzustand zu überführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor für eine vorgegebene Zeit mit einer reduzierten elektrischen Leistung betrieben wird.

2. Verfahren zur Ansteuerung von elektromotorisch betätigten Schlössern, insbesondere in Kraftfahrzeugtüren, bei dem der Motor nach einem Schaltsignal für eine begrenzte Zeit bestromt wird, um das Schloß von einem Systemzustand in einen anderen Systemzustand zu überführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor für eine vorgegebene Zeit, die kleiner als die zur Überführung des Schlosses von dem einen in den anderen Systemzustand notwendige Verstellzeit ist, bestromt wird, so daß die Trägheitsbewegung der bewegten Schloßteile mit ausgenutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit einer reduzierten elektrischen Leistung betrieben wird.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung der elektrischen Leistung durch Pulsweitenmodulation der Betriebsspannung erfolgt.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung auf einen Wert reduziert wird, der unter Berücksichtigung aller wesentlichen die Schloßbetätigung beeinflussenden Parameter, wie z. B. die Temperatur und mechanische Schwergängigkeiten, die Überführung des Schlosses von einen Systemzustand in den anderen in einer vorgegebenen Zeit gerade noch gewährleistet.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachbestromung des elektromotorischen Antriebs mit einer erhöhten, vorzugsweise maximalen elektrischen Leistung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Systemzustand (Sollposition) des Schlosses durch einen Sensor oder einen Mikroschalter erfaßt wird.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Nachbestromung des elektromotorischen Antriebs mit erhöhter Leistung für den Fall, daß der durch das Schaltsignal anzufahrende Systemzustand (Sollposition) des Schlosses nicht durch den dafür vorgesehenen Sensor oder Mikroschalter erfaßt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbestromung mit der maximal zur Verfügung stehenden Bordspannung für eine vorgegebene Zeit erfolgt.

10. Verfahren nach wenigstens einem Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbestromung beendet wird, wenn der Sensor bzw. der Mikroschalter das Erreichen des angestrebten Systemzustands (Sollposition) festgestellt hat.

11. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbestromung mit einer reduzierten elektrischen Leistung starten und innerhalb einer vorgegebenen Zeit auf die maximal zur Verfügung stehende Leistung erhöht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestromungszeit des Motors so gewählt ist, daß der noch verbleibende Verstellweg bis zum Erreichen des angestrebten Systemzustands (Sollposition) mit dem zu erwartenden Trägheitsweg möglichst genau übereinstimmt.

13. Verfahren nach Anspruch 2 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erwartende Trägkeitsweg in Abhängigkeit von der Spannung und/oder dem Strom während des Verstellvorgangs und/oder der Temperatur und/oder in Abhängigkeit von kinetischen Parametern wenigstens eines bewegten Teils des Schlosses bestimmt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einer elektronischen Steuereinheit eine Matrix abgelegt ist, die Werte von wenigstens zwei Parametern enthält, und daß diese Matrix zur Bestimmung der notwendigen Bestromungszeit verwendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einer elektronischen Steuereinheit zur Bestimmung der notwendigen Bestromungszeit ein mathematischer Algorythmus abgearbeitet ist, der die Werte von wenigstens zwei Parametern berücksichtigt.

16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorausberechnung der notwendigen Bestromungszeit die konkreten technischen Bedingungen des Schlosses berücksichtigt und durch einen Selbstlern-Modus zum Zwecke einer angepaßten Vorausberechnung bewertet werden.

17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke eines Soft-Starts der Motor nach dem Schaltsignal zunächst mit einer Leistung unterhalb der zum Auslösen einer Verstellbewegung notwendigen Leistung betrieben wird, um das Systemspiel der Schloßmechanik auszugleichen, und daß anschließend die Leistung auf eine für die Verstellung notwendige Leistung erhöht wird.

18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerzeiten bzw. die Bestromungszeiten und/oder die elektrischen Leistungen von wenigstens zwei Schlössern über ein BUS-System synchronisiert werden.

19. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Motors elektronisch geregelt wird.

20. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz eines Schloßantriebs mit Fliehkraftkupplung und/oder mit einer zu schwachen Anlaufcharakteristik des Motors der Motor nach dem Startsignal mit einer vergleichsweise hohen Leistung, vorzugsweise maximalen Leistung, beaufschlagt wird bis der Kupplungsvorgang und/oder der Anlaufvorgang abgeschlossen sind, und daß anschließend die Leistung auf das für die Verstellung vorgesehene Niveau reduziert wird.