DE19844778C2 - Kraftfahrzeug-Türschloß mit elektronischer Motoransteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Türschloß mit Schließelementen wie Schloßfalle und Sperrklinke, ggf. mit einer Schloßmechanik und mit einem elektromotorischen Antrieb für ein Schließelement, insbesondere die Sperr­ klinke, oder ein Element der Schloßmechanik, wobei der elektromotorische Antrieb einen Elektro-Kleinmotor und eine elektronische Motorsteuerung mit einem Leistungsschalter für den Motorstrom aufweist und wobei der Elektro- Kleinmotor des elektromotorischen Antriebes in nur einer Drehrichtung arbei­ tet und in mindestens einer bestimmten Position ohne mechanische Hilfsmittel zur Positionierung abgeschaltet wird.

Der Begriff Kraftfahrzeug-Türschloß wird nachfolgend stellvertretend für alle Arten von Kraftfahrzeugschlössern für Türen, Klappen, Hauben o. dgl. ver­ wendet.

Das bekannte Kraftfahrzeug-Türschloß, von dem die Erfindung ausgeht, ist als sogenanntes "Elektroschloß" konzipiert (DE 195 30 726 A1). Das bedeu­ tet, daß im Grundsatz für das Funktionieren dieses Kraftfahrzeug-Türschlos­ ses nur die Schließelemente, insbesondere also Schloßfalle und Sperrklinke, und ein elektromotorischer Antrieb für die Sperrklinke, nämlich zu deren Ausheben zum Öffnen des Kraftfahrzeug-Türschlosses, sowie schließlich eine elektronische Motoransteuerung für den elektromotorischen Antrieb erfor­ derlich sind. Alle früher bei Kraftfahrzeug-Türschlössern mechanisch realisier­ ten Funktionen der klassischen Schloßmechanik (Innensicherung, Außensi­ cherung, Kindersicherung etc.) werden bei einem solchen "Elektroschloß" durch elektronische Schaltfunktionen realisiert.

Derartige Kraftfahrzeug-Türschlösser werden bereits seit längerem für Heck­ klappen oder Hecktüren von Kraftfahrzeugen eingesetzt (DE 196 14 122 A1). Beim Erreichen der Aushebestellung der Sperrklinke erfolgt die Abschal­ tung des Elektro-Kleinmotors ohne einen Mikroschalter, nämlich durch me­ chanische Blockierung des elektromotorischen Antriebes mit der Folge, daß der Motorstrom steil ansteigt, was wiederum die Schaltfunktion mittels der elektronischen Motorsteuerung, ggf. unter Einschluß einer Zeitschaltung, auslöst (Blockbetrieb). Ist eine weitere Position vorgesehen, in der eine Ab­ schaltung des Elektro-Kleinmotors erfolgen soll, beispielsweise eine Neutral­ position, so erfolgt die Abschaltung dort mittels eines Mikroschalters oder, bei Existenz einer Positionserfassungselektronik, an einem bestimmten Schaltpunkt mittels der elektronischen Motorsteuerung.

Entsprechende Steuerungskonzepte für elektromotorische Antriebe von Kraftfahrzeug-Türschlössern gibt es auch im Bereich der Zentralverriegelung, also dort, wo der elektromotorische Antrieb in die Schloßmechanik wirkt und beispielsweise einen Verriegelungshebel zwischen einer Entriegelungsstel­ lung und einer Verriegelungsstellung hin und her bewegt (DE 44 45 043 A1).

Wird die Abschaltung des Elektro-Kleinmotors des elektromotorischen An­ triebs mittels Blockbetriebs realisiert, so steht die Position des elektromotori­ schen Antriebs, also insbesondere eines Mitnehmerzapfens des elektromoto­ rischen Antriebs, mechanisch vorgegeben fest. Bei Abschaltung mittels Mi­ kroschalter oder Positionserfassungselektronik muß die Abschaltposition so weit von jeder kritischen Position des elektrischen Antriebsmotors bzw. des­ sen Mitnehmerzapfens entfernt sein, daß auch ein bestimmter Nachlauf des Elektro-Kleinmotors keine Probleme verursacht. Dieser Nachlauf aufgrund der Massenträgheit der bewegten Massen im elektromotorischen Antrieb variiert je nach Umgebungsbedingungen (Reibungskräfte, Abschaltzeit, Um­ gebungstemperatur etc.).

Bei einem Kraftfahrzeug-Türschloß mit einem elektromotorischen Antrieb, der in beiden Drehrichtungen arbeitet und dessen Abschaltung in jeder Drehrich­ tung durch Blockbetrieb erfolgt, stellt sich die zuvor angesprochene Proble­ matik also nicht. Diese kommt erst auf, wenn eine schaltergesteuerte Abschal­ tung in einer bestimmten Position erfolgen soll. Dies ist insbesondere dann ein Problem, wenn der elektromotorische Antrieb in nur einer Drehrichtung arbeitet. Dort ist nämlich eine solche bestimmte Position stets erforderlich, je­ denfalls als Neutralposition, in die der elektromotorische Antrieb nach jeder Arbeitsfunktion wieder zurückkehren muß.

Aufgrund der zuvor erläuterten Situation liegt eine solche bestimmte Position immer ausreichend weit entfernt von allen kritischen Positionen. Das bedeu­ tet, daß die Stellzeit des elektromotorischen Antriebs größer ist als unbedingt erforderlich, die Ansprechzeit beim Wiedereinschalten des elektromotori­ schen Antriebs ist aus diesen Toleranzgründen vergleichsweise lange.

Aus weiterem Stand der Technik (DE 196 22 029 A1) ist ein Elektro-Klein­ motor eines Kraftfahrzeug-Türschlosses bekannt, der für den Zentralverriege­ lungsantrieb eingesetzt wird. Hier erfolgt über eine Bremsschaltung mit Re­ lais bei Unterbrechung des Motorstroms eine Verbindung der Anschlüsse des Elektromotors mit Masse. Die Ableitung des vom Nachlauf des Elektro- Kleinmotors erzeugten Motorstroms erfolgt also zu dem und über das Ge­ häuse des Kraftfahrzeug-Türschlosses.

Für sich ist der Einsatz von Hallsensoren bei Kraftfahrzeugtürverschlüssen bekannt, also der Einsatz von elektronischen Schaltern zur Steuerung der Abläufe in Kraftfahrzeug-Türschlösser (DE 197 02 689 A1). Schließlich zeigt die DE 195 08 026 A1 den Einsatz von elektronischen Schaltern zur Steuerung der Drehbewegung eines in einer Richtung arbeitenden Elektro- Kleinmotors. Das Problem eines eventuellen Nachlaufs ist nicht angespro­ chen.

Der Lehre liegt nun das Problem zugrunde, das eingangs angesprochene Kraftfahrzeug-Türschloß schaltungstechnisch so auszugestalten, daß bei Ab­ schaltung des Motors zuverlässig eine kleine Toleranz bei hoher Lebens­ dauer der Motorsteuerung eingehalten wird.

Das zuvor aufgezeigte Problem wird dadurch gelöst, daß die elektronische Motorsteuerung ferner eine bei Unterbrechung des Mo­ torstroms zwischen die Anschlüsse des Elektro-Kleinmotors geschaltete Bremsschaltung aufweist und daß die Bremsschaltung als elektronischer Schalter die Anschlüsse des Elektro-Kleinmotors miteinander verbindet.

Bei diesem Kraftfahrzeug-Türschloß ist für den Elektro-Kleinmotor eine Bremsschaltung realisiert, die als Kurzschluß-Bremsschaltung ausgeführt ist. Derartige Bremsschaltungen sind an sich bei Elektromotoren größerer Lei­ stung bekannt (VDI-Lexikon "Energietechnik", VDI-Verlag, Düsseldorf, 1994 Seite 171 ff. "Bremsart/Bremsverfahren" und "Bremsung, elektrische").

Die Bremsschaltung ist in Kombination mit einem in nur einer Drehrichtung arbeitenden elektromotorischen Antrieb vorgesehen, und zwar gerade keine Gegenstrom-Bremsschaltung. Eine Gegenstrom-Bremsschaltung wäre steue­ rungstechnisch aufwendig und hätte insbesondere das Problem, daß mit Si­ cherheit eine Umkehr der Drehrichtung des elektromotorischen Antriebes vermieden werden muß. Das macht fast genauso viel schaltungstechnischen Aufwand wie das Bremsen selbst. Die nun verwirklichte Bremsung auf der Grundlage einer Widerstands- bzw. Kurzschluß-Bremsschaltung hingegen läßt den Elektro-Kleinmotor in kürzester Zeit auslaufen. Ist in der Bremsschal­ tung ein Widerstand vorgesehen, so wird mittels der Bremsschaltung der mit­ tels des Leistungsschalters vom Netz getrennte Elektro-Kleinmotor auf den Bremswiderstand geschaltet, in dem dann die kinetische Energie des Elektro- Kleinmotors letztlich in Wärme umgesetzt wird. Im Extremfall ist die Brems­ schaltung als Kurzschlußschaltung ausgeführt, weist also keinen zusätzlichen Bremswiderstand auf. Damit wird die optimale Bremswirkung erzielt, der Elektro-Kleinmotor bleibt nach dem Abschalten des Motorstroms durch den Leistungsschalter praktisch unmittelbar stehen. Im Stillstand ist kein Moment mehr vorhanden, die Abschaltposition wird mit geringstmöglicher Toleranz immer erreicht.

Mit der Konstruktion eines Kraftfahrzeug-Türschlosses kann man die Ab­ schaltposition nahe an kritische Positionen des elektromotorischen Antriebes heran verlegen. Das verkürzt die Stellzeiten und die Ansprechzeit des elek­ tromotorischen Antriebs. Insbesondere mit einer elektronischen Positionser­ fassung führt das zu hervorragenden Funktionseigenschaften eines solchen Kraftfahrzeug-Türschlosses. Dies gilt insbesondere für Kraftfahrzeug-Tür­ schlösser, die als sogenannte "Elektroschlösser" ausgeführt sind, wie das eingangs erläutert worden ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre der vorliegen­ den Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Verwendung von elektronischen Schaltern für Leistungsschalter und Bremsschalter führt zu äußerst geringen Kosten und zu der Möglichkeit, diese mit logikkompatiblen Impulsen anzusteuern.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbei­ spiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung ein Beispiel eines Kraftfahr­ zeug-Türschlosses mit einem in nur einer Drehrichtung arbeiten­ den Elektro-Kleinmotor,

Fig. 2 eine elektronische Motorsteuerung des elektromotorischen An­ triebs beim Kraftfahrzeug-Türschloß aus Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Kraftfahrzeug-Türschloß kann insbesondere auch als Klappenschloß, Haubenschloß, Hecktürschloß o. dgl. eingesetzt werden. Rein terminologisch wird es nachfolgend als Kraftfahrzeug-Türschloß weiter erläutert.

Zu einem Kraftfahrzeug-Türschloß der in Rede stehenden Art gehören zwin­ gend Schließelemente wie Schloßfalle 1 und Sperrklinke 2. Häufig gehört zu einem Kraftfahrzeug-Türschloß auch eine Schloßmechanik 3. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Schloßmechanik 3 nur als Hilfsanordnung vor­ gesehen, für die normale Funktion des hier dargestellten Kraftfahrzeug-Tür­ schlosses wäre diese Schloßmechanik 3 nicht erforderlich. Sie dient der Betä­ tigung des Kraftfahrzeug-Türschlosses beim Ausfall der elektrischen Betäti­ gungsmöglichkeit.

Das dargestellte Kraftfahrzeug-Türschloß ist, wie sich aus den bereits ge­ machten Ausführungen ergibt, ein elektromotorisch betätigtes Schloß, also ein sogenanntes "Elektroschloß". Für ein solches "Elektroschloß" gelten die voranstehenden Ausführungen. Vorgesehen ist jedenfalls ein elektromotori­ scher Antrieb 4 für ein Schließelement, hier und nach bevorzugter Lehre für die Sperrklinke 2. Dieser elektromotorische Antrieb 4 bewirkt also, daß die Sperrklinke 2 aus der Schloßfalle 1 ggf. ausgehoben und so das Kraftfahr­ zeug-Türschloß geöffnet wird. Die diesbezügliche Steuerung ist rein elektro­ nisch.

Der elektromotorische Antrieb 4 kann aber in einem Kraftfahrzeug-Türschloß mit einer auch im Normalfall eingesetzten Schloßmechanik 3 auch ein Ele­ ment der Schloßmechanik 3 betätigen. Dann hat der elektromotorische An­ trieb 4 beispielsweise die Funktion eines Zentralverriegelungsantriebs, der mit einem Verriegelungshebel der Schloßmechanik 3 zusammenwirkt.

Schließlich ist es aus dem Stand der Technik auch bekannt und im Rahmen der Lehre realisierbar, den elektromotorischen Antrieb 4 auch der Schloßfalle 1 der Schließelemente zuzuordnen im Sinne einer elektromotorischen Schließhilfe (DE 32 42 527 A1).

Wesentlich ist, daß der elektromotorische Antrieb 4 einen elektrischen Klein­ motor 5 und eine elektronische Motorsteuerung 6 aufweist und daß der Elek­ tro-Kleinmotor 5 des elektromotorischen Antriebs 4 in nur einer Drehrichtung arbeitet und in mindestens einer bestimmten Position ohne mechanische Hilfsmittel zur Positionierung abgeschaltet wird.

Die elektronische Motorsteuerung 6 für den Elektro-Kleinmotor 5 erkennt man nun in Fig. 2. Diese elektronische Motorsteuerung 6 weist zunächst einen Leistungsschalter 7 auf, der hier Teil eines umfangreichere Steuerungs­ aufgaben der Motorsteuerung 6 übernehmenden integrierten Schaltkreises, des IC 8 ist. Der Leistungsschalter 7 im IC 8 des dargestellten Ausführungs­ beispiels schaltet den Motorstrom für den Elektro-Kleinmotor 5, von dem in Fig. 2 nur dessen Anschlüsse 9, 10 eingezeichnet sind. Übliche, zur Beschal­ tung eines solchen Gleichstrom-Kleinmotors 5 erforderliche Kondensatoren 11 werden nicht weiter erläutert.

Wesentlich ist nun, daß außer dem Leistungsschalter 7 der elektronischen Motorsteuerung 6 eine zwischen die Anschlüsse 9, 10 des Elektro-Kleinmo­ tors 5 geschaltete Bremsschaltung 12 vorgesehen ist. Zum Abschalten des Elektro-Kleinmotors 5 unterbricht der Leistungsschalter 7 der elektronischen Motorsteuerung 6 den Motorstrom und gleichzeitig verbindet die Brems­ schaltung 12, die zu diesem Zwecke elektronisch angesteuert wird, die An­ schlüsse 9, 10 des Elektro-Kleinmotors 5 miteinander. Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel gilt dabei, daß in dieser Bremsschaltung 12 die Anschlüsse 9, 10 nicht über einen zusätzlichen Bremswiderstand, in dem die Energie in Wärme umgesetzt wird, verbunden sind, sondern daß diese Verbindung auf diesen Bremswiderstand verzichtet, um eine maximale Bremswirkung praktisch durch Kurzschließen der Anschlüsse 9, 10 des Elek­ tro-Kleinmotors 5 zu erzielen.

Für die dargestellte Schaltungsanordnung der elektronischen Motorsteue­ rung 6 ist es aus elektronisch-schaltungstechnischen Gründen besonders vorteilhaft, daß der Leistungsschalter 7 ein elektronischer Schalter ist, und zwar im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel, ohne daß das im IC 8 gesondert zu erkennen ist, ein Feldeffekttransistor (FET). Es kann sich auch um einen Thyristor oder einen Triac handeln. Interessant ist bei elek­ tronischen Schaltern dieser Art, daß diese mit einem logikkompatiblen Impuls angesteuert werden können, was die Integration dieser elektronischen Mo­ torsteuerung 6 in die gesamte Steuerelektronik des Kraftfahrzeugs maßgeb­ lich erleichtert.

Entsprechendes gilt für den Schalter 13 der Bremsschaltung 12. Auch dieser Schalter 13 kann insbesondere als elektronischer Schalter ausgeführt sein, was bei entsprechender Auslegung den Vorteil hat, daß dieser ebenfalls mit einem logikkompatiblen Impuls ansteuerbar ist. Der elektronische Schalter 13 der Bremsschaltung 12 muß kein Leitungsschalter sein, da er ja nur eine ge­ ringe Last schalten muß. Deshalb kommt insbesondere ein besonders preis­ günstiger elektronischer Schalter in Betracht, nämlich ein Thyristor. Grund­ sätzlich kommen natürlich auch die anderen zuvor erläuterten elektronischen Schalter in Frage, das ist eine Frage des Preis-/Leistungs-Verhältnisses.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die elektronische Bremsschaltung 12 mit dem Thyristor als elektronischen Schalter 13 und einer Schalteran­ steuerung für den Schalter 13, hier zur Ansteuerung des Gate des Thyristors über entsprechende Widerstände 14 und Kondensatoren 15 mit, wie erläutert, logikkompatiblen Impulsen.

Ein Thyristor als Schalter 13 für geringe Last in der Bremsschaltung 12 hat den Vorteil, daß er einen äußerst kleinen Ruhestrom hat, die Ansteuerung mit einem logikkompatiblen Impuls erfolgen kann, der Stromfluß durch den Schalter 13 bis nahe Null aufrechterhalten bleibt, einem anfänglichen Steuerimpuls folgend, also ohne weiteren Steuerimpuls und schließlich auch der Einbauraum eines Thyristors sehr gering ist, wenn man eine entsprechend geringe Last zu schalten hat.

Die in der Zeichnung, Fig. 2, dargestellte elektronische Motorsteuerung 6 ist also insgesamt recht preisgünstig, baut klein und läßt sich auch bei wenig Bauraum in das Gehäuse eines Kraftfahrzeug-Türschlosses integrieren.

Das Ergebnis ist, daß mit dem Kraftfahrzeug-Türschloß die Abschaltposition ohne mechanische Hilfsmittel zur Positionierung mit größtmöglicher Toleranz erreicht wird. Diese Abschaltposition kann folglich an kritische Positionen des elektromotorischen Antriebs 4 des Kraftfahrzeug-Türschlosses näher heran verlegt werden, die Stellzeiten sind kürzer, die Ansprechzeit ist we­ sentlich verringert.

Insbesondere ist das Kraftfahrzeug-Türschloß vorteilhaft einsetzbar in Zu­ sammenhang mit einer Positionserfassungselektronik im elektromotorischen Antrieb 4.

Claims (5)

1. Kraftfahrzeug-Türschloß
mit Schließelementen wie Schloßfalle (1) und Sperrklinke (2) und
mit einem elektromotorischen Antrieb (4) für ein Schließelement oder für ein Element einer Schloßmechanik (3),
wobei der elektromotorische Antrieb (4) einen Elektro-Kleinmotor (5) und eine elektronische Motorsteuerung (6) mit einem Leistungsschalter (7) für den Motorstrom aufweist,
wobei der Elektro-Kleinmotor (5) des elektromotorischen Antriebes (4) in nur einer Drehrichtung arbeitet und in mindestens einer bestimmten Position ohne mechanische Hilfsmittel zur Positionierung abgeschaltet wird, und
wobei zum Abschalten des Elektro-Kleinmotors (5) der Leistungsschalter (7) den Motorstrom unterbricht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektronische Motorsteuerung (6) ferner eine bei Unterbrechung des Motorstroms zwischen die Anschlüsse (9, 10) des Elektro-Kleinmotors (5) ge­ schaltete Bremsschaltung (12) aufweist und
daß die Bremsschaltung (12) als elektronischer Schalter die Anschlüsse (9, 10) des Elektro-Kleinmotors (5) miteinander verbindet.

2. Kraftfahrzeug-Türschloß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Anschlüsse (9, 10) des Elektro-Kleinmotors (5) durch die Bremsschaltung (12) einen minimalen Widerstand aufweist, der Elektro- Kleinmotor (5) also praktisch kurzgeschlossen wird.

3. Kraftfahrzeug-Türschloß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Leistungsschalter (7) ein Feldeffekttransistor (FET), ein Thyristor oder ein Triac ist und, vorzugsweise, mit einem logikkompatiblen Impuls an­ steuerbar ist.

4. Kraftfahrzeug-Türschloß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schalter (13) der Bremsschaltung (12) ein elektroni­ scher Schalter für geringe Last, insbesondere ein Thyristor, ist und, vorzugs­ weise, mit einem logikkompatiblen Impuls ansteuerbar ist.

5. Kraftfahrzeug-Türschloß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der elektromotorische Antrieb (4) mit einer Positionserfas­ sungselektronik versehen ist.