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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von elektromotorisch betätigten Schlössern, insbesondere in Kraftfahrzeugtüren und schafft die Voraussetzungen für eine Reduzierung der Schaltgeräusche.
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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 wenden 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 verschieden langen Schaltzeiten führt.
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Aus
EP 0 785 323 A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Schlosses in Abhängigkeit eines Positionssignals bekannt, das von einem sogenannten 50%-stroke-switch geliefert wird. Eine elektronische Steuerungseinrichtung errechnet beim Eintreffen des Signals, also in Abhängigkeit von einem bereits absolvierten und einem noch verbleibenden Stellweg, eine noch erforderliche Nachbestromungszeit, um möglichst exakt die Endlage eines Verschlussteils zu erreichen.
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Das aus
EP 0 147 549 A2 bekannte Verfahren stützt sich auf Signale, die von einem kontinuierlichen Wegaufnehmer an eine elektronische Auswerteeinrichtung geliefert wenden. Bei Erreichen einer bestimmten Position vor der Sollposition des Schließteils wird die elektrische Leistung heruntergeregelt und die Verstellgeschwindigkeit verringert, so dass die gewünschte Position möglichst exakt angefahren werden kann.
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Gemäß dem Betätigungsverfahren aus
DE 197 10 834 A1 ist vorgesehen, einen Motor in einem reduzierten Lastbetrieb in eine erste Richtung aus einer Ausgangsstellung in eine Endstellung anzusteuern und dabei dessen Position zu erfassen. Sollte die gewünschte Position nach einer vorgegebenen Zeit nicht erreicht werden, wird der Motor in einem Vollastbetrieb in die erste Richtung angesteuert.
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Die beschriebenen Verfahren beschreiben jedoch keine zeitabhängige, sondern eine wegabhängige Steuerung des Schlosses. Die Verstellenergie wird anhand einer zu einer Sollposition unterschiedlichen Verstellposition bestimmt. Die Bestimmung der Verstellposition ist jedoch sehr aufwendig und erfordert für die Bestimmung einen Sensor.
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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.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ansteuerung von elektromotorisch betätigten Schlössern, insbesondere in Kraftfahrzeugtüren gelöst, bei dem der Motor nach einem Schaltsignal in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen unterschiedlich stark bestromt wird, um das Schloss von einem Systemzustand in einen anderen Systemzustand zu überführen. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass
- – der Motor nach dem Schaltsignal zunächst bestromt wird, bis ein Kupplungsvorgang der Schlossmechanik oder eine Anlaufphase zum Ausgleich eines Systemsspiels der Schlossmechanik abgeschlossen ist,
- – anschließend in einer Verstellphase der Motor für eine vorgegebene Zeit mit einer gegenüber der maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung reduzierten elektrischen Leistung betrieben wird, wobei die Schlossmechanik zumindest einen Teil des vorgesehenen Verstellweges absolviert, und
- – in einer Nachbestromungsphase eine Nachbestromung des elektromotorischen Antriebs mit einer gegenüber der reduzierten elektrischen Leistung erhöhten, vorzugsweise mit der maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung erfolgt.
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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.
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Es wird der Motor in 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.
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Ferner wird der Motor zum sicheren Erreichen der angesteuerten Sollposition in einer zweiten Phase nachbestromt, wobei der Motor mit einer höheren elektrischen Leistung betrieben wird. 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.
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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.
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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.
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Da das Verfahren 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:
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Spannung
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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 kurzer bemessen wenden 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.
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Strom
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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 wenden.
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Temperatur
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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.
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Kinetische Parameter
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Auch kinematische Parameter, wie Beschleunigung und Geschwindigkeit der bewegten Schlossteile erlauben Rückflüsse auf den aktuellen Zustand des Schließsystems. Entsprechende Werte können über Drehzahlsensoren in Verbindung mit der Motorwelle oder durch Auswertung der Motorstromwelligkeit gewonnen werden.
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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 bestimmten 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.
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Durch die elektronische Steuerung des Schlosses kann ohne weiteres auch ein Soft-Start realisiert wenden, 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.
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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.
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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.
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An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, dass mit einer leistungshalbleiterbestückten Steuerelektronik ohne weitem auch die Drehzahl des Motors bzw. der Motoren geregelt werden kann. Auch diese Maßnahme ist geeignet, das Geräuschbild des Schlosses zu optimieren.
