DE202006018289U1

DE202006018289U1 - Justierung einer motorischen Stellvorrichtung

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Publication number: DE202006018289U1
Application number: DE202006018289U
Authority: DE
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2016-12-02
Also published as: EP2118981A2; WO2008064914A2; EP2118981B1; US20090293361A1; WO2008064914A3; US8141300B2

Abstract

Stellvorrichtung (1), insbesondere Fensterheber,
– mit einem Stellmotor (3),
– mit einer mit dem Stellmotor (3) gekoppelten Stellmechanik (4) zur Verfahrung eines Stellelements (2) zwischen zwei Endstellungen (6, 7),
– mit einem Sensor (12) zur Erfassung einer Stellgeschwindigkeitsmessgröße (U) und
– mit einer Steuereinheit (11) zur Ansteuerung des Stellmotors (3), der die Stellgeschwindigkeitsmessgröße (U) als Eingangssignal zugeführt ist,
wobei die Steuereinheit (11) dazu ausgebildet ist, in einem Justierschritt den Stellmotor (3) unter Erfassung und Analyse der Stellgeschwindigkeitsmessgröße (U) derart zu betreiben, dass das Stellelement (2) in Richtung auf die Endstellung (6, 7) verfahren wird, und das Erreichen der Endstellung (6, 7) daran zu erkennen, dass der Wert der Stellgeschwindigkeitsmessgröße (U) einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder unterschreitet, und wobei die Steuereinheit (11) weiterhin dazu ausgebildet ist, vor und/oder während des Justierschritts eine für die Temperatur der Stellvorrichtung (1) charakteristische Temperaturkenngröße (T) auszuwerten, und den Justierschritt nur...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zum Einsatz in einem Fahrzeug bestimmte motorische Stellvorrichtung, insbesondere einen elektrischen Fensterheber, in Hinblick auf eine Endstellung.
Motorische Stellvorrichtungen kommen im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik insbesondere als motorische Fensterheber zum Einsatz. Die Erfindung bezieht sich ferner aber auch auf Stellvorrichtungen, die zur motorischen Verstellung von Schiebedächern, Fahrzeugtüren, Sitzen oder sonstigen Fahrzeugteilen vorgesehen sind.
Eine solche Stellvorrichtung umfasst üblicherweise einen elektrischen Stellmotor, der über eine Stellmechanik mit dem zu verstellenden Fahrzeugteil, insbesondere also einer Fahrzeugscheibe derart gekoppelt ist, dass das nachfolgend als Stellelement bezeichnete Fahrzeugteil entlang eines vorgegebenen Verfahrweges zwischen zwei Endstellungen verfahrbar ist. Im Falle eines Fensterhebers sind diese Endstellungen durch die Schließstellung und die Öffnungsstellung der Fahrzeugscheibe vorgegeben. Die Stellmechanik einer solchen Stellvorrichtung umfasst üblicherweise eine mit der Antriebswelle des Stellmotors gekoppelte Antriebsschnecke sowie ein mit dieser kämmendes Schneckenrad.
Um Fertigungstoleranzen auszugleichen und damit sicherzustellen, dass die Fensterscheibe im Betrieb der Stellvorrichtung stets vollständig geschlossen wird, ist bei einem Fensterheber oft zumindest die Schließstellung nicht fest vorgegeben. Vielmehr wird die Stellvorrichtung für den Fensterheber erst nach dem Einbau in ein Fahrzeug auf die Schließstellung der Fahrzeugscheibe justiert. Man spricht in Bezug auf diesen Justiervorgang auch von „Anlernen" der Stellvorrich tung. Zum Anlernen wird die Fahrzeugscheibe in Richtung der Schließstellung verfahren, bis sie sich gegen das Fahrzeuggestell verklemmt. Das Erreichen der Schließstellung wird hierbei daran erkannt, dass die Stellgeschwindigkeit – oder zumindest eine hierfür charakteristische Messgröße – zum Erliegen kommt. Die solchermaßen ermittelte Schließstellung der Fensterscheibe wird üblicherweise in einer Steuereinheit der Stellvorrichtung hinterlegt. Im Normalbetrieb wird dann die Fensterscheibe durch die Stellvorrichtung meist kurz vor dem Anschlag an dem Fahrzeuggestell festgehalten. Der oben beschriebene Justiervorgang wird aber üblicherweise regelmäßig, z. B. nach jeweils 50 Lastzyklen, wiederholt. Die wiederholte Justage der Stellvorrichtung wird auch als „Nachlernen" bezeichnet.
Bei einigen Fahrzeugmodellen ist alternativ hierzu auch von vornherein vorgesehen, dass die Fahrzeugscheibe durch die Stellvorrichtung stets bis zum Anschlag verfahren wird.
Wird die Fahrzeugscheibe bis zum Anschlag verfahren, so wird die von dem Fahrzeuggestell auf die Fahrzeugscheibe übertragene mechanische Spannung von der Stellvorrichtung aufgenommen. Hierdurch wird insbesondere das Schneckenrad der Stellmechanik gegenüber der Antriebsschnecke mit einem Moment von typischerweise bis zu 5–20 Nm verspannt. Aufgrund dieser Spannung kann es zu einer Verformung des üblicherweise aus Kunststoff bestehenden Schneckenrades kommen. Diese Verformung kann die Funktion der Stellvorrichtung beeinträchtigen. Insbesondere kann eine Verformung des Schneckenrades zu einem unrunden Lauf der Stellmechanik führen. Dies wiederum kann weitere Funktionen der Stellvorrichtung, z. B. die Funktion eines gegebenenfalls vorgesehenen automatischen Einklemmschutzes beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung der oben genannten Art anzugeben, die einfach in Hinblick auf eine Endstellung justierbar ist, wobei beschädigungsanfällige mechanische Komponenten der Stellvorrichtung, insbesondere Komponenten aus Kunststoff, Gummi, oder dergleichen geschont werden sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach umfasst die Stellvorrichtung einen Stellmotor sowie eine mit diesem gekoppelte Stellmechanik zur Verfahrung eines Stellelements zwischen zwei Endstellungen. Die Stellvorrichtung umfasst weiterhin einen Sensor zur Erfassung einer Stellgeschwindigkeitsmessgröße im oben definierten Sinne. Die Stellvorrichtung umfasst weiterhin eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Stellmotors, der die Stellgeschwindigkeitsmessgröße des Eingangssignals zugeführt ist. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit, bei der es sich bevorzugt um einen integrierten Schaltkreis oder einen Mikrocontroller handelt, schaltungstechnisch und/oder programmtechnisch dazu ausgebildet, in einem Justierschritt den Stellmotor unter Erfassung und Analyse einer Stellgeschwindigkeitsmessgröße derart zu betreiben, dass das zu verstellende Stellelement in Richtung auf eine zu bestimmende Endstellung verfahren wird, und das Erreichen der Endstellung daran zu erkennen, dass der Wert der Stellgeschwindigkeitsmessgröße einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder unterschreitet. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit weiterhin dazu ausgebildet, vor oder während des Justierschritts eine für die Temperatur der Stellvorrichtung charakteristische Temperaturkenngröße auszuwerten, und den Justierschritt nur dann auszuführen, wenn der Wert der Temperaturkenngröße eine vorgegebene obere Grenztemperatur nicht überschreitet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die aufgabengemäß zu schonenden mechanischen Komponenten der Stellvorrichtung, insbesondere das erfahrungsgemäß besonders anfällige Schneckenrad, vor allem bei hohen Temperaturen besonders anfällig für eine Verformung sind. Bei einer hohen Außentemperatur und/oder unter starker Sonneneinstrahlung kann es in den typischen Einbauumgebungen einer Stellvorrichtung, insbesondere in einer Fahrzeugtür, durchaus zu Temperaturen kommen, die 80°C erreichen oder überschreiten. Unter diesen Umständen ist der Kunststoff des Schneckenrades bzw. gegebenenfalls weiterer Kunststoffkomponenten der Stellmechanik verhältnismäßig weich und neigt unter mechanischer Verspannung zu plastischer Verformung.
Indem erfindungsgemäß der Justierschritt nur innerhalb eines vorgegebenen Temperaturintervalls zugelassen wird, wird das Risiko einer Beschädigung der Stellmechanik signifikant reduziert, ohne dass hinsichtlich der Stellmechanik von der üblichen Bauart und hinsichtlich des eigentlichen Justierschritts von der üblichen Durchführung abgewichen werden müsste. Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße Stellvorrichtung, Kunststoffteile, die aufgrund ihrer Herstellungskosten und ihres Gewichts besonders vorteilhaft sind, als Bestandteil einer Stellmechanik zu verwenden, ohne das herkömmlicherweise mit dem Anlernen bzw. Nachlernen einhergehende Beschädigungsrisiko in Kauf nehmen zu müssen.
Der oben verwendete Begriff „Stellgeschwindigkeitsmessgröße" umfasst die Stellgeschwindigkeit des Stellelements selbst sowie jede Größe, aus der diese Stellgeschwindigkeit ableitbar ist, insbesondere die Drehzahl des Stellmotors, den Motorstrom des Stellmotors, etc. Ebenso umfasst der Begriff „Temperaturkenngröße" die am bestimmungsgemäßen Einbauort der Stellvorrichtung herrschende Temperatur sowie jede Größe, aus der diese Temperatur ableitbar ist.
Insbesondere wird in einer bevorzugten Variante der Stellvorrichtung die Temperatur der Stellvorrichtung durch einen vorrichtungsinternen oder -externen Temperatursensor direkt erfasst. Alternativ hierzu wird als Temperaturkenngröße eine Fahrzeuginnen- oder Fahrzeugaußentemperatur herangezogen. Die Fahrzeuginnen- oder Fahrzeugaußentemperatur wird hierbei bevorzugt im Rahmen eines externen Fahrzeugbestandteils, z. B. eines Bordcomputers, erfasst und der Stellvorrichtung über eine CAN-Bus-Leitung oder eine sonstige Datenübertragungsverbindung zur Verfügung gestellt. Wiederum alternativ ist vorgesehen, dass als Temperaturkenngröße eine berechnete Stellmotortemperatur herangezogen wird. Diese Stellmotortemperatur wird im Rahmen einer herkömmlichen Stellvorrichtung häufig ohnehin durch einen dort standardgemäß vorgesehenen Überhitzungsschutz gerechnet und steht somit im Rahmen vieler herkömmlicher Stellvorrichtungen bereits zur Verfügung.
Der als Bedingung für die Erkennung der Endstellung herangezogene Schwellwert der Stellgeschwindigkeitsmessgröße ist bevorzugt auf Null gesetzt, so dass in diesem Fall das Erreichen der Endstellung daran erkannt wird, dass die Stellgeschwindigkeit vollständig zum Erliegen kommt. Um Messfehler auszuschließen, ist dabei optional vorgesehen, dass erst dann auf das Erreichen der Endstellung erkannt wird, wenn die Stellgeschwindigkeitsmessgröße den Schwellwert, insbesondere also den Wert Null, für eine eine vorgegebene Verzögerungszeit überdauernde Zeitspanne erreicht bzw. unterschreitet.
In bevorzugter Ausführung der Stellvorrichtung ist die obere Grenztemperatur zweckmäßigerweise auf einen Wert zwischen 40°C und 60°C, insbesondere auf 50°C festgelegt.
Erkanntermaßen können ferner auch zu kalte Temperaturen eine Beschädigung des Schneckenrades oder anderer Kunststoffkomponenten der Stellmechanik fördern, zumal dann das Kunststoffmaterial besonders spröde ist und zum Abbrechen neigt. Zu tiefe Temperaturen könnten unter Umständen zudem dafür sorgen, dass der obere Anschlag nicht angefahren wird und dass somit eine fehlerhafte Nachnormierung stattfindet.
Zusätzlich zu der oberen Grenztemperatur ist daher in einer vorteilhaften Ausführung der Stellvorrichtung eine untere Grenztemperatur festgelegt, wobei der Justierschritt in dieser Ausführung nur dann ausgeführt wird, wenn der Wert der Temperaturkenngröße diese untere Grenztemperatur nicht unterschreitet, wenn also der Wert der Temperaturkenngröße innerhalb des durch die untere Grenztemperatur und die obere Grenztemperatur vorgegebenen Temperaturintervalls liegt. Diese untere Grenztemperatur ist bevorzugt auf einen Wert zwischen –40°C und +10°C, insbesondere auf 0°C festgelegt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt die einzige Figur schematisch eine als Fensterheber ausgebildete Stellvorrichtung 1 für eine Fahrzeugscheibe 2 eines Kraftfahrzeugs.
Die Stellvorrichtung umfasst einen elektrischen Stellmotor 3, der über eine Stellmechanik 4 derart mechanisch mit der Fahrzeugscheibe 2 gekoppelt ist, dass die Fahrzeugscheibe 2 durch den Stellmotor 3 entlang eines Verfahrweges 5 zwischen zwei Endstellungen, nämlich einer Öffnungsstellung 6 und einer Schließstellung 7, verfahrbar ist.
Die Stellmechanik 4 umfasst insbesondere eine auf eine Antriebswelle 8 des Stellmotors 3 aufgebrachte Antriebsschnecke 9, die mit einem aus einem Kunststoffmaterial bestehenden Schneckenrad 10 kämmt.
Die Stellvorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 11 in Form eines Mikrocontrollers sowie einen Drehstellungssensor 12.
Der Drehstellungssensor 12 umfasst in bevorzugter Ausführung der Stellvorrichtung 1 einen auf der Antriebswelle 8 aufgebrachten mehrpoligen Ringmagneten 13 sowie einen mit diesem zusammenwirkenden Hallsensor 14. Im Betrieb des Stellmotors 3 erzeugt der Ringmagnet 13 in Zusammenwirkung mit dem Hallsensor 14 ein periodisch oszillierendes Messsignal, aus dem in an sich bekannter Weise die Drehzahl des Stellmotors 3 berechnet werden kann. Die Drehzahl des Stellmotors 3 ist wiederum proportional zu der Stellgeschwindigkeit der Fahrzeugscheibe 2. Das von dem Hallsensor 14 ausgegebene Messsignal stellt daher eine Stellgeschwindigkeitsmessgröße U im Sinne der obigen Definition dar. Diese Stellgeschwindigkeitsmessgröße U wird der Steuereinheit 11 als Eingangssignal zugeführt.
Die Steuereinheit 11 steuert wiederum den Stellmotor 3 mittels eines Steuersignals C an, so dass – je nach Inhalt des Steuersignals C – die Fensterscheibe entlang des Verfahrweges in Richtung der Öffnungsstellung 6 oder in Richtung der Schließstellung 7 verfahren wird.
In der Steuereinheit 11 ist hierzu ein (nicht näher dargestelltes) Steuerprogramm implementiert. Dieses Steuerprogramm umfasst einen Normalbetriebsmodus sowie zusätzlich einen Justiermodus.
In dem Normalbetriebsmodus berechnet die Steuereinheit 11 anhand der Stellgeschwindigkeitsmessgröße U die aktuelle Position der Fahrzeugscheibe 2 und vergleicht diese aktuelle Position mit hinterlegten Referenzwerten für die Öffnungsstellung 6 und die Schließstellung 7. Hierbei beendet die Stellvorrichtung 1 im Normalbetriebsmodus einen Schließvorgang stets dann, wenn die errechnete aktuelle Scheibenposition einen vorgegebenen Mindestabstand zu dem hinterlegten Referenzwert für die Schließstellung 7 erreicht. Die Fahrzeugscheibe 2 wird im Normalbetriebsmodus also beim Schließen standardmäßig kurz vor dem Anschlagen an dem Fahrzeuggestell angehalten.
In dem Justiermodus bestimmt die Steuereinheit 11 dagegen die tatsächliche Schließstellung 7 der Fahrzeugscheibe 2 und hinterlegt einen entsprechenden Referenzwert für die spätere Verwendung in dem Normalbetriebsmodus.
In dem Justiermodus steuert die Steuereinheit 11 den Stellmotor 3 derart an, dass die Fahrzeugscheibe 2 in Richtung der Schließstellung 7 verfahren wird, bis die Schließstellung 7 tatsächlich erreicht ist und die Fahrzeugscheibe 2 entsprechend gegen das Fahrzeuggestell anschlägt. Durch das Anschlagen der Fahrzeugscheibe 2 an dem Fahrzeuggestell wird die Stellgeschwindigkeit notwendigerweise auf Null reduziert. Die Steuereinheit 11 erkennt entsprechend das Erreichen der Schließstellung 7 daran, dass die Stellgeschwindigkeitsmessgröße U für ein vorgegebenes Zeitintervall auf Null abfällt.
Sobald die Steuereinheit 11 solchermaßen das Erreichen der Schließstellung 7 detektiert hat, stoppt sie den Vorschub des Stellmotors 3 und hinterlegt die errechnete aktuelle Scheibenposition als Referenzwert für die Schließstellung 7.
Der vorstehend beschriebene Justiervorgang wird erstmalig nach dem Einbau der Stellvorrichtung 1 in einem Kraftfahrzeug durchgeführt, um die Stellvorrichtung 1 auf die Schließstellung 7 anzulernen, und somit einen initialen Referenzwert für den anschließenden Betrieb der Stellvorrichtung 1 im Normalbetriebsmodus zu erzeugen.
Das Steuerprogramm ist zudem aber dazu ausgebildet, den Justiervorgang von Zeit zu Zeit zu wiederholen, um den der Schließstellung 7 entsprechenden Referenzwert zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen. Das Steuerprogramm schaltet hierzu zur Durchführung jedes n-ten Schließvorgangs automatisch von dem Normalbetriebsmodus in den Justiermodus. Der Buchstabe n steht hierbei für eine ganze, im Rahmen des Steuerprogramms vorgebbare Zahl. Standardmäßig ist n auf den Wert 50 gesetzt, so dass der Justiervorgang standardmäßig bei jedem fünfzigsten Schließvorgang gestartet wird.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Stellvorrichtung 1 zusätzlich einen Temperatursensor 15, der die in der Einbauumgebung der Stellvorrichtung 1 herrschende Temperatur als Temperaturkenngröße T erfasst und der Steuereinheit 11 als Eingangssignal zuführt.
Das Steuerprogramm wertet diese Temperaturkenngröße jeweils nach dem Eintritt in den Justiermodus aus und vergleicht hierbei die Temperaturmessgröße mit hinterlegten Grenztemperaturen. Eine obere Grenztemperatur ist hierbei beispielsweise auf 50°C, eine untere Grenztemperatur beispielsweise auf 0°C festgelegt. Das Steuerprogramm führt hierbei den oben beschriebenen Justiervor gang nur dann durch, wenn der Wert der Temperaturkenngröße innerhalb des durch die untere und obere Grenztemperatur definierten Temperaturintervalls liegt. Ansonsten schaltet das Steuerprogramm für den anstehenden Schließvorgang in den Normalbetriebsmodus zurück.
Der Justiervorgang einschließlich der vorausgehenden Temperaturprüfung wird in diesem Fall im Zuge des nächstfolgenden Schließvorgangs wiederholt.
Um die Stellvorrichtung 1 auf Fahrzeugmodelle umzurüsten, bei denen die Fahrzeugscheibe 2 bestimmungsgemäß stets bis zum Anschlag verfahren werden soll, genügt es, die oben eingeführte Variable n einfach auf den Wert 1 zu setzen. In diesem Fall wird die Stellvorrichtung 1 standardmäßig in dem Justiermodus betrieben, solange das zulässige Temperaturintervall nicht verlassen wird.
Abweichend von der oben beschriebenen Ausführungsform kann der Temperatursensor 15 auch in der Steuereinheit 11 integriert sein.
Alternativ hierzu kann anstelle des von dem Temperatursensor 15 zur Verfügung gestellten Messwerts eine Fahrzeuginnen- oder Fahrzeugaußentemperatur als Temperaturkenngröße herangezogen werden. Diese wird der Steuereinheit 11 von einem Bordcomputer bevorzugt über eine CAN- oder LIN-Busleitung zur Verfügung gestellt.
Wiederum alternativ kann als Temperaturkenngröße auch eine von einem (nicht näher dargestellten) Überhitzungsschutzmodul berechnete Stellmotortemperatur herangezogen werden. Letzteres kann als separates Bauteil der Stellvorrichtung 1 oder als Softwarebestandteil der Steuereinheit 11 ausgebildet sein.
Das beschriebene Justierverfahren kann analog auch zur Bestimmung der Öffnungsstellung 6 herangezogen werden.

1: Stellvorrichtung
2: Fahrzeugscheibe
3: Stellmotor
4: Stellmechanik
5: Verfahrweg
6: Öffnungsstellung
7: Schließstellung
8: Antriebswelle
9: Antriebsschnecke
10: Schneckenrad
11: Steuereinheit
12: Drehstellungssensor
13: Multipolscheibe
14: Hallsensor
15: Temperatursensor
C: Steuersignal
U: Stellgeschwindigkeitsmessgröße

Claims

Stellvorrichtung (1), insbesondere Fensterheber, – mit einem Stellmotor (3), – mit einer mit dem Stellmotor (3) gekoppelten Stellmechanik (4) zur Verfahrung eines Stellelements (2) zwischen zwei Endstellungen (6, 7), – mit einem Sensor (12) zur Erfassung einer Stellgeschwindigkeitsmessgröße (U) und – mit einer Steuereinheit (11) zur Ansteuerung des Stellmotors (3), der die Stellgeschwindigkeitsmessgröße (U) als Eingangssignal zugeführt ist, wobei die Steuereinheit (11) dazu ausgebildet ist, in einem Justierschritt den Stellmotor (3) unter Erfassung und Analyse der Stellgeschwindigkeitsmessgröße (U) derart zu betreiben, dass das Stellelement (2) in Richtung auf die Endstellung (6, 7) verfahren wird, und das Erreichen der Endstellung (6, 7) daran zu erkennen, dass der Wert der Stellgeschwindigkeitsmessgröße (U) einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder unterschreitet, und wobei die Steuereinheit (11) weiterhin dazu ausgebildet ist, vor und/oder während des Justierschritts eine für die Temperatur der Stellvorrichtung (1) charakteristische Temperaturkenngröße (T) auszuwerten, und den Justierschritt nur dann auszuführen, wenn der Wert der Temperaturkenngröße (T) eine obere Grenztemperatur nicht überschreitet.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die obere Grenztemperatur auf einen Wert zwischen 40°C und 60°C, insbesondere auf 50°C festgelegt ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (11) dazu ausgebildet ist, den Justierschritt nur dann auszuführen, wenn der Wert der Temperaturkenngröße (T) eine untere Grenztemperatur nicht unterschreitet.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die untere Grenztemperatur auf einen Wert zwischen –40°C und +10°C, insbesondere auf 0°C festgelegt ist.
Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Temperatursensor (15) zur Erfassung der Temperatur der Stellvorrichtung (1) als Temperaturkenngröße (T).
Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinheit (11) dazu ausgebildet ist, als Temperaturkenngröße (T) eine Fahrzeuginnentemperatur oder eine Fahrzeugaußentemperatur heranzuziehen.
Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinheit (11) dazu ausgebildet ist, als Temperaturkenngröße (T) eine berechnete Stellmotortemperatur heranzuziehen.