DE4416803B4

DE4416803B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Verstellen fremdkraftbetätigter Teile, insbesondere in einer Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE4416803B4
Application number: DE4416803A
Authority: DE
Inventors: Michael Kessler
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 1993-05-15
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2014-05-12
Also published as: DE4416803A1

Abstract

Vorrichtung zum Verstellen fremdkraftbetätigter Teile, insbesondere in einer Fahrzeugkarosserie, wobei ein elektrisches, sensorgesteuertes Kollisionsschutzsystem ausgebildet ist, einen Kollisionszustand zu erkennen und abhängig von dem erkannten Kollisionszustand auf den Stellantrieb eines mechanischen Verstellsystems einzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei redundant arbeitende und auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhende Sensoren ausgebildet und vorgesehen sind, jeweils einen Kollisionszustand zu erkennen, wobei eine Aktivierung einer Antwortreaktion des Stellantriebs erfolgt, wenn wenigstens einer der Sensoren einen Kollisionszustand erkennt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verstellen fremdkraftbetätigter Teile, insbesondere in einer Fahrzeugkarosserie, mit erhöhter Zuverlässigkeit eines elektrischen, sensorgesteuerten Kollisionsschutzsystems. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für elektrisch betriebene Fensterheber in Kraftfahrzeugen einsetzbar.
Bekannte Kollisionsschutzsysteme, z. B. Einklemmschutzsysteme bei Fensterhebern, verwenden nur ein Sensorsystem, dessen Signal in einer elektrischen Auswerteeinheit verarbeitet wird. Durch die Bewertung des Signals sind Rückschlüsse auf den Zustand der Verstelleinrichtung möglich.
Es sind Kollisionsschutzsysteme bekannt, deren Sensorik nach akustischen, kapazitiven oder optischen Prinzipien arbeitet. Als Beispiel sei die Überwachungsvorrichtung des Schließvorganges eines Fensters gemäß DE 31 07 847 C2 genannt, die im Bereich der Schließkante des Fensters einen deformierbaren Lichtleiter verwendet, dessen Enden mit einem Lichtsender bzw. Lichtempfänger gekoppelt sind. Die Deformation des Lichtleiters verursacht eine Signaldämpfung, die von der Auswertelogik als Einklemmzustand interpretiert wird.
Die bekannten Vorrichtungen besitzen den systemcharakteristischen Nachteil, daß keine Funktionstüchtigkeit des Kollisionsschutzes mehr besteht, wenn der Sensor ausfällt bzw. wenn Kollisionsfälle auftreten, bei denen das System prinzipbedingt nicht ansprechen kann.
Bei einer aus der DE 37 36 400 A1 bekannten Sicherheitsvorrichtung für die Verstellung beweglicher Teile, beispielsweise für Fensterheber und Schiebedächer von Kraftfahrzeugen, wird in demjenigen Bereich, in dem eine Einklemmgefahr besteht, das bewegliche Teil mit einer reduzierten Verstellgeschwindigkeit verstellt. In Folge dieser verringerten Verstellgeschwindigkeit soll sich das bewegliche Teil im Gefahrenfalle augenblicklich anhalten bzw. in seiner Bewegungsrichtung umkehren lassen. Um die Verstellgeschwindigkeit des beweglichen Teils in den kritischen Bereich herabzusetzen, erfolgt eine Positionserkennung, anhand derer die Position beispielsweise einer Fensterscheibe erkannt und abhängig von der Position die Verstellgeschwindigkeit reduziert wird. Zusätzlich zur Positionserkennung kann zum Erkennen eines Kollisionszustands beim Einklemmen eines Körperteils in einem oberen Dichtprofilstreifen einer Fahrzeugtür ein druckempfindliches Sensorsystem vorgesehen sein, das auf Druck reagiert und abhängig von dem empfangenen Drucksignal einen Einklemmfall anzeigt.
Aus der DE 42 157 44 A1 ist eine Vorrichtung zur Begrenzung oder Steuerung der Bewegung von fremdkraftbetätigten Teilen einer Fahrzeugkarosserie bekannt, beispielsweise für Fensterheber, Schiebedächer, Türen oder Klappen, bei der zur Erfassung eines Einklemmfalls ein elektrisch-mechanischer Wandler als Aktuator und mindestens ein mechanisch-elektrischer Wandler als Sensor vorgesehen ist, die mit einer elektronischen Auswerte- und Steuereinrichtung verbunden sind. Gegebenenfalls können hierbei auch zwei Sender/Empfängereinheiten eingesetzt werden, die jeweils als einstückige piezokeramische Schwinger ausgebildet sind und eine redundant arbeitende Vorrichtung darstellen.
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verstellen fremdkraftbetätigter Teile, insbesondere in einer Fahrzeugkarosserie, zu entwickeln, dessen Kollisionsschutzsystem eine verbesserte Wirksamkeit sowie eine erhöhte Funktionssicherheit gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Kollisionsschutzsystem wenigstens zwei redundant betriebene nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeitende Sensoren verwendet. Die Sensoren sind ausgebildet und vorgesehen, jeweils einen Kollisionszustand zu erkennen, wobei eine Aktivierung einer Antwortreaktion des Stellantriebs erfolgt, wenn wenigstens einer der Sensoren einen Kollisionszustand erkennt. Dabei können die Sensoren in heißer oder kalter Redundanz geschaltet sein. Während eines automatischen Verstellbetriebes, z. B. eines Fensterhebers sollten die redundanten Sensoren stets gleichzeitig aktiviert sein (heiße Redundanz) und ihre Signale parallel ausgewertet werden.
Vorteilhaft ist die Verwendung von Sensoren, die nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeiten, so daß beispielsweise unterschiedliche Empfindlichkeitsbereiche optimal miteinander kombiniert werden können. Stets sollte der Sensor mit der geringeren Empfindlichkeit zu dem mit der höheren Empfindlichkeit redundant geschaltet sein. In einer gemeinsamen elektronischen Einheit werden die Sensorsignale ausgewertet. Die Sensorsysteme können beispielsweise elektromagnetische Schwingungen, mechanische Schwingungen, Wärmefelder, elektrische Felder, Ultraschall, Radar oder Licht nutzen.
Neben der Möglichkeit der Auswertung der Signale in einer gemeinsamen Elektronikeinheit kann aber auch jedem Sensorsystem eine separate Auswerteelektronik zugeordnet werden, so daß auch die Signalauswertung redundant erfolgt.
Die Vorteile der so installierten Redundanz lassen sich ohne weiteres noch auf andere wichtige Signale bzw. Parameter erweitern. So könnten beispielsweise auch die Position und die Endlagen eines Verstellobjektes (z. B. Fensterscheibe) redundant sensiert und/oder ausgewertet werden.
Die Anwendung der beschriebenen Erfindung erscheint besonders vorteilhaft für elektromotorisch verstellte Fensterscheiben in Kraftfahrzeugen. Am Verstellsystem können unterschiedliche Empfindlichkeitsbereiche auftreten und angemessen bei der Auswahl geeigneter physikalischer (Sensor-) Prinzipien berücksichtigt werden. Oft ist es sinnvoll, aufgrund spezifischer geometrischer und kinematischer Gegebenheiten des Verstellsystems unterschiedliche Empfindlichkeitsbereiche zu definieren oder aufgrund der Verletzungsrelevanz verschiedene Gefahrenbereiche zu klassifizieren.
Als Beispiel für eine sinnvolle Bereichsaufteilung sei an dieser Stelle für eine motorisch verstellbare Fensterscheibe, bei deren Absenken zwischen der vertikalen Scheibenkante und dem zugehörigen Türrahmen ein Spalt entsteht, folgendes vorgeschlagen:

(1) Die Überwachung des vertikal zwischen der Scheibenkante und dem Türrahmen verlaufenden Spaltes erfolgt mit höchster Priorität und mit dem zur Verfügung stehenden Sensorsystem höchster Empfindlichkeit. Grund: Die Verletzungsgefahr in diesem Bereich ist wegen zusätzlich auftretender Scherkräfte und Torsionsmomente besonders groß. Besonders betroffen sind kleine Gliedmaßen, wie z. B. Finger.
(2) Die Überwachung des horizontal zwischen der Scheibenoberkante und dem zugehörigen Türrahmen verlaufenden Spaltes erfolgt mit untergeordneter Priorität. Auch die Sensorempfindlichkeit muß nicht so hohen Anforderungen entsprechen, wie im voran beschriebenen Bereich. Grund: Die Verletzungsgefahr in diesem Bereich ist wesentlich geringer, da überwiegend Druckkräfte auftreten.

Nachfolgend sollen noch einige Ausführungsbeispiele für einen Einklemmschutz eines elektromotorisch angetriebenen Fensterhebers mit verschiedenen erfindungsgemäßen Kombinationen redundant arbeitender Sensorsysteme beschrieben werden. Dabei sollen berührungslos arbeitende Systeme mit Annäherungssensoren oder solche, deren Übertragungsstrecke unterbrochen wird (Lichtschranke, Schallschranke) und berührend arbeitende Systeme, die zur Auslösung eines Signals einen Kontakt mit einem Objekt zwischen der Scheibenoberkante und dem Türrahmen bzw. Karosserie benötigen, unterschieden werden. Die voranbezeichneten Systeme sind sogenannte direkterkennende Systeme, die erfindungsgemäß untereinander oder in Kombination mit einem indirekt erkennenden System, z. B. gemäß der Lehre von DE 30 34 118 C2 , redundant verschaltet sind.
1a zeigt die schematische Darstellung einer Tür eines Kraftfahrzeugs, deren Fensterscheibe 2 im unteren Bereich mit einer Verstellmechanik 5 verbunden ist, die von einem Elektromotor 6 angetrieben wird. Das Antriebssystem steht mit einer Vorrichtung zur Positionserkennung 60 in Verbindung. Diese Vorrichtung kann beispielsweise einen auf der Motorwelle positionierten Ringmagneten beinhalten, dem Hall-Sensoren zugeordnet sind. Entsprechend der absoluten Anzahl der abgegebenen Signale kann auf die Position der Fensterscheibe 2 bzw. ihrer Oberkante 20 relativ zu einer Referenzposition (Zählerstand = 0) geschlossen werden. Im Microprozessor 7 erfolgt auch eine zeitabhängige Auswertung der von der Vorrichtung 60 gelieferten Signale, so daß eine Änderung der Geschwindigkeit der Fensterscheibe 2 während ihrer Verstellung erkannt werden kann.
Eine Verzögerung (negative Beschleunigung) der in die Schließposition fahrenden Fensterscheibe 2 tritt auf, wenn ein Gegenstand, z. B. eine Hand 4, zwischen der Oberkante 20 der Scheibe 2 und dem Türrahmen 3 eingeklemmt wird. Überschreitet die negative Beschleunigung einen vorgegebenen Grenzwert, so wird durch den Microprozessor 7 eine Antwortreaktion aktiviert, die im allgemeinen ein Reversieren der Fensterscheibe 2 vorsieht, wodurch der Fensterspalt vergrößert wird und der eingeklemmte Gegenstand entfernt werden kann.
Ein solches Einklemmschutzsystem nennt man "indirekterkennend", weil die Ursache des Einklemmens nicht direkt in ihrem unmittelbaren Wirkungsbereich erkannt wird, sondern entfernt davon bspw. erst in unmittelbarer Nähe des Elektromotors. Der Einklemmeffekt muß sich also erst über die Fensterscheibe 2 und die Verstellmechanik 5 mit ihren Hebeln und dem Untersetzungsgetriebe bis zum Hall-Sensor in der Nähe der Motorachse fortpflanzen.
Desweiteren zeigt 1a einen im oberen Bereich des Türrahmens 3 angeordneten Annäherungssensor 1, der Bestandteil eines direkterkennenden Einklemmschutzsystems ist und den Fensterspalt selbst bzw. dessen Rand detektiert. Für diesen Annäherungssensor 1 können sehr verschiedene physikalische Prinzipien Anwendung finden. Vorzugsweise sollen kapazitive, Radar-, Licht-, Wärme- oder Ultraschallsignale in Verbindung mit der Sende- und Empfangseinrichtung 8 erzeugt bzw. verarbeitet werden.
Das Blockschaltbild in 1b symbolisiert das Zusammenwirken der redundant betriebenen Einklemmschutzsysteme. Sobald wenigstens eines der Systeme, das indirekterkennende und/oder das direkterkennende Einklemmschutzsystem, einen Kollisionszustand erkennt, erfolgt eine Aktivierung der Antwortreaktion, d. h., der Verstellvorgang wird gestoppt und die Scheibe wird um eine festgelegte Strecke nach unten verfahren.
Für ein weiteres Ausführungsbeispiel, das schematisch die 2a und 2b darstellen, wird der voran beschriebene indirekterkennende Einklemmschutz redundant mit einem direkterkennenden Einklemmschutz kombiniert, der elektromagnetische Wellen zur Detektierung eines Gegenstandes im Fensterspalt verwendet. Ausgehend von einem Sender werden die elektromagnetischen Wellen, z. B. in Form eines Lichtstrahls, entlang einer Reflexionsfläche 3a des Türrahmens abgestrahlt und weitergeleitet und bilden bis zum Empfänger 1b einen geschlossenen Strahlengang 10. Wird aus diesem Strahlengang 10 durch einen Fremdkörper Energie ganz oder teilweise ausgekoppelt so erkennt die Auswerteelektronik einen Einklemmzustand und veranlaßt ein Reversieren der Fensterscheibe 2.
Die Anwendungsmöglichkeiten zur Überwachung und Steuerung fremdkraftbetätigter Teile, wie z. B. von Fensterscheiben eines Kraftfahrzeugs sind ausführlich in DE 42 05 251 A1 beschrieben.
Natürlich ist auch die redundante Verknüpfung von ausschließlich direkterkennenden Einklemmschutzsystemen möglich und sinnvoll (siehe 3a), wenn diese auf der Anwendung unterschiedlicher physikalischer Prinzipien beruhen. Insbesondere eignet sich die Kombination eines Systems mit berührungslos arbeitenden Sensoren mit einem System, dessen Sensoren erst durch eine Berührung ein Schaltsignal abgeben.
In der schematischen Darstellung von 3b sind einige Sensortypen im oberen Rahmen aufgeführt, die berührungslos arbeiten und verschiedene physikalische Effekte ausnutzen. Mit kapaziven, Radar-, Licht-, Wärme- oder Ultraschallsensoren läßt sich der Spalt zwischen dem Türrahmen 3 und der Scheibenoberkante 2 überwachen und die Antriebseinheit des Fensterhebers steuern, ohne eine Berührung eines Fremdkörpers voraussetzen zu müssen.
Im unteren Rahmen sind zwei technische Möglichkeiten eines berührend erkennenden Einklemmschutzes aufgeführt, die bei Berührung des Sensorelements nach Erreichen eines Schwellwertes ein Schaltsignal auslösen, das zum Reversieren der Fensterscheibe führt. Während der eine Sensor auf Druck reagiert und einen Spannungsimpuls abgibt (Piezokabel), führt die Deformation eines Lichtleiters zu einer optischen Dämpfung (siehe dazu DE 31 07 847 C2 ). Diese Dämpfung wird von einem Sensor erfaßt und von einem Microprozessor ausgewertet. Beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes der Dämpfung wird der Zustand als Einklemmzustand definiert und die Aktivierung der Antwortreaktion ausgeführt.

1: Sensor
1a: Sender
1b: Empfänger
10: Strahlengang
2: Fensterscheibe
20: Oberkante der Fensterscheibe
3: Türrahmen
3a: Reflexionsfläche des Türrahmens
4: Objekt/Hand
5: Mechanik des Fensterhebers
6: Motor
7: Microprozessor
8: Sende- und/oder Empfangseinrichtung für Sensorsignale
EKS: Einklemmschutzsystem

Claims

Vorrichtung zum Verstellen fremdkraftbetätigter Teile, insbesondere in einer Fahrzeugkarosserie, wobei ein elektrisches, sensorgesteuertes Kollisionsschutzsystem ausgebildet ist, einen Kollisionszustand zu erkennen und abhängig von dem erkannten Kollisionszustand auf den Stellantrieb eines mechanischen Verstellsystems einzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei redundant arbeitende und auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhende Sensoren ausgebildet und vorgesehen sind, jeweils einen Kollisionszustand zu erkennen, wobei eine Aktivierung einer Antwortreaktion des Stellantriebs erfolgt, wenn wenigstens einer der Sensoren einen Kollisionszustand erkennt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die redundante Verknüpfung von mindestens zwei direkt erkennenden Sensorsystemen mit nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeitenden Sensoren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die redundante Verknüpfung von mindestens einem indirekt erkennenden Sensorsystem mit mindestens einem direkt erkennenden Sensorsystem mit nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeitenden Sensoren.
Verfahren zum Steuern der Verstellbewegung fremdkraftbetätigter Teile, insbesondere in einer Fahrzeugkarosserie, wobei ein elektrisches, sensorgesteuertes Kollisionsschutzsystem auf den Stellantrieb eines mechanischen Verstellsystems einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale von mindestens zwei redundant geschalteten Sensoren parallel oder mit hinreichend hoher Taktfrequenz abwechselnd zur Erkennung eines Kollisionszustands ausgewertet werden, wobei die Sensoren nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeiten und wenigstens zwei der nachstehend genannten physikalischen Größen analysieren: elektrische, magnetische, kapazitive, optische und/oder mechanische Effekte.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sensor mit der höheren Empfindlichkeit die höhere Priorität zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der Sensoren in einer gemeinsamen Auswerteelektronik verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale einzelner Sensorsysteme in separaten Auswerteelektroniken verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Kollisionserkennung noch wenigstens ein weiteres Signal in der Auswerteelektronik redundant verarbeitet wird, z. B. zur Erkennung der Endlagen oder von Zwischenpositionen eines Verstellteils.