-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Verschlusssysteme und insbesondere
Verschlusssysteme bei Fahrzeugen wie zum Beispiel Landfahrzeugen,
Flugzeugen und Wasserfahrzeugen. Eine spezielle Verwendung der Erfindung
wäre bei
Kraftfahrzeugen.
-
Es
sind Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen die Türen dieser Kraftfahrzeuge Fenster
umfassen, die motorisch geöffnet
und motorisch geschlossen werden können. Wenn ein Fenster motorisch
geschlossen wird, ist es möglich,
dass Teile von Erwachsenen oder Kindern zwischen dem Fenster und der
Fenstereinfassung eingeklemmt werden. Damit solche Fenster im Rahmen
der gesetzlichen und sonstigen Bestimmungen funktionieren, muss
vermieden werden, dass mehr als eine bestimmte, vorgegebene maximale
Kraft auf einen Arm, Finger oder sonstigen Körperteil ausgeübt wird,
wenn dieser Körperteil
beim normalen Schließen
des Fensters in die Quere kommt. Ebenso muss sichergestellt werden, dass
eine ausreichende Kraft zur Verfügung
steht, um das Fenster vollständig
in seine Dichtungen hinein zu schließen. Zu diesem Zweck erlauben
es die relevanten Spezifikationen, dass die beschränkte Kraft überschritten
wird, sobald die Öffnung
so klein ist, dass kein Körperteil
mehr hineingelangen kann.
-
Bei
bekannten das Einklemmen bzw. Einquetschen verhindernden Kontaktsystemen
wird ein normalerweise in der Türdichtung
befindlicher Schalter geschlossen, wenn ein Körperteil eingeklemmt wird,
und dies löst
in einem Steuergerät
eine Entscheidung aus, die Schließbewegung anzuhalten oder umzukehren
und dadurch das Körperteil
freizugeben.
-
Andere
bekannte das Einquetschen verhindernde Kontaktsysteme arbeiten mit
einer Einklemmkraft, die aus einem am Motor messbaren Parameter wie
zum Beispiel einer Änderung
in der Motordrehzahl, einer Änderung
im Motorstrom oder einer Änderung
im Ausgangsdrehmoment hergeleitet wurde, wobei alle diese Parameter
mit den auf den Verschluss ausgeübten
Kräften
zusammenhängen,
d.h. mit der Ausgangskraft der Aktuatorbaugruppe.
-
Aufgrund
von unebenen Straßen
oder sonstigem Gelände,
worüber
das Fahrzeug vielleicht gerade fährt,
wird das Fahrzeug jedoch in erster Linie mit vertikalen Beschleunigungen
beaufschlagt. Diese vertikalen Beschleunigungen werden auf die Fensterscheibe
wie auf jeden anderen Teil des Fahrzeugs ausgeübt und werden durch den Fensterheber
als Veränderungen
in der Schließkraft
umgesetzt. Unter gewissen Umständen
können
diese Veränderungen auf
die Fensterscheibe wirkende Kräfte
erzeugen, die den Kräften ähnlich sind,
die erzeugt werden, wenn Körperteile
eingeklemmt werden. Unter diesen Umständen wird das Steuergerät das Fenster
fälschlicherweise
wieder öffnen,
was aber dann nicht notwendig ist. Wenn dagegen ein Körperteil
eingeklemmt wird, können
infolge von unebenem Gelände auf
die Fensterscheibe wirkende Beschleunigungen die scheinbare Einklemmkraft
auf einen Wert unter der vorbestimmten Höhe reduzieren, woraufhin der Schließvorgang
weitergeht und einen Körperteil
weiter einklemmt.
-
Es
kommt also zu Situationen, die unangenehm sind und/oder stören und
für die
Insassen des Fahrzeugs möglicherweise
gefährlich
sind.
-
Das
Dokument
DE 4020351
A offenbart alle Merkmale des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und
19.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Form
eines Verschlusssystems bereitzustellen.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird also ein Verschlusssystem bereitgestellt mit einem
Verschluss, der bewegbar ist, um im Gebrauch eine Öffnung im
Wesentlichen zu verschließen,
und mit einem Aktuator, um den Verschluss wenigstens zu schließen, wobei
der Aktuator durch Befestigungsmittel befestigt ist, wobei die Befestigungsmittel
eine oder mehrere Messzellen umfassen, um im Gebrauch Parameter
des Verschlusssystems zu messen, wobei das Verschlusssystem im Gebrauch
Beschleunigungen unterliegt und so ausgelegt ist, dass es möglich ist,
unter Berücksichtigung
der gemessenen Parameter durch den Aktuator auf den Verschluss ausgeübte Kräfte wenigstens
teilweise von Beschleunigungskräften
zu unterscheiden, die infolge der Beschleunigungen des Verschlusssystems auf
den Verschluss ausgeübt
werden, dadurch gekennzeichnet, dass die bzw. jede Zelle in einem
Weg der Last angebracht ist, die der Aktuator auf den Gegenstand,
an dem er befestigt werden soll, ausübt.
-
Vorteilhafterweise
ermöglicht
dies ein System, bei dem Befestigungsmittel eines Aktuators eine dreifache
Funktion erfüllen
können,
nämlich
die Befestigung des Aktuators und außerdem das Messen von Kräften, die
der Aktuator auf den Verschluss ausübt, und außerdem das Messen von Kräften, die
infolge der Beschleunigungen des Verschlusssystems auf den Verschluss
ausgeübt
werden.
-
Ferner
hat die Anmelderin als erste erkannt, dass der Verschluss und der
Aktuator im Wesentlichen denselben Beschleunigungen unterliegen
und der Aktuator somit dazu verwendet werden kann, die auf den Verschluss
wirkenden Beschleunigungskräfte
zu ermitteln. Sobald die auf den Verschluss wirkenden Beschleunigungskräfte ermittelt
wurden, ist es dann möglich,
diese von der Ausgangskraft des Aktuators abzuziehen, um die wirklichen
Einklemmkräfte
genauer zu ermitteln.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Öffnungsmotorbaugruppe
bereitgestellt, um eine Öffnung
wenigstens zu schließen,
wobei die Motorbaugruppe Messzellen umfasst, die so angeordnet sind,
dass es im Gebrauch möglich
ist, unter Berücksichtigung
des Ausgangs der Messzellen Kräfte,
die der Aktuator auf den zugehörigen Öffnungsverschluss
ausübt,
wenigstens teilweise von Beschleunigungskräften zu unterscheiden, die
infolge von Beschleunigungen des Öffnungsverschlusses und der
Motorbaugruppe auf den zugehörigen Öffnungsverschluss
ausgeübt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen in einem Weg der Last angebracht
sind, die die Motorbaugruppe auf den Gegenstand, an dem sie befestigt werden
soll, ausübt.
-
Die
Erfindung wird nun lediglich beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben; darin zeigen:
-
1 eine
Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einem Verschlusssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 eine
Querschnittsansicht des Fenstermotors und -getriebes von 1;
und
-
3 eine
weitere Ansicht von 2.
-
Anhand
von 1 ist ein Fahrzeug 10 mit einer Tür 12 mit
einer Fensteröffnung 14 dargestellt. Ein Öffnungsverschluss
in Form einer Fensterscheibe 16 ist zum Öffnen und
Schließen
der Fensteröffnung 14 vertikal
bewegbar. Ein bei 18 allgemein dargestellter Fensterheber
umfasst einen Fenstermotor 20 und ein Getriebe 22.
-
Der
Motor 20 und das Getriebe 22 sind über Befestigungsmittel
befestigt, in diesem Fall in Form einer ersten Halterung 24 und
einer zweiten Halterung 26. Die erste und die zweite Halterung 24 und 26 enthalten
Kraftmesszellen, in diesem Fall Scherkraft-Messzellen C1 und C2,
die jeweils den Lastumsetzungsweg zwischen dem Motor und der Fahrzeugtür bilden
und zwischen sich den Motor in der Tür festhalten.
-
Die
Scherkraft-Messzellen C1 und C2 sind im Abstand 2R voneinander
angeordnet, und die geometrische Lage des Schwerpunkts CG von Motor/Getriebe
ist ebenfalls bekannt.
-
Aus
der Betrachtung von 2 geht hervor, dass die Scherkraft-Messzellen
C1 und C2 Ausgangspegel S2 und S2 haben.
-
Ein
Ausgangsdrehmoment T des Motors wirkt im Uhrzeigersinn um die Motorabtriebswelle
herum, wenn das Fenster geschlossen wird, und ist bei stehendem
Fahrzeug 10 eine Funktion der Ausgangskraft f.
-
Das
Gewicht des Getriebes und des Fenstermotors wirkt durch den Schwerpunkt
CG. Bei stehendem Fahrzeug 10 entspricht die Kraft M im
Schwerpunkt CG dem Gesamtgewicht von Motor 20 und Getriebe 22.
Wenn sich das Fahrzeug jedoch über
unebenes Gelände
bewegt, wird sich die Kraft M verändern. Es sei angemerkt, dass
CG in horizontaler Richtung den Abstand x von der Scherkraft-Messzelle
C1 hat, und in vertikaler Richtung den Abstand z von der Scherkraft-Messzelle
C1.
-
Aus
der Betrachtung von 2 geht hervor, dass die Kräfte S1 und
S2 in die Richtungen x und y zerlegt werden können und zu S1x, S1z, S2x und S2z
werden. Das Ausgangsdrehmoment T des Motors kann als Tangentialkraft
Ft betrachtet werden, die in einem dem Teilkreisdurchmesser einer
Trommel oder eines Ritzels entsprechenden Radius r wirkt, und der
Einfachheit halber wurde diese als zur z-Achse parallel dargestellt.
-
Es
sei angemerkt, dass die nachstehende Analyse komplizierter ist,
wenn die Sensoren und die Abtriebswelle nicht parallel sind und/oder
die Kräfte in
einem anderen Winkel wirken, doch kann gezeigt werden, dass dieselben
Prinzipien gelten.
-
Aus
den obigen Ausführungen
geht hervor, dass mehrere Gleichungen geschrieben werden können, die
die Situation im stationären
Zustand ausdrücken,
d.h. wenn das Fahrzeug 10 steht und das Fenster sich mit
einer konstanten Geschwindigkeit schließt.
-
Unter
dieser Voraussetzung kennen wir die Richtungen von S1 und S2 nicht,
sondern lediglich ihre Größe. Nach
Pythagoras ergibt sich dann: S1x2 +
S1z2 = S12 und S2x2 + S2z2 =
S22
-
Da
wir in herkömmlicher
Weise Ft als parallel zur z-Achse und M als vertikal nach unten
wirkend und ebenfalls parallel zur z-Achse definiert haben, ergibt
sich:
Ftx = 0 und Ftz = Ft.
-
Ferner
gilt: Fmx = 0 und Fmz = M.
-
Durch
Zerlegen in x und z erhält
man die folgenden Summen: Σx
= 0, Σz
= 0
so dass S1x + S2x = 0, S1z + S2z = Ft-M
-
Und
wenn man die Momente um S 1 nimmt, nämlich S2z.2R
+ FT.(R+r) = M.xund die Sammelgleichung S2z
= Ft.(R+r)/2.R-M.x/2.Rwovon R, r und x alle bekannt und für eine gegebene Anwendung
konstant sind, erhält
man S2z = Ft.kl - M.k2mit den Konstanten
k1=(R+r)/2.R und k2=x/2.R;
so dass S1z =
Ft-M-S2z S1z = Ft-M-Ft.(R+r)/2.R-M.x/2.R
-
Sammelgleichungen S1x = Ft-Ft.(R+r)/2.R-M-M.x/2.r S1z = Ft(1.(R+r)/2.R)-M(M1-x/2.R)
-
Aber
k1 = (R+r)/2.r und k2 = x/2.R
so dass S1z = Ft(1-kl) - M(1-k2)
woraus
folgt: S2 = Ft.k1 - M.k2 und S1
= Ft(1-k1)-M(1-k2)S1 und S2 sind jeweils der Ausgang der Scherkraft-Messzellen
C1 und C2, wobei k1 und k2 konstant sind. Nun haben wir zwei Gleichungen
und zwei Unbekannte (Ft und M) und können daher für Ft und M
auflösen.
-
Diese
Lösung
erlaubt einen Vergleich des effektiven Gewichts M von Motor/Getriebe
mit dem bekannten, bereits gemessenen Wert des Gewichts von Motor/Getriebe.
Dieser Vergleich liefert einen Augenblickswert für die auf den Fenstermotor
und daher die angrenzende Fensterscheibe wirkenden vertikalen Gravitationskräfte und
erlaubt eine stärkere
Unterscheidung der aus der Fahrzeugbewegung resultierenden Systemkräfte von
den zu einem eingeklemmten Gegenstand oder Körperteil gehörigen Kräften.
-
Mit
dem obigen System kann also durch Vergleichen des Ausgangs S 1 und
S2 der Scherkraft-Messzellen C1 und C2 das Verhältnis der auf eine vertikale
Beschleunigung zurückzuführenden gemessenen
Kraft und der auf einen eingeklemmten Gegenstand zurückzuführenden
Kraft arithmetisch unterschieden werden, und somit kann man eine bessere
Definition der tatsächlichen
Einklemmkraft (im Gegensatz zu der scheinbaren Einklemmkraft) erhalten.
An sich ist es möglich,
eine durch Schwingungen und/oder Beschleunigungen mit einer großen vertikalen
Komponente verursachte Störung
des Signals für
die wirkliche Einklemmkraft weitgehend zu eliminieren. Die vorliegende
Erfindung erreicht dies auf eine besonders kostengünstige Weise,
da ein Minimum an Komponenten erforderlich ist, weil die Scherkraft-Messzellen
C1 und C2 sowohl die Funktion der Halterung des Motors als auch
der Messung der Parameter, mit deren Hilfe die wirkliche Einklemmkraft
von der scheinbaren Einklemmkraft unterschieden werden kann, bereitstellen.
-
Infolge
der verbesserten Empfindlichkeit des Systems gegenüber eingeklemmten
Gegenständen, können niedrigere
Schwellenwerte für
die Kraft vorgegeben werden, und man kann daher eine raschere Umsetzung
erhalten, was beides zu einer Verringerung der insgesamt von der
Person oder dem Gegenstand wahrgenommenen Einklemmkraft führt.
-
Das
System vermindert auch die Wahrscheinlichkeit falscher Einklemmsignale
und damit eines falschen erneuten Öffnens des Fensters, womit die
Möglichkeit
einer Störung
und Belästigung
der Fahrzeuginsassen herabgesetzt wird.
-
Sobald
das Fenster praktisch geschlossen ist, so dass jeglicher Spalt zwischen
der Fensterscheibe und der Fensteröffnung so klein ist, dass ein kleiner
Körperteil
wie zum Beispiel ein Finger nicht mehr hineingelangen kann, dann
ist keine Vorkehrung gegen das Einquetschen mehr notwendig. Wenn
die Fensterscheibe also eine solche Position erreicht, kann diese
Position durch einen Annäherungssensor,
einen Mikroschalter oder dergleichen angezeigt werden, der einer
Steuereinrichtung des Fensters anzeigen würde, dass zum endgültigen Schließen des
Fensters keine Vorkehrung gegen das Einquetschen mehr erforderlich
ist.
-
Es
wird in Betracht gezogen, dass die vorliegende Erfindung bei einer
Vielzahl von Anwendungen verwendet werden könnte, beispielsweise bei Autofenstern
und sonstigen Trennwänden,
die sich hauptsächlich
in vertikaler Richtung bewegen. Die oben dargelegten Prinzipien
wären jedoch
auch auf andere Arten von Verschlüssen anwendbar, wo der Motor
so montiert sein kann, dass er den störenden Kräften genauso unterliegt wie
der von diesem Motor betätigte
Verschluss. Weitere Anwendungen umfassen Fahrzeugschiebedächer, in
Quer- und Längsrichtung
bewegliche Schiebetüren,
wie sie normalerweise zum Verschließen von Gängen und Abteilen in Zügen und
Flugzeugen verwendet werden, und sonstige Arten von Schiebewänden auf
Schiffen und sonstigen Wasserfahrzeugen.