EP1722060B1 - Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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EP1722060B1
EP1722060B1 EP06009126A EP06009126A EP1722060B1 EP 1722060 B1 EP1722060 B1 EP 1722060B1 EP 06009126 A EP06009126 A EP 06009126A EP 06009126 A EP06009126 A EP 06009126A EP 1722060 B1 EP1722060 B1 EP 1722060B1
Authority
EP
European Patent Office
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angle sensor
functional element
rotor
stator
functional
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP06009126A
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English (en)
French (fr)
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EP1722060A2 (de
EP1722060A3 (de
Inventor
Andreas Platzköster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brose Schliesssysteme GmbH and Co KG
Original Assignee
Brose Schliesssysteme GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1722060A3 publication Critical patent/EP1722060A3/de
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    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/60—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators
    • E05F15/603—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors
    • E05F15/611—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors for swinging wings
    • E05F15/63—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors for swinging wings operated by swinging arms
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME RELATING TO HINGES OR OTHER SUSPENSION DEVICES FOR DOORS, WINDOWS OR WINGS AND DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION, CHECKS FOR WINGS AND WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05Y2400/00—Electronic control; Power supply; Power or signal transmission; User interfaces
    • E05Y2400/10—Electronic control
    • E05Y2400/30—Electronic control of motors
    • E05Y2400/32—Position control, detection or monitoring
    • E05Y2400/322—Position control, detection or monitoring by using absolute position sensors
    • E05Y2400/326—Position control, detection or monitoring by using absolute position sensors of the angular type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME RELATING TO HINGES OR OTHER SUSPENSION DEVICES FOR DOORS, WINDOWS OR WINGS AND DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION, CHECKS FOR WINGS AND WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05Y2600/00—Mounting or coupling arrangements for elements provided for in this subclass
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    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/50—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles
    • E05Y2900/53—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles characterised by the type of wing
    • E05Y2900/546—Tailgates

Definitions

  • the invention relates to a functional unit of a motor vehicle having the features of the preamble of claim 1.
  • Today's motor vehicles are equipped with a variety of functional units in question. Examples include arrangements with pivoting tailgates, trunk lids, hoods, side doors, sliding doors, seat adjustments, window regulators o. The like ..
  • Such a functional unit has for the structural implementation of the respective function at least one adjustable functional element.
  • Functional elements are, for example, adjusting elements, push rods and ultimately also the optionally actuated component, such as a tailgate o. The like ..
  • the functional unit can be manually or motorized designed stone.
  • a known functional unit ( DE 199 44 554 A1 ) comprises a motor-actuated boot lid, which has a drive for motor actuation of the boot lid and a corresponding drive train.
  • a control device is provided for controlling this functional unit.
  • an angle sensor is provided for determining the angular position of the functional element, in this case of the boot lid, which is coupled to the control device in terms of control technology.
  • Such an angle sensor is generally equipped with a rotor which is pivotable relative to a stator. The angle sensor generates an output signal that corresponds to the respective position of the rotor relative to the stator.
  • the optimal design of the angle sensor is crucial in the known functional unit for their optimal control. But the design often leads to problems, especially in terms of optimal utilization of the measuring range of the angle sensor. If, for example, only a small part of the measuring range of the angle sensor is used due to a faulty design, This leads to an insufficient resolution of the resulting measuring system with respect to the adjustment movement of the boot lid.
  • the angle sensor for determining the angular position of the boot lid is not described in detail.
  • the angle sensor is designed here as an incremental rotary encoder with a magnetic ring on the outer circumference of a rotor and an angle sensor in the form of a Hall element fixedly arranged on the stator. From the Hall element, a digital counting signal is output to an electronic control device, from which the control device can calculate the respective position of the rotor relative to the stator.
  • the invention is based on the problem to design the known functional unit such and further, that optimal detection of the position of each relevant functional element is ensured with little implementation effort.
  • the angle sensor as an MR angle sensor (magneto-resistance angle sensor).
  • the stator of the angle sensor has an evaluation and the rotor of the angle sensor on a permanent magnet assembly.
  • the angle sensor an immediate measurement of the absolute position of the rotor is provided.
  • the stator to an electronic evaluation, which generates an analog or digital output signal, which provides appropriate information about the position of the rotor.
  • the rotor is adjustable relative to the stator over a measuring range within which the angle sensor generates the output signal.
  • the measuring range covers an angle range of maximum 360 °.
  • the angle sensor is preassembled as proposed and has an angle sensor housing in which the rotor is rotatably mounted, wherein the angle sensor is placed on thefugsdementachse and fixed to the functional unit.
  • the basic principle of an MR angle sensor is that the electrical conductivity of an electrical measuring conductor can be influenced by the application of this measuring conductor with a magnetic field. This effect is due to the Lorentz force.
  • the measuring conductor is assigned here to the transmitter and is penetrated by the magnetic field of the permanent magnet arrangement.
  • the above angle can be changed, which leads to a change in the electrical resistance of the measuring conductor as a result.
  • the angle of the rotor relative to the stator can be determined in a simple manner from the electrical resistance of the measuring conductor. A contact between the rotor and the stator is therefore not necessary, which basically leads to a minimization of wear.
  • the MR angle sensor primarily depends on the above-described angle between magnetic flux density and the main direction of the electrical current.
  • the sensor is largely independent, for example, of fluctuations in the magnetic flux density of the permanent magnet assembly, which i.a. can arise due to temperature fluctuations. Overall, this leads to a particularly robust arrangement.
  • the flux density generated by the permanent magnet arrangement is so high that the measuring conductor is constantly in magnetic saturation. Then there is a particularly low susceptibility to interference, since fluctuations in the magnetic flux density in turn do not affect the output signal of the angle sensor.
  • the angle sensor is coupled to the functional element via a gear arrangement.
  • a predetermined measuring range of the angle sensor can be assigned to the adjustment range of the functional element.
  • the in the Fig. 1 to 6 illustrated functional unit 1 relates to the tailgate assembly of a motor vehicle, which is not to be understood as limiting the application. If in the following of a tailgate is mentioned, it is equally meant, for example, a trunk lid or a hood.
  • the functional unit 1 has at least one adjustable functional element 2, which serves to constructively implement the respective function.
  • a functional element is an actuating element still to be explained.
  • control device 3 which serves to control and / or monitor the position of the functional element 2, and thus of the functional unit 1.
  • the control device 3 is associated with a coupled to the functional element 2 angle sensor 4, through which the position of the functional element 2 can be determined.
  • the angle sensor 4 is associated with a stator 5 and a relative to the stator 5 about an angle sensor axis 6 pivotable rotor 7. In this case, the angle sensor 4 generates a respective output of the rotor 7 relative to the stator 5 corresponding output signal 8, the Fig. 2 is shown in dashed lines.
  • the output signal 8 is fed to the control device 3 and is processed accordingly there.
  • the angle sensor 4 as MR angle sensor (magneto-resistance angle sensor) is configured and that for this purpose the stator 5 has a transmitter 9 and the rotor 7 has a permanent magnet assembly 10.
  • MR angle sensor magnetic-resistance angle sensor
  • the rotor 7 is adjustable relative to the stator 5 over a measuring range within which the angle sensor 4 generates the output signal. Due to the principle, the measuring range of the angle sensor 4 comprises a maximum of an angular range of 360 °. Depending on the embodiment, it may also be provided that the measuring range of the angle sensor 4 comprises a maximum measuring range of 180 ° or less.
  • the functional unit 1 is operated by a motor.
  • the functional unit 1 is equipped with a drive 11 with drive motor 12 and actuator 13, wherein the angle sensor 4 is preferably coupled directly to the drive 11. This leads to an overall particularly compact arrangement.
  • the functional unit 1 comprises a pivotable tailgate 14, which is actuated by a motor.
  • a detailed explanation of the tailgate assembly is the German utility model application 20 2004 016 543.0
  • The. Fig. 2 . 3 show the drive motor 12 and a pivotable actuator 13. Eccentrically articulated on the actuator 13 is a push rod 15 which is at its other end with the tailgate 14 in engagement. Between the drive motor 12 and the actuator 13 is still a translation gear 16 interposed. The push rod 15 is not coupled directly to the tailgate 14, but via a pivotable about the flap axis 17, two-armed lever 18th
  • angle sensor 4 there are various ways of connecting the angle sensor 4 conceivable.
  • One possibility is to couple the rotor 7 to the functional element 2 with the stator 5 stationary.
  • the angle sensor 4 detects the relative displacement of the one functional element 2 to the other functional element.
  • in terms of their arrangement within the functional unit of the stator 5 and the rotor 7 are interchangeable. This applies to all embodiments explained here.
  • stator 5 of the angle sensor 4 is fixed and that the rotor 7 of the angle sensor 4 is coupled to the control element 13.
  • the rotor 7 is coupled to the actuating element 13 and the stator 5 to the push rod 15.
  • the angle sensor 4 is coupled to the functional element 2 via a gear arrangement 19. This means that an adjustment of the functional element 2 is translated depending on the design of the gear assembly 19 in a corresponding adjustment of the rotor 7 relative to the stator 5.
  • the gear assembly 19 may operate as a speed ratio or as a speed reduction.
  • the gear assembly 19 is preferably designed such that upon an adjustment of the functional element 2 over its adjustment the rotor 7 covers at least a substantial part of the measuring range and at most substantially the entire measuring range.
  • the functional element 2 coupled in the above sense with the angle sensor 4 is here the adjusting element 13 of the drive 11.
  • the functional element 2 is pivotable about a functional element axis 20.
  • the angle sensor axis 6 is so spaced from the functional element axis 20, that the adjustment of the functional element 2 by a certain angular amount causes an adjustment of the rotor 7 relative to the stator 5 by a larger angle.
  • the rotor 7 is designed as a lever 21, whose one end engages in a slot 22 of the functional element 2, in this case the adjusting element 13.
  • the lever 21 can take here all conceivable forms, and is not limited to an example elongated lever shape. It is only essential that the lever 21 is pivotable about the angle sensor axis 6 and has a distance from the angle sensor axis 6 force application point. Fig. 6 It can be seen that the rotor 7 in total even has a circular cross-sectional shape in which the permanent magnet assembly 10 is arranged.
  • the arrangement of the angle sensor axis 6 may be provided in the functional element axis 20.
  • the angle sensor 4 is simply placed here on the functional element axis 20. Then, however, eliminates the above effect of a gear assembly 19 in favor of the saving of manufacturing costs.
  • gear assembly 19 Another possibility of the design of the gear assembly 19 is the equipment of the gear assembly 19 with a ratio gear or an arrangement of ratio gears.
  • An example of this is a motor-operated sliding door, which has a cable drive. If the angle sensor 4 of the cable drum o. The like. Associated and coupled with this, there is the problem that the angle sensor 4 performs several full revolutions in the operation. Thus, a determination of the absolute position by the angle sensor 4, which here has a maximum measuring range of 360 °, not possible. Therefore, at least one ratio gear is provided for coupling the angle sensor 4 with the sliding door, here with the cable drum o.
  • the at least one ratio gear forms the gear assembly 19, which operates here as a speed reduction.
  • Fig. 6 shows the basic structure of the MR angle sensor 4 seen from the side from which the coupling with the functional element 2 takes place.
  • the transmitter 9 is located in the immediate vicinity of the permanent magnet assembly 10, which consists of a single, about the angle sensor axis 6 pivotable permanent magnet 23 here.
  • the permanent magnet assembly 10 is fixedly connected to the rotor 7, here with the lever 21. Upon rotation of the rotor 7, therefore, the permanent magnet arrangement 10 pivots relative to the stator 5 about the angle sensor axis 6.
  • the angle sensor 4 is equipped with an angle sensor housing 24 which can accommodate the above evaluation 9
  • a particularly simple construction results in a particularly preferred embodiment in that the angle sensor housing 24 is at least designed in two parts and that the parts of the angle sensor housing 24 are clipped together.
  • the rotor 7 can be configured independently of the angle sensor 4, since the permanent magnet arrangement 10 produces a wireless coupling to the evaluation electronics 9.
  • the permanent magnet arrangement 10 can also be integrated into the functional element 2, for example injected. It can also be provided that an already existing component such as the functional element 2 itself provides the permanent magnet assembly 10.
  • a shaft - functional element 2 - is magnetized and arranged such that it forms a proposed evaluation with an appropriate evaluation electronics 9 4 angle sensor.
  • a particularly simple assembly results from the fact that the rotor 7 is rotatably mounted in the angle sensor housing 24.
  • the advantage here is the fact that in this way compliance with possibly predetermined distances between the stator 5 and the rotor 7 is ensured.
  • a complete pre-assembly of the angle sensor 4 is thereby possible because the angle sensor 4 is a self-contained component.
  • the rotor 7 preferably has a rotor housing 25, which is further preferably designed at least in two parts. Again easy to install, the variant that the parts of the rotor housing 25 are clipped together.
  • the rotor housing 25 receives the above permanent magnet assembly 10.
  • the pre-assembled angle sensor 4 is preferably clipped to the functional unit 1 during assembly. It is also the fastening by means of screws conceivable, if necessary, at the same time ensure a watertight closure of the angle sensor housing 24 by the high holding force.
  • the transmitter 9 is encapsulated in a particularly preferred embodiment or potted with the angle sensor housing 24 or with another plastic component, so that the protection against moisture penetration is further increased.
  • the transmitter 9 preferably has a board, are soldered directly to the connector terminals of the angle sensor 4. The connector terminals are guided by the angle sensor housing 24 to the outside.
  • connection of the angle sensor 4 is thus possible directly on the angle sensor housing 24.
  • Also functional units 1 such as a pivotable side door of a motor vehicle or a sliding door of a motor vehicle are included in the proposed solution.

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  • Power-Operated Mechanisms For Wings (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
  • Heutige Kraftfahrzeuge sind mit einer Vielzahl der in Rede stehenden Funktionseinheiten ausgestattet. Beispiele hierfür sind Anordnungen mit schwenkbaren Heckklappen, Kofferraumdeckeln, Motorhauben, Seitentüren, Schiebetüren, Sitzverstellungen, Fensterhebern o. dgl.. Eine solche Funktionseinheit weist für die konstruktive Umsetzung der jeweiligen Funktion mindestens ein verstellbares Funktionselement auf. Funktionselemente sind beispielsweise Stellelemente, Schubstangen und letztlich auch die ggf. zu betätigende Komponente, wie eine Heckklappe o. dgl.. Die Funktionseinheit kann manuell oder aber motorisch betätigbar ausgestaltet stein.
  • Eine bekannte Funktionseinheit ( DE 199 44 554 Al ) umfaßt einen motorisch betätigbaren Kofferraumdeckel, der einen Antrieb zur motorischen Betätigung des Kofferraumdeckels sowie einen entsprechenden Antriebsstrang aufweist. Zur Steuerung dieser Funktionseinheit ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen. Es ist ferner ein Winkelsensor zur Ermittlung der Winkelstellung des Funktionselements, hier des Kofferraumdeckels, vorgesehen, der steuerungstechnisch mit der Steuerungseinrichtung gekoppelt ist. Ein derartiger Winkelsensor ist im allgemeinen mit einem Rotor ausgestattet, der relativ zu einem Stator verschwenkbar ist. Der Winkelsensor erzeugt ein Ausgangssignal, das der jeweiligen Stellung des Rotors relativ zum Stator entspricht.
  • Die optimale Auslegung des Winkelsensors ist bei der bekannten Funktionseinheit maßgeblich für deren optimale Steuerung. Gerade die Auslegung führt aber häufig zu Problemen, insbesondere hinsichtlich einer optimalen Ausnutzung des Meßbereichs des Winkelsensors. Wird beispielsweise durch eine mangelhafte Auslegung nur ein geringer Teil des Meßbereichs des Winkelsensors ausgenutzt, so führt dies zu einer unzureichenden Auflösung des resultierenden Meßsystems hinsichtlich der Verstellbewegung des Kofferraumdeckels.
  • Bei dem zuvor erläuterten Stand der Technik wird der Winkelsensor zur Ermittlung der Winkelstellung des Kofferraumdeckels nicht näher beschrieben. Eine nähere Beschreibung eines Winkelsensors für eine entsprechende Funktionseinheit an einem Kraftfahrzeug, nämlich einen Heckklappenantrieb, findet sich in der US 2004/256881 A1 , von der die Erfindung ausgeht. Der Winkelsensor ist hier als inkrementeller Drehgeber ausgeführt mit einem Magnetring auf dem Außenumfang eines Rotors und einem Winkelsensor in Form eines Hall-Elements fest angeordnet am Stator. Vom Hall-Element wird ein digitales Zählsignal an eine elektronische Steuerungseinrichtung ausgegeben, aus dem die Steuerungseinrichtung die jeweilige Stellung des Rotors relativ zum Stator errechnen kann.
  • Auch hier gilt das zuvor beschriebene Problem, dass beispielsweise durch eine mangelhafte Auslegung nur ein geringer Teil des Meßbereichs des Winkelsensors ausgenutzt werden kann, was dann zu einer unzureichenden Auflösung des resultierenden Meßsystems hinsichtlich der Verstellbewegung des verstellbaren Funktionselements führt. Eine unzureichend hohe Auflösung ist in der Regel mit einem großen konstruktiven Aufwand verbunden.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Funktionseinheit derart auszugestalten und weiterzubilden, daß eine optimale Erfassung der Stellung des jeweils relevanten Funktionselements bei geringem Realisierungsaufwand gewährleistet ist.
  • Das obige Problem wird bei einer Funktionseinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
  • Wesentlich ist zunächst die Überlegung, den Winkelsensor als MR-Winkelsensor (Magneto-Resistance-Winkelsensor) auszugestalten. Hierfür weist der Stator des Winkelsensors eine Auswerteelektronik und der Rotor des Winkelsensors eine Permanentmagnetanordnung auf.
  • Mit dem Winkelsensor ist eine unmittelbare Messung der absoluten Stellung des Rotors vorgesehen. Hierfür weist der Stator eine Auswertelektronik auf, die ein analoges oder digitales Ausgangssignal erzeugt, das entsprechend Aufschluss über die Stellung des Rotors gibt. Der Rotor ist relativ zum Stator über einen Meßbereich verstellbar, innerhalb dessen der Winkelsensor das Ausgangssignal erzeugt. Der Meßbereich umfasst einen Winkelbereich von maximal 360°. Der Winkelsensor ist vorschlagsgemäß vormontiert und weist ein Winkelsensorgehäuse auf, in dem der Rotor drehbar gelagert ist, wobei der Winkelsensor auf die Funktionsdementachse aufgesetzt und an der Funktionseinheit befestigt ist.
  • Das Grundprinzip eines MR-Winkelsensors besteht darin, daß sich die elektrische Leitfähigkeit eines elektrischen Meßleiters durch die Beaufschlagung dieses Meßleiters mit einem Magnetfeld beeinflussen läßt. Dieser Effekt geht auf die Lorentz-Kraft zurück. Der Meßleiter ist hier der Auswerteelektronik zugeordnet und wird von dem Magnetfeld der Permanentmagnetanordnung durchsetzt.
  • Je nach Stellung des Rotors, der die Permanentmagnetanordnung aufweist, läßt sich der obige Winkel verändern, was im Ergebnis zu einer Änderung des elektrischen Widerstands des Meßleiters führt. Damit läßt sich der Winkel des Rotors relativ zum Stator auf einfache Weise aus dem elektrischen Widerstand des Meßleiters ermitteln. Ein Kontakt zwischen dem Rotor und dem Stator ist daher nicht notwendig, was grundsätzlich zu einer Minimierung des Verschleißes führt.
  • Sofern geeignete Brückenschaltungen zur Auswertung des elektrischen Widerstands des Meßleiters Anwendung finden, kommt es bei dem MR-Winkelsensor in erster Linie auf den oben beschriebenen Winkel zwischen magnetischer Flußdichte und der Hauptrichtung des elektrischen Stroms an. Damit ist der Sensor weitgehend unabhängig beispielsweise von Schwankungen in der magnetischen Flußdichte der Permanentmagnetanordnung, die u.a. durch Temperaturschwankungen entstehen können. Dies führt insgesamt zu einer besonders robusten Anordnung.
  • Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die von der Permanentmagnetanordnung erzeugte Flußdichte so hoch ist, daß sich der Meßleiter ständig in der magnetischen Sättigung befindet. Dann ergibt sich eine besonders geringe Störungsanfälligkeit, da Schwankungen in der magnetischen Flußdichte das Ausgangssignal des Winkelsensors wiederum nicht beeinflussen.
  • Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, daß mit dem MR-Winkelsensor die unmittelbare Messung der absoluten Stellung des Rotors gewährleistet ist. Je nach Ausgestaltung der Auswerteelektronik wird ein analoges oder digitales Ausgangssignal erzeugt, das Aufschluß über die Stellung des Rotors gibt. Auf eine Zähllogik, wie sie beispielsweise bei inkrementellen Drehgebern erforderlich ist, kann hier verzichtet werden. Es darf ferner darauf hingewiesen werden, daß bei geeigneter Auslegung der Auswerteelektronik eine hohe Auflösung über den gesamten Meßbereich des MR-Winkelsensors erzielbar ist.
  • Die physikalischen Grundlagen zu einem MR-Winkelsensor lassen sich der Fachliteratur entnehmen (z.B. "Elemente der angewandten Elektronik", Erwin Böhmer, 14. Auflage, Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2004, S. 24, 25).
  • Grundsätzlich ist es besonders vorteilhaft, wenn bei einer Verstellung des Funktionselements über dessen Verstellbereich ein möglichst großer Teil des Meßbereichs des Winkelsensors überstrichen wird. Dies führt zu einer besonders hohen Auflösung des resultierenden Meßsystems im Hinblick auf die Verstellung des Funktionselements. Hierfür ist es in bevorzugter Ausgestaltung gemäß den Ansprüchen 4, 5 und 6 vorgesehen, daß der Winkelsensor mit dem Funktionselement über eine Getriebeanordnung gekoppelt ist. Hiermit läßt sich dem Verstellbereich des Funktionselements ein vorbestimmter Meßbereich des Winkelsensors zuordnen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
    • Fig. 1
    das Heck eines Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht mit einer erfindungsgemäßen Funktionseinheit umfassend eine motorisch betätigbare Heckklappe,
    Fig. 2
    die Funktionseinheit gemäß Fig. 1, teilweise demontiert, bei geöffneter Klappe a) in einer Seitenansicht und b) in einer Draufsicht,
    Fig. 3
    die Funktionseinheit gemäß Fig. 1, teilweise demontiert, bei geschlossener Klappe a) in einer Seitenansicht und b) in einer Draufsicht,
    Fig. 4
    einen Ausschnitt der Darstellung gemäß Fig. 2 b),
    Fig. 5
    einen Ausschnitt der Darstellung gemäß Fig. 3 b) und
    Fig. 6
    einen Winkelsensor der erfindungsgemäßen Funktionseinheit.
  • Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Funktionseinheit 1 betrifft die Heckklappenanordnung eines Kraftfahrzeugs, was hinsichtlich des Anwendungsfalls nicht beschränkend zu verstehen ist. Wenn im folgenden von einer Heckklappe die Rede ist, so ist damit gleichermaßen beispielsweise ein Kofferraumdeckel oder eine Motorhaube gemeint.
  • Zunächst werden im folgenden einige allgemeine Erläuterungen zu der vorschlagsgemäßen Funktionseinheit gegeben.
  • Die Funktionseinheit 1 weist mindestens ein verstellbares Funktionselement 2 auf, das der konstruktiven Umsetzung der jeweiligen Funktion dient. Bei einer motorisch betätigbaren Heckklappenanordnung ist ein solches Funktionselement ein noch zu erläuterndes Stellelement.
  • Es ist ferner eine Steuerungseinrichtung 3 vorgesehen, die der Steuerung und/oder der Überwachung der Stellung des Funktionselements 2, und damit der Funktionseinheit 1 dient. Der Steuerungseinrichtung 3 ist ein mit dem Funktionselement 2 gekoppelter Winkelsensor 4 zugeordnet, durch den die Stellung des Funktionselements 2 ermittelbar ist.
  • Dem Winkelsensor 4 ist ein Stator 5 und ein relativ zum Stator 5 um eine Winkelsensorachse 6 schwenkbarer Rotor 7 zugeordnet. Dabei erzeugt der Winkelsensor 4 ein der jeweiligen Stellung des Rotors 7 relativ zum Stator 5 entsprechendes Ausgangssignal 8, das in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist. Das Ausgangssignal 8 ist der Steuerungseinrichtung 3 zugeführt und wird dort entsprechend verarbeitet.
  • Wesentlich ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, daß der Winkelsensor 4 als MR-Winkelsensor (Magneto-Resistance-Winkelsensor) ausgestaltet ist und daß hierfür der Stator 5 eine Auswerteelektronik 9 und der Rotor 7 eine Permanentmagnetanordnung 10 aufweist. Die physikalischen Grundlagen zu einem MR-Winkelsensor wurden im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert.
  • Der Rotor 7 ist relativ zum Stator 5 über einen Meßbereich verstellbar, innerhalb dessen der Winkelsensor 4 das Ausgangssignal erzeugt. Prinzipbedingt umfaßt der Meßbereich des Winkelsensors 4 maximal einen Winkelbereich von 360°. Je nach Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, daß der Meßbereich des Winkelsensors 4 einen Meßbereich von maximal 180° oder weniger umfaßt.
  • Bei der in der Zeichnung dargestellten Funktionseinheit 1, also der Heckklappenanordnung, ist es vorgesehen, daß die Funktionseinheit 1 motorisch betätigbar ist. Hierfür ist die Funktionseinheit 1 mit einem Antrieb 11 mit Antriebsmotor 12 und Stellelement 13 ausgestattet, wobei der Winkelsensor 4 vorzugsweise unmittelbar mit dem Antrieb 11 gekoppelt ist. Dies führt zu einer insgesamt besonders kompakten Anordnung.
  • Die Funktionseinheit 1 umfaßt eine schwenkbare Heckklappe 14, die motorisch betätigbar ist. Eine ausführliche Erläuterung der Heckklappenanordnung ist der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung 20 2004 016 543.0 zu entnehmen, die auf die Anmelderin zurückgeht und deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
  • Die. Fig. 2, 3 zeigen den Antriebsmotor 12 sowie ein schwenkbares Stellelement 13. Exzentrisch am Stellelement 13 angelenkt ist eine Schubstange 15, die an ihrem anderen Ende mit der Heckklappe 14 in Eingriff steht. Zwischen den Antriebsmotor 12 und das Stellelement 13 ist noch ein Übersetzungsrad 16 zwischengeschaltet. Die Schubstange 15 ist nicht unmittelbar mit der Heckklappe 14 gekoppelt, sondern über einen um die Klappenachse 17 schwenkbaren, zweiarmigen Hebel 18.
  • Es sind verschiedene Möglichkeiten der Anbindung des Winkelsensors 4 denkbar. Eine Möglichkeit besteht darin, den Rotor 7 mit dem Funktionselement 2 bei feststehendem Stator 5 zu koppeln. In bestimmten Anwendungsfällen kann es aber auch vorteilhaft sein, den Rotor 7 mit dem Funktionselement 2 und den Stator 5 mit einem weiteren verstellbaren Funktionselement zu koppeln. Dann erfaßt der Winkelsensor 4 die relative Verstellung des einen Funktionselements 2 zu dem anderen Funktionselement. Hier wird deutlich, daß hinsichtlich ihrer Anordnung innerhalb der Funktionseinheit der Stator 5 und der Rotor 7 gegeneinander austauschbar sind. Dies gilt für alle hier erläuterten Ausführungsbeispiele.
  • Bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Heckklappenanordnung ist es vorgesehen, daß der Stator 5 des Winkelsensors 4 feststeht und daß der Rotor 7 des Winkelsensors 4 mit dem Stellelement 13 gekoppelt ist. Grundsätzlich kann es, wie oben allgemein beschrieben, auch vorgesehen sein, daß zur Erfassung einer Relativbewegung zwischen dem Stellelement 13 und der Schubstange 15 der Rotor 7 mit dem Stellelement 13 und der Stator 5 mit der Schubstange 15 gekoppelt ist.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist der Winkelsensor 4 mit dem Funktionselement 2 über eine Getriebeanordnung 19 gekoppelt. Dies bedeutet, daß eine Verstellung des Funktionselements 2 je nach Auslegung der Getriebeanordnung 19 in eine korrespondierende Verstellung des Rotors 7 relativ zum Stator 5 übersetzt wird. Durch eine geeignete Auslegung der Getriebeanordnung 19 ist es möglich, den Meßbereich des Winkelsensors 4 optimal auszunutzen. Die Getriebeanordnung 19 kann als Drehzahlübersetzung oder als Drehzahluntersetzung arbeiten.
  • Wenn man berücksichtigt, daß das Funktionselement 2 über einen Verstellbereich verstellbar ist und daß der Rotor 7 relativ zum Stator 5 über einen Meßbereich verstellbar ist, so ist die Getriebeanordnung 19 vorzugsweise derart ausgelegt, daß bei einer Verstellung des Funktionselements 2 über seinen Verstellbereich der Rotor 7 zumindest einen erheblichen Teil des Meßbereichs und maximal im wesentlichen den gesamten Meßbereich überstreicht.
  • Für die Ausgestaltung der Getriebeanordnung 19 sind zahlreiche Varianten denkbar. Eine bevorzugte Variante zeigt das dargestellte Ausführungsbeispiel.
  • Das in obigem Sinne mit dem Winkelsensor 4 gekoppelte Funktionselement 2 ist hier das Stellelement 13 des Antriebs 11. Das Funktionselement 2 ist um eine Funktionselementachse 20 schwenkbar. Die Winkelsensorachse 6 ist derart von der Funktionselementachse 20 beabstandet, daß die Verstellung des Funktionselements 2 um einen bestimmten Winkelbetrag eine Verstellung des Rotors 7 relativ zum Stator 5 um einen größeren Winkelbetrag bewirkt.
  • Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 7 als Hebel 21 ausgestaltet, dessen eines Ende in ein Langloch 22 des Funktionselements 2, hier also des Stellelements 13, eingreift. Der Hebel 21 kann hier alle denkbaren Formen annehmen, und ist nicht auf eine beispielsweise längliche Hebelform beschränkt. Wesentlich ist nur, daß der Hebel 21 um die Winkelsensorachse 6 schwenkbar ist und einen von der Winkelsensorachse 6 beabstandeten Kraftangriffspunkt aufweist. Fig. 6 ist zu entnehmen, daß der Rotor 7 insgesamt sogar eine im Querschnitt runde Form aufweist, in der die Permanentmagnetanordnung 10 angeordnet ist.
  • Der obigen Beabstandung der Winkelsensorachse 6 zu der Funktionselementachse 20 zusammen mit der obigen Langlochführung des Hebels 21 kommt die Funktion der beschriebenen Getriebeanordnung 19 zu. Im Ergebnis wird hierdurch erreicht, daß bei der Verstellung des Funktionselements 2 über den Verstellbereich von etwa 70° der Rotor 7 einen Winkelbereich von etwa 155° überstreicht. Dadurch ist der Meßbereich des Winkelsensors 4, der beispielsweise 180° beträgt, in vorteilhafter Weise ausgenutzt.
  • Es darf noch darauf hingewiesen werden, daß in einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung auch die Anordnung der Winkelsensorachse 6 in der Funktionselementachse 20 vorgesehen sein kann. Der Winkelsensor 4 wird hier einfach auf die Funktionselementachse 20 aufgesetzt. Dann entfällt allerdings der obige Effekt einer Getriebeanordnung 19 zugunsten der Einsparung von Herstellungskosten.
  • Eine andere Möglichkeit der Ausgestaltung der Getriebeanordnung 19 ist die Ausstattung der Getriebeanordnung 19 mit einem Übersetzungszahnrad oder einer Anordnung von Übersetzungszahnrädern. Ein Anwendungsbeispiel hierfür ist eine motorisch betätigbare Schiebetür, die einen Seilantrieb aufweist. Sofern der Winkelsensor 4 der Seiltrommel o. dgl. zugeordnet und mit dieser gekoppelt ist, stellt sich das Problem, daß der Winkelsensor 4 bei der Betätigung mehrere volle Umdrehungen durchführt. Damit ist eine Ermittlung der absoluten Position durch den Winkelsensor 4, der hier einen maximalen Meßbereich von 360° aufweist, nicht möglich. Daher ist zur Kopplung des Winkelsensors 4 mit der Schiebetür, hier mit der Seiltrommel o. dgl., zumindest ein Übersetzungszahnrad vorgesehen, so daß der Rotor 7 relativ zum Stator 5 bei einer Verstellung der Schiebetür von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung und umgekehrt maximal den Meßbereich des Winkelsensors 4 überstreicht. Das zumindest eine Übersetzungszahnrad bildet die Getriebeanordnung 19, die hier als Drehzahluntersetzung arbeitet.
  • Fig. 6 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des MR-Winkelsensors 4 von der Seite aus gesehen, von der die Kopplung mit dem Funktionselement 2 erfolgt. Die Auswerteelektronik 9 befindet sich in unmittelbarer Nähe der Permanentmagnetanordnung 10, die hier aus einem einzelnen, um die Winkelsensorachse 6 schwenkbaren Permanentmagneten 23 besteht. Die Permanentmagnetanordnung 10 ist mit dem Rotor 7, hier mit dem Hebel 21 fest verbunden. Bei einer Drehung des Rotors 7 schwenkt also die Permanentmagnetanordnung 10 relativ zum Stator 5 um die Winkelsensorachse 6.
  • Der Winkelsensor 4 ist mit einem Winkelsensorgehäuse 24 ausgestattet, das die obige Auswerteelektronik 9 aufnehmen kann Eine besonders einfache Montage ergibt sich in besonders bevorzugter Ausgestaltung dadurch, daß das Winkelsensorgehäuse 24 zumindest zweiteilig ausgestaltet ist und daß die Teile des Winkelsensorgehäuses 24 miteinander verklipst sind.
  • Grundsätzlich kann der Rotor 7 unabhängig vom Winkelsensor 4 im übrigen ausgestaltet sein, da die Permanentmagnetanordnung 10 eine drahtlose Kopplung zu der Auswerteelektronik 9 herstellt. Beispielsweise kann die Permanentmagnetanordnung 10 auch in das Funktionselement 2 integriert, beispielsweise eingespritzt sein. Es kann ferner vorgesehen sein, daß eine ohnehin vorhandene Komponente wie das Funktionselement 2 selbst die Permanentmagnetanordnung 10 bereitstellt. Beispielsweise ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, daß eine Welle - Funktionselement 2 - derart magnetisiert und angeordnet ist, daß sie mit einer entsprechenden Auswerteelektronik 9 einen vorschlagsgemäßen Winkelsensor 4 bildet.
  • Eine besonders einfache Montage ergibt sich dadurch, daß der Rotor 7 im Winkelsensorgehäuse 24 drehbar gelagert ist. Vorteilhaft ist dabei die Tatsache, daß hierdurch die Einhaltung ggf. vorgegebener Abstände zwischen dem Stator 5 und dem Rotor 7 gewährleistet ist. Auch eine komplette Vormontage des Winkelsensors 4 ist hierdurch möglich, da der Winkelsensor 4 ein in sich abgeschlossenes Bauteil darstellt.
  • Der Rotor 7 weist vorzugsweise ein Rotorgehäuse 25 auf, das weiter vorzugsweise zumindest zweiteilig ausgestaltet ist. Wiederum montagefreundlich ist die Variante, daß die Teile des Rotorgehäuses 25 miteinander verklipst sind. Das Rotorgehäuse 25 nimmt die obige Permanentmagnetanordnung 10 auf.
  • Der vormontierte Winkelsensor 4 wird bei der Montage vorzugsweise an die Funktionseinheit 1 angeklipst. Es ist auch die Befestigung mittels Schrauben denkbar, die durch die hohe Haltekraft ggf. gleichzeitig für einen wasserdichten Abschluß des Winkelsensorgehäuses 24 sorgen.
  • Die Auswerteelektronik 9 ist in besonders bevorzugter Ausgestaltung umspritzt bzw. mit dem Winkelsensorgehäuse 24 oder mit einer weiteren Kunststoffkomponente vergossen, so daß der Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit weiter erhöht wird. Die Auswerteelektronik 9 weist vorzugsweise eine Platine auf, auf der Steckeranschlüsse des Winkelsensors 4 direkt verlötet sind. Die Steckeranschlüsse sind durch das Winkelsensorgehäuse 24 nach außen geführt.
  • Der Anschluß des Winkelsensors 4 ist damit unmittelbar am Winkelsensorgehäuse 24 möglich.
  • Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Beschreibung der vorschlagsgemäßen Lösung anhand einer Heckklappenanordnung eines Kraftfahrzeugs lediglich beispielhaft zu verstehen ist Die obigen Ausführungen gelten insbesondere hinsichtlich der konstruktiven Varianten identisch für die Anordnung mit einem schwenkbaren Kofferraumdeckel oder einer schwenkbaren Motorhaube.
  • Auch Funktionseinheiten 1 wie eine schwenkbare Seitentür eines Kraftfahrzeugs oder eine Schiebetür eines Kraftfahrzeugs sind von der vorschlagsgemäßen Lösung umfaßt.

Claims (6)

  1. Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einem verstellbaren Funktionselement (2), wobei zur Steuerung und/oder zur Überwachung der Stellung des Funktionselements (2) eine Steuerungseinrichtung (3) vorgesehen ist, wobei die Funktionseinheit (1) eine schwenkbare Heckklappe (14) o. dgl. umfaßt,
    wobei zur motorischen Betätigung der Funktionseinheit (1) ein Antriebsmotor (12) vorgesehen ist und das Funktionselement (2) als schwenkbares Stellelement (13) ausgestaltet ist, an dem eine Schubstange (15) exzentrisch angelenkt ist, wobei die Schubstange (15) mit der Heckklappe (14) gekoppelt ist,
    wobei zur Ermittlung der Stellung des Funktionselements (2) ein mit dem Funktionselement (2) gekoppelter Winkelsensor (4) vorgesehen ist, wobei dem Winkelsensor (4) ein Stator (5) und ein relativ zum Stator (5) um eine Winkelsensorachse (6) schwenkbarer Rotor (7) zugeordnet ist, der eine Permanentnagnetanordnung (10) aufweist,
    wobei der Winkelsensor (4) ein der jeweiligen Stellung des Rotors (7) relativ zum Stator (5) entsprechendes Ausgangssignal (8) erzeugt und wobei das Ausgangssignal (8) der Steuerungseinrichtung (3) zugeführt ist,
    wobei der Winkelsensor (4) als MR-Winkelsensor (Magneto-Resistance-Winkelsensor) ausgestaltet ist, mit dem eine unmittelbare Messung der absoluten Stellung des Rotors (7) erfolgt und wobei hierfür der Stator (5) eine Auswerteelektronik (9) aufweist, die ein analoges oder digitales Ausgangssignal (8) erzeugt, das Aufschluß über die Stellung des Rotors (7) gibt,
    wobei der Rotor (7) relativ zum Stator (5) über einen Meßbereich verstellbar ist, innerhalb dessen der Winkelsensor (4) das Ausgangssignal erzeugt und der einen Winkelbereich von maximal 360° umfaßt und
    wobei der Winkelsensor (4) vormontiert ist und ein Winkelsensorgehäus (24) aufweist, in dem der Rotor (7) drehbar gelagert ist und wobei der Winkelsensor (4) auf die Funktionaelementachse (20) aufgesetzt und an der Funktionseinheit (1) befestigt ist.
  2. Funktionseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich einen Winkelbereich von maximal 180° umfaßt.
  3. Funktionseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) mit dem Funktionselement (2) gekoppelt ist und der Stator (5) feststeht, oder, daß der Rotor (7) mit dem Funktionselement (2) gekoppelt ist und der Stator (5) mit einem weiteren verstellbaren Funktionselement gekoppelt ist.
  4. Funktionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelsensor (4) mit dem Funktionselement (2) über eine Getriebeanordnung (19) gekoppelt ist, vorzugsweise, daß das Funktionselement (2) über einen Verstellbereich verstellbar ist, daß der Rotor (7) relativ zum Stator (5) über einen Meßbereich verstellbar ist und daß die Getriebeanordnung (19) derart ausgelegt ist, daß bei einer Verstellung des Funktionselements (2) über seinen Verstellbereich der Rotor (7) relativ zum Stator (5) zumindest einen erheblichen Teil des Meßbereichs und maximal im wesentlichen den gesamten Meßbereich überstreicht.
  5. Funktionseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement (2) um eine Funktionselementachse (20) schwenkbar ist und daß die Winkelsensorachse (6) derart von der Funktionselementachse (20) beabstandet ist, daß die Verstellung des Funktionselements (2) um einen bestimmten Winkelbetrag eine Verstellung des Rotors (7) relativ zum Stator (5) um einen größeren Winkelbetrag bewirkt, vorzugsweise, daß der Rotor (7) als Hebel (21) ausgestaltet ist, dessen eines Ende in ein Langloch (22) des Funktionselements (2) eingreift.
  6. Funktionseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kopplung des Winkelsensors (4) mit dem Funktionselement (2) mindestens ein Übersetzungszahnrad vorgesehen ist, so daß der Rotor (7) relativ zum Stator (5) bei einer Verstellung des Funktionselements (2) über seinen Verstellbereich einen erheblichen Teil des Meßbereichs und maximal den gesamten Meßbereich überstreicht.
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