EP1982030B1

EP1982030B1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der schliessbewegung eines karosseriebauteils für fahrzeuge

Info

Publication number: EP1982030B1
Application number: EP06841413A
Authority: EP
Inventors: Robert Neundorf; Georg Scheck; Stephan Starost; Uwe Klippert; Dalibor Rietdijk; Karl-Heinz Bauer; Ulf Nitzsche
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: CN101379262A; CN101379262B; EP1982030A1; DE102005061610A8; JP4929291B2; DE102005061610A1; WO2007071641A1; ATE483085T1; US20090217596A1; JP2009520893A; US8234817B2; DE502006007994D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Schließbewegung eines von Hand schließbaren Karosseriebauteils für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, beispielsweise einer Schwenktür, Schiebetür, Schwenk/Schiebetür, Haube, Klappe, eines Schiebedachs oder dergleichen.

Hintergrund der Erfindung

Karosseriebauteile der vorgenannten Art werden heutzutage zum größten Teil durch manuelles Betätigen geschlossen. Beim Zuschlagen bzw. Zuwerfen wird häufig zu viel Energie in den Schließvorgang eingebracht, was das Karosseriebauteil und in diesem gelagerte Funktionsbauteile oder deren Aufhängung beim Schließen des Karosseriebauteils durch die dann auftretenden hohen Beschleunigungen hoch belastet. Dies führt einerseits zu aufwendigen Maßnahmen zum Entklappern, um auch im Dauereinsatz ein klapperfreies Verstellen des Karosseriebauteils zu ermöglichen. Andererseits müssen die Funktionsbauteile und deren Lagerung für einen zuverlässigen Dauerbetrieb hoch belastbar ausgelegt werden. Heutzutage müssen Kraftfahrzeugtüren für etwa 100.000 und mehr Belastungen bei Beschleunigungskräften von 30g bis 50g ausgelegt werden, was eine aufwendige Auslegung und Lagerung dieser Funktionsbauteile erfordert und die Kosten unnötig erhöht. Wünschenswert wäre es deshalb, wenn zuverlässig ausgeschlossen werden kann, dass die Bedienperson Karosseriebauteile der vorgenannten Art mit zu hoher Geschwindigkeit manuell schließt, bzw. zuwirft.
Aus dem Stand der Technik sind Maßnahmen bekannt, bei denen Türen oder dergleichen mittels eines elektrischen Antriebs automatisch geschlossen werden. Im Normalbetrieb kann die Tür nicht von Hand angetrieben bzw. betätigt werden, so dass die vorgenannten Probleme zuverlässig ausgeschlossen sind. Allerdings ist ein solcher automatischer Türantrieb vergleichsweise aufwendig und sind im Falle eines Systemausfalls aufwendige Sicherungsmaßnahmen zu treffen.
DE 41 40 197 C2 offenbart ein Verfahren zum Verstellen eines fremdkraftbetätigbaren Bauteils, bei dem die Tür beim Öffnen oder Schließen so stark abgebremst wird, dass beim Schließen erst nach einem erneuten Befehl, ausgelöst durch Betätigen eines elektrischen Schalters, möglich ist. Ein Verriegeln bzw. vollständiges Schließen der Tür kann nur manuell erfolgen. Dieses System erfordert im Vergleich zu einer manuell verschließbaren Tür ein Umlernen der Bedienperson, was häufig nicht gewünscht ist.
Aus dem Stand der Technik sind auch Zuziehhilfen zum Zuziehen von Kraftfahrzeugen bekannt, wie beispielsweise in der DE 101 55 307 A1 und der DE 103 27 448 A1 offenbart. Solche Türschließsysteme erfordern jedoch ein Schließen der Tür bis zur so genannten Vorraste. Beim manuellen Schließen der Tür bis zur Vorrast können die vorgenannten Probleme dennoch auftreten.
Ergänzend sei nachfolgend der folgende Stand der Technik angeführt: DE 38 16 175 C2 , entsprechend dem US-Patent 4,945,677 , offenbart eine Schwenkschiebetür für Kraftfahrzeuge.
DE 103 23 001 A1 , entsprechend US 2004/0020126 A1 , offenbart eine Fahrzeugtürvorrichtung mit einem Antriebs- und Schließmechanismus, bei der ein Steuermechanismus vorgesehen ist, um Betätigungen des Antriebs- und Schließmechanismus basierend auf einem Türschließbefehl zu steuern, und bei der eine Erfassungsvorrichtung vorgesehen ist um zu erfassen, ob ein Schließstück innerhalb des Bereichs positioniert ist, in dem das Schließstück mit einem Riegel in Eingriff gebracht werden kann. Ferner ist ein Antriebskraftverringerungsmechanismus vorgesehen, der in dem Steuermechanismus zum Verringern eines Leistungsausgangs des Antriebsmechanismus vorgesehen ist, nachdem die Erfassungseinrichtung erfasst, dass das Schließstück innerhalb des Bereichs positioniert ist, in dem das Schließstück mit dem Riegel eingreifbar ist.
DE 102 45 192 A1 , entsprechend US 2006/0151231 A1 , offenbart eine Vorrichtung zum Schließen einer Kraftfahrzeugtür. Ein erstes Schlossteil ist mit einem Schaltelement gekoppelt, von dessen Schaltzustand die Aktivierung einer Schließhilfe abhängig ist, welche die Schlossteile in eine Schließposition überführt.
DE 1 580 047 A , entsprechend dem US-Patent 3,398,484 , offenbart eine Einrichtung zum Antrieb einer Kraftfahrzeugtür.
Das US-Patent 6,359,762 B1 offenbart ein Verfahren zum Steuern einer angetriebenen Schiebetür. Nach dem Verfahren wird die Gleitgeschwindigkeit von einem Sensor gemessen, nachdem ein vorbestimmtes Zeitintervall nach Betätigung eines Antriebsmotors der Schiebetür verstrichen ist. Die gemessene Gleitgeschwindigkeit wird mit einer unteren Grenzgeschwindigkeit in Entsprechung zu einem Wert der Batteriespannung des Fahrzeugs verglichen. Die Bewegung der Schiebetür wird abgebrochen oder reversiert, wenn die Gleitgeschwindigkeit niedriger ist als die untere Grenzgeschwindigkeit. Dadurch sollen Betriebsstörungen aufgrund einer ungenügenden Stromversorgung des Systems verhindert werden. Insbesondere soll dadurch auch ein zuverlässiger Einklemmschutz bewirkt werden.
Das US-Patent 5,076,016 offenbart eine angetriebene Kraftfahrzeugschiebetür mit einer elektromagnetischen Kupplung, um einen Seilzug zum Öffnen und Schließen der Schiebetür anzutreiben.
Ein weiteres Problem beim Schließen von Karosseriebauteilen der vorgenannten Art ist ein Einklemmen von Objekten oder Körperteilen beim Schließvorgang. Ein zuverlässiger Einklemmschutz ist deshalb ebenfalls wünschenswert.
DE 42 24 132 A1 offenbart ein Türfeststellsystem, bei dem es primär darum geht, eine Kraftfahrzeugtür in jeder beliebigen Winkelstellung zu halten. Offenbart ist, dass mit dem Türfeststellsystem auch eine Türzuziehfunktion erfüllt werden kann und die Tür gedämpft in die Endlagen geführt werden kann, was bedeutet, dass die Tür mit geringer kinetischer Energie in den geschlossenen bzw. verriegelten Zustand einlaufen oder im Falle eines aktiven Türschließsystems beim Einlaufen in den geschlossenen bzw. verriegelten Zustand abgebremst werden soll. Offenbart ist jedoch nicht, dass die kinetische Restenergie der Tür nach Durchlaufen des zweiten Verstellbereichs und Erreichen eines vorbestimmten, nicht verschwindenden Öffnungswinkels einen vorbestimmten, nicht verschwindenden Grenzwert nicht überschreitet, die kinetische Restenergie jedoch nicht ausreichend ist, um die Tür selbsttätig zu schließen oder um die Tür in eine Vorraste oder Hauptraste eines Schlosses zu überführen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung soll ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dergestalt bereit gestellt werden, dass das Karosseriebauteil zuverlässig mit vergleichsweise geringer, insbesondere definierter kinetischer Restenergie in den vollständig geschlossenen Zustand einläuft. Gemäß weiteren Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung soll ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorgenannten Art in einfacher Weise bereit gestellt werden, so dass Aufwand bei der Auslegung und Lagerung von Funktionsbauteilen des Karosseriebauteils eingespart werden kann. Gemäß weiteren Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung soll ferner ein zuverlässiger Einklemmschutz gewährleistet werden.
Diese und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 2 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Somit geht die vorliegende Erfindung aus von einem Verfahren zum Steuern der Schließbewegung eines von Hand schließbaren Karosseriebauteils für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, beispielsweise einer Schwenktür, Schiebetür, Schwenk/Schiebetür, Haube, Klappe, eines Schiebedachs oder dergleichen. Bei dem Verfahren durchläuft das Karosseriebauteil bei der Schließbewegung ausgehend von einer geöffneten Stellung einen ersten Verstellbereich, in welchem das Karosseriebauteil ohne Eingriff eines Steuerorgans zur geschlossenen Stellung hin bewegt wird, wobei das Karosseriebauteil an den ersten Verstellbereich anschließend einen zweiten Verstellbereich durchläuft, in welchem die Schließbewegung des Karosseriebauteils durch Eingriff des Steuerorgans so verändert wird, dass die kinetische Restenergie des Karosseriebauteils nach Durchlaufen des zweiten Verstellbereichs einen vorbestimmten Grenzwert nicht überschreitet.
Während das Karosseriebauteil in dem ersten Verstellbereich ohne Restriktionen von Hand geschlossen, insbesondere auch zugeworfen, werden kann, wird unabhängig von der in dem ersten Verstellbereich vorgegebenen Geschwindigkeit bzw. kinetischen Energie durch verändern des Bewegungszustands dafür gesorgt, dass das Karosseriebauteil mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit bzw. kinetischer Energie in den geschlossenen Zustand einläuft. Somit können die Funktionselemente des Karosseriebauteils und deren Lagerung erfindungsgemäß einfacher und weniger stabil ausgelegt werden, was erhebliche Kostenvorteile bietet. Dennoch kann erfindungsgemäß ein zuverlässiger Dauerbetrieb des Karosseriebauteils gewährleistet werden.
Erfindungsgemäß ist die kinetische Restenergie am Ende des zweiten Verstellbereichs nicht ausreichend, um das Karosseriebauteil selbsttätig zu schließen bzw. dieses in eine Vorraste oder Hauptraste eines Schlosses zu überführen. Eine Beschädigung des Karosseriebauteils und seiner Funktionselemente und deren Lagerung aufgrund einer allzu starken Beschleunigung zu Beginn oder während des Schließvorgangs kann so noch zuverlässiger vermieden werden.
Dabei durchläuft das Karosseriebauteil an den zweiten Verstellbereich anschließend einen dritten Verstellbereich, in welchem eine Antriebseinrichtung dieses bis zu der Vorraste oder Hauptraste des Schlosses antreibt. In diesem dritten Verstellbereich wird das Karosseriebauteil somit unter kontrollierten, vorgebbaren Bedingungen geschlossen, sodass eine Beschädigung des Karosseriebauteils und seiner Funktionselemente und deren Lagerung aufgrund einer zu hohen Geschwindigkeit beim Einfahren in den geschlossenen Zustand erfindungsgemäß ausgeschlossen werden kann.
Der erfindungsgemäße Schließvorgang zeichnet sich durch eine hohe Bedienerfreundlichkeit aus. Die Bedienperson braucht das Karosseriebauteil zu Beginn des Schließvorgangs einfach nur von Hand zuschlagen bzw. zuwerfen. Eine Steuerung sorgt dann dafür, dass das Karosseriebauteil ausreichend abgebremst wird. Anschließend wird das Karosseriebauteil selbsttätig und automatisch zugezogen bzw. geschlossen. Bei der Bedienung tritt rasch ein Gewöhnungseffekt ein, sodass die Bedienperson rasch erlernt, das Karosseriebauteil mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zuzuschlagen bzw. zuzuwerfen, und sich darauf verlässt, dass der restliche Schließvorgang automatisch sicher und zuverlässig ausgeführt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Antriebseinrichtung durch Entleeren eines Energiespeichers angetrieben, der während des manuellen Öffnens und/oder Schließens des Karosseriebauteils durch Bremsen bzw. Dämpfen einer Öffnungs- und/oder Schließbewegung aufgefüllt wird. Durch Wandeln eines Teils der beim Öffnen und/oder Schließen des Karosseriebauteils von Hand eingebrachten Energie, wird Energie zum Antreiben der Zuziehhilfe im dritten Verstellbereich nicht nur gespart, sondern kann auch eine einfachere Auslegung des Karosseriebauteils realisiert werden. Insbesondere kann eine gesonderte Energieversorgung, insbesondere Bestromung, eines Antriebs der Zuziehhilfe grundsätzlich auch weggelassen werden.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform wird der Energiespeicher durch Betreiben eines einer anderen Verstellfunktion als dem Schließen und/oder Öffnen des Karosseriebauteils dienenden Verstellmotors aufgefüllt, beispielsweise durch einen Fensterhebermotor, einen Schlossantrieb, einen Zentralverriegelungsmotor oder einen elektrischen Armstützenverstellmotor. Die Verwendung ein und desselben Antriebsmotors für unterschiedliche Funktionen hilft Kosten und Gewicht einzusparen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Karosseriebauteil in dem dritten Verstellbereich von einem Elektromotor bis zu der Vorraste oder Hauptraste des Schlosses angetrieben. Die Schließbewegung wird dabei bevorzugt so ausgeführt, dass im Falle eines Einklemmens der Antrieb entweder überdrückt wird oder aber der Motor reversiert, sodass eine Einklemmschutzfunktion realisiert ist. Aufgrund der niedrigen Schließgeschwindigkeit in dem dritten Verstellbereich kann ein Einklemmen erfindungsgemäß ohnehin nicht zu größeren Schäden führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Schließbewegung des Karosseriebauteils mittels einer ankoppelbaren Bremseinrichtung abgebremst, bis die vorbestimmte kinetische Restenergie erreicht ist. Zu diesem Zweck kann eine Kupplungseinrichtung vorgesehen sein. Oder aufgrund der geometrischen Auslegung des Karosseriebauteils, der zugeordneten Fahrzeugöffnung und der Anordnung der Bremseinrichtung wird ohne eine zusätzliche Kupplungseinrichtung gewährleistet, dass die Bremseinrichtung erst bei Erreichen des zweiten Verstellbereichs an die Schließbewegung des Karosseriebauteils ankoppelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform steigt die Bremsrate der Bremseinrichtung mit zunehmender Schließgeschwindigkeit des Karosseriebauteils an, bevorzugt nichtlinear. Auf diese Weise wird ein sanfter, ruckfreier, kontinuierlicher Übergang der Schließbewegung von dem zweiten zu dem dritten Verstellbereich erzielt, was einen hohen Bedienkomfort ermöglicht und zu einem störungsfreieren Dauerbetrieb führt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Bremsrate der Bremseinrichtung in Abhängigkeit von einer ermittelten Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Schließbewegung oder von einem ermittelten zurück gelegten Schließweg des Karosseriebauteils verändert. Zu diesem Zweck ist bevorzugt eine elektronische Steuereinrichtung, insbesondere ein Mikroprozessor, vorgesehen, der die Bewegungsgrößen des Karosseriebauteils ständig überwacht und kontrollierend eingreift, um den Soll-Bewegungszustand zum Ende des zweiten Verstellbereichs zu gewährleisten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Bremsrate der Bremseinrichtung ferner in Abhängigkeit von einem Typ oder Hersteller des Karosseriebauteils, von einer Lage des Fahrzeugs, von einer Identifikation eines Benutzers des Fahrzeugs und/oder von einem Ausgangssignal einer Logikeinheit, insbesondere einer Fuzzy-Logik oder eines neuronalen Netzes, verändert. Die Fuzzy-Logik bzw. das neuronale Netz ermöglicht, dass die Steuerelektronik einen typischen Schließvorgang einer Bedienperson, die auch identifiziert werden kann, erlernt und in Kenntnis eines typischen Schließvorgangs geeignet kontrollierend in die Schließbewegung eingreift.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Grenzen zwischen den Verstellbereichen konstant sind.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein elektronisches Steuerprogramm, das, wenn dieses von einem Prozessormittel, beispielsweise einem Steuer-IC oder Mikroprozessor, ausgeführt wird bewirkt, dass die vorgenannten Verfahrensschritte zum Steuern der Schließbewegung eines Karosseriebauteils der vorgenannten Art ausgeführt werden.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Steuern der Schließbewegung eines Karosseriebauteils der vorgenannten Art, wie vorstehend beschrieben.

Figurenübersicht

Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:

Fig. 1: in einer schematischen Übersicht die von einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten Schritte zum Schließen einer Schwenktür zusammen mit einer Gegenüberstellung der beim Öffnen der Schwenktür ausgeführten Schritte;
Fig. 2: beispielhafte Kurven der Geschwindigkeit einer Schwenktür aufgetragen über den Öffnungswinkel für unterschiedliche Anfangsgeschwindigkeiten;
Fig. 3a: in einem schematischen Diagramm ein mechatronisches Türschließsystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3b: ein rein mechanisches Türschließsystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3c: ein mechatronisches Türschließsystem gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem ein einer anderen Verstellfunktion dienender Elektromotor zum Aufladen eines mechanischen Energiespeichers dient;
Fig. 4: in einer schematischen Seitenansicht eine Kraftfahrzeugtür mit dem Schließsystem gemäß der Fig. 3a;
Fig. 5a-5d: ein Ausführungsbeispiel für ein mechatronisches Türschließsystem gemäß der Fig. 3a in vier unterschiedlichen Betriebszuständen;
Fig. 6: in einer schematischen Seitenansicht eine Kraftfahrzeugtür mit einem rein mechanischen Türschließsystem gemäß der Fig. 3b;
Fig. 7: in einer Explosionsansicht ein Ausführungsbeispiel für ein rein mechanisches Türschließsystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8a und 8b: das Türschließsystem gemäß der Fig. 7 in einer Vorder- und Rückansicht bei vollständig geschlossener Tür;
Fig. 9a und 9b: das Türschließsystem gemäß der Fig. 7 in einer Vorder- und Rückansicht bei teilweise geöffneter Tür;
Fig. 10a und 10b: das Türschließsystem gemäß der Fig. 7 in einer Vorder- und Rückansicht bei noch weiter geöffneter Tür;
Fig. 11a und 11b: das Türschließsystem gemäß der Fig. 7 in einer Vorder- und Rückansicht bei maximal geöffneter Tür;
Fig. 12a und 12b: das Türschließsystem gemäß der Fig. 7 in einer Vorder- und Rückansicht bei teilweise geschlossener Tür;
Fig. 13a und 13b: das Türschließsystem gemäß der Fig. 7 in einer Vorder- und Rückansicht bei praktisch vollständig geschlossener Tür unmittelbar vor einem Verriegeln des Türschlosses; und
Fig. 14a und 14b: das Türschließsystem gemäß der Fig. 7 in einer Vorder- und Rückansicht bei vollständig geschlossener Tür, wenn das Türschloss verriegelt wird.

In sämtlichen Figuren bezeichnen identische Bezugzeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Elementgruppen.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen

Nachfolgend wird anhand der Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern der Schließbewegung einer Kraftfahrzeug-Schwenktür beschrieben werden. In der linken Spalte sind dabei beispielhafte Türöffnungswinkel angegeben, die jedoch auch anders gewählt oder variiert werden können. Ausgegangen wird dabei von einer Schwenktür, die eine Brems- oder Dämpfungseinrichtung zum Bremsen bzw. Dämpfen der Türschließbewegung sowie einen Antrieb zum Antreiben der Türschließbewegung aufweist. Eine Kupplung dient dabei zum Einkuppeln der Brems- oder Dämpfungseinrichtung in den Kraftfluss zwischen der Tür und der Fahrzeugkarosserie. Diese Kupplung kann, wie im Übrigen auch der Antrieb, elektronisch gesteuert werden, kann jedoch auch auf mechanischem Wege geöffnet und geschlossen werden. Wie nachfolgend ausführlicher dargelegt werden wird, kann es sich bei dem Antrieb um einen Elektroantrieb oder einen rein mechanischen Antrieb handeln, gespeist von einem Energiespeicher, der während des Öffnens und/oder Schließens der Fahrzeugtür oder durch einen zusätzlichen, einer anderen Verstellbewegung dienenden Elektromotor aufgeladen wird, wie nachfolgend ausgeführt.
Gemäß der rechten Spalte der Fig. 1 beginnt der Schließvorgang mit einem manuellen Schließen in einem ersten Verstellbereich (Türöffnungswinkel 75° bis 20° oder bis zu einem anderen variabel vorgebbaren Öffnungswinkel), in welchem der Antrieb ausgeschaltet ist und die Kupplung offen ist, so dass die Tür in dem ersten Verstellbereich ohne Restriktionen geschlossen werden kann. Dieses Schließen kann von Hand geführt oder durch Türzuschlagen erfolgen. Je nach dem Benutzer variiert die Geschwindigkeit der Tür in dem ersten Verstellbereich beim manuellen Führen oder Türzuschlagen teilweise erheblich.
Dem ersten Verstellbereich schließt sich ein zweiter Verstellbereich an, in dem die Türschließbewegung abgebremst wird, mit dem Ziel, dass bei einem vorbestimmten Winkel, der bei dem Ausführungsbeispiel 11° beträgt, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt sein soll, die Tür eine vorbestimmte Maximalgeschwindigkeit bzw. maximale kinetische Energie nicht überschreiten soll. Diese maximale Geschwindigkeit bzw. kinetische Energie ist erfindungsgemäß so vorgegeben, dass die Tür aufgrund der kinetischen Restenergie am Ende des zweiten Bereichs nicht selbsttätig, das heißt ohne zusätzlichen Antrieb, geschlossen werden kann. Auch während des Abbremsens im zweiten Verstellbereich bleibt der Antrieb ausgeschaltet. Durch geeignetes Öffnen und Schließen der Kupplung wird ein kontrolliertes Abbremsen der Türschließbewegung in dem zweiten Verstellbereich erzielt, bis am Ende des zweiten Bereichs die definierten Sollbedingungen bezüglich Türgeschwindigkeit, Drehmoment, kinetischer Energie und dergleichen erfüllt sind. Wie nachfolgend ausführlicher dargelegt, kann durch Schließen der Kupplung und Einkuppeln der Bremseinrichtung ein Teil der kinetischen Energie der Tür in einem Energiespeicher zwischengespeichert werden, der nachfolgend eine Antriebseinrichtung zum Zuziehen der Tür in einem dritten, sich dem zweiten Verstellbereich anschließenden Verstellbereich dient. Solche Energiespeicher können auf mechanischer, pneumatischer, hydraulischer, elektrischer, magnetischer oder grundsätzlich auch chemischer Funktionsweise basieren.
Die vorgenannten Bedingungen zum Ende des zweiten Bereichs (beim Ausführungsbeispiel bei einem Öffnungswinkel von etwa 11°) können insbesondere so gewählt werden, dass Sicherheitsaspekten Rechnung getragen wird. Dies können sein: Einhalten einer maximalen Einklemmkraft im hinteren oder vorderen Bereich der Tür, insbesondere im Bereich der Fahrzeug-B-Säule, beispielsweise in Anpassung an gesetzliche Erfordernisse; Einhalten einer maximalen Schließgeschwindigkeit, so dass beim Einlaufen der Tür in einen Dichtungsabschnitt und des Türschlosses in einen zugeordneten Verriegelungsabschnitt, insbesondere Verriegelungsbolzen, eine maximale negative Beschleunigung nicht überschritten wird, so dass eine allzu stabile Auslegung der Türelemente und deren Aufhängung bzw. Lagerung erfindungsgemäß nicht zwingend erforderlich ist. Auf diese Weise kann insbesondere auch ein zu starkes Türschlagen zuverlässig verhindert werden.
Gemäß der rechten Spalte der Fig. 1 schließt sich dem zweiten Verstellbereich ein dritter Verstellbereich an, in dem die Tür automatisch zugezogen wird. Zu diesem Zweck wird der Antrieb eingeschaltet und die Kupplung zum Einkuppeln der Antriebskraft geschlossen. Die Zuziehbewegung der Tür erfolgt dabei mit konstanter oder auch variabler, insbesondere abnehmender, Geschwindigkeit. Am Ende des dritten Bereichs ist die Fahrzeugtür nahezu vollständig oder vollständig geschlossen, wie durch den beispielhaft angeführten Türöffnungswinkel von 0,3° angedeutet. Insbesondere bei Türsystemen, bei denen aus einer Dichtungselastizität herrührende Dichtungskräfte nicht unter Zuhilfenahme einer entsprechenden Untersetzung des Antriebs überwunden werden müssen, kann die Tür am Ende des dritten Bereichs auch vollständig geschlossen sein.
Gemäß der Fig. 1 schließt sich dem dritten Verstellbereich ein vierter Verstellbereich an, in dem das Türschloss verriegelt wird. Zu diesem Zweck wird der Antrieb eingeschaltet und die Kupplung geschlossen, um den Kraftfluss zu schließen. Bei Systemen, bei denen eine hohe Dichtungskraft überwunden werden muss, kann es erforderlich sein, den Antrieb in diesem vierten Verstellbereich entsprechend zu untersetzen. Zum automatischen Zuziehen der Tür können beispielsweise motorische Zuzieheinrichtungen eingesetzt werden, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt sind, beispielsweise aus der DE 101 55 307 A1 oder DE 102 31 825 A1 . Zum Überwinden großer Dichtungskräfte kann insbesondere ein von einem motorischen Antrieb beaufschlagtes Hebelelement verwendet werden, wie dieses beispielsweise aus der DE 103 27 448 A1 bekannt ist. Der Inhalt der vorgenannten Druckschriften sei hiermit im Wege der Bezugnahme ausdrücklich zu Offenbarungszwecken in dieser Anmeldung beinhaltet.
Anschließend wird die Tür zugehalten, der Antrieb ausgeschaltet und die Kupplung geöffnet. Im Falle einer mechanischen Zuziehhilfe kann somit ein Zurückkehren der Zuziehhilfe in ihre Ausgangsstellung erzielt werden. Gemäß der linken Spalte der Fig. 1 bleibt der Antrieb während des gesamten Öffnungsvorgangs ausgeschaltet und die Kupplung offen, so dass die Tür ohne Restriktionen geöffnet werden kann.
Während des gesamten Öffnens und Schließens der Tür können Sensoren den Bewegungszustand und/oder die Umgebung der Tür überwachen. Wie nachfolgend ausgeführt, können Ausgangssignale dieser Sensoren an eine Steuerelektronik zum Steuern der Türbewegung ausgegeben werden. Teilweise können diese Sensoren auch durch rein mechanisch funktionierende Taster ersetzt werden, wie nachfolgend ausgeführt. Als Beispiel für einen Sensor zum Erfassen des Öffnungswinkels und daraus abgeleitet der Winkelgeschwindigkeit und der Winkelbeschleunigung einer Schwenktür sei ein Potentiometer angeführt, das auf einem Türscharnier vorgesehen oder mit diesem gekoppelt ist. Selbstverständlich können solche Sensoren auch resistiv, kapazitiv, magnetisch, optoelektronisch oder in einer anderen Weise realisiert werden. Auf vergleichbare Weise lassen sich auch Sensoren zur Detektion eines Einklemmzustands realisieren, der ebenfalls von einer elektronischen Steuereinrichtung detektiert werden kann, um ein Abbremsen oder Reversieren der Tür auszulösen.
Als weiteres Bespiel für einen solchen Sensor liegt der Fig. 1 ein eine Außenseite der Fahrzeugtür überwachender Anschlagsensor zugrunde, beispielsweise ein optischer Sensor, insbesondere Infrarot-Sensor, oder ein Ultraschallsensor, welcher die Umgebung der Außenseite der Fahrzeugtür darauf überwacht, ob eine Kollision mit einem in der Nähe befindlichen Hindernis droht. Falls dies der Fall ist, wird gemäß der Fig. 1 die Kupplung wahlweise geschlossen, um den Kraftfluss zur Bremseinrichtung zu schließen und ein geeignetes Abbremsen der Tür während des manuellen Öffnens und ein sich anschließendes Feststellen der Tür zu erzielen und so eine Kollision mit dem Hindernis zu verhindern. Während eines normalen Öffnungsvorgangs wird hingegen die Kupplung erst bei Erreichen eines maximalen Türöffnungswinkels, bei dem Ausführungsbeispiel von etwa 75°, geschlossen, um die Tür bis zum Stillstand abzubremsen (Endanschlagdämpfung). Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung wird dieselbe Bremseinrichtung sowohl zum Abbremsen der Tür beim Schließen als auch beim Öffnen verwendet. Gemäß der Fig. 1 kann diese Bremseinrichtung auch zum Feststellen der Tür bei einem vorgegebenen Türöffnungswinkel durch Schließen der Kupplung verwendet werden.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 2 das Schließverhalten einer Fahrzeugtür gemäß der vorliegenden Erfindung beim Zuschlagen von Hand mit unterschiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten erläutert. Der Fig. 2 liegt eine Schwenktür zugrunde, die gestrichelte Linie symbolisiert eine negative Grenzbeschleunigung von 5g. Die fett eingezeichnete Linie entspricht einer bei dem Ausführungsbeispiel zulässigen Maximalgeschwindigkeit von 0,1m/s. Gemäß der Fig. 2 nimmt die Geschwindigkeit der Tür aufgrund von Reibungskräften zunächst linear ab, bis schließlich durch Schließen der Kupplung die Bremseinrichtung eingekuppelt wird, um die Tür abzubremsen. Bei einer Tür mit elektronischer Steuereinrichtung kann dieses Einkuppeln durch ein elektronisches Signal ausgelöst werden. Gemäß der Fig. 2 wird die Tür je nach dem tatsächlichen Geschwindigkeitsverlauf, der ständig überwacht wird, unterschiedlich stark abgebremst, bis schließlich zum Ende des vorgenannten zweiten Bereichs die zulässige Maximalgeschwindigkeit erreicht ist. Wie durch den schraffierten Winkelbereich angedeutet, kann die Grenze zwischen dem vorgenannten zweiten und dritten Verstellbereich erfindungsgemäß auch variiert werden, wie nachfolgend ausgeführt. Gemäß der Fig. 2 wird die Tür anschließend im dritten Verstellbereich mit konstanter Geschwindigkeit zugezogen. Wie durch den Einsatz in der Fig. 2 angedeutet, nimmt die Geschwindigkeit der Tür beim Einlaufen in die Dichtung schließlich auf Null ab.
Mittels einer elektronischen Steuereinrichtung lässt sich erfindungsgemäß auch ein vorausschauendes (proaktives) Abbremsen der Tür realisieren. Wird also beispielsweise eine vergleichsweise hohe Anfangsgeschwindigkeit oder ein dynamisches, beschleunigendes Türzuschlagen, detektiert, so kann vorgesehen sein, dass die Kupplung relativ früh geschlossen bzw. die Bremseinrichtung relativ früh eingekuppelt wird, um die Tür sanfter zu schließen als im Vergleich zu dem Fall, dass die Tür vergleichsweise langsam zugeschlagen bzw. zugeführt wird. Weiter kann bei einer elektronischen Steuereinrichtung das Schließen der Kupplung durch Identifizieren des Benutzers auch benutzerabhängig gemacht werden. Zu diesem Zweck kann eine zusätzliche Fuzzy-Logik vorgesehen sein, die für den jeweiligen Benutzer ein typisches Schließverhalten "erlernt". Hierzu wird der jeweilige Benutzer identifiziert, beispielsweise mittels einer von diesem mitgeführten Chipkarte oder RF-Tag und die für den jeweiligen Türschließvorgang ermittelten Datensätze zu einem Normal-Datensatz für einen normalen Türschließvorgang der jeweiligen Bedienperson gemittelt bzw. "eingelernt". Signalisiert die Fuzzy-Logik der Steuereinrichtung, dass für die gerade betätigende Person typischerweise ein sehr heftiges Türzuschlagen zu erwarten ist, so kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung die Kupplung früher schließt, um die Bremseinrichtung einzukuppeln und ein sanftes Schließen der Tür auch für hohe Anfangsgeschwindigkeiten bzw. ein dynamisches Türzuschlagen zu realisieren. Schließlich kann ein weiterer Parameter, der den Eingriff der Steuerelektronik erfindungsgemäß beeinflussen kann, auch die Lage des Fahrzeugs darstellen. Parkt das Fahrzeug beispielsweise an einem Hang mit zu erwartender zusätzlicher Beschleunigung der Tür beim Schließen, so kann die Steuerelektronik proaktiv früher eingreifen als für den Fall einer horizontalen Ausrichtung des Fahrzeuges.
Nachfolgend werden anhand der Figuren 3a bis 3c schematisch Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Türschließsysteme beschrieben. Die Fig. 3a geht dabei aus von einem mechatronischen Türschließsystem mit einer zentralen Steuerelektronik. Gemäß der Fig. 3a umfasst die Tür 1 einen Winkelsensor 2, der den Öffnungswinkel und daraus abgeleitet die Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung der Tür 1 detektiert, sowie einen Abstandssensor 3, der den Abstand des hinteren und/oder vorderen Endes der Tür 1 zu einem Rand der Karosserieöffnung, beispielsweise der Fahrzeug-B-Säule, und/oder den Abstand der Außenoberfläche der Tür 1 zu Hindernissen detektiert. Die Ausgangssignale der Sensoren 2, 3 werden an die Steuerelektronik 7 zur weiteren Auswertung übermittelt. Gemäß der Fig. 3a umfasst die Tür 1 ferner eine Bremse 15, die über eine nicht dargestellte Kupplungseinrichtung ein- und ausgekuppelt werden kann, einen elektrischen Antrieb 12, der über die selbe oder einer andere nicht dargestellte Kupplungseinrichtung ein- und ausgekuppelt werden kann, ein Kopplungsmittel 11, das den elektrischen Antrieb 12 der Tür mit der Fahrzeugkarosserie koppelt, eine Zuzieheinrichtung 9 und ein Türschloss 8. Wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, können die Bremse 15 und der Antrieb 12 zu einer Brems- und Antriebseinheit 10 zusammen gefasst sein, die wahlweise mittels einer nicht dargestellten Kupplung ein- bzw. ausgekuppelt werden kann. Gemäß der Fig. 3a ist der Antrieb 12 mit der Zuzieheinrichtung 9 gekoppelt, um die Tür zuzuziehen. Ferner dient der elektrische Antrieb 12 einem Verriegeln der Türschlosses 8. Die Kupplungseinrichtung, die Bremse 15, der Antrieb 12, die Zuziehhilfe 9 und die Verriegelung des Türschlosses 8 werden mittels Steuersignalen der Steuerelektronik 7 gesteuert. Wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, kann ferner ein Energiespeicher 13 vorgesehen sein, der durch Umwandeln von kinetischer Energie der Tür beim Bremsen aufgeladen werden kann und der den elektrischen Antrieb 12 und/oder die Zuzieheinrichtung 9 ausschließlich oder ergänzend mit Energie versorgt. Grundsätzlich wird es erfindungsgemäß bevorzugt, den Antrieb 12 in der Tür 1 vorzusehen, da auf diese Weise ein Antrieb der Zuzieheinrichtung 9 in einfacher Weise bewerkstelligt werden kann. Grundsätzlich kann erfindungsgemäß der Antrieb jedoch auch karosserieseitig angeordnet sein.
Die Fig. 3b zeigt ein Türschließsystem gemäß der vorliegenden Erfindung, das ausschließlich mit mechanischen Elementen arbeitet. Dementsprechend ist der Winkelsensor gemäß der Fig. 3b durch einen mechanischen Winkeltaster 2 ersetzt und der Abstandsensor 3 gemäß der Fig. 3a durch einen mechanischen Abstandstaster 3 ersetzt. Gemäß der Fig. 3b ist der mechanische Winkeltaster mit dem Dämpfer bzw. der Bremse 15 gekoppelt, um diese geeignet zu betätigen. Die beim Bremsen frei werdende kinetische Energie wird in einem mechanischen Energiespeicher 13 zwischengespeichert, insbesondere einem vorspannbaren Federsystem, wie nachfolgend ausgeführt. Der Energiespeicher 13 wird ausgelöst durch ein Signal des mechanischen Abstandstasters 3 zur Freigabe der gespeicherten Energie aktiviert, um den mechanischen Antrieb 14 zu treiben, der seinerseits mit der Zuzieheinrichtung 9 und dem Türschloss 8 gekoppelt ist, um die Tür zuzuziehen und das Türschloss 8 zu verriegeln. Zum Zuziehen der Tür ist der mechanische Antrieb 14 mit einem Kopplungsmittel 11 zum Koppeln der Tür mit der Fahrzeugkarosserie gekoppelt. Wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, können der Dämpfer bzw. die Bremse 15, der Energiespeicher 13 und der mechanische Antrieb 14 zu einer Brems- und Antriebseinheit 10 zusammen gefasst sein. Bei diesem System wird der Energiespeicher 13 in dem vorgenannten zweiten Verstellbereich beim Türschließen aufgeladen. Oder der Energiespeicher 13 wird beim Öffnen der Tür aufgeladen. Signalisiert schließlich der mechanische Abstandstaster 3 einen vorbestimmten Abstand der Tür 1 zum Rand der Karosserieöffnung, so wird die Zuzieheinrichtung 9 aktiviert, um die Tür zuzuziehen, und anschließend die Verriegelung des Türschlosses 8 ausgelöst.
Die Fig. 3c zeigt ein erfindungsgemäßes Türschließsystem mit zentraler Steuerelektronik, bei dem der Energiespeicher 13 zusätzlich oder ergänzend mit einem in der Tür 1 vorgesehenen zusätzlichen Elektromotor 16 aufgeladen wird, der einem anderen Zweck als zur Verstellung der Tür 1 dient, beispielsweise als Fensterhebermotor, Schlossantrieb, Zentralverriegelungsmotor oder elektrischer Armstützenverstellmotor. Abweichend zur Fig. 3a ist der Energiespeicher 13 dabei zusätzlich mit dem zusätzlichen Elektromotor 16 koppelbar, wobei das Einkoppeln des Elektromotors 16 und dessen Aktivierung durch ein Steuersignal der Steuerelektronik 7 ausgelöst wird.
Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein mechatronisches Türschließsystem gemäß der Fig. 3a, dessen Funktionsweise nachfolgend anhand der Figuren 5a - 5d beschrieben werden wird. Gemäß der Fig. 4 umfasst die Tür 1 eine Brems- und Antriebseinheit 10, die über eine Koppelstange oder dergleichen an einen ortsfesten Bezugspunkt an der Fahrzeugkarosserie gekoppelt ist und einen eigenen Elektromotor 12 aufweist. Die Tür 1 ist um eine Schwenkachse 4 schwenkbar, wobei ein Winkelsensor, insbesondere ein Potentiometer, den Öffnungszustand der Tür 1 und daraus abgeleitet deren Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung ständig detektiert. Ferner ist ein Abstandsensor 3 vorgesehen, der den Abstand des hinteren Endes der Tür 1 zum Rand der Karosserieöffnung ständig überwacht. Die Signale der Sensoren 2 und 3 werden an die Steuerelektronik 7 abgegeben, welche die Brems- und Antriebseinheit 10 und das Türschloss 8 geeignet steuert. Die Brems- und Antriebseinheit 10 dient nicht nur zum Zuziehen der Tür 1 bei Erreichen des vorgenannten dritten Bereichs sondern auch zum Antreiben der Verriegelung des Türschlosses 8. Zu diesem Zweck betätigt die Brems- und Antriebseinheit 10 den Seilzug des Bowdenzugs 18, der die Einheit 10 mit dem Türschloss 8 koppelt, um eine Verriegelung des Türschlosses 8 in der bekannten Weise zu erzielen. Nachfolgend wird der Aufbau und die Funktionsweise der Brems- und Antriebseinheit 10 anhand der Figuren 5a - 5d für ein Ausführungsbeispiel eines mechatronischen Türschließsystems beschrieben werden.
Die Fig. 5a zeigt eine mechatronische Brems- und Antriebseinheit 30 in einem Zustand zum Öffnen des Türschlosses (nicht gezeigt). Gemäß der Fig. 5a ist in dem Gehäuse 31 der Einheit 30 eine Spindel 41 in Lagern 40, 42 gelagert. Auf dem Außenumfang der Spindel 41 verläuft eine spiralförmige Innennut, in die ein Vorsprung auf der Innenumfangsfläche der Spindelmutter 43 eingreift. Auf der im Übrigen glatten zylindrischen Außenumfangsfläche der Spindel 41 sitzt gleitbeweglich und eng anliegend ein die Spindelmutter 43 aufnehmender Spindelmutterkäfig 44. In der Öffnungsstellung gemäß der Fig. 5a ist ein Haken 60 des um die Schwenkachse 58 schwenkbeweglichen Schwenkhebels 59 in eine korrespondierende Ausnehmung der Spindelmutter 43 eingeschnappt, um die Spindelmutter 43 an den Spindelmutterkäfig 44 und den Laufschlitten 45 anzukoppeln. An dem anderen Ende des Schwenkhebels 59 ist eine Anschlagfläche 57 vorgesehen, an der ein Stößel 56 des an dem Laufschlitten 45 gelagerten Hubmagneten 55 anliegt. Durch Verstellen des Hubmagneten 55 und des Stößels 56 kann der Schwenkhebel 59 um die Schwenkachse 58 geschwenkt und der Haken 60 außer Eingriff mit der Ausnehmung der Spindelmutter 43 gebracht werden, wie nachfolgend ausgeführt. Das untere Ende des Laufschlittens 45 ist über ein Endstück 47 mit einer Koppelstange 11 gekoppelt, welche die Einheit 30 mit einem ortsfesten Referenz- bzw. Kopplungsbereich 6 koppelt, wie schematisch durch das Bezugszeichen 6 angedeutet. Die Koppelstange 11 ist schwenkbeweglich um eine senkrecht auf die Zeichenebene stehende Schwenkachse 46 gelagert.
Gemäß der Fig. 5a kämmt das mit dem linken Ende der Spindel 41 starr verbundene Zahnrad 39 mit dem Zahnrad 38, das starr mit der Drehachse von zwei Getriebestufen 37, 36 verbunden ist. Am anderen Ende dieser Achse sitzt ein Zahnrad 35, das mit der auf der Antriebswelle 33 des Elektromotors 12 sitzenden Schnecke 34 kämmt. Zwischen dem Elektromotor 12 und der Getriebestufe 36 sitzt eine elektromagnetische Bremse 32, die von einer nicht dargestellten elektronischen Steuereinrichtung betätigt wird, um die Drehbewegung der Spindel 41 geeignet abzubremsen, und zwar in der bekannten Weise durch Andrücken von gegeneinander reibenden Kupplungsscheiben.
Gemäß der Fig. 5a greift in eine Ausnehmung am oberen Ende der Spindelmutter 43 eine Nase des Mitnehmers 50 ein, an dem der Seilzug 180 des Bowdenzugs 18 zum Betätigen des Türschlosses befestigt ist. An dem Mitnehmer 50 ist eine von zwei zueinander beabstandeten parallelen Stegen ausgebildete Gleitführung 51 vorgesehen, die auf einer Längsrippe 52 des Gehäuses 31 gleitbeweglich parallel zur Axialrichtung der Spindel 41 geführt ist. In der Stellung gemäß der Fig. 5a, in der die Spindelmutter 43 am linken Ende des Spindelmutterkäfigs 44 sitzt, ist der Seilzug 180 des Bowdenzugs 18 entspannt. Wie nachfolgend ausgeführt, kann der von dem halbkreisförmigen Seilumlenkstück 181 umgelenkte Seilzug 180 durch Verschieben des Mitnehmers 50, getrieben durch die Spindelmutter 43, betätigt werden.
In dem Zustand gemäß der Fig. 5a ist die Tür bis zur so genannten Vorraste des Türschlosses geschlossen. Anhand der Figuren 5a und 5b soll nachfolgen, ausgehend von diesem Zustand, ein Schaltvorgang zum Überführen des Türschlosses in die Hauptraste beschrieben werden. Zu diesem Zweck wird in dem Zustand gemäß der Fig. 5a zunächst der Motor 12 reversiert und die Kupplung 32 geschlossen, so dass der Elektromotor 12 durch Drehen der Spindel 41 die Spindelmutter 43 in dem Spindelmutterkäfig 44 ganz nach links bewegt, um den Rasthaken 60 des Schwenkhebels 59 optimal zu entlasten. Anschließend wird der Hubmagnet 55 betätigt, um durch Vordrücken des Stößels 56 gegen die Anschlagfläche 57 den Schwenkhebel 59 im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 58 zu schwenken und so den Rasthaken 60 des Schwenkhebels 59 außer Eingriff mit der Ausnehmung 49 (vgl. Fig. 5b) der Spindelmutter 43 zu bringen.
Anschließend reversiert der Elektromotor 12, um die Spindelmutter 43 in dem Spindelmutterkäfig 44 durch Drehen der Spindel 41 in der Fig. 5b nach rechts zu bewegen, bis schließlich gemäß der Fig. 5b die Spindelmutter 43 am rechten Rand des Spindelmutterkäfigs 44 angelangt ist. Durch den Eingriff der Nase des Mitnehmers 50 in die Spindelmutter 43 wird der in der Gleitführung 51 gleitbeweglich gelagerte Mitnehmer 50 von der Spindelmutter 43 mitgenommen. Die dadurch auf den Seilzug 180 des Bowdenzugs 18 ausgeübte Zugkraft bewirkt den Schaltvorgang des Türschlosses von der Vorraste zur Hauptraste. In der Fig. 5b ist der dazu vorgesehene Verriegelungsbereich der Spindelmutter 43 durch einen Doppelpfeil angedeutet.
Die Hauptraste des Türschlosses wird von einem in dem Türschloss befindlichen Sensor detektiert, dessen Ausgangssignal von einer Steuerelektronik ausgewertet wird. Die Steuerelektronik reversiert anschließend den Elektromotor 12 erneut, um die Spindelmutter 43 in dem Spindelmutterkäfig 44 durch Drehen der Spindel 41 nach links zurück zu bewegen. Der in die Spindelmutter 43 eingreifende Mitnehmer 50 entspannt dabei den Seilzug 180. In diesem Zustand verbleibt das Türschloss in der Hauptraste, wird diese also geschlossen gehalten. Anschließend fährt der Hubmagnet 55 den Stößel 56 zurück, so dass der federvorgespannte Schwenkhebel 59 im Gegenuhrzeigersinn um die Schwenkachse 58 zurück schwenkt und der Rasthaken 60 des Schwenkhebels 59 erneut in die Ausnehmung 49 der Spindelmutter 43 eingreift. In diesem Zustand bleibt die Tür in der Hauptraste zugehalten. In diesem Zustand befindet sich der Spindelmutterkäfig 44 am rechten Ende der Spindel 41 und die Spindelmutter 43 am linken Ende des Spindelmutterkäfigs 44.
Durch Betätigen des Türgriffs wird das Türschloss in der bekannten Weise geöffnet. Anschließend erfolgt das manuelle Aufschwenken der Tür. Dabei zieht die Koppelstange 11 den Laufschlitten 45 entlang der Spindel 41 nach links, wie in der Fig. 5c für eine Zwischenstellung während des manuellen Aufschwenkens der Tür dargestellt. Weil der Rasthaken 60 des Schwenkhebels 59 in die Ausnehmung der Spindelmutter 43 eingreift, wird dabei die Spindelmutter 43 mit dem Spindelmutterkäfig 44 passiv mitgeführt. Der Mitnehmer 50 verbleibt dabei am linken Endbereich seines Verstellwegs, wie in der Fig. 5c gezeigt, so dass die Nase 53 des Mitnehmers 50 außer Eingriff mit der korrespondierenden Aussparung am Außenumfang der Spindelmutter 43 gelangt.
Durch weiteres Aufschwenken der Tür wird der Laufschlitten 45 schließlich bis in eine Endstellung überführt, die dem maximal aufgeschwenkten Zustand der Tür entspricht. Dabei kann ein am linken Rand des Spindelmutterkäfigs 44 bzw. Laufschlittens 45 vorgesehener Anschlag an einer Anschlagfläche des Gehäuses 31 in Anlage geraten. Zur Endanschlagdämpfung können in diesem Bereich gummielastische Dämpfungselemente (in den Figuren 5a - 5d nicht gezeigt) vorgesehen sein.
In sämtlichen Phasen gemäß den Figuren 5a - 5d ist die Kupplung 32 geöffnet, so dass die Drehbewegung der Spindel 41 nicht durch ein Gegeneinanderdrücken der Reibbeläge der Kupplung 32 abgebremst wird. Erst wenn gemäß der Fig. 5d die Tür maximal aufgeschwenkt ist, wird die Kupplung 32 von der Steuerelektronik betätigt und geschlossen, um die Drehbewegung der Spindel 41 zu bremsen und für eine Endanschlagdämpfung zu sorgen.
Wie vorstehend ausgeführt, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Abstandsensor die Außenoberfläche der Tür permanent auf eine Kollision mit Hindernissen überwachen. Wird von der Steuerelektronik festgestellt, dass eine Kollision der Fahrzeugtür mit einem Hindernis droht, so kann gemäß dieser weiteren Ausführungsform die Kupplung 32 jederzeit beim manuellen Aufschwenken der Tür geschlossen werden, um durch Bremsen und nachfolgendes Blockieren der Drehbewegung der Spindel 41 die Schwenkbewegung der Tür abzubremsen und die Tür im Stillstand festzuhalten (Kollisionsschutz). Durch manuelles einwärts Schwenken der Tür kann die Feststellwirkung der Kupplung 32 überdrückt werden. Wird dies von der Türsensorik detektiert, so gibt die Steuerelektronik die Kupplung 32 wieder frei, um ein Zuschwenken der Fahrzeugtür zu ermöglichen. Oder die Steuerelektronik gibt die Feststellung der Tür durch Lösen der Kupplung 32 nach Verstreichen eines vorbestimmten Zeitintervalls frei.
Ausgehend von dem Zustand gemäß der Fig. 5d kann die Tür von Hand zugeschwenkt bzw. zugeschlagen werden. Beim manuellen Zuschwenken drückt die Koppelstange 11 den Laufwagen 45 mit der in diesen eingerasteten Spindelmutter 44 erneut nach rechts. Während des manuellen Zuschwenkens bleibt der Motor 12 ausgeschaltet und die Kupplung 32 offen.
Schließlich wird der vorgenannte zweite Winkelbereich bzw. Verstellbereich erreicht, wie durch die Türsensorik und die Steuerelektronik detektiert, in welchem durch geeignetes Schließen der Kupplung 32 die Drehbewegung der Spindel 41 abgebremst wird, bis schließlich zum Ende des vorgenannten zweiten Winkelbereichs ein Soll-Bewegungszustand der Tür erreicht ist, in dem beispielsweise die maximale Winkelgeschwindigkeit oder kinetische Energie der Tür einen vorgebbaren maximalen Wert nicht übersteigt.
Zum Abbremsen der Drehbewegung der Spindel 41 kann die Kupplung 32 permanent mit einer durch die Steuerelektronik vorgegebenen Kraft geschlossen werden, um die Drehbewegung kontrolliert abzubremsen, gemäß einer durch die Steuerelektronik vorgegebenen Kennlinie. Alternativ kann die Drehbewegung der Spindel 41 auch durch alternierendes Schließen und Öffnung der Kupplung 32 entsprechend einer von der Steuerelektronik vorgegebenen Bremskennlinie abgebremst werden.
Schließlich wird bei einem durch die Steuerelektronik vorgegebenen Öffnungswinkel der Tür der vorgenannte dritte Öffnungsbereich der Tür erreicht, in dem der Elektromotor 12 eingeschaltet und die Kupplung 32 geschlossen wird, so dass der Motor 12 durch Drehen der Spindel 41 den Laufschlitten 45 und die mit diesem gekoppelte Spindelmutter 43 mit einer durch die Steuerelektronik vorgegebenen Geschwindigkeit weiter nach rechts bewegt, hin zu der geschlossenen Stellung gemäß der Fig. 5a. Dabei zieht der Laufschlitten 45 die Koppelstange 11 weiter nach rechts, um die Tür weiter zuzuziehen. In diesem Zustand wird die Tür nicht mehr von Hand zugeschwenkt bzw. zugeschlagen. Vielmehr wird die Tür selbsttätig weiter zugezogen, angetrieben durch den Elektromotor 12. Sollte die Bedienperson versehentlich die Tür in dieser Phase weiter zuschlagen, so würde dies durch die Türsensorik und die Steuerelektronik bemerkt werden und diesem Vorgang durch entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 12 und/oder der Kupplung 32 geeignet entgegen gewirkt werden, um insbesondere zu verhindern, dass die durch die Steuerelektronik vorgegebene maximale Schließgeschwindigkeit bzw. kinetische Energie der Tür überschritten wird.
Beim weiteren Zuziehen der Tür wird der Laufschlitten 45 mit der mit dieser gekoppelten Spindelmutter 43 weiter nach rechts verstellt, bis schließlich die Nase 53 des Mitnehmers 50 wieder in die korrespondierende Aussparung am Außenumfang der Spindelmutter 43 eingreift. Auf diese Weise wird die Brems- und Antriebseinheit 30 schließlich in den Zustand gemäß der Fig. 5a überführt, in dem sich das Türschloss in der Vorraste befindet.
Wie vorstehend ausgeführt, ermöglicht die Brems- und Antriebseinheit ein stufenloses, sanftes Abbremsen der Tür auf einen gewünschten, durch eine Steuerelektronik vorgebbaren Bewegungszustand. Beim Aufschwenken der Tür kann diese dabei jederzeit arretiert werden, wenn eine Kollision mit einem Hindernis droht. Das Schließen der Tür erfolgt in der Weise, dass die Bedienperson die Tür einfach zuschlägt. Die Tür wird dabei so stark abgebremst, dass am Ausgang des vorgenannten zweiten Bereichs die kinetische Restenergie der Tür nicht mehr für ein selbsttätiges Schließen und/oder Verriegeln der Tür ausreicht. Mit Erreichen des vorgenannten dritten Bereichs wird vielmehr automatisch eine Zuzieheinrichtung aktiviert, welche die Tür selbsttätig zumindest bis in die Vorraste zuzieht. Anschließend erfolgt das motorisch getriebene Verriegeln des Türschlosses. An diese Bewegungsfolge gewöhnt sich die Bedienperson sehr rasch, so dass nach entsprechender Gewöhnung die Bedienperson die Fahrzeugtür nur noch mit einer vergleichsweise geringen Kraft zuschlagen wird, die gerade ausreicht, um die Tür ohne allzu starkes Eingreifen der Bremseinrichtung in den vorgenannten dritten Verstellbereich zu überführen, in dem die Zuzieheinrichtung selbsttätig eingreift, um die Tür zu schließen. Ein zu starkes Türzuschlagen wird somit aufgrund eines Gewöhnungseffektes der Bedienperson vermieden. Die entsprechend möglich gewordene einfachere Auslegung der Funktionselemente der Fahrzeugtür und deren Aufhängung bzw. Lagerung ermöglicht erfindungsgemäß erhebliche Kosteneinsparungen.
Die vorgenannte Funktionalität lässt sich auch mit einer ohne eine Steuerelektronik arbeitenden Antriebs- und Bremseinheit realisieren, was nachfolgend beispielhaft anhand der Figuren 6 - 14b beschrieben werden soll. Die Fig. 6 zeigt schematisch eine Kraftfahrzeugtür 1 mit einem rein mechanischen Türschließsystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Tür 1 ist an den Türscharnieren 5 aufgehängt. In der Tür 1 ist eine Brems- und Antriebseinheit 70 vorgesehen, die über eine schwenkbeweglich gelagerte Koppelstange 11 mit daran vorgesehener Zahnstange 740 an einen ortsfesten Referenz- bzw. Kopplungsbereich 6 an der Fahrzeugkarosserie angelenkt ist. Zum Abbremsen der Tür beim Zuschwenken ist eine Dämpfungs- bzw. Bremseinrichtung vorgesehen, wie nachfolgend ausgeführt. Zum Verriegeln des Türschlosses 8 ist die Einheit 70 über einen Bowdenzug 18 mit dem Türschloss 8 gekoppelt. Ein mechanischer Abstandstaster 3, der einen mit der Einheit 70 gekoppelten Bowdenzug 19 betätigt, stellt fest, wenn die Tür nahezu vollständig geschlossen ist, insbesondere eine Vorraste des Türschlosses erreicht ist. Löst der Abstandstaster 3 aus, so wird über den Bowdenzug 19 ein Verriegelungsmechanismus betätigt und ausgelöst, der über den Bowdenzug 18 das Türschloss 8 in die Hauptraste überführt bzw. dieses verriegelt.
Die Fig. 7 zeigt die mechanische Brems- und Antriebseinheit 70 in einer Explosionsdarstellung. In dem Gehäuse 71 ist ein den Bowdenzug 18 aufnehmendes Bowdenzug-Lagerstück 183 befestigt und eine mechanische Energiespeicher- und Antriebseinheit 76 aufgenommen. Am Rand des Gehäuses 71 ist ferner eine Kopplungseinheit 75 zum Koppeln des Türabstandstasters 3 (vgl. Fig. 6) mit der Einheit 70 gelagert, so dass der von zwei Schwenkhebeln 752, 755 ausgebildete Sperrklinkenmechanismus mit einem als Führungskulisse wirkenden Umfangsvörsprung der mittleren Drehscheibe 81 der Energiespeicher- und Antriebseinheit 76 zusammenwirken kann, wie nachfolgend ausgeführt. Am oberen Rand des Gehäuses 71 ist ferner eine Türfeststelleinheit 73 angeordnet. Schließlich ist an der Rückseite des Gehäuses 71 eine einen hydraulischen Dämpfer 746 aufweisende Brems- bzw. Dämpfungseinheit 74 gelagert, welche auch die Koppelstange 11 mit der darauf vorgesehenen Zahnstange 740 trägt. An der vorderen Stirnseite des Gehäuses 71 ist ein Haltewinkel 72 befestigt.
Genauer gesagt umfasst die Energiespeicher- und Antriebseinheit 76 drei beabstandet zueinander drehbeweglich gelagerte Scheiben 80, 81 und 82. Die Scheiben 80 - 82 sind drehbeweglich um die zentrale Drehachse 83 gelagert, die in einem Drehachsenlagerbereich 714 der linken Gehäuseplatte 710 des Gehäuses 71 und einem gegenüber liegenden Lagerbereich in der rechten Gehäuseplatte 711 gelagert ist. Die Scheiben 80, 82 sind drehfest zueinander und über die Drehachse miteinander verbunden. Die mittlere Drehscheibe 81 kann relativ zu der von den Scheiben 80, 82 gebildeten Einheit verdreht werden. Die linke Drehscheibe 80 ist halbkreisförmig ausgebildet, mit einem im Wesentlichen radial verlaufenden Führungsschlitz 90, in dem ein darin gleitbeweglich geführter Federeinhängbolzen 86 gelagert ist, in den das obere Ende der Zugfeder 84 eingehängt ist, sowie mit einem bogenförmigen, sich über einen Winkelbereich von etwa 45° erstreckenden Führungsschlitz 91, in dem ein Führungsbolzen 92 gleitbeweglich gelagert ist. An der mittleren Drehscheibe 81 ist ein Federeinhängbolzen 89 gleitbeweglich in einem sich im Wesentlichen radial erstreckenden Führungsschlitz 95 gelagert, wobei das untere Ende einer Zugfeder oder bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 7 bevorzugt von zwei Zugfedern 87 in den Federeinhängbolzen 89 eingehängt ist bzw. sind. Die mittlere und die rechte Drehscheibe 81, 82 sind ferner über einen Führungsbolzen 97 miteinander verbunden, der in den einer Verstellung dienenden Führungsschlitz 96 eingeschraubt ist. An dem Führungsbolzen 97 sind ein Niederdrücker 100 und zwei seitliche zu diesem beabstandete hakenförmige Mitnehmer 101 vorgesehen, welche den im Inneren des Gehäuses 71 gelagerten pilzförmigen Seilnippel 182 des Bowdenzugs 18 niederdrücken bzw. mitnehmen, wie nachfolgend ausgeführt.
Die Energiespeicher- und Antriebseinheit 76 ist so in dem Gehäuse 71 gelagert, dass die linke und mittlere Drehscheibe 80, 81 im Gehäuseinneren gelagert sind, die rechte Drehscheibe 82 jedoch außerhalb des Gehäuses 71 auf dessen Rückseite gelagert ist, so dass der Bolzen 97 die in der rechten Gehäuseplatte 711 ausgebildete sichelförmige Aussparung 716 durchragt. Die Gehäuseplatten 710, 711 sind über eine Mehrzahl von Schraubbolzen 712 mit dazwischen vorgesehenen Abstandshülsen 713 fest miteinander verbunden. Wie in der Fig. 7 gezeigt, sind in der oberen Abstandshülse 713 zwei kreisförmige Ausnehmungen ausgebildet, in die die oberen Enden der Zugfedern 87 eingehängt sind. Das untere Ende der Zugfeder 84 ist in eine entsprechende Abstandshülse am hinteren unteren Ende des Gehäuses 71 eingehängt. Wie nachfolgend ausgeführt, dienen die Federn 87 zum Verriegeln des Türschlosses durch Betätigen des Bowdenzugs 18, während die Zugfeder 84 zum Zuziehen der Tür in dem vorgenannten dritten Türverstellbereich dient. Demzufolge können die Zugfedern 87 und 84 gesondert zueinander entspannt werden, zu welchem Zweck die mittlere Drehscheibe 81 relativ zu der linken und rechten Drehscheibe 80, 82 drehbeweglich gelagert ist.
Die Türfeststelleinheit 73 ist an der rechten Gehäuseplatte 711 so befestigt, dass die Achse 732 die Aussparung 717 am oberen Rand der rechten Gehäuseplatte 711 durchragt und das
Zahnrad 733 mit der Außenverzahnung 105 der rechten Drehscheibe 82 kämmt. Die rechte Drehscheibe 82 dient somit als Antrieb für die Einheit 70. Als Türfeststeller 73 dient ein Bremssystem mit einem hohen Losbrechmoment, insbesondere einem definierten Losbrechmoment, wobei das Weiterführungsmoment gering ist, so dass nach Überdrücken des hohen Losbrechmoments (Überdrücken der Haltekraft der Tür) die Tür wieder leichtgängig weiter verstellt werden kann. Ein solches Bremssystem lässt sich beispielsweise in der bekannten Weise durch eine Schlingfeder oder dergleichen realisieren.
Gemäß der Fig. 7 ist am vorderen Rand des Gehäuses 71 eine die beiden Gehäuseplatten 710, 711 miteinander verbindende Lagerplatte 726 befestigt, in der eine halbzylindrische Drehzapfenaufnahme 727 ausgebildet ist. Gemeinsam mit der an der Befestigungsbasis 721 des Haltewinkels 72 befestigten Drehzapfenhalteplatte 725 mit Drehzapfenlagerungen 728 wird in diesem Bereich das Gehäuse 71 um diesen Drehzapfen (in den Figuren nicht gezeigt) drehbeweglich relativ zu dem starr mit dem Rahmen der Fahrzeugtür verbundenen Haltewinkel 72 gelagert, so dass ein Winkelausgleich beim Schwenken der Tür erzielt werden.
Die Dämpfungseinheit 74 umfasst eine Basisplatte 741 mit zwei an dieser vorgesehenen Abstützwinkeln 743, 744, zwischen denen gemäß der Fig. 8d eine Lagerhülse 749 ausgebildet ist, in der der Zylinder 746 eines hydraulischen Dämpfers aufgenommen ist, der mittels Schrauben 7490 und 7491 an der Lagerhülse 749 befestigt ist. Die Basisplatte 741 ist mittels die Befestigungsbohrungen 742 und die korrespondierenden Befestigungsbohrungen 719 durchragenden Befestigungsmitteln, beispielsweise Schrauben, an der Rückseite der rechten Gehäuseplatte 711 befestigt, so dass die Außenverzahnung 105 der außerhalb des Gehäuses 71 auf dessen Rückseite gelagerten rechten Drehscheibe 82 mit der an der Koppelstange 11 vorgesehenen Zahnstange 740 kämmt. Wie in der Fig. 6 gezeigt, ist das vordere Ende der Koppelstange schwenkbeweglich an den ortsfesten Referenz- bzw. Kopplungsbereich 6 an der Fahrzeugkarosserie angelenkt. Gemäß der Fig. 8b ist am vorderen Ende der Koppelstange 11 ein abgewinkeltes Betätigungselement 745 vorgesehen, das in bestimmten Winkelbereichen der Tür, wie nachfolgend ausgeführt, in Anlage zu dem Betätigungsende 748 der Kolbenstange des in dem Zylinder 746 gelagerten Kolbens gelangt. Durch Zusammenwirken des Betätigungselements 745 und des Betätigungsendes 748 des Kolbens des Dämpfungszylinders 746 wird die Öffnungsstellung der Tür mechanisch ertastet und die Schließbewegung der Tür in vorbestimmten Winkelbereichen, wie durch die Bauteilgeometrie vorgegeben, gedämpft. Bevorzugt ist der hydraulische oder pneumatische Dämpfungszylinder 746 so ausgelegt, dass seine Dämpf- bzw. Bremsrate mit zunehmender Schließgeschwindigkeit der Tür ansteigt, und zwar bevorzugt nichtlinear. Wird die Tür also langsam geschlossen, so ist die Brems- bzw. Dämpfungswirkung vernachlässigbar; wird die Tür jedoch heftig zugeschlagen, so ist die Dämpf- bzw. Bremswirkung erheblich.
Wie beispielhaft in der Fig. 8a gezeigt, ist am Außenumfang der mittleren Drehscheibe 81 ein Umfangsvorsprung 110 ausgebildet, welcher im Zusammenwirken mit dem von den beiden gegenläufig schwenkbaren Schwenkhebeln 752 und 755 ausgebildeten Sperrklinkenmechanismus die Drehbewegung der mittleren Drehscheibe 81 zum Auslösen des Verriegelns des Türschlosses über den Bowdenzug 18 steuert, wie nachfolgend ausgeführt.
Nachfolgend wird anhand der Figuren 8a - 14b die Funktionsweise der mechanischen Brems- und Antriebseinheit gemäß der Fig. 7 für ein Öffnen und Schließen der Fahrzeugtür und ein Verriegeln des Türschlosses beschrieben werden. Dabei ist in den jeweils mit dem Buchstaben a bezeichneten Figuren die mechanische Brems- und Antriebseinheit in einer Vorderansicht und in den mit den Buchstaben b bezeichneten Zeichnungen die Einheit in einer entsprechenden Rückansicht gezeigt.
Als Ausgangszustand sei der Fall einer vollständig geschlossenen und zugehaltenen Fahrzeugtür betrachtet, wie in den Figuren 8a und 8b gezeigt. In dieser Stellung ist die Koppelstange 11 in eine Endstellung gefahren, die durch das Zusammenwirken des Betätigungselements 745 mit dem Betätigungsende 748 des Dämpfungszylinders 746 gedämpft bzw. festgelegt wird. In dieser Stellung sind die Federn 84, 87 entspannt und liegt die Sperrklinke des oberen Schwenkhebels 755 am Außenumfang des Umfangsvorsprungs 110 an, ohne diesen und die Drehbewegung der mittleren Drehscheibe 81 zu blockieren.
Die Figuren 9a und 9b zeigen die Einheit 70 nach Aufschwenken der Tür um etwa 19°. Dabei hat sich die Koppelstange mit der Zahnstange 740 im Vergleich zu den Figuren 8a und 8b etwas bewegt, wodurch die mit ihrer Außenverzahnung 105 mit der Zahnstange 740 kämmende rechte Drehscheibe 82 verdreht wurde und auch die im Drehendanschlag befindlichen Drehscheiben 81 und 80 mitgeführt wurden. Dadurch werden die Federn 84, 87 vorgespannt. Während der Federeinhängbolzen 86 der Zugfeder 84 bereits vollständig den Führungsschlitz 90 durchlaufen hat, befindet sich der entsprechende Federeinhängbolzen 89 der Zugfeder 87 in etwa in der Mitte des zugeordneten Führungsschlitzes 95. Gemäß der Fig. 9a ist der untere Schwenkhebel 752 im Uhrzeigersinn zurückgeschnappt und liegt am unteren Ende des Umfangsvorsprungs 110 an, um ein Rückdrehen der mittleren Drehscheibe 81 zu sperren. Wie in der Fig. 9b gezeigt, ist in dieser Stellung die Kolbenstange 747 des Dämpfungszylinders 746 nahezu vollständig ausgefahren, liegt jedoch das Betätigungsende 748 der Kolbenstange 747 weiterhin an dem Betätigungselement 745 der Koppelstange 11 an.
Die Figuren 10a und 10b zeigen die Einheit 70 nach manuellem Aufschwenken der Tür um etwa 21°. Die Federn 84, 87 sind in diesem Zustand weiter vorgespannt. Zusätzlich zum vorgespannten unteren Schwenkhebel 752 ist nun auch der vorgespannte obere Schwenkhebel 755 im Gegenuhrzeigersinn zurückgeschwenkt, so dass der gemeinsam von den Schwenkhebeln 752, 755 ausgebildete Sperrklinkenmechanismus mit dem Umfangsvorsprung 110 zusammenwirkt, um ein Zurückdrehen der mittleren Drehscheibe 81 zu verhindern. Mit anderen Worten, der Sperrklinkenmechanismus verhindert ein Entspannen der dem Verriegeln des Türschlosses dienenden Zugfedern 87. Wie in der Fig. 10a gezeigt, haben sich in der Stellung gemäß der Fig. 10a die beiden Mitnehmer 101 an dem pilzförmigen Seilnippel 182 des Bowdenzugs 18 im Uhrzeigersinn vorbei bewegt und stehen diese somit für eine Betätigung des Bowdenzugs 18 durch Hintergreifen des Seilnippels 182 und Drehen der mittleren Drehscheibe 81 in die entgegen gesetzte Richtung bereit. Wie in der Fig. 10b gezeigt, liegt auch in dieser Stellung das Betätigungselement 745 der Koppelstange 11 an dem Betätigungsende 748 der Kolbenstange 747 des Dämpfungszylinders 746 an.
Durch weiteres manuelles Aufschwenken der Tür wird schließlich der Zustand gemäß den Figuren 11a und 11b eingenommen, in welchem die Federn 84, 87 vollständig gespannt sind und ein an dem abgewinkelten Endstück 7400 der Zahnstange 740 vorgesehener elastischer Dämpfungsanschlag 7401 und/oder ein entsprechendes Dämpfungselement an in den Gleitstücklagerbereichen 734 der Türfeststelleinheit 730 vorgesehenen elastischen Dämpfungselementen im Zusammenwirken mit dem bogenförmigen Führungsschlitz 107 der rechten Drehscheibe 82 für einen gedämpften Endanschlag sorgt, um die Türbewegung zu stoppen. Wie in der Fig. 11b gezeigt, ist in dieser Stellung die Kolbenstange 747 vollständig aus dem Dämpfungszylinder 746 herausgefahren, besteht jedoch zwischen dem Betätigungselement 745 der Koppelstange 11 und dem Betätigungsende 748 eine lichte Weite, mit der der Beginn der Dämpfungswirkung des Dämpfungszylinders 746 beim Zuschwenken der Tür gesteuert werden kann.
Durch Zuschwenken der Tür wird schließlich der Zustand gemäß den Figuren 12a und 12b erreicht, in dem die Federn 84, 87 weiter entspannt sind, der von den Schwenkhebeln 752, 755 ausgebildete Sperrklinkenmechanismus im Zusammenwirken mit dem Umfangsvorsprung 110 jedoch ein Zurückdrehen der mittleren Drehscheibe 81 und somit eine Entspannung der die Verriegelung des Türschlosses antreibenden Zugfedern 87 blockiert. Gemäß der Fig. 12b liegt in dieser Stellung wieder das Betätigungselement 745 an dem Betätigungsende 748 der Kolbenstange 747 des Dämpfungszylinders 746 an, um den Türzuschlag zu dämpfen, wie durch die Kennlinie des Dämpfungszylinders 746 vorgegeben. Wie in der Fig. 12a erkennbar, wirkt jedoch in dieser Stellung die zum Türzuziehen dienende Zugfeder 87 weiter auf die linke Drehscheibe 80 und die mit dieser gekoppelte rechte Drehscheibe 82 ein, um diese weiter zu verdrehen, bis schließlich die geschlossene Stellung der Tür erreicht ist. Die von der Zugfeder 84 ausgeübte Kraft ist vergleichsweise gering, jedoch ausreichend, um die Tür zuverlässig gegen die von dem Dämpfungszylinder 746 ausgeübte Dämpfungs- bzw. Bremskraft zuzuziehen.
Zweckmäßig wird zu diesem Zweck ein Dämpfungszylinder verwendet, dessen Brems- bzw. Dämpfungsrate für hohe Türschließgeschwindigkeiten groß ist, jedoch für niedrige Türschließgeschwindigkeiten gering ist. Somit ist bereits eine geringe von der Zugfeder 84 ausgeübte Zugkraft ausreichend, um die Tür zuverlässig gegen die von dem Dämpfungszylinder 746 ausgeübte Dämpfungs- bzw. Bremskraft zuzuziehen.
Durch weiteres Zuziehen der Tür wird schließlich die Stellung gemäß den Fig. 13a und 13b eingenommen, in der die Tür nahezu vollständig verschlossen ist, das Türschloss jedoch noch nicht verriegelt ist. In dieser Stellung zieht die Zugfeder 84 weiter und wirkt so auf die Tür ein, um diese gegen die von der Türdichtung ausgeübte Gegenkraft weiter zuzuziehen. Gemäß der Fig.13a wirkt der Umfangsvorsprung 110 auch weiterhin mit dem von den beiden Schwenkhebeln 752, 755 ausgebildeten Sperrklinkenmechanismus zusammen, um ein Zurückdrehen der mittleren Drehscheibe 81 und ein Entspannen der Zugfedern 87 auch weiterhin zu verhindern.
Durch weiteres Zuziehen der Tür, getrieben durch die Zugfeder 84, wird schließlich der Zustand gemäß den Figuren 14a und 14b eingenommen, in dem die Tür vollständig verschlossen ist und die Einheit 70 ein Verriegeln des Türschlosses antreibt, wie nachfolgend ausgeführt. In dem Zustand gemäß den Figuren 14a und 14b hat die Tür die Vorraste erreicht. Das hintere Ende der Tür befindet sich unter einem so geringen Abstand zur B-Säule des Fahrzeugs, dass der Abstandstaster 3 (vgl. Fig. 6) schließlich so stark an dem Seilzug des Bowdenzugs 19 zieht, dass der von den beiden Schwenkhebeln 752, 755 ausgebildete Sperrklinkenmechanismus ausgelöst wird, um den Umfangsvorsprung 110 freizugeben, so dass die Federn 87 entspannen können und die von ihnen gespeicherte Federenergie in sehr kurzer Zeit freigegeben werden kann. Gemäß der Fig. 13a ist der Mitnehmer 101 bei nahezu vollständig geschlossener Tür in unmittelbarer Nähe zum pilzförmigen Seilnippel 182 des Bowdenzugs 18 angeordnet, um diesen zu hintergreifen. Wird nun gemäß der Fig. 14a der Umfangsvorsprung 110 von dem Sperrklinkenmechanismus freigegeben, so wird die mittlere Drehscheibe 81 gemäß der Fig. 14a rasch im Gegenuhrzeigersinn verdreht, getrieben durch das Entspannen der Zugfedern 87. Dabei nehmen die den Seilnippel 182 hintergreifenden Mitnehmer 101 den Seilnippel 182 im Gegenuhrzeigersinn mit, so dass der Seilzug 180 des Bowdenzugs 18 betätigt wird, wodurch die mit dem Seilzug 180 gekoppelte Schlossfalle des Türschlosses verriegelt wird. Dadurch wird die Fahrzeugtür in die Hauptraste überführt. Schließlich gleiten die beiden Mitnehmer 101 an dem Seilnippel 182 vorbei, wodurch der Seilzug 180 mit dem Seilnippel 182 zurück in den Bowdenzug 18 zurückfährt und die Einheit 70 erneut den Zustand gemäß der Figuren 8a und 8b einnimmt. In diesem Zustand wird die Tür in der Hauptraste zugehalten.
Wie vorstehend ausgeführt, wird auch mit der mechanischen Brems- und Antriebseinheit gemäß der Fig. 7 die Tür in dem zweiten Verstellbereich kontrolliert abgebremst, bis zum Ende des zweiten Verstellbereichs ein durch die Kennlinie der Brems- bzw. Dämpfungseinrichtung vorgegebener Bewegungszustand erreicht ist, in welchem die Tür nicht selbsttätig geschlossen und/oder verriegelt werden kann. In dem anschließenden dritten Türverstellbereich wird die Tür automatisch aufgrund eines federgetriebenen Zuziehmechanismus zugezogen, bis schließlich eine Vorraste erreicht ist. Anschließend wird der zum Antreiben des Türverriegelungsmechanismus vorgesehene Federmechanismus ausgelöst, das Türschloss verriegelt und die Tür somit in eine Hauptraste überführt. Auch bei diesem Türschließsystem tritt ein gewisser Gewöhnungseffekt ein, demzufolge die Bedienperson erwartet, dass die Tür in dem zweiten Türverstellbereich abgebremst wird, so dass es zwecklos ist, die Tür allzu heftig zuzuschlagen. In jedem Fall wird die Tür nach Erreichen des dritten Türverstellbereichs selbsttätig zugezogen und automatisch verriegelt.
Wie dem Fachmann beim Studium der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres ersichtlich sein wird, kann der als Energiespeicher wirkende Federmechanismus der Energiespeicher- und Antriebseinheit 76 gemäß der Fig. 7 auch durch beliebige andere Energiespeicher ersetzt werden, beispielsweise pneumatische oder hydraulische Zylinder-Kolben-Dämpfungseinheiten, magnetische oder elektrische Energiespeicher oder auch Energiespeicher, die Energie in Form von potentieller Energie speichern. Wie vorstehend anhand der Fig. 3c ausgeführt, kann ein solcher mechanischer Energiespeicher auch mit Hilfe eines in der Tür oder in der Fahrzeugkarosserie vorgesehenen, einer anderen Verstellbewegung dienenden Verstellmotors aufgeladen werden, beispielsweise durch einen Fensterhebermotor, einen Schlossantrieb, einen Zentralverriegelungsmotor oder einen elektrischen Armstützenverstellmotor. Zu diesem Zweck muss ein zusätzlicher Kupplungs- und Getriebemechanismus zum Ankoppeln dieses Verstellmotors an den mechanischen Energiespeicher vorgesehen sein, wie dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein wird. Die Steuerung dieses zusätzlichen Verstellmotors und der weiteren Kupplungs- und Getriebeeinheit kann durch mechanische Taster und/oder eine elektronische Steuereinrichtung bewerkstelligt werden.
Statt des hydraulischen oder pneumatischen Dämpfungs- und Bremszylinders 746 gemäß der Fig. 7 kann bei der mechanischen Brems- und Antriebseinheit 70 gemäß der Fig. 7 auch eine beliebige andere Dämpfungs- und Bremseinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise ein elektrischer oder magnetischer Brems- und Dämpfungsmechanismus, was dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein wird. Ein solcher elektrischer Brems- und Dämpfungsmechanismus kann beim Abbremsen der Türbewegung auch kinetische Energie in elektrische Energie wandeln, beispielsweise in der Art einer bekannten Wirbelstrombremse. Diese elektrische Energie kann dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges zugeführt werden.
Wie vorstehend ausgeführt, ist die Antriebseinheit zum Verriegeln des Türschlosses und Überführen der Tür von der Vorraste zur Hauptraste sehr stark untersetzt, so dass auch vergleichsweise starke Gegenkräfte aufgrund von Dichtungen am Rand der Karosserieöffnung ohne weiteres überwunden werden können.
Wenngleich das erfindungsgemäße Türschließsystem vorstehend anhand einer Kraftfahrzeug-Schwenktür beschrieben worden ist, eignet sich das erfindungsgemäße Türschließsystem grundsätzlich für beliebige von Hand schließbare Karosseriebauteile von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Schiebetüren, Schwenk-Schiebetüren, Hauben, Klappen, Schiebedächer oder dergleichen. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Türschließsystem jedoch in entsprechender Weise auch für von Hand schließbare Schließelemente von beliebigen spur- oder schienengebundenen Fahrzeugen geeignet, wie beispielsweise Waggontüren von Eisenbahnwaggons oder Zutrittstüren von S-Bahn- oder Straßenbahnfahrzeugen.
Durch das erfindungsgemäße Türschließsystem wird ein kontinuierliches, einklemmfreies Schließen solcher Schließelemente ermöglicht. Aufgrund der vergleichsweise geringen Geschwindigkeit bzw. kinetischen Restenergie des Schließelements in dem vorgenannten dritten Verstellbereich kann es erfindungsgemäß zu keinem bedrohlichen Einklemmzustand kommen. Hindernisse, wie beispielsweise eine menschliche Hand oder ein Körperteil, können das sich schließende Schließelement in dem dritten Verstellbereich ohne weiteres zurückdrücken. Eine größere Kraft- bzw. Druckbeaufschlagung des Schließelements erfolgt erst nach Durchlaufen des dritten Verstellbereichs, das heißt dann, wenn das Schließelement bereits in die Vorraste gefallen ist, ein Einklemmen von Objekten oder Körperteilen aber zuverlässig ausgeschlossen ist. Erst in dem dann anschließenden vierten Verstellbereich wird das Schließelement durch Verriegeln des Schlosses verriegelt und dabei vollständig zugezogen.
Aufgrund der erfindungsgemäß erheblich geringeren Zuschlagenergie des Schließelements sind die durch den Zuschlag des Schließelements auftretenden Belastungen auf Funktionselemente des Schließelements bzw. deren Lagerung erheblich reduziert, was erfindungsgemäß ein erhebliches Einsparpotential ermöglicht.

Bezugszeichenliste

1: Tür
2: Positionssensor oder -taster
3: Abstandsensor oder -taster
4: Schwenkachse
5: Türscharnier
6: Referenz-/Kopplungsbereich (ortsfest)
7: Steuereinrichtung
8: Türschloss
9: Zuziehhilfe
10: Brems- und Antriebseinheit
11: Kopplungsmittel / Koppelstange
12: elektrische Antriebseinrichtung
13: Energiespeicher
14: mechanische Antriebseinrichtung
15: Bremse / Dämpfer
16: Elektromotor
18: Bowdenzug der Zuziehhilfe
180: Seilzug der Zuziehhilfe
181: Seilumlenkstück
182: Seilnippel
183: Bowdenzug-Lagerstück
19: Bowdenzug des Abstandstasters 3
190: Seilzug
30: Mechatronische Brems- und Antriebseinheit
31: Gehäuse
32: elektromagnetische Bremse
33: Antriebswelle
34: Schnecke
35: Zahnrad
36: Getriebestufe
37: Getriebestufe
38: Zahnrad
39: Zahnrad
40: Lager
41: Spindel
42: Lager
43: Spindelmutter
44: Spindelmutterkäfig
45: Lauf- oder Gleitschlitten
46: Schwenkachse
47: Endstück
49: Ausnehmung der Spindelmutter 43
50: Mitnehmer
51: Gleitführung
52: Längsrippe des Gehäuses 31
53: Nase des Mitnehmers 50
55: Hubmagnet
56: Stößel
57: Anschlagfläche
58: Schwenkachse
59: Schwenkhebel
60: Haken/Schnappvorsprung des Schwenkhebels 59
70: mechanische Brems- und Antriebseinheit
71: Gehäuse
72: Haltewinkel
73: Türfeststelleinheit
74: Dämpfungseinheit
75: Kopplungseinheit des Türabstandstasters 3
76: Energiespeicher- und Antriebseinheit
80: linke Drehscheibe
81: mittlere Drehscheibe
82: rechte Drehscheibe
83: zentrale Drehachse
84: Zugfeder
85: ortsfester Befestigungsbereich
86: gleitbeweglicher Federeinhängbolzen
87: Zugfeder
88: ortsfester Befestigungsbereich
89: gleitbeweglicher Federeinhängbolzen
90: radialer Führungsschlitz
91: bogenförmiger Führungsschlitz
92: Führungsbolzen
95: radialer Führungsschlitz
96: Führungsschlitz
97: Führungsbolzen
100: Niederdrücker
101: Mitnehmer
105: Außenverzahnung
106: Zahnlückenabschnitt
107: bogenförmiger Führungsschlitz
110: Umfangsvorsprung
710: linke Gehäuseplatte
711: rechte Gehäuseplatte
712: Schraubbolzen
713: Abstandshülse
714: Drehachsenlagerbereich
715: exzentrische Führung
716: Aussparung
717: Aussparung
718: Verbindungsbereich
719: Befestigungsbohrung
720: Befestigungsschenkel
721: Befestigungsbasis
725: Drehzapfenhalteplatte
726: Lagerplatte
727: Drehzapfenaufnahme
728: Drehzapfenlagerung
730: Gehäuse
731: Befestigungsabschnitt
732: Achse
733: Zahnrad
734: Gleitstücklagerbereich
740: Zalnstange
7400: abgewinkeltes Endstück
7401: elastischer Dämpfungsanschlag
741: Basisplatte
742: Befestigungsbohrung
743: Abstützwinkel
744: Abstützwinkel
745: Betätigungselement
746: Zylinder des hydraulischen Dämpfers
747: Kolbenstange des hydraulischen Dämpfers
748: Betätigungsende der Kolbenstange 747
749: Lagerhülse des Zylinders 746
7490: Mutter
7491: Mutter
750: Basis
751: Steg
752: unterer Schwenkhebel
753: unterer Schwenkachse
755: oberer Schwenkhebel
756: obere Schwenkachse

Claims

Verfahren zum Steuern der Schließbewegung eines von Hand schließbaren Karosseriebauteils für Fahrzeuge, bei welchem Verfahren:
das Karosseriebauteil (1) bei der Schließbewegung ausgehend von einer geöffneten Stellung einen ersten Verstellbereich durchläuft, in welchem das Karosseriebauteil ohne Eingriff eines Steuerorgans (7; 30; 70) zur geschlossenen Stellung hin bewegt wird, und

das Karosseriebauteil (1) an den ersten Verstellbereich anschließend einen zweiten Verstellbereich durchläuft, in welchem die Schließbewegung des Karosseriebauteils durch Eingriff des Steuerorgans (7; 30; 70) so verändert wird, dass die kinetische Restenergie des Karosseriebauteils nach Durchlaufen des zweiten Verstellbereichs und Erreichen eines vorbestimmten, nicht verschwindenden Öffnungswinkels einen vorbestimmten, nicht verschwindenden Grenzwert nicht überschreitet, die kinetische Restenergie jedoch nicht ausreichend ist, um das Karosseriebauteil (1) selbsttätig zu schließen oder um das Karosseriebauteil (1) in eine Vorraste oder Hauptraste eines Schlosses (8) zu überführen.
Vorrichtung zum Steuern der Schließbewegung eines von Hand schließbaren Karosseriebauteils für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, beispielsweise einer Schwenktür, Schiebetür, Schwenk-/Schiebetür, Haube, Klappe, eines Schiebedachs oder dergleichen, mit einer Bremseinrichtung (15; 32; 746), die derart gestaltet ist und so an die Schließbewegung des Karosseriebauteils (1) angekoppelt oder ankoppelbar ist, dass
das Karosseriebauteil (1) bei der Schließbewegung ausgehend von einer geöffneten Stellung einen ersten Verstellbereich durchläuft, in welchem das Karosseriebauteil ohne Eingriff einer Bremseinrichtung zur geschlossenen Stellung hin bewegt wird, und
das Karosseriebauteil (1) an den ersten Verstellbereich anschließend einen zweiten Verstellbereich durchläuft, in welchem die Schließbewegung des Karosseriebauteils durch Eingriff der Bremseinrichtung (32, 746) so verändert wird, dass die kinetische Restenergie des Karosseriebauteils nach Durchlaufen des zweiten Verstellbereichs und Erreichen eines vorbestimmten, nicht verschwindenden Öffnungswinkels einen vorbestimmten, nicht verschwindenden Grenzwert nicht überschreitet, die kinetische Restenergie jedoch nicht ausreichend ist, um das Karosseriebauteil (1) selbsttätig zu schließen oder um das Karosseriebauteil (1) in eine Vorraste oder Hauptraste eines Schlosses (8) zu überführen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin umfassend eine Antriebseinrichtung (12; 14 30; 70), welche die Schließbewegung in einem dritten, an den zweiten Verstellbereich anschließenden Verstellbereich bis zu der Vorraste oder Hauptraste des Schlosses (8) antreibt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, weiterhin umfassend einen Energiespeicher (13; 76), der an die Antriebseinrichtung angekoppelt oder ankoppelbar ist, so dass die Antriebseinrichtung (12; 14; 30; 70) durch Entleeren des Energiespeichers angetrieben wird, wobei der Energiespeicher (13; 76)
a) so an eine Öffnungs- und/oder Schließbewegung des Karosseriebauteils (1) angekoppelt ist, dass der Energiespeicher (13; 76) während des manuellen Öffnens und/oder Schließens des Karosseriebauteils (1) durch Bremsen bzw. Dämpfen einer Öffnungs- und/oder Schließbewegung aufgefüllt wird; oder

b) an einen einer anderen Verstellfunktion als dem Schließen und/oder Öffnen des Karosseriebauteils (1) dienenden Verstellmotor (16) angekoppelt oder ankoppelbar ist, so dass der Energiespeicher durch Betreiben des Verstellmotors (16) auffüllbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Verstellmotor ein Fensterhebermotor, Schlossantrieb, Zentralverriegelungsmotor oder elektrischer Armstützenverstellmotor ist, so dass der Energiespeicher durch Betreiben des Verstellmotors (16) auffüllbar ist.
Vorrichtung nach einem Anspruch 2 oder 3, bei der die Antriebseinrichtung (70) von einem Elektromotor (12) angetrieben ist, um das Karosseriebauteil in dem dritten Verstellbereich bis zu der Vorraste oder Hauptraste des Schlosses (8) anzutreiben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der die Bremseinrichtung (746) so an die Schließbewegung des Karosseriebauteils (1) angekoppelt ist, dass die Bremseinrichtung die Schließbewegung erst bei Erreichen des zweiten Verstellbereichs abbremst, bis die vorbestimmte kinetische Restenergie erreicht ist, wobei die Bremseinrichtung (746) so ausgelegt ist, dass ihre Bremsrate mit zunehmender Schließgeschwindigkeit des Karosseriebauteils (1) ansteigt, bevorzugt nichtlinear.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, weiterhin umfassend eine Kupplung (32), um die Bremseinrichtung erst bei Erreichen des zweiten Verstellbereichs anzukoppeln, bis die vorbestimmte kinetische Restenergie erreicht ist, wobei die Kupplung (32)
a) ausgelegt ist, um wahlweise die Bremseinrichtung und/oder einen Antriebsmotor (12) zum Antreiben der Schließbewegung in dem dritten Verstellbereich an die Schließbewegung des Karosseriebauteils (1) anzukoppeln, oder

b) ferner als Bremseinrichtung zum Abbremsen der Bewegung des Karosseriebauteils (1) ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin umfassend eine Steuerelektronik (7), die ausgelegt ist, um wahlweise die Kupplung (32) und/oder die Antriebseinrichtung (12) an die Verstellbewegung des Karosseriebauteils (1) anzukoppeln.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Steuerelektronik (7) ausgelegt ist, so dass die Kupplung (32) in Abhängigkeit von einer ermittelten Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Schließbewegung und/oder von einem ermittelten zurück gelegten Schließweg des Karosseriebauteils (1) ankoppelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Steuerelektronik (7) ferner so ausgelegt ist, dass die Kupplung (32) in Abhängigkeit von einem Typ oder Hersteller des Karosseriebauteils (1), von einer Lage des Fahrzeugs, von einer Identifikation eines Benutzers des Fahrzeugs und/oder von einem Ausgangssignal einer Logikeinheit, insbesondere einer Fuzzy-Logik oder eines neuronalen Netzes, angekoppelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Steuerelektronik (7) ferner so ausgelegt ist, dass die Grenzen zwischen den Verstellbereichen in Abhängigkeit von der ermittelten Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Schließbewegung und/oder von dem ermittelten zurückgelegten Schließweg des Karosseriebauteils verändert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Steuerelektronik (7) ferner so ausgelegt ist, dass die Grenzen zwischen den Verstellbereichen in Abhängigkeit von einem Typ oder Hersteller des Karosseriebauteils (1), von einer Lage des Fahrzeugs, von einer Identifikation eines Benutzers des Fahrzeugs und/oder von einem Ausgangssignal einer Logikeinheit, insbesondere einer Fuzzy-Logik oder eines neuronalen Netzes, verändert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Antriebseinrichtung ausgelegt ist, um das Karosseriebauteil (1) bis in eine Stellung zu verstellen, in der eine Einklemmschutzfunktion zuverlässig gewährleistet ist, wobei einem Schloss (8) des Karosseriebauteils (1) ferner eine Zuzieheinrichtung (9) zugeordnet ist, um das Schloss ausgehend von der Vorraste zu verriegeln, und wobei die Zuzieheinrichtung mit der Antriebseinrichtung (30; 70) koppelbar oder gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, weiterhin umfassend einen mechanischen Abstandstaster (3) oder einen elektrischen oder elektronischen Abstandsensor (3), um das Verriegeln des Schlosses (8) am Ende des dritten Verstellbereichs automatisch auszulösen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, weiterhin umfassend einen Sensor, um beim Öffnen des Karosseriebauteils (1) eine Außenoberfläche desselben auf eine Kollision mit einem Hindernis zu überwachen, wobei die Steuerelektronik (7) bei Erkennen eines Kollisionszustands ein Feststellen des Karosseriebauteils mittels der Bremseinrichtung (15; 32) oder eines Türfeststellers (730) auslöst.