JP2023511982A - モータによって軸を中心として規則的に回転するように移動可能な自動車フラップに加えられる外力を決定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明の主題は、モータによって軸（２）を中心に規則的に回転するように移動可能な自動車フラップ（１）に加えられる外力（Ｔｚ）を決定する為の方法である。少なくとも１つの加速度センサ（４）が、第１のセンサ（４）として自動車フラップ（１）内または上に設けられている。第２のセンサ（５）も実装される。両センサ（４，５）の信号は、制御ユニット（６）により評価される。本発明によれば、第２のセンサ（５）は、自動車本体（３）に対する自動車フラップ（１）の角度および／または経路を測定するように設計されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、モータによって軸を中心に規則的に回転するように移動させることができる自動車フラップに加えられる外力を決定するための方法に関し、特に、自動車サイドドア、自動車テールゲートまたは自動車フロントフードに対する手動開閉力を決定するための方法に関し、この方法によれば、少なくとも１つの加速度センサが自動車フラップ上または自動車フラップ内に第１のセンサとして設けられ、第２のセンサが実施され、両方のセンサの信号が制御ユニットによって評価される。

モータによって軸を中心として規則的に回転するように移動させることができる自動車フラップは、通常、アクチュエータ、または一般的には電動駆動装置を有する。問題の自動車フラップは、例えば、駆動装置を使用して開閉することができる。特に、関連する自動車フラップを閉じるという意味で、部分開放および閉鎖動作も可能である。本発明の範囲内において、自動車フラップは、特に自動車側ドアであると理解されるが、自動車テールゲートまたは自動車フロントフードでもある。これには、たとえば、スライドドアなども含まれる。このようなスライドドアは通常モータによっても作用されるが、関連する自動車の本体に対して主に直線的に移動させることができる。

使用の容易さを高めるために、電動駆動装置または自動車フラップ用のアクチュエータは、それに応じて制御することができる。この場合、たとえば、アクチュエータの作動力を自動車フラップのそれぞれの動作状況に対して調整することが可能である。たとえば、これは、ＤＥ １０ ２００７ ０６２ ４７２ Ｂ４に従う一般的先行技術の手順である。

実際、これは、アクチュエータの作動力を調整して、並進および／または回転方式で開放することができるドアの開閉動作を支持するための方法および装置である。この目的のために、原則として、ドアの位置および加速度の値は、関連するセンサとともに記録され、評価装置または制御ユニットに送信される。センサには加速度センサとカメラを用いる。この目的のために、カメラを自動車のドアの外部ミラーに設置することができる。カメラは、操作者と当該自動車ドアとの間に接触があるかどうかを検出するために使用することができる。さらに、主に直交する力に対する有効なレバーアームをこれから決定することができる。これが比較的複雑であるのは、特にこの状況で必要とされるカメラが追加的に設置されなければならないからである。さらに、自動車のドアの外部ミラー上または外部ミラー内への取り付けは、カメラが汚れのために評価装置または制御ユニットに使用可能な信号を送出しない場合に問題を生じる。

ＤＥ １０ ２０１７ ０１１ ４７８ Ａ１による更なる従来技術は、車両の翼要素の閉鎖力を測定する方法に関する。この場合も、追加の外力が記録されるべきである。この目的のために、複合力経路測定装置が提供される。前記力経路測定装置は、加速度センサを有し、この加速度センサによって、測定された閉鎖時間が決定される。前記測定された閉鎖時間は、開放位置から閉鎖位置への移行中に車両の翼要素の振動が観測されることに対応する。

さらに、マイクロホンが実装され、その助けを借りて、第２の測定された閉鎖時間を記録することができる。前記第２の測定された閉鎖時間は、音波に基づいて、車両の翼要素の開放位置から閉鎖位置への変化を特徴付ける。このようにして決定された測定閉鎖時間が比較され、記録される力を評価することができる実際の閉鎖時間が得られる。

第２のセンサとしてマイクロフォンを追加的に使用することは、言い換えれば、上述のＤＥ １０ ０７ ０６２ ４７２ Ｂ４のカメラに匹敵する欠点を伴う。この場合、汚れに関連する問題だけでなく、マイクロホンからの信頼できる分析可能な信号が全く得られないというリスクもある。これは、特に、顕著な外部ノイズ、例えば、風および／または雨に適用される。

最後に、ＤＥ １０ ２００６ ０１８ ０３１ Ｂ４による関連する従来技術は、センサ配置および拘束装置をトリガする方法に関する。これは、車両の衝突を検出するためである。この目的のために、第１の加速要素および第２の加速要素が実装され、これらは、車両ドアの内側に、または車両ドアのヒンジの近くに設置される。モータによって関連する自動車ドアを移動させるためのアクチュエータの作動力に対する修正は扱われない。

基本的に、従来技術は、操作者によって加えられ且つ付加的に自動車フラップに作用する外力に応じて、関連する自動車フラップの為のアクチュエータの力又は一般的には電動駆動装置の力を修正することに関して証明されている。しかしながら、従来のアプローチは比較的複雑であり、使用されるセンサ、特にカメラおよびマイクロフォンのために、自動車上の汚れ、背景ノイズなどに対して影響を受けやすい。このようなセンサが比較的高価であることに関連して、実際には、これは、周知のシステムが実際に普及および適用されていないことを見出した結果となっている。本発明は、全体としてこれを改善しようとするものである。

概要

本発明は、モータによって軸を中心に規則的に動かすことができる自動車フラップに加えられる外力を決定する為の、そのような方法および関連する装置を特定するという技術的課題に基づいており、その助けを借りて、構造的に単純で機能的に信頼できる解決策を提供することができ、この解決策は汚れ、背景ノイズ等に対して特に強力である。

この技術的問題を解決するために、モータによって軸を中心に規則的に移動可能な自動車フラップに加えられる外力を決定する為の一般的な方法は、本発明の範囲内において、第２のセンサが、自動車フラップの自動車本体に対する角度を測定するために使用されること、および／または自動車フラップの経路を測定する為に使用されることを特徴とする。言い換えれば、最も単純な場合には、本発明は、第１のセンサとして加速度センサのみを使用し、さらに、第２のセンサを使用して、角度または経路を測定する。両方のセンサは、有利には、自動車フラップの中または上に配置することができ、このようにして環境の影響から特によく保護される。加えて、この文脈における加速度センサ又は角度センサ又は経路センサは、２つのセンサの信号が制御ユニットによって容易に安全に、確実に、永久的に評価できるように、強力で、耐久性があり、機能的に信頼できる設計を有する。ここに本質的な利点がある。

既に説明したように、第２のセンサは、有利には、自動車フラップ上又はフラップ内に配置される。２つのセンサ信号に加えて、本発明によれば、制御ユニットは、外力の計算において自動車フラップの機械的特性値も含む。

自動車フラップの、これらの機械的特性値は、通常、少なくともその慣性モーメントに関連する。これは、センサの２つの信号を評価するときに、制御ユニットが評価の対象とする自動車ドアの慣性モーメントまたは質量慣性モーメントも含むことを意味する。知られているように、慣性モーメントは、所与の軸を中心とした回転中の角速度の変化に関して、剛体と考えられる自動車フラップの慣性を表す。これは、少なくとも回転するように軸の周りを移動することができる自動車フラップ、たとえば、前述の自動車サイドドアに適用されるが、自動車のテールゲートまたは自動車のフロントフードにも適用される。原理的に、またこれに代わるものとして、たとえば、スライド式ドアの場合には、その質量または質量慣性も、慣性モーメントの代わりに制御ユニットによって非常に簡単に評価することができる。

知られているように、慣性モーメントは、考慮中の自動車フラップの質量分布に、その軸または回転軸に対して依存する。この点において、関連する自動車フラップの設計データから記号Ｊを用いて慣性モーメントに関するデータを導出することは困難ではない。あるいは、主に直線的に移動する自動車サイドドアにおいて、慣性モーメントＪの代わりに、質量Ｍをセンサの２つの信号に加えて制御ユニットの評価に含めることもできる。

自動車フラップの摩擦パラメータは、自動車フラップの機械的特性値として制御ユニットによって付加的に評価されることが好ましい。回転するように軸の周りを移動することができる自動車フラップの場合、自動車フラップのこれらの摩擦パラメータは、主に、この点で規則的に実装されるヒンジの摩擦値である。直線的に移動する自動車のスライドドアの場合、必要なガイドの摩擦力が主に観察され、考慮される。摩擦トルクＴ_ｆｒは、ここで最も頻繁に使用することができ、最も単純な場合には、関連する自動車フラップの速度に比例するか、または増減する。したがって、通常は線形すべり摩擦が使用される。これはまた、自動車フラップの速度に線形に依存する制動トルクをもたらす。前記制動トルクは、特に、第２のセンサの信号に基づいて決定されて、自動車の本体に対する自動車フラップの角度を測定することができる。制御ユニットが自動車フラップのアクチュエータまたは電動駆動装置にも作用する場合、制御ユニットの対応する作動信号を駆動トルクまたはモータトルクＴ_ｄｒで識別することができる。

回転するように軸の周りを移動することができる自動車フラップの基本運動方程式に基づいて、

当該自動車フラップに追加的かつ外部的に加えられる外力または対応するトルクＴ_ｚについての結論を導き出すことが可能であり、これは指定された場合の駆動トルクに対して悪く作用する可能性がある。実際、測定された変数φは、考慮中の自動車フラップの角加速度であり、第１のセンサまたは加速度センサを使用して記録され、評価のために制御ユニットに送信される。

同様の手順を、前後に直線的に移動できる自動車のスライドドアに使用することができる。この場合、前述した角加速度φは、第１のセンサや加速度センサを用いて測定されるものではない。その代わりに、操作者によって加えられる外力Ｆ_ｚおよび／またはこの場合のアクチュエータまたは電動駆動装置によって加えられる力Ｆ_ｄｒによって、慣性質量Ｍの関連する自動車フラップが加速度（［数２］の左側の第２項（ドット記法において２つのドット「・」記号を上部に有するシンボル「Ｓ」で表示）によって加速された運動を行う。この場合、制御ユニットによって評価される対応する運動方程式は、基本的には以下のようになる。

（ここで、Ｆ_ｆｒは摩擦力、ｓは移動経路、および［数２］の左側の第２項（ドット記法において２つのドット「・」記号を上部に有するシンボル「Ｓ」で表示）は関連する加速度である。）いずれにしても、制御ユニットは、２つのセンサのセンサ値と機械的特性値から外力Ｆ_ｚまたは外部トルクＴ_ｚを運動方程式を用いて決定することが明らかとなる。これは、数学的処理であるカルマンフィルタとして知られているものを有利にかつ付加的に使用して行われる。これは、２つのセンサの実際の測定値における誤差を低減し、測定可能でないシステム変数の推定値、この場合、加えられる外力Ｆ_ｚまたは外部トルクＴ_ｚの推定値を提供するのに役立つ。このようなカルマンフィルタは一般に知られており、「ウィキペディア」の対応する説明を参照し、そこで追加の参照を行う。

また、本発明の主題は、自動車フラップに加えられる外力を決定するための装置であって、この自動車フラップは、モータによって軸を中心に規則的に回転するように移動可能である。まず、この装置は、自動車フラップ上に第１のセンサとして加速度センサを有する。加速度センサは、有利には、三軸加速度センサとして知られるものであり、すなわち、３つの車両軸の全ての方向、即ち、車両の縦方向（Ｘ）方向、車両の横断方向（Ｙ）方向、最後に、車両の垂直軸（Ｚ）方向の加速度値を記録することができるものである。このような三軸加速度センサは、広く使用されているため、安価で強力な設計で利用可能である。

また、本発明に係る装置は、アクチュエータや電動駆動装置を備えている。問題の自動車フラップは、アクチュエータまたは電動駆動装置を使用して移動させることができる。さらに、制御ユニットが、加えられる外力または加えられる外部トルクの決定された値に従ってアクチュエータを可変制御するように設計されていることが有利である。たとえば、ここでの手順は、操作者が自動車フラップにも開放力を加える場合に、アクチュエータが自動車フラップを開放するために自動車フラップに加えられる力がそれに応じて低減されるようなものである。同様に、アクチュエータによる閉鎖力は、操作者が自動車フラップにもそのような閉鎖力を加える場合にも減少させることができる。

逆に、本発明はまた、たとえば、開放処理中に、アクチュエータによって自動車フラップに加えられる力が、操作者が問題の自動車フラップに閉鎖方向に同時に作用させる場合に増大されるような変形を提供する。同様に、閉鎖処理中の力の増加は、問題の操作者が開放方向の自動車フラップにも作用する場合に考えられる。いずれにしても、アクチュエータに加えて、操作者によって問題の自動車フラップに加えられる外力を、構造的に単純で強力な設計を考慮して、簡単な手段を用いて制御ユニットによって計算することができる方法および装置が利用可能である。これらは全て、特に機能的に信頼できる方法で行われる。ここに本質的な利点がある。

以下、１つの実施形態のみを示す図面を参照して、本発明より詳細に説明する。
図１は、本発明の装置を概略的に示す図である。

詳細な説明

図１は、外力又は外部トルクＴ_ｚを決定する装置を極めて基本的に示している。問題の力または関連する外部トルクＴ_ｚは、操作者によって自動車フラップ１に加えられる。これは、本実施形態によるものであり、開放方向に限定されるものではない。本実施形態によれば、自動車フラップ１は、本体または自動車本体３に対して回転可能に軸２を中心に移動可能である。

基本設計は、自動車フラップ１内または上に第１のセンサとして設けられ、配置される加速度センサ４を含む。本実施形態では、加速度センサ４を用いて自動車フラップ１の角加速度φを測定している。また、本実施形態に係る回転角度センサである更なる第２のセンサ５が実装されている。本実施形態では、回転角センサ又は第２のセンサ５を用いて自動車フラップ１の角度φを決定し、これから自動車フラップ１の摩擦トルクＴ_ｆｒを決定する。一方、加速度センサ４は、３軸加速度センサとして構成されている。

両方のセンサ４，５は、各々が、その信号を評価する制御ユニット６に接続されている。また、制御ユニット６は、図示するように自動車フラップ１を前後に移動させることができるアクチュエータ７または電動駆動装置を制御する。

アクチュエータ７を使用して、モータトルクまたは駆動トルクＴ_ｄｒが、対応する矢印によって図１に示されるように、図示の実施例では自動車フラップ１に加えられる。図示したように、アクチュエータ７は、この状況において、自動車フラップ１の閉鎖運動を確実にするが、もちろん、これは単なる例として理解されるべきであって、制限として理解されるべきではない。自動車フラップ１は、図１に示されたこの閉鎖運動に対して、主に軸２の領域のヒンジに生じる摩擦値を表す摩擦トルクＴ_ｆｒを有するが、この摩擦トルクＴ_ｆｒは前に説明したものである。

２つのセンサ４、５のセンサ値が評価され、制御ユニット６で処理される。さらに、自動車フラップ１の機械的特性値も考慮される。これには、図１にも示される自動車フラップ１の慣性モーメントＪが少なくとも含まれる。先に説明したカルマンフィルタを考慮して、制御ユニット６は、先に説明したように、加えられる外力、または本実施形態によれば、上述および導入部において特定された運動方程式およびカルマンフィルタを用いて、センサ値および機械的特性値から加えられる外部トルクＴ_ｚを決定することができる。また、制御ユニット６は、アクチュエータ７が、加えられた外力又は加えられた外部トルクＴ_ｚの決定値に応じてアクチュエータ７を可変制御されることを確実にする。

さらに、制御ユニット６は、自動車フラップ１に加えられるモータトルク又は駆動トルクＴ_ｄｒを記録する可能性がある。この目的のために、たとえば、アクチュエータ７を作動させるための電流値を用いて、問題の自動車フラップ１がアクチュエータ７によって、たとえば、閉鎖方向において、加えられる力についての結論を導き出すことができる。モータトルクまたは駆動トルクＴ_ｄｒは、たとえば、制御ユニット６に保存された既知の幾何学的仕様を考慮して、これから導出することができる。これに関連して、自動車フラップ１の軸または回転軸に対するアクチュエータ７の位置は制御ユニット６に保存され、問題の駆動トルクＴ_ｄｒは、アクチュエータ７によって自動車フラップ１に加えられる力と共にこれから推論することが可能である。

たとえば、前述の駆動トルクＴ_ｄｒが自動車フラップ１に（たとえば、閉鎖方向に）加えられる場合、これは、第２のセンサ５を使用して記録することができる位置の変化をもたらす。この位置の変化が、たとえば、制御ユニット６を用いて算出された位置の変化からずれる場合には、外力または外部トルクＴ_ｚの指標となる。示された本実施形態に適用すると、これが意味することは、操作者により加えられる外力または開放方向に加えられる外部トルクを用いて、制御ユニット６は、全体として、操作者が自動車フラップ１に開放力を加えられない場合に必要とされるよりも大きな力または大きなトルクＴ_ｄｒでアクチュエータ７が制御されることを確実にすることである。

これが意味することは、本実施形態において、操作者により加えられる外力や開放方向に加えられる外部トルクＴ_ｚにより、制御ユニット６は、全体として、操作者が自動車フラップ１に開放力を加えられない場合に必要とされるよりも大きな力または大きなトルクＴ_ｄｒでアクチュエータ７が制御されることを保証することである。

符合の説明

自動車フラップ…１、
軸…２，
自動車本体…３，
加速度センサ…４，
センサ…５，
制御ユニット…６，
アクチュエータ…７，
慣性モーメント…Ｊ，
トルク…Ｔ_ｚ、
摩擦トルク…Ｔ_ｄｒ、
トルク…Ｔ_ｄｒ、
角度…φ、
角加速度…φ。

Claims (10)

1. モータによって軸（２）を中心に規則的に回転するように移動可能な自動車フラップ（１）に加えられる外力（Ｔ_ｚ）を決定する為の、特に、自動車のサイドドア、自動車のテールゲートまたは自動車のフロントフードにかかる手動開閉力を決定する為の方法であって、
   第１のセンサ（４）として少なくとも１つの加速度センサ（４）が前記自動車フラップ（１）上又は内部に設けられ、第２のセンサ（５）が実装され、両方のセンサ（４，５）の信号が制御ユニット（６）によって評価され、前記第２のセンサ（５）は、前記自動車フラップ（１）の自動車本体（３）に対する角度および／または経路を測定するために使用されることを特徴とする、方法。
2. 前記第２のセンサ（５）は、前記自動車フラップ（１）上および／または内部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記制御ユニット（６）は、前記両方のセンサの信号に加えて、前記外力（Ｔ_ｚ）の算出において、前記自動車フラップ（１）の機械的特性値も含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 少なくとも前記自動車フラップ（１）の前記慣性モーメント（Ｊ）が、その機械的特性値として考慮されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記自動車フラップ（１）の摩擦パラメータは、前記自動車フラップ（１）の機械的特性値として、前記制御ユニット（６）によって更に評価されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記制御ユニット（６）は、センサ値および機械的特性値から加えられる外力（Ｔ_ｚ）を、運動方程式および有利にはカルマンフィルタを用いて決定することを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. モータによって軸（２）を中心として規則的に回転するように移動可能な自動車フラップ（１）に加えられる外力（Ｔ_ｚ）を決定する為の、特に自動車サイドドア、自動車テールゲートまたは自動車フロントフードに対する手動開閉力を決定する為の、好ましくは請求項１～６のいずれか一項に記載の方法を実行するための装置であって、
   前記自動車フラップ（１）内または上に第１のセンサ（４）として少なくとも１つの加速度センサ（４）を有し、第２のセンサ（５）を有し、両方のセンサ（４，５）の前記信号が制御ユニット（６）によって評価され、前記第２のセンサ（５）は、自動車本体（３）に対する自動車フラップ（１）の角度および／または経路を測定するように設計されていることを特徴とする、装置。
8. 前記第２のセンサ（５）は、前記軸（２）に沿って配置された回転角度センサとして構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記自動車フラップ（１）に加えられるアクチュエータ（７）を備えることを特徴とする、請求項７又は８に記載の装置。
10. 前記制御ユニット（６）は、加えられた前記外力（Ｔ_ｚ）の決定された値に応じて、アクチュエータ７を可変制御することを特徴とする、請求項７～９のいずれか一項に記載の装置。

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