WO2021023766A1 - Antriebsvorrichtung zum verstellen einer fahrzeugbaugruppe - Google Patents

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WO2021023766A1
WO2021023766A1 PCT/EP2020/071982 EP2020071982W WO2021023766A1 WO 2021023766 A1 WO2021023766 A1 WO 2021023766A1 EP 2020071982 W EP2020071982 W EP 2020071982W WO 2021023766 A1 WO2021023766 A1 WO 2021023766A1
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vehicle assembly
drive
torque
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PCT/EP2020/071982
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Alex Kromer
Marvin HOHLFELD
Maximilian KUNZELMANN
Heino Schalyo
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Brose Fahrzeugteile Se & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg
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    • E05Y2900/53Type of wing
    • E05Y2900/531Doors

Definitions

  • the invention relates to a drive device for adjusting a vehicle assembly according to the preamble of claim 1.
  • Such a drive device comprises an electromotive adjustment drive for adjusting the vehicle assembly and a control device for controlling the adjustment drive.
  • the control device is designed to control the adjustment drive in automatic mode for adjusting the vehicle assembly at a predetermined speed and in servo mode for providing a supporting force when the vehicle assembly is manually adjusted by a user.
  • Such a vehicle assembly can be, for example, a door or flap on a motor vehicle.
  • a door can be formed, for example, by a vehicle side door arranged pivotably on a vehicle body, or also by a tailgate or a sliding door.
  • the vehicle assembly can also be a sliding roof, for example.
  • trunk lids are usually moved by an electric motor between defined positions, for example between an open position and a closed position, in the context of automatic operation.
  • an electric motor In the case of a tailgate, but also in particular in the case of a vehicle side door, it may be desirable that, in addition to an automatic, electric motorized adjustment, manual adjustment is also possible, but this is supported by an electric motor. This is a servo operation.
  • the force to be applied by a user remains at least approximately the same over an adjustment path of the vehicle assembly, so that a user can move the vehicle assembly easily, can be adjusted comfortably and haptically pleasant while applying an approximately uniform user force, for example between an open position and a closed position.
  • a servo operation should be able to be implemented cost-effectively as far as possible, in particular without using an additional, complex sensor system for measuring the force actually applied by a user or a drive.
  • a door drive device for adjusting a vehicle side door is known, for example, from DE 10 2015 215 627 A1 and has, for example, an adjustment drive that is coupled via a transmission element in the form of a pull cable to an adjustment part in the form of a tether attached to the vehicle body.
  • an adjustment drive that is coupled via a transmission element in the form of a pull cable to an adjustment part in the form of a tether attached to the vehicle body.
  • the object of the present invention is to provide a drive device for adjusting a vehicle assembly which enables the provision of an automatic mode and a servo mode for automatic or electric motor-assisted adjustment of a vehicle assembly in a simple, cost-effective manner.
  • the control device has a speed control module for determining a first setpoint current value as a function of a speed of the adjustment drive, a servo control module for determining a second setpoint current value as a function of a load acting on the vehicle assembly, and a current control module for controlling a current of the adjustment drive.
  • the current control module is designed to regulate the current of the adjustment drive in automatic mode based on the first setpoint current value supplied by the speed control module and in servo mode based on the second setpoint current value supplied by the servo control module.
  • the drive device can be in an automatic mode for the automatic adjustment of the vehicle assembly, for example a vehicle side door or a tailgate, or in a servo mode for manual, but electric motor-assisted adjustment of the vehicle assembly.
  • the vehicle assembly is adjusted in a controlled manner at a predetermined speed.
  • the adjustment drive is controlled in such a way that the adjustment drive provides a supporting force for manual adjustment of the vehicle assembly and the force to be applied by a user is the same as possible over the adjustment travel or part of the adjustment travel of the vehicle assembly or a desired curve follows.
  • Different control modules are provided for operating the drive device in the different operating modes.
  • a speed control module is used to specify a first setpoint current value for a current control module, so that in automatic mode, current control takes place based on the setpoint current value specified by the speed control module and set based on the desired speed.
  • a control in the manner of a cascade control is used, in which the speed control module supplies a control value in the form of a setpoint current value to the downstream current control module and the current control module in automatic mode performs a control based on the So II flow value supplied by the speed control module.
  • current control takes place in servo mode, the current control module being supplied with a setpoint current value generated by the servo control module and the current control taking place in the current control module based on the setpoint current value received from the current control module.
  • the servo control module is designed to set the target current value so that the force provided by the adjustment drive supports the user in moving the vehicle assembly in such a way that the force to be applied by the user is at least approximately the same (or follows a desired curve) and is suitable for the user thus results in a comfortable, haptically pleasant adjustment of the vehicle assembly.
  • the control device has a switching device that can be switched between a first sound position and a second switching position, wherein in the first switching position the speed control module is connected to the current control module and in the second switching position the servo control module is connected to the current control module.
  • the switching device can thus be used to switch between automatic mode and servo mode.
  • the first In the switch position the first target current value generated by the speed control module is fed to the current control module.
  • the second target current value generated by the servo control module is fed to the current control module.
  • the switching device can be a physical switch.
  • the switching device can, however, also be implemented in software in the control device and implement the supply of the respective setpoint current value to the current control module in software.
  • the speed control module is designed to set the first setpoint current value based on a speed setpoint and the speed of the adjustment drive.
  • the speed setpoint can, for example, be permanently stored in the control device and indicates the value with which an adjustment is to take place in automatic mode.
  • control takes place based on the speed setpoint and the resulting actual speed of the adjustment drive, so that the setpoint current value provided by the speed control module is adapted and set so that the actual speed of the adjustment drive is regulated to the speed setpoint.
  • the rotational speed of the adjustment drive can for example be detected by sensors, for example using Hall sensors which detect a rotation of a motor shaft of the adjustment drive by sensors.
  • the control device additionally has a load calculation module, which is connected upstream of the servo control module and serves to determine a load acting on the vehicle assembly.
  • the load is a force acting on the vehicle assembly independently of an applied user force, which in particular counteracts an adjustment of the vehicle assembly (or possibly also supports the movement of the vehicle assembly) and, for example, from the vehicle position, an angle of a hinge axis of the vehicle assembly designed as a vehicle door and a current adjustment position of the vehicle assembly can depend.
  • the load calculation module can in particular be designed to determine a static and / or dynamic load acting on the vehicle door.
  • the load can be measured, for example, as a function of a vehicle longitudinal axis Angle of inclination of the vehicle, an angle of inclination, measured about the longitudinal axis of the vehicle, of a hinge axis of the vehicle assembly (which in this case is arranged, for example, as pivotable on a vehicle body
  • Vehicle side door is formed), a slope angle of the vehicle measured about a vehicle transverse axis, a slope angle measured about the vehicle transverse axis of the hinge axis of the vehicle assembly and / or an opening angle of the vehicle assembly.
  • gravitational forces act on the vehicle assembly, for example one that is pivotably arranged on the vehicle body
  • Vehicle side door Such gravitational forces can act, for example, in the direction of a closed position of a vehicle door and thus counteract, for example, opening of the vehicle door.
  • a user When the vehicle door is opened, a user must therefore work against a torque acting on the vehicle assembly due to gravity, the supporting force provided by the adjustment drive being set so that the force to be applied by the user is independent of the position of the vehicle and of the Position of the vehicle assembly remains the same or follows a desired curve.
  • the supporting force to be provided by the adjustment drive thus changes with the vehicle position and the position of the vehicle assembly and is accordingly specified in such a way that a user preferably has an at least approximately constant adjustment force in servo mode.
  • frictional forces can act on the vehicle assembly, which can also be included by the load calculation module for calculating the load acting on the vehicle assembly.
  • the servo control module is designed to use the load acting on the vehicle assembly, as calculated by the load calculation module and fed to the servo control module, and additionally based on one of a User to be applied target force value to determine a target torque to be provided by the adjustment drive.
  • the target force value corresponds to the desired force that a user has to apply when adjusting the vehicle assembly.
  • the servo control module is intended to specify the setpoint current value for the current control so that the adjustment drive provides a torque that supports the user when adjusting the vehicle assembly in such a way that the user only has to apply at least approximately a force corresponding to the target force value.
  • the load that is calculated by the load calculation module can have a static component and a dynamic component.
  • the load can thus be determined on the basis of a static hinge moment acting about a hinge axis of the vehicle assembly and a dynamic hinge moment acting about the hinge axis of the vehicle assembly.
  • the static hinge torque can result from moment components that result from the effect of gravity on the vehicle assembly as a function of the angle of inclination and the angle of inclination of the vehicle and the hinge axis and additionally from a frictional torque acting on the hinge axis.
  • the dynamic hinge moment can result, for example, from inertial forces and is thus measured using the inertia of the vehicle door and a door acceleration.
  • the setpoint torque to be provided by the adjustment drive can be calculated using a torque balance where Msoii_schamier is the setpoint torque, Mschamier _stat is the static hinge torque, M Hinge _d y n is the dynamic hinge torque and M US er is the user torque.
  • the static hinge torque and the dynamic hinge torque have a positive impact on the torque balance.
  • the user moment to be applied by a user is included in the balance either positively or negatively, depending on the direction of movement.
  • the setpoint torque specifies the torque to be provided by the adjustment drive, which corresponds to the total torque required for adjusting the vehicle assembly minus the user torque.
  • the servo control module then uses the target torque to determine the second target current value and manages this target current value in servo mode to the current control module.
  • a current control then takes place in the current control module using the setpoint current value provided by the servo control module.
  • the current control module is designed to set the current of the adjustment drive using pulse width modulation.
  • the current is regulated on the basis of the respectively supplied setpoint current value that is dependent on the operating mode.
  • the current control module outputs a manipulated variable by means of which the voltage supplied to the adjustment drive is set with a pulse width modulation of high frequency, for example with a frequency between 5 kHz and 100 kHz or even higher.
  • a control takes place based on the respectively supplied setpoint current value and the resulting, actual motor current.
  • the current of the adjustment drive is thus adjusted by regulation so that it corresponds to the setpoint current value.
  • the force to be applied by a user can be set to a desired target force value, whereby the control can take place in such a way that the force to be applied by the user remains at least approximately the same over the adjustment path of the vehicle assembly or follows a desired curve.
  • a manual adjustment of the vehicle assembly in the servo operating mode by a user can thus take place simply, comfortably and haptically pleasant.
  • the provision of the supporting force follows the movement of a user, whereby in particular an undesired run-on, ie. H. further adjustment after termination of user activity can be avoided.
  • the user is free to choose the adjustment speed.
  • the adjustment drive merely provides a supporting force which is variably set by a user as a function of the adjustment movement of the vehicle assembly.
  • Fig. 1 is a schematic view of a vehicle assembly in the form of a
  • 2A is a view to illustrate a pitch angle of a vehicle and a pitch angle of a hinge axis of a vehicle side door;
  • 2B is a view illustrating an angle of inclination of a vehicle and an angle of inclination of a hinge axis of a vehicle side door;
  • FIG. 3 shows a functional view of a control device of a drive device
  • Adjustment force over an adjustment path of a vehicle side door in a servo operating mode
  • FIG. 1 shows a schematic view of a vehicle assembly 11 in the form of a vehicle side door arranged on a vehicle body 10 of a motor vehicle 1, which is pivotable about a hinge axis 110 to the vehicle body 10 and is pivoted between a closed position and an open position along an opening direction O can.
  • a drive device 2 which is designed, for example, in the manner of the door drive described in DE 10 2015 215 627 A1, is used for the electric motor adjustment of the vehicle assembly 11 and has an adjustment drive 21, which, for example, is stationary on the vehicle assembly 11, for example on an in a door interior of the vehicle assembly 11 in the form of the vehicle side door enclosed door module and is in operative connection with an adjustment part 20, for example in the form of a tether hinged to the vehicle body 10 at a hinge axis 200.
  • the adjustment drive 21 can have a cable drum which is coupled to a pull cable arranged on the adjustment part 20 in such a way that the adjustment part 20 moves relative to the adjustment drive 21 by rotating the cable drum and thereby pivots the vehicle assembly 11 relative to the vehicle body 10 about the hinge axis 110 can be, as described in DE 10 2015 215 627 A1. It
  • other mechanisms for a drive device 2 are also conceivable and possible, which allow an electric motor adjustment of the vehicle assembly 11 with respect to a vehicle body 10.
  • a drive device 2 of the type described in this text is not limited to use on a vehicle side door, but generally for adjusting a vehicle assembly, for example a vehicle door in the form of a pivoting door or sliding door, for adjusting a tailgate or can also be used to adjust a sunroof.
  • the drive device 2 is intended to enable automatic operation and servo operation and thus be able to effect an automatic adjustment of the vehicle assembly 11 or a manual adjustment of the vehicle assembly 11 supported by the drive device 2 by a user.
  • the drive device 2 can be switched between different operating modes, the adjusting drive 21 being controlled in different ways as a function of the particular operating mode set.
  • the adjustment drive 21 is to provide a torque that causes an additional user force to be applied by a user to adjust the vehicle assembly 11.
  • the user force to be applied by the user should be at least approximately the same over the adjustment path of the vehicle assembly 11, i.e. in the example according to FIG. 1 over the adjustment angle f between the closed position and a fully open position, or should follow a desired curve to accommodate the user to enable comfortable, haptically pleasant adjustment.
  • FIGS. 2A and 2B show (in exaggerated representations for illustration purposes) different vehicle positions and the resulting positions of the hinge axis 110 of a vehicle assembly 11 in the form of a vehicle side door arranged pivotably on the vehicle body 10.
  • FIG. 2A shows a vehicle 1 that is parked, for example, on a slope with an incline and accordingly an incline angle a2 between the Vehicle vertical axis Z and a (determined by the direction of gravity) vertical.
  • the hinge axis 110 of the vehicle assembly 11 has an inclination angle a1 to the vehicle vertical axis Z.
  • the pitch angle a2 of the vehicle 1 and the pitch angle a1 of the hinge axis 110 to the vertical axis Z are measured about the vehicle transverse axis Y (see FIG. 2B).
  • FIG. 2B shows a vehicle 1 which is inclined about the vehicle longitudinal axis X (see FIG. 2A).
  • the vehicle vertical axis Z in this case has an angle of inclination ⁇ 2 to the vertical.
  • the hinge axis 110 can have an angle of inclination ⁇ 1 to the vehicle vertical axis Z.
  • the vehicle position is included in the calculation of the torque to be provided by the adjustment drive 21 in the servo operating mode, which is intended to support a user when adjusting the vehicle assembly 11.
  • a control device 3, shown in an exemplary embodiment in FIG. 3, for controlling the adjusting drive 21 of the drive device 2 has different control modules which, depending on the operating mode, serve to set a current (corresponding to the motor current) of the adjusting drive 21 designed as an electric motor so that an adjustment of the vehicle assembly 11 takes place in the desired manner depending on the operating mode, namely in automatic mode with a desired adjustment speed and in servo mode in a power-assisted manner.
  • the control device 3 implements a current control module 34 to which a setpoint current value I cmd is fed, the current control module 34 receiving the setpoint current value I Cmd from a speed control module 32 or a servo control module 31 depending on the operating mode.
  • the speed control module 32 serves to preset the setpoint current value I Cmd in automatic mode so that a desired speed is obtained on the adjustment drive 21 and correspondingly on the vehicle assembly 11 a desired adjustment speed v.
  • the servo control module 31 serves to specify the setpoint current value I Cmd in such a way that manual adjustment of the vehicle assembly 11 in servo operation is supported with a torque that is set so that the User additional force to be applied over the adjustment path of the vehicle assembly 11 is at least approximately the same or follows a desired curve.
  • the speed control module 32 regulates the speed of the adjustment drive 21 in automatic mode.
  • the speed control module 32 is supplied with a target speed n Cmd via an input 320, the target speed n Cmd being stored, for example, in a memory and thus (as a constant value or as a speed curve over the adjustment path) is fixed, but can also be adapted by a user if necessary.
  • the speed control module 32 determines a setpoint current value I C md, which it feeds to the current control module 34, as a function of the setpoint speed n cm d and the actual speed resulting from the adjustment drive 21 in control mode.
  • the speed control module 32 is connected to the current control module 34 via a switching device 33 in that the switching device 33 is switched to a switching point 330.
  • the set current value I Cmd output by the speed control module 32 is thus fed to the current control module 34 so that the current control module 34 can carry out a current control based on the set current value I Cmd received from the speed control module 32.
  • the switching device 33 can be implemented physically by a mechanical switch. However, the switching device 33 is advantageously implemented in terms of software by the software of the control device 3.
  • the modules of the control device 3 are also preferably implemented by software modules.
  • the switching device 33 is controlled, for example, via a control module 36 of the control device 3.
  • a current control takes place in the current control module 34.
  • the current regulation module 34 regulates the current of the adjustment drive 21 in such a way that it is set to the target current value 34 supplied to the current regulation module 34.
  • the current control module 34 adjusts the current using a voltage control value U Cmd in the form of a load factor (between 0% and 100%) in that the voltage control value U Cmd is fed to a pulse width modulation 35, which is based on the battery voltage U ßat of the vehicle and the voltage control value U Cmd generates an output voltage and feeds it to the adjustment drive 21.
  • the pulse width modulation 35 preferably works at a comparatively high frequency, is operated in particular at a frequency between 5 kHz and 30 kHz, for example 20 kHz.
  • the manipulated variable U Cmd is set in such a way that the motor current I is regulated to the setpoint current value I Cmd .
  • a control in the manner of a cascade control thus takes place, in which the speed control module 32 determines a control value in the form of a setpoint current value I Cmd and feeds it to the downstream current control module 34 for current control.
  • the determination of the target current value l Cmd by the servo control module 31 takes place as a function of a load acting on the vehicle assembly 11, which is calculated by a load calculation module 30 as a function of the vehicle position and an opening position of the vehicle assembly 11 (indicated by the opening angle f).
  • the load acting on the vehicle assembly 11 is determined from a static torque and a dynamic torque acting about the hinge axis 110.
  • a static torque acting on the vehicle assembly 11 is determined in particular on the basis of a moment resulting from the force of gravity about the hinge axis 110 and additionally on the basis of a frictional torque acting in the hinge of the vehicle assembly 11.
  • the static torque referred to as the static hinge torque
  • M hinge stat the static hinge moment
  • M inclination denotes an inclination moment resulting from a vehicle inclination and an inclination of the hinge axis 110
  • M inclination an inclination moment resulting from a vehicle inclination and an inclination of the hinge axis 110
  • M R hinge denotes a friction moment on the hinge.
  • the pitch torque and the pitch torque are calculated as follows:
  • the angles a1, a2, ⁇ 1, ⁇ 2 are illustrated in FIGS. 2A and 2B.
  • the distance X SP between the door center of gravity SP and the hinge axis 110 is also shown in FIG. 1.
  • the gradient of the vehicle 1 and the inclination of the vehicle 1 as well as the current position of the vehicle assembly 11 can be sensed by sensors 301, 302, 303, and corresponding measured values are fed to the load calculation module 30.
  • the offset angle takes into account the center of gravity of the vehicle door in the transverse direction of the vehicle (Y direction).
  • a dynamic hinge torque acts when the vehicle assembly 11 moves, which is calculated as follows: Hinge, dyn y * I * C here denotes the acceleration of the vehicle assembly 11.
  • the acceleration of the vehicle assembly 11 can be determined from a change in the adjustment angle f .
  • the acceleration can also be calculated from the adjustment speed v of the vehicle assembly 11, which is fed to the servo control module 31 during operation.
  • I stands for the inertia of the vehicle assembly 11.
  • the distance Icn ff between the grip position of a handle 111 on the vehicle assembly 11 and the hinge axis 110 is shown schematically in FIG. 1.
  • a torque balance can be established in order to determine a setpoint hinge torque to be provided by the adjustment drive 21.
  • the moment balance results as follows:
  • Ms oii _s cha mi e r denotes the torque to be provided by the drive device 2 on the hinge axis 110.
  • the servo control module 31 calculates this from this torque to be provided by the adjustment drive 21, taking into account a transmission ratio of the drive device 2
  • Ü Hebei denotes the transmission ratio of the kinematics of the drive device 2 for converting an adjustment force provided by the door drive device 2 between the vehicle assembly 11 and the vehicle body 10 at the location of the adjustment drive 21 into an adjustment force at the location of the hinge axis 110.
  • Ü Hebei is dependent on f, the dependency is stored in the system, for example, in the form of a look-up table.
  • the setpoint torque of the motor is calculated from the setpoint torque of the drive, taking into account the motor efficiency and a gear ratio of a motor transmission
  • the motor current is always proportional to the motor torque, so that the setpoint current value can be calculated from the setpoint motor torque Msoii_motor as follows:
  • This value is fed as the setpoint current value I Cmd from the servo control module 31 to the current control module 34 in the servo operating mode.
  • the setpoint current value I Cmd is thus determined taking into account load forces acting on the vehicle assembly 11 such that a force to be applied by the user over the adjustment path of the vehicle assembly 11 is the same or follows a desired curve.
  • the adjustment path of the vehicle assembly 11 results An at least approximately uniform user force F, which can be set to 10 N, for example, via the adjustment angle f).
  • a user who attacks the door handle 111 must therefore apply a regulated, uniform user force of, for example, 10 N over the adjustment path of the vehicle assembly 11 in order to effect a smooth, electric motor-assisted adjustment of the vehicle assembly 11.
  • a drive device of the type described can be used to adjust a vehicle side door which is arranged pivotably about a hinge axis on a vehicle body.
  • a drive device using the same control principles can also be used for a sliding door, a tailgate or a sliding roof.
  • a speed-controlled adjustment of a vehicle assembly can take place in automatic mode by means of a drive device.
  • force assistance takes place in such a way that a user can effect an adjustment with a constant user force or a user force following a desired curve over the adjustment path of the vehicle assembly, and thus the adjustment is comfortable and pleasant for a user.
  • the drive device can be switched between an automatic transmission and a servo operation in a simple manner.
  • Vehicle assembly (vehicle door)

Landscapes

  • Power-Operated Mechanisms For Wings (AREA)

Abstract

Eine Antriebsvorrichtung (2) zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe (11) umfasst einen elektromotorischen Verstellantrieb (21) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) und eine Steuereinrichtung (3) zum Steuern des Verstellantriebs (21), wobei die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, den Verstellantrieb (21) in einem Automatikbetrieb zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) mit einer vorbestimmten Drehzahl und in einem Servobetrieb zum Bereitstellen einer unterstützenden Kraft bei einer manuellen Verstellung der Fahrzeugbaugruppe (11) durch einen Nutzer anzusteuern. Die die Steuereinrichtung (3) weist ein Drehzahlregelungsmodul (32) zum Bestimmen eines ersten Sollstromwerts in Abhängigkeit von einer Drehzahl (n) des Verstellantriebs (21), ein Servoregelungsmodul (31) zum Bestimmen eines zweiten Sollstromwerts in Abhängigkeit von einer an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden Last und ein Stromregelungsmodul (34) zum Regeln eines Stroms des Verstellantriebs (21) auf.

Description

Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Antriebsvorrichtung umfasst einen elektromotorischen Verstellantrieb zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Verstellantriebs. Die Steuereinrichtung ist hierbei dazu ausgebildet, den Verstellantrieb in einem Automatikbetrieb zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe mit einer vorbestimmten Drehzahl und in einem Servobetrieb zum Bereitstellen einer unterstützenden Kraft bei einer manuellen Verstellung der Fahrzeugbaugruppe durch einen Nutzer anzusteuern.
Bei einer solchen Fahrzeugbaugruppe kann es sich beispielsweise um eine Tür oder Klappe an einem Kraftfahrzeug handeln. Eine Tür kann beispielsweise durch eine schwenkbar an einer Fahrzeugkarosserie angeordnete Fahrzeugseitentür oder auch eine Heckklappe oder eine Schiebetür ausgebildet sein. Bei der Fahrzeugbaugruppe kann es sich beispielsweise aber auch um ein Schiebedach handeln.
Üblicherweise werden beispielsweise Heckklappen heutzutage im Rahmen eines Automatikbetriebs elektromotorisch zwischen definierten Positionen, zum Beispiel zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung, verfahren. Wünschenswert bei einer Heckklappe, aber auch insbesondere bei einer Fahrzeugseitentür, kann sein, dass zusätzlich zu einer automatischen, elektromotorischen Verstellung auch eine manuelle Verstellung möglich ist, die jedoch elektromotorisch unterstützt wird. Hierbei handelt es sich um einen Servobetrieb.
Bei einem solchen Servobetrieb ist wünschenswert, dass die von einem Nutzer aufzubringende Kraft über einen Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe zumindest näherungsweise gleich bleibt und somit ein Nutzer die Fahrzeugbaugruppe leichtgängig, komfortabel und haptisch angenehm unter Aufbringung einer näherungsweise gleichförmigen Nutzerkraft zum Beispiel zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung verstellen kann.
Das Bereitstellen eines Servobetriebs soll hierbei nach Möglichkeit kostengünstig umsetzbar sein, insbesondere ohne Verwendung einer zusätzlichen, aufwändigen Sensorik zur Messung der von einem Nutzer oder auch einem Antrieb tatsächlich aufgebrachten Kraft.
Eine Türantriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugseitentür ist beispielsweise aus der DE 10 2015 215 627 A1 bekannt und weist zum Beispiel einen Verstellantrieb auf, der über ein Übertragungselement in Form eines Zugseils mit einem Verstellteil in Form eines gelenkig an der Fahrzeugkarosserie angebrachten Fangbands gekoppelt ist. Durch Verstellen einer mit dem Übertragungselement gekoppelten Seiltrommel kann die Fahrzeugseitentür relativ zur Fahrzeugkarosserie verschwenkt werden, wobei die Türantriebsvorrichtung eine Kupplung aufweist, die ein manuelles Verstellen der Fahrzeugseitentür unabhängig von dem Verstellantrieb ermöglicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe bereitzustellen, die auf einfache, kostengünstig umsetzbare Weise das Bereitstellen eines Automatikbetriebs und eines Servobetriebs zum automatischen oder elektromotorisch unterstützten Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist die Steuereinrichtung ein Drehzahlregelungsmodul zum Bestimmen eines ersten Sollstromwerts in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Verstellantriebs, ein Servoregelungsmodul zum Bestimmen eines zweiten Sollstromwerts in Abhängigkeit von einer an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden Last und ein Stromregelungsmodul zum Regeln eines Stroms des Verstellantriebs auf. Das Stromregelungsmodul ist ausgebildet, den Strom des Verstellantriebs in dem Automatikbetrieb anhand des von dem Drehzahlregelungsmodul zugeführten, ersten Sollstromwerts und in dem Servobetrieb anhand des von dem Servoregelungsmodul zugeführten, zweiten Sollstromwerts zu regeln.
Die Antriebsvorrichtung kann in einem Automatikbetrieb zum automatischen Verstellen der Fahrzeugbaugruppe, zum Beispiel einer Fahrzeugseitentür oder einer Heckklappe, oder in einem Servobetrieb zum manuellen, aber elektromotorisch unterstützten Verstellen der Fahrzeugbaugruppe betrieben werden. In dem Automatikbetrieb wird die Fahrzeugbaugruppe in geregelter Weise mit einer vorbestimmten Drehzahl verstellt. In dem Servobetrieb wird demgegenüber der Verstellantrieb so gesteuert, dass durch den Verstellantrieb eine unterstützende Kraft für eine manuelle Verstellung der Fahrzeugbaugruppe bereitgestellt und dabei die von einem Nutzer aufzubringende Kraft nach Möglichkeit über den Verstellweg oder einen Teil des Verstellwegs der Fahrzeugbaugruppe gleich ist oder einer gewünschten Kurve folgt.
Zum Betreiben der Antriebsvorrichtung in den unterschiedlichen Betriebsmodi sind unterschiedliche Regelungsmodule vorgesehen.
Ein Drehzahlregelungsmodul dient zum Vorgeben eines ersten Sollstromwerts für ein Stromregelungsmodul, sodass im Automatikbetrieb eine Stromregelung anhand des durch das Drehzahlregelungsmodul vorgegebenen, anhand der gewünschten Drehzahl eingestellten Sollstromwerts erfolgt. Im Automatikbetrieb wird somit eine Regelung nach Art einer Kaskadenregelung verwendet, bei der das Drehzahlregelungsmodul einen Stellwert in Form eines Sollstromwerts dem nachgeschalteten Stromregelungsmodul zuführt und das Stromregelungsmodul im Automatikbetrieb eine Regelung anhand des durch das Drehzahlregelungsmodul zugeführten So II ström werts vornimmt.
Im Servobetrieb erfolgt demgegenüber eine Stromregelung, wobei dem Stromregelungsmodul ein von dem Servoregelungsmodul generierter Sollstromwert zugeführt und die Stromregelung anhand des von dem Stromregelungsmodul erhaltenen Sollstromwerts im Stromregelungsmodul erfolgt. Das Servoregelungsmodul ist hierbei dazu ausgestaltet, den Sollstromwert so einzustellen, dass die vom Verstellantrieb bereitgestellte Kraft den Nutzer in der Bewegung der Fahrzeugbaugruppe derart unterstützt, dass die vom Nutzer aufzubringende Kraft nach Möglichkeit zumindest näherungsweise gleich ist (oder einer gewünschten Kurve folgt) und sich für den Nutzer somit eine komfortable, haptisch angenehme Verstellung der Fahrzeugbaugruppe ergibt.
In einer Ausgestaltung weist die Steuereinrichtung eine Schalteinrichtung auf, die zwischen einer ersten Schallstellung und einer zweiten Schaltstellung schaltbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung das Drehzahlregelungsmodul mit dem Stromregelungsmodul und in der zweiten Schaltstellung das Servoregelungsmodul mit dem Stromregelungsmodul verbunden ist. Mittels der Schalteinrichtung kann somit zwischen dem Automatikbetrieb und dem Servobetrieb umgeschaltet werden. In der ersten Schaltstellung wird der erste Sollstromwert, der durch das Drehzahlregelungsmodul generiert wird, dem Stromregelungsmodul zugeführt. In der zweiten Schaltstellung wird demgegenüber der durch das Servoregelungsmodul generierte zweite Sollstromwert dem Stromregelungsmodul zugeführt.
Bei der Schalteinrichtung kann es sich um einen physischen Schalter handeln. Die Schalteinrichtung kann aber auch softwaretechnisch in der Steuereinrichtung umgesetzt sein und das Zuführen des jeweiligen Sollstromwerts an das Stromregelungsmodul softwaretechnisch verwirklichen.
In einer Ausgestaltung ist das Drehzahlregelungsmodul dazu ausgebildet, den ersten Sollstromwert anhand eines Drehzahlsollwerts und der Drehzahl des Verstellantriebs einzustellen. Der Drehzahlsollwert kann beispielsweise fest in der Steuereinrichtung gespeichert sein und gibt den Wert an, mit dem ein Verstellen im Automatikbetrieb erfolgen soll. Im Drehzahlregelungsmodul erfolgt eine Regelung anhand des Drehzahlsollwerts und der sich ergebenden, tatsächlichen Drehzahl des Verstellantriebs, sodass der vom Drehzahlregelungsmodul bereitgestellte Sollstromwert so angepasst und eingestellt wird, dass die tatsächliche Drehzahl des Verstellantriebs auf den Drehzahlsollwert geregelt wird.
Die Drehzahl des Verstellantriebs kann beispielsweise sensorisch erfasst werden, beispielsweise unter Verwendung von Hall-Sensoren, die eine Drehung einer Motorwelle des Verstellantriebs sensorisch erfassen.
In einer Ausgestaltung weist die Steuereinrichtung zusätzlich ein Lastberechnungsmodul auf, das dem Servoregelungsmodul vorgeschaltet ist und dazu dient, eine an der Fahrzeugbaugruppe wirkende Last zu bestimmen. Bei der Last handelt sich um eine unabhängig von einer aufgebrachten Nutzerkraft an der Fahrzeugbaugruppe wirkende Kraft, die insbesondere einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe entgegenwirken (oder die Bewegung der Fahrzeugbaugruppe gegebenenfalls auch unterstützen) und beispielsweise von der Fahrzeuglage, einem Winkel einer Scharnierachse der als Fahrzeugtür ausgebildeten Fahrzeugbaugruppe und einer aktuellen Verstellposition der Fahrzeugbaugruppe abhängen kann.
Das Lastberechnungsmodul kann insbesondere dazu ausgestaltet sein, eine an der Fahrzeugtür wirkende statische und/oder dynamische Last zu bestimmen. Die Last kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem um eine Fahrzeuglängsachse gemessenen Neigungswinkel des Fahrzeugs, einem um die Fahrzeuglängsachse gemessenen Neigungswinkel einer Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe (die in diesem Fall beispielsweise als schwenkbar an einer Fahrzeugkarosserie angeordnete
Fahrzeugseitentür ausgebildet ist), einem um eine Fahrzeugquerachse gemessenen Steigungswinkel des Fahrzeugs, einem um die Fahrzeugquerachse gemessenen Steigungswinkel der Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe und/oder einem Öffnungswinkel der Fahrzeugbaugruppe bestimmt werden.
In Abhängigkeit von der Neigung des Fahrzeugs und der Neigung der Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe (gemessen um die Fahrzeuglängsachse, auch bezeichnet als Rollwinkel) und/oder in Abhängigkeit von der Steigung des Fahrzeugs und der Steigung der Scharnierachse (gemessen um die Fahrzeugquerachse, auch bezeichnet als Nickwinkel oder Pitchwinkel) wirken Schwerkräfte auf die Fahrzeugbaugruppe, beispielsweise eine schwenkbar an der Fahrzeugkarosserie angeordnete
Fahrzeugseitentür. Solche Schwerkräfte können beispielsweise in Richtung einer geschlossenen Stellung einer Fahrzeugtür wirken und wirken somit beispielsweise einem Öffnen der Fahrzeugtür entgegen. Ein Nutzer muss bei einem Öffnen der Fahrzeugtür somit entgegen einem aufgrund der Schwerkraft an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden Drehmoment arbeiten, wobei die durch den Verstellantrieb bereitgestellte, unterstützende Kraft so eingestellt werden soll, dass die vom Nutzer aufzubringende Kraft unabhängig von der Lage des Fahrzeugs und von der Position der Fahrzeugbaugruppe gleich bleibt oder einer gewünschten Kurve folgt. Die vom Verstellantrieb bereitzustellende, unterstützende Kraft verändert sich somit mit der Fahrzeuglage und der Position der Fahrzeugbaugruppe und wird entsprechend so vorgegeben, dass sich für einen Nutzer vorzugsweise eine zumindest näherungsweise gleichbleibende Verstellkraft im Servobetrieb ergibt.
Zusätzlich können Reibkräfte an der Fahrzeugbaugruppe wirken, die ebenfalls durch das Lastberechnungsmodul zum Berechnen der an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden Last mit einbezogen werden können.
Zusätzlich oder alternativ können auch andere Kräfte mit einbezogen werden, beispielsweise Windkräfte, die an der Fahrzeugbaugruppe wirken.
In einer Ausgestaltung ist das Servoregelungsmodul dazu ausgebildet, anhand der an der Fahrzeugbaugruppe wirkenden Last, wie sie vom Lastberechnungsmodul berechnet und dem Servoregelungsmodul zugeführt wird, und zusätzlich anhand eines von einem Nutzer aufzubringenden Zielkraftwerts ein durch den Verstellantrieb bereitzustellendes Solldrehmoment zu bestimmen. Der Zielkraftwert entspricht der gewünschten Kraft, die ein Nutzer beim Verstellen der Fahrzeugbaugruppe aufzubringen hat. Durch das Servoregelungsmodul soll der Sollstromwert für die Stromregelung so vorgegeben werden, dass der Verstellantrieb ein Drehmoment bereitstellt, das den Nutzer beim Verstellen der Fahrzeugbaugruppe derart unterstützt, dass der Nutzer zumindest näherungsweise nur eine dem Zielkraftwert entsprechende Kraft aufzubringen hat.
Die Last, die durch das Lastberechnungsmodul berechnet wird, kann einen statischen Anteil und einen dynamischen Anteil aufweisen. So kann die Last bestimmt werden anhand eines um eine Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe wirkenden, statischen Scharniermoments und eines um die Scharnierachse der Fahrzeugbaugruppe wirkenden, dynamischen Scharniermoments. Das statische Scharniermoment kann sich ergeben aus Momentanteilen, die sich aus der Schwerkraftwirkung auf die Fahrzeugbaugruppe in Abhängigkeit vom Neigungswinkel und vom Steigungswinkel des Fahrzeugs und der Scharnierachse und zusätzlich aus einem an der Scharnierachse wirkenden Reibmoment ergeben. Das dynamische Scharniermoment kann demgegenüber zum Beispiel aus Trägheitskräften resultieren und bemisst sich somit anhand der Trägheit der Fahrzeugtür und einer Türbeschleunigung.
Sind das statische Scharniermoment und das dynamische Scharniermoment bekannt, kann das durch den Verstellantrieb bereitzustellende Solldrehmoment anhand einer Drehmomentbilanz berechnet werden zu
Figure imgf000008_0001
wobei Msoii_schamier das Solldrehmoment, Mschamier _stat das statische Scharniermoment, M Scharnier _dyn das dynamische Scharniermoment und MUSer das Nutzermoment angibt. Das statische Scharniermoment und das dynamische Scharniermoment gehen hierbei positiv in die Drehmomentbilanz ein. Das von einem Nutzer aufzubringende Nutzermoment geht demgegenüber je nach Bewegungsrichtung positiv oder negativ in die Bilanz ein. Das Solldrehmoment gibt das vom Verstellantrieb bereitzustellende Drehmoment an, das dem insgesamt zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe erforderlichen Drehmoment abzüglich des Nutzermoments entspricht.
Anhand des Solldrehmoments bestimmt das Servoregelungsmodul dann, in einer Ausgestaltung, den zweiten Sollstromwert und führt diesen Sollstromwert im Servobetrieb dem Stromregelungsmodul zu. Im Stromregelungsmodul erfolgt dann eine Stromregelung anhand des durch das Servoregelungsmodul bereitgestellten Sollstromwerts.
In einer Ausgestaltung ist das Stromregelungsmodul dazu ausgebildet, den Strom des Verstellantriebs unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation einzustellen. Im Stromregelungsmodul erfolgt eine Stromregelung anhand des jeweils zugeführten, vom Betriebsmodus abhängigen Sollstromwerts. Das Stromregelungsmodul gibt hierbei eine Stellgröße aus, anhand dessen die dem Verstellantrieb zugeführte Spannung mit einer Pulsweitenmodulation hoher Frequenz, zum Beispiel mit einer Frequenz zwischen 5 kHz und 100 kHz oder gar darüber eingestellt wird.
Im Stromregelungsmodul erfolgt hierbei eine Regelung anhand des jeweils zugeführten Sollstromwerts und des sich ergebenden, tatsächlich Motorstroms. Der Strom des Verstellantriebs wird durch Regelung somit so eingestellt, dass er dem Sollstromwert entspricht.
Durch die elektromotorische Unterstützung des manuellen Verstehens der Fahrzeugbaugruppe im Servobetriebsmodus mittels Stromregelung kann die von einem Nutzer aufzubringende Kraft auf einen gewünschten Zielkraftwert eingestellt werden, wobei die Regelung derart erfolgen kann, dass die vom Nutzer aufzubringende Kraft über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe zumindest näherungsweise gleich bleibt oder einer gewünschten Kurve folgt. Ein manuelles Verstellen der Fahrzeugbaugruppe im Servobetriebsmodus durch einen Nutzer kann somit einfach, komfortabel und haptisch angenehm erfolgen.
Im Servobetriebsmodus folgt das Bereitstellen der unterstützenden Kraft hierbei der Bewegung eines Nutzers, wobei insbesondere ein ungewünschtes Nachlaufen, d. h. ein weiteres Verstellen nach Beendigung einer Nutzerbetätigung, vermieden werden kann. Der Nutzer ist in der Wahl der Verstellgeschwindigkeit frei. Über den Verstellantrieb wird lediglich eine unterstützende Kraft bereitgestellt, die abhängig von der Verstellbewegung der Fahrzeugbaugruppe durch einen Nutzer variabel eingestellt wird.
Aufgrund der Regelungsmethodik ist ein einfaches Umschalten zwischen dem Servobetriebsmodus und dem Automatikbetriebsmodus und umgekehrt möglich.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Fahrzeugbaugruppe in Form einer
Fahrzeugseitentür;
Fig. 2A eine Ansicht zur Illustration eines Steigungswinkels eines Fahrzeugs und eines Steigungswinkels einer Scharnierachse einer Fahrzeugseitentür;
Fig. 2B eine Ansicht zur Illustration eines Neigungswinkels eines Fahrzeugs und eines Neigungswinkels einer Scharnierachse einer Fahrzeugseitentür;
Fig. 3 eine funktionale Ansicht einer Steuereinrichtung einer Antriebsvorrichtung; und
Fig. 4 eine grafische Ansicht einer von einem Nutzer aufzubringenden
Verstellkraft über einen Verstellweg einer Fahrzeugseitentür in einem Servobetriebsmodus.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Fahrzeugbaugruppe 11 in Form einer an einer Fahrzeugkarosserie 10 eines Kraftfahrzeugs 1 angeordneten Fahrzeugseitentür, die um eine Scharnierachse 110 zu der Fahrzeugkarosserie 10 verschwenkbar ist und zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung entlang einer Öffnungsrichtung O verschwenkt werden kann.
Eine Antriebsvorrichtung 2, die beispielsweise nach Art des in der DE 10 2015 215 627 A1 beschriebenen Türantriebs ausgebildet ist, dient zum elektromotorischen Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 und weist einen Verstellantrieb 21 auf, der zum Beispiel ortsfest an der Fahrzeugbaugruppe 11, zum Beispiel an einem in einem Türinnenraum der Fahrzeugbaugruppe 11 in Form der Fahrzeugseitentür eingefassten Türmodul, angeordnet ist und mit einem Verstellteil 20 zum Beispiel in Form eines an einer Gelenkachse 200 gelenkig mit der Fahrzeugkarosserie 10 verbundenen Fangbands in Wirkverbindung steht.
Beispielsweise kann der Verstellantrieb 21 eine Seiltrommel aufweisen, die mit einem an dem Verstellteil 20 angeordneten Zugseil gekoppelt ist derart, dass durch Verdrehen der Seiltrommel das Verstellteil 20 relativ zu dem Verstellantrieb 21 bewegt und dadurch die Fahrzeugbaugruppe 11 relativ zur Fahrzeugkarosserie 10 um die Scharnierachse 110 verschwenkt werden kann, wie dies in der DE 10 2015 215 627 A1 beschrieben ist. Es sind aber auch andere Mechaniken für eine Antriebsvorrichtung 2 denkbar und möglich, die ein elektromotorisches Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 gegenüber einer Fahrzeugkarosserie 10 ermöglichen.
Hingewiesen sei an dieser Stelle darauf, dass eine Antriebsvorrichtung 2 der in diesem Text beschriebenen Art nicht auf die Verwendung an einer Fahrzeugseitentür beschränkt ist, sondern allgemein zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe, zum Beispiel einer Fahrzeugtür in Form einer Schwenktür oder Schiebetür, zum Verstellen einer Heckklappe oder auch zum Verstellen eines Schiebedachs Verwendung finden kann.
Die Antriebsvorrichtung 2 soll einen Automatikbetrieb und einen Servobetrieb ermöglichen und somit ein automatisches Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 oder ein manuelles, aber elektromotorisch durch die Antriebsvorrichtung 2 unterstütztes Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 durch einen Nutzer bewirken können. Die Antriebsvorrichtung 2 ist hierzu zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi schaltbar, wobei der Verstellantrieb 21 in Abhängigkeit vom jeweils eingestellten Betriebsmodus in unterschiedlicher Weise gesteuert wird.
Während im Automatikbetrieb eine Regelung auf eine vorbestimmte Drehzahl erfolgen soll, um die Fahrzeugbaugruppe 11 mit einer vorbestimmten Verstellgeschwindigkeit zwischen unterschiedlichen Positionen, zum Beispiel einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung, zu bewegen, soll im Servobetrieb durch den Verstellantrieb 21 ein Drehmoment bereitgestellt werden, das bewirkt, dass eine von einem Nutzer zusätzlich aufzubringende Nutzerkraft ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 bewirkt. Die vom Nutzer aufzubringende Nutzerkraft soll hierbei über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11, also bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 über den Verstellwinkel f zwischen der geschlossenen Stellung und einer vollständig geöffneten Stellung, zumindest näherungsweise gleich sein oder einer gewünschten Kurve folgen, um dem Nutzer ein komfortables, haptisch angenehmes Verstellen zu ermöglichen.
Fig. 2A und 2B zeigen (in zur Illustration übertriebenen Darstellungen) unterschiedliche Fahrzeuglagen und sich daraus ergebende Stellungen der Scharnierachse 110 einer Fahrzeugbaugruppe 11 in Form einer verschwenkbar an der Fahrzeugkarosserie 10 angeordneten Fahrzeugseitentür.
Fig. 2A zeigt hierbei ein Fahrzeug 1, das zum Beispiel auf einem Hang mit einer Steigung abgestellt ist und dementsprechend einen Steigungswinkel a2 zwischen der Fahrzeugvertikalachse Z und einer (durch die Schwerkraftrichtung bestimmten) Vertikalen aufweist. Zusätzlich weist die Scharnierachse 110 der Fahrzeugbaugruppe 11 einen Steigungswinkel a1 zur Fahrzeugvertikalachse Z auf. Der Steigungswinkel a2 des Fahrzeugs 1 und der Steigungswinkel a1 der Scharnierachse 110 zur Vertikalachse Z werden um die Fahrzeugquerachse Y (siehe Fig. 2B) gemessen.
Fig. 2B zeigt demgegenüber ein Fahrzeug 1, das um die Fahrzeuglängsachse X (siehe Fig. 2A) geneigt ist. Die Fahrzeugvertikalachse Z weist in diesem Fall einen Neigungswinkel ß2 zur Vertikalen auf. Zusätzlich kann die Scharnierachse 110 einen Neigungswinkel ß1 zur Fahrzeugvertikalachse Z aufweisen.
Die Fahrzeuglage geht, wie nachfolgend erläutert werden soll, ein in die Berechnung des durch den Verstellantrieb 21 im Servobetriebsmodus bereitzustellenden Drehmoments, das einem Nutzer bei einem Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 unterstützen soll.
Eine in Fig. 3 in einem Ausführungsbeispiel dargestellte Steuereinrichtung 3 zum Steuern des Verstellantriebs 21 der Antriebsvorrichtung 2 weist unterschiedliche Regelungsmodule auf, die abhängig vom Betriebsmodus dazu dienen, einen (dem Motorstrom entsprechenden) Strom des als Elektromotor ausgebildeten Verstellantriebs 21 so einzustellen, dass ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 abhängig vom Betriebsmodus in gewünschter Weise erfolgt, nämlich im Automatikbetrieb mit einer gewünschten Verstellgeschwindigkeit und im Servobetrieb in kraftunterstützter Weise.
Die Steuereinrichtung 3 verwirklicht ein Stromregelungsmodul 34, dem ein Sollstromwert Icmd zugeführt wird, wobei abhängig vom Betriebsmodus das Stromregelungsmodul 34 den Sollstromwert lCmd von einem Drehzahlregelungsmodul 32 oder einem Servoregelungsmodul 31 erhält.
Das Drehzahlregelungsmodul 32 dient hierbei dazu, im Automatikbetrieb den Sollstromwert lCmd so vorzugeben, dass sich am Verstellantrieb 21 eine gewünschte Drehzahl und entsprechend an der Fahrzeugbaugruppe 11 eine gewünschte Verstellgeschwindigkeit v ergibt.
Das Servoregelungsmodul 31 dient demgegenüber dazu, den Sollstromwert lCmd so vorzugeben, dass ein manuelles Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 im Servobetrieb mit einem Drehmoment unterstützt wird, dass so eingestellt wird, dass die von einem Nutzer zusätzlich aufzubringende Kraft über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11 zumindest näherungsweise gleich ist oder einer gewünschten Kurve folgt.
Das Drehzahlregelungsmodul 32 regelt im Automatikbetrieb die Drehzahl des Verstellantriebs 21. Dem Drehzahlregelungsmodul 32 wird hierbei eine Solldrehzahl nCmd über einen Eingang 320 zugeführt, wobei die Solldrehzahl nCmd beispielsweise in einem Speicher gespeichert und somit (als konstanter Wert oder als Drehzahlverlauf über den Verstellweg) fest vorgegeben ist, gegebenenfalls aber auch durch einen Nutzer angepasst werden kann. Abhängig von der Solldrehzahl ncmd und der sich tatsächlich am Verstellantrieb 21 im Regelungsbetrieb ergebenden Drehzahl bestimmt das Drehzahlregelungsmodul 32 einen Sollstromwert lCmd, den es dem Stromregelungsmodul 34 zuführt.
Im Automatikbetrieb ist das Drehzahlregelungsmodul 32 über eine Schalteinrichtung 33 mit dem Stromregelungsmodul 34 verbunden, indem die Schalteinrichtung 33 auf einen Schaltpunkt 330 geschaltet ist. Der vom Drehzahlregelungsmodul 32 ausgegebene Sollstromwert lCmd wird dem Stromregelungsmodul 34 somit zugeführt, sodass das Stromregelungsmodul 34 eine Stromregelung anhand des vom Drehzahlregelungsmodul 32 erhaltenen Sollstromwerts lCmd vornehmen kann.
Die Schalteinrichtung 33 kann physisch durch einen mechanischen Schalter verwirklicht sein. Vorteilhaft ist die Schalteinrichtung 33 aber softwaretechnisch durch die Software der Steuereinrichtung 3 umgesetzt. Ebenso sind die Module der Steuereinrichtung 3 vorzugsweise durch Softwaremodule umgesetzt.
Die Steuerung der Schalteinrichtung 33 erfolgt beispielsweise über ein Steuermodul 36 der Steuereinrichtung 3.
Im Stromregelungsmodul 34 erfolgt eine Stromregelung. Das Stromregelungsmodul 34 regelt hierbei den Strom des Verstellantriebs 21 derart, dass er auf den dem Stromregelungsmodul 34 zugeführten Sollstromwert 34 eingestellt wird. Das Stromregelungsmodul 34 stellt hierbei den Strom unter Verwendung eines Spannungsstellwerts UCmd in Form eines Lastfaktors (zwischen 0% und 100%) ein, indem der Spannungsstellwert UCmd einer Pulsweitenmodulation 35 zugeführt wird, die anhand der Batteriespannung Ußat des Fahrzeugs und dem Spannungsstellwert UCmd eine Ausgangsspannung erzeugt und dem Verstellantrieb 21 zuführt. Die Pulsweitenmodulation 35 arbeitet vorzugsweise mit vergleichsweise hoher Frequenz, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 5 kHz und 30 kHz, beispielsweise 20 kHz, betrieben wird. Anhand des Sollstromwerts lCmd und des tatsächlich sich ergebenden Stroms I des Stellantriebs 21 wird der Stellwert UCmd so eingestellt, dass der Motorstrom I auf den Sollstromwert lCmd geregelt wird.
Im Automatikbetrieb erfolgt somit eine Regelung nach Art einer Kaskadenregelung, bei der das Drehzahlregelungsmodul 32 einen Stellwert in Form eines Sollstromwerts lCmd bestimmt und dem nachgeordneten Stromregelungsmodul 34 zur Stromregelung zuführt.
Durch Schalten der Schalteinrichtung 33 auf den Schaltpunkt 331 kann in den Servobetrieb umgeschaltet werden, in dem nunmehr dem Stromregelungsmodul 34 ein Sollstromwert lCmd von dem Servoregelungsmodul 31, nicht aber von dem Drehzahlregelungsmodul 32 zugeführt wird. Anhand des von dem Servoregelungsmodul 31 erhaltenen Sollstromwerts erfolgt eine Stromregelung dann derart, dass das durch den Verstellantrieb 21 bereitgestellte Drehmoment einen Nutzer beim Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 unterstützt und der Nutzer eine über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11 vorzugsweise weitestgehend gleichförmige Nutzerkraft für das elektromotorisch unterstützte Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 aufzubringen hat.
Das Bestimmen des Sollstromwerts lCmd durch das Servoregelungsmodul 31 erfolgt in Abhängigkeit von einer an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkenden Last, die durch ein Lastberechnungsmodul 30 in Abhängigkeit von der Fahrzeuglage und einer (durch den Öffnungswinkel f angegebenen) Öffnungsposition der Fahrzeugbaugruppe 11 berechnet wird.
Die an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkende Last bestimmt sich aus einem statischen Drehmoment und einem dynamischen Drehmoment, das um die Scharnierachse 110 wirkt.
Ein an der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkendes statisches Drehmoment bestimmt sich insbesondere anhand eines sich aufgrund der Schwerkraft um die Scharnierachse 110 ergebenden Moments und zusätzlich anhand eines im Scharnier der Fahrzeugbaugruppe 11 wirkenden Reibmoments. Das statische Drehmoment, bezeichnet als statisches Scharniermoment, ergibt sich so zu
Figure imgf000014_0001
wobei M Scharnier, stat das statische Scharniermoment, Mneigung ein sich aufgrund einer Fahrzeugneigung und einer Neigung der Scharnierachse 110 ergebendes Neigungsmoment, Msteigung ein sich aufgrund einer Fahrzeugsteigung und einer Steigung der Scharnierachse 110 ergebendes Steigungsmoment und MR, Scharnier ein Reibmoment am Scharnier bezeichnet.
Anzumerken ist hierzu, dass der Term "cos(a)" in der obigen Gleichung nur vorliegt, wenn die Neigungs-/Steigungswinkel gemäß DIN ISO 8855 bestimmt sind (entsprechend dem Euler-Winkel, der sich aus einem Roll-Winkel, Pitch-Winkel und Yaw-Winkel ergibt). Wird der Neigungswinkel (absolut) gemessen, so entfällt der Term "cos(a)".
Das Steigungsmoment und das Neigungsmoment berechnen sich hierbei wie folgt:
• Msteigung = xSP * m * g * sin(a) * sin(<p)
• M Neigung = xSP * m * g * sin(ß) * cos(<p)
• a = a-L + a2
• ß = ß + ß2
Die in diesen Gleichungen verwendeten Größen stellen hierbei dar: f Aktueller Türöffnungswinkel [°] - Offsetwinkel
XSP Abstand Türschwerpunkt - Scharnierachse [m] m Türmasse [kg]
9 Erdbeschleunigung [m/s2]
«1 Steigung Scharnierachse [°] ßi Neigung Scharnierachse [°]
«2 Steigung Scharnierachse [°] ßl Neigung Scharnierachse [°] pr Scharnier Reibmoment Scharnier [Nm]
Die Winkel a1, a2, ß1, ß2 sind in Fig. 2A und 2B illustriert. Der Abstand XSP zwischen dem Türschwerpunkt SP und der Scharnierachse 110 ist auch in Fig. 1 eingezeichnet. Die Steigung des Fahrzeugs 1 und die Neigung des Fahrzeugs 1 sowie die aktuelle Position der Fahrzeugbaugruppe 11 können sensorisch durch Sensoren 301, 302, 303 erfasst werden, und entsprechend werden Messwerte dem Lastberechnungsmodul 30 zugeführt.
Der Offsetwinkel berücksichtigt den Schwerpunkt der Fahrzeugtür in Querrichtung des Fahrzeugs (Y-Richtung). Zusätzlich zum statischen Scharniermoment wirkt bei Bewegung der Fahrzeugbaugruppe 11 ein dynamisches Scharniermoment, das sich die folgt berechnet: Scharnier ,dyn y * I * C bezeichnet hierbei die Beschleunigung der Fahrzeugbaugruppe 11. Die Beschleunigung der Fahrzeugbaugruppe 11 kann aus einer Änderung des Verstellwinkels f ermittelt werden. Alternativ kann die Beschleunigung aber auch aus der Verstellgeschwindigkeit v der Fahrzeugbaugruppe 11 , die dem Servoregelungsmodul 31 im Betrieb zugeführt wird, berechnet werden.
I steht in obiger Gleichung für die Trägheit der Fahrzeugbaugruppe 11. Der Faktor c ermöglicht das Einstellen einer dynamischen Haptik und kann Werte zwischen 0% und 100% annehmen. Wenn c = 100 %, wird eine Dynamikänderung bei Beschleunigung der Fahrzeugbaugruppe 11 im Wesentlichen motorisch ausgeglichen. Wenn c = 0 %, muss ein Nutzer bei einer Beschleunigung eine Kraftänderung selbst aufbringen.
Zusätzlich zu solchen statischen und dynamischen Lastkräften ergibt sich ein Drehmoment an der Fahrzeugbaugruppe 1 1 , das durch die Nutzerkraft bewirkt wird. Das Nutzerdrehmoment ergibt sich hierbei zu -user ^user ^ Griff mit
Wunschbedienkraft [N]
Abstand Griffposition - Scharnierachse [m] User erzeugte Moment [Nm]
Der Abstand Icnff zwischen der Griffposition eines Griffs 111 an der Fahrzeugbaugruppe 11 und der Scharnierachse 110 ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.
Anhand des statischen Scharniermoments, des dynamischen Scharniermoments und des Nutzerdrehmoments kann eine Momentenbilanz aufgestellt werden, um ein durch den Verstellantrieb 21 bereitzustellendes Sollscharniermoment zu bestimmen. Die Momentenbilanz ergibt sich hierbei wie folgt:
Figure imgf000016_0001
Msoii_schamier bezeichnet das durch die Antriebsvorrichtung 2 an der Scharnierachse 110 bereitzustellende Drehmoment. Hieraus berechnet das Servoregelungsmodul 31 das durch den Verstellantrieb 21 bereitzustellende Drehmoment unter Einbeziehung eines Übersetzungsverhältnisses der Antriebsvorrichtung 2 zu
^Soll _Antrieb ^Soll Scharnier * Ü Hebel
ÜHebei bezeichnet das Übersetzungsverhältnis der Kinematik der Antriebsvorrichtung 2 zur Übersetzung einer durch die Türantriebsvorrichtung 2 bereitgestellten Verstellkraft zwischen der Fahrzeugbaugruppe 11 und der Fahrzeugkarosserie 10 am Orte des Verstellantriebs 21 in eine Verstellkraft am Orte der Scharnierachse 110. ÜHebei ist abhängig von f, die Abhängigkeit ist zum Beispiel in Form einer Look-Up-Tabelle im System hinterlegt.
Aus dem Solldrehmoment des Antriebs berechnet sich das Sollmoment des Motors unter Einbeziehung des Motorwirkungsgrads und eines Übersetzungsverhältnisses eines Motorgetriebes zu
M S.oll _Antrieb
M S, oll jnotor h motor * Ü, Getriebe mit
• Vmotor Übersetzungswirkungsgrad [ ]
• ^Getriebe Getriebeübersetzung [ ]
Der Motorstrom ist grundsätzlich proportional zum Motordrehmoment, sodass aus dem Sollmotordrehmoment Msoii_motor der Sollstromwert wie folgt berechnet werden kann:
M S, oll jnotor hoii jnotor Kt + h mit
. Kt Motorkonstante [Nm/A]
• Motorleerlaufstrom [A]
Dieser Wert wird als Sollstromwert lCmd von dem Servoregelungsmodul 31 dem Stromregelungsmodul 34 im Servobetriebsmodus zugeführt.
Im Servobetriebsmodus wird der Sollstromwert lCmd somit unter Einbeziehung von auf die Fahrzeugbaugruppe 11 wirkenden Lastkräften bestimmt derart, dass eine vom Nutzer aufzubringende Kraft über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11 gleich ist oder einer gewünschten Kurve folgt. Entsprechend ergibt sich zum Beispiel, wie in Fig. 4 dargestellt, über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11 (in Fig. 4 aufgezeichnet über den Verstellwinkel f) eine zumindest näherungsweise gleichförmige Nutzerkraft F, die beispielsweise auf 10 N eingestellt sein kann. Ein Nutzer, der am Türgriff 111 angreift, muss somit über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe 11 ein geregelte, gleichförmige Nutzerkraft von zum Beispiel 10 N aufbringen, um ein leichtgängiges, elektromotorisch unterstütztes Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 zu bewirken.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen.
Eine Antriebsvorrichtung der beschriebenen Art kann zum Verstellen einer Fahrzeugseitentür, die verschwenkbar um eine Scharnierachse an einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist, Verwendung finden. Ebenso kann eine Antriebsvorrichtung unter Anwendung der gleichen Steuerungsprinzipien aber auch für eine Schiebetür, eine Heckklappe oder ein Schiebedach eingesetzt werden.
Mittels einer Antriebsvorrichtung kann in einem Automatikbetrieb eine drehzahlgeregelte Verstellung einer Fahrzeugbaugruppe erfolgen. In einem Servobetrieb erfolgt demgegenüber eine Kraftunterstützung derart, dass ein Nutzer ein Verstellen mit einer gleichbleibenden oder einer gewünschten Kurve folgenden Nutzerkraft über den Verstellweg der Fahrzeugbaugruppe bewirken kann und somit das Verstellen für einen Nutzer komfortabel und angenehm ist.
Bei der Antriebsvorrichtung kann hierbei in einfacher Weise zwischen einem Automatikgetriebe und einem Servobetrieb umgeschaltet werden.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
10 Fahrzeugkarosserie
11 Fahrzeugbaugruppe (Fahrzeugtür)
110 Scharnierachse
111 Griff
2 Antriebsvorrichtung
20 Verstellteil (Fangband)
200 Gelenkachse
21 Verstellantrieb
3 Steuereinrichtung
30 Lastberechnungsmodul
301-303 Sensoreinrichtung
31 Servoregelungsmodul 310 Ereigniserkennung
32 Drehzahlregelungsmodul 320 Drehzahleingabe
33 Schalteinrichtung
330, 331 Schaltpunkt
34 Stromregelungsmodul
35 PWM-Einheit
36 Steuermodul aΐ Steigungswinkel der Scharnierachse a2 Fahrzeugsteigungswinkel ßl Neigungswinkel der Scharnierachse b2 Fahrzeugneigungswinkel
F Türöffnungswinkel lcmd Sollstromwert h Drehzahl
O Öffnungsrichtung
SP Türschwerpunkt
UBat Batteriespannung
XSP Abstand Schwenkachse-Türschwerpunkt
X Fahrzeuglängsachse
U Fahrzeugquerachse z Fahrzeugvertikalachse

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsvorrichtung (2) zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe (11), mit einem elektromotorischen Verstellantrieb (21) zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) und einer Steuereinrichtung (3) zum Steuern des Verstellantriebs (21), wobei die Steuereinrichtung (3) ausgebildet ist, den Verstellantrieb (21) in einem
Automatikbetrieb zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) mit einer vorbestimmten Drehzahl und in einem Servobetrieb zum Bereitstellen einer unterstützenden Kraft bei einer manuellen Verstellung der Fahrzeugbaugruppe (11) durch einen Nutzer anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ein Drehzahlregelungsmodul (32) zum Bestimmen eines ersten Sollstromwerts in Abhängigkeit von einer Drehzahl (n) des Verstellantriebs (21), ein Servoregelungsmodul (31) zum Bestimmen eines zweiten Sollstromwerts in Abhängigkeit von einer an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden Last und ein Stromregelungsmodul (34) zum Regeln eines Stroms des Verstellantriebs (21) aufweist, wobei das Stromregelungsmodul (34) ausgebildet ist, den Strom des Verstellantriebs (21) in dem Automatikbetrieb anhand des von dem Drehzahlregelungsmodul (32) zugeführten, ersten Sollstromwerts und in dem Servobetrieb anhand des von dem Servoregelungsmodul (31) zugeführten, zweiten Sollstromwerts zu regeln.
2. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) eine Schalteinrichtung (33) aufweist, die zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung schaltbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung das Drehzahlregelungsmodul (32) mit dem Stromregelungsmodul (34) und in der zweiten Schaltstellung das Servoregelungsmodul (31) mit dem Stromregelungsmodul (34) verbunden ist.
3. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlregelungsmodul (32) ausgebildet ist, den ersten Sollstromwert anhand eines Drehzahlsollwerts und der Drehzahl des Verstellantriebs (21) einzustellen.
4. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ein Lastberechnungsmodul (30) aufweist, das ausgebildet ist, eine an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkende Last in Abhängigkeit von einem um eine Fahrzeuglängsachse (X) gemessenen Neigungswinkel (ß2) des Fahrzeugs (1), einem um die Fahrzeuglängsachse (X) gemessenen Neigungswinkel (ß1) einer Scharnierachse (110) der
Fahrzeugbaugruppe (11), einem um eine Fahrzeugquerachse (Y) gemessenen Steigungswinkel (a2) des Fahrzeugs (1), einem um die Fahrzeugquerachse (Y) gemessenen Steigungswinkel (a1) der Scharnierachse (110) der
Fahrzeugbaugruppe (11) und/oder einem Öffnungswinkel (f) der Fahrzeugbaugruppe (11) zu bestimmen.
5. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Servoregelungsmodul (31) ausgebildet ist, anhand der an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden Last und eines von einem Nutzer aufzubringenden Zielkraftwerts ein durch den Verstellantrieb (21) bereitzustellendes Solldrehmoment zu bestimmen.
6. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden Last bestimmt wird anhand eines um eine Scharnierachse (110) der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden, statischen Scharniermoments und eines um die Scharnierachse (110) der Fahrzeugbaugruppe (11) wirkenden, dynamischen Scharniermoments.
7. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehmoment durch eine Drehmomentbilanz des statischen Scharniermoments, des dynamischen Scharniermoments und eines sich aus dem Zielkraftwert ergebenden Nutzermoments bestimmt wird zu
Figure imgf000021_0001
wobei Msoii_schamier das Solldrehmoment, M Scharnier _stat das statische Scharniermoment, Mschamier_dyn das dynamische Scharniermoment und MUSer das Nutzermoment angibt.
8. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Servoregelungsmodul (31) ausgebildet ist, anhand des durch den Verstellantrieb (21) bereitzustellenden Solldrehmoments den zweiten Sollstromwert zu bestimmen.
9. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelungsmodul (34) ausgebildet ist, den Strom des Verstellantriebs (21) unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation einzustellen.
10. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelungsmodul (34) ausgebildet ist, den Strom des Verstellantriebs (21) anhand des zugeführten Sollstromwerts und des sich ergebenden, tatsächlichen Motorstroms zu regeln.
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