WO2021151432A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DER AUF EINE MOTORISCH SOWIE REGELMÄßIG ROTATORISCH UM EINE ACHSE BEWEGBAREN KRAFTFAHRZEUGKLAPPE AUSGEÜBTEN EXTERNEN KRAFT - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DER AUF EINE MOTORISCH SOWIE REGELMÄßIG ROTATORISCH UM EINE ACHSE BEWEGBAREN KRAFTFAHRZEUGKLAPPE AUSGEÜBTEN EXTERNEN KRAFT Download PDF

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sensor
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flap
control unit
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Ingo NÖVERMANN
Nils Sören GUNTRUM
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Kiekert Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining the external force exerted on a motor vehicle flap, which can be moved by motor and regularly rotatably about an axis, in particular for determining a manual opening or closing force on a motor vehicle side door, a motor vehicle tailgate or a motor vehicle front hood, according to which at least one acceleration sensor is provided as a first sensor on or in the motor vehicle flap, and according to which a second sensor is implemented and the signals from both sensors are evaluated by a control unit.
  • Motor vehicle flaps that can be moved by motor and regularly rotatively about an axis generally have an actuator or generally an electric motor drive.
  • the motor vehicle flap in question can, for example, be opened or closed with the aid of the drive. Partial opening and closing movements are also possible, among other things in the sense of closing the relevant motor vehicle flap.
  • a motor vehicle side door but also a motor vehicle tailgate or a motor vehicle front hood, is understood as a motor vehicle flap.
  • This also includes sliding doors, for example. Such sliding doors are usually also acted upon by a motor, but are predominantly linearly movable with respect to the associated motor vehicle body.
  • the electromotive drive or the actuator for the motor vehicle flap can now be controlled accordingly.
  • the actuating force of the actuator is adjusted the respective operating situation of the motor vehicle flap is possible. This is the procedure for the generic prior art according to DE 10 2007 062 472 B4, for example.
  • position and acceleration values of the door are usually recorded with associated sensors and transmitted to an evaluation device or a control unit.
  • An acceleration sensor and a camera are used as sensors.
  • the camera can be mounted on the exterior mirror of the motor vehicle door. The camera can be used to detect whether there is contact between an operator and the motor vehicle door in question.
  • an effective lever arm for a predominantly orthogonally acting force can be determined from this. This is relatively complex, especially since a camera required in this context must also be mounted.
  • attachment to or in the exterior mirror of the motor vehicle door poses problems in the event that the camera does not supply any usable signals to the evaluation device or control unit due to soiling.
  • the further prior art according to DE 10 2017 011 478 A1 concerns a method for measuring the closing force of a vehicle wing element.
  • an additional external force should be recorded.
  • a combined force-displacement measuring device is provided for this purpose.
  • This has an acceleration sensor, with the help of which a measurement closing time is determined. This corresponds to the fact that vibrations of the vehicle wing element are observed during the transition from the open position to the closed position.
  • a microphone is implemented, with the aid of which a second measurement closing time can be recorded. This characterizes a change in the vehicle wing element from the open position to the closed position, based on sound waves.
  • the measurement closing times determined in this way are compared and lead to an actual closing time, on the basis of which the force to be detected can be evaluated.
  • the still relevant prior art according to DE 10 2006 018 031 B4 relates to a sensor arrangement and a method for triggering a restraint device. This is intended to detect a collision with the vehicle.
  • a first acceleration element and a second acceleration element are implemented, which are installed inside the vehicle door or close to a hinge of the vehicle door. Modifications of the actuating force of an actuator for the motorized movement of the associated motor vehicle door are not addressed.
  • the prior art has basically proven itself when it comes to modifying the force of an actuator or generally an electric motor drive for the associated motor vehicle flap, depending on the external force exercised by an operator and also acting on the motor vehicle flap Power.
  • the previous approaches are relatively complex and, due to the sensors used, in particular the camera and microphone, are prone to contamination of the motor vehicle, Interfering noises, etc. In connection with the relatively high price for such a sensor system, this has so far led to the fact that the known systems have practically not found widespread use or use.
  • the invention aims to provide a remedy here overall.
  • the invention is based on the technical problem of specifying such a method and an associated device for determining the external force exerted on a motor vehicle flap that can be moved regularly about an axis, with the aid of which a structurally simple and functionally reliable solution is made available which is particularly robust in terms of dirt, noise, etc.
  • a generic method for determining the external force exerted on a motor vehicle flap that can be moved regularly around an axis is characterized within the scope of the invention, characterized in that the second sensor is used to measure the angle and / or distance of the motor vehicle flap opposite a motor vehicle body is performed. That is to say, in the simplest case, the invention only uses the acceleration sensor as the first sensor and, in addition, the second sensor for angle measurement or distance measurement. Both sensors can advantageously be arranged in or on the motor vehicle flap and in this way are particularly well protected from any environmental influences.
  • acceleration sensors or angle or displacement sensors have a robust, permanent and functionally reliable structure in this context, so that the signals from the two sensors can easily be evaluated safely, reliably and permanently by the control unit. This is where the main advantages can be seen.
  • the second sensor is advantageously arranged on or in the motor vehicle flap.
  • the control unit also generates mechanical signals in addition to the two sensor signals Property values of the motor vehicle flap are included in the calculation of the external force.
  • the control unit when evaluating the two signals from the sensors, the control unit also includes the moment of inertia or mass moment of inertia of the motor vehicle door under consideration in the evaluation.
  • the moment of inertia expresses the inertia of the motor vehicle flap, which is regarded as a rigid body, in relation to a change in its angular velocity when it rotates about a given axis. This applies at least to a motor vehicle flap that can be rotated about the axis, for example the motor vehicle side door mentioned above, but also the motor vehicle tailgate or motor vehicle front hood.
  • its mass or mass inertia can also be evaluated very simply by the control unit instead of the moment of inertia.
  • the moment of inertia depends on the mass distribution of the motor vehicle flap under consideration in relation to its axis or axis of rotation.
  • data for the moment of inertia with the symbol J can easily be derived from the design data of the relevant motor vehicle flap.
  • the mass M can also flow into the evaluation of the control unit in addition to the two signals from the sensors.
  • Friction parameters of the motor vehicle flap are preferably also evaluated by the control unit as mechanical property values of the motor vehicle flap. These friction parameters of the motor vehicle flap are in the case of the motor vehicle flap that can be rotated about the axis mainly about the coefficient of friction of the hinge that is regularly implemented at this point. In the case of the linearly moving motor vehicle sliding door, frictional forces of the necessary guides are predominantly observed and taken into account. In most cases, it is possible to work with a frictional torque Tfr which, in the simplest case, is proportional to the speed of the motor vehicle flap in question, or increases and decreases. So it is typically worked with a linear sliding friction. This also results in a braking torque that is linearly dependent on the speed of the motor vehicle flap.
  • control unit acts on an actuator or an electric motor drive for the motor vehicle flap, the corresponding actuating signals of the control unit can be identified with a driving torque or motor torque Tdr.
  • the measured variable f is the angular acceleration of the motor vehicle flap in question, which is detected with the aid of the first sensor or acceleration sensor and transmitted to the control unit for evaluation.
  • a comparable procedure can be used for the motor vehicle sliding door that can be moved back and forth in a linear manner.
  • the previously mentioned angular acceleration f is not measured with the aid of the first sensor or acceleration sensor. But here one is either carried out by the operator exerted external force F z and / or a force Fdr exerted by the actuator or electromotive drive so that the associated motor vehicle flap of the inertial mass M performs an accelerated movement with the acceleration s.
  • the associated equation of motion, evaluated by the control unit in this case is basically as follows in this case:
  • the subject matter of the invention is also a device for determining the external force exerted on a motor vehicle flap which can be moved by motor and regularly rotatably about an axis.
  • This device initially has the acceleration sensor as the first sensor on the motor vehicle flap.
  • the acceleration sensor is advantageously a so-called three-axis acceleration sensor, i.e. one with the help of which acceleration values in the direction of all three vehicle axes, i.e. in the vehicle longitudinal (X) direction, in the vehicle transverse (Y) - Direction and finally in the vehicle vertical axis (Z) direction can be detected. Due to their widespread use, such three-axis acceleration sensors are available in an inexpensive and robust embodiment.
  • the device according to the invention is also equipped with an actuator or an electric motor drive.
  • the motor vehicle flap in question can be moved with the aid of the actuator or the electric motor drive.
  • the design is advantageously made in such a way that the control unit controls the actuator in a variable manner in accordance with determined values of the external force exerted or the external torque exerted.
  • the procedure here is such that the opening force exerted by the actuator on the motor vehicle flap is correspondingly reduced if an operator also exerts an opening force on the motor vehicle cap.
  • a closing force on the part of the actuator can also be reduced if an operator also exerts such a closing force on the motor vehicle flap.
  • the invention also provides variants such that the force exerted by the actuator on the motor vehicle flap, for example during an opening process, is increased when an operator simultaneously acts on the motor vehicle flap in question in the closing direction.
  • An increase in force during a closing process is also conceivable if the operator in question also acts on the motor vehicle flap in an opening direction.
  • a method and a device are provided with the help of which the external force exerted on the motor vehicle flap in question - in addition to the actuator - by an operator is calculated using simple means and taking into account a structurally simple and robust structure on the part of the control unit can be. All of this succeeds in a particularly functionally reliable manner. This is where the main advantages can be seen.
  • the invention is explained in more detail with reference to a drawing showing only one embodiment.
  • the only FIG. 1 shows a device according to the invention schematically.
  • a device for determining an external force or an external torque T z is shown very fundamentally.
  • the force in question or the associated external torque T z is exerted on a motor vehicle flap 1 by an operator. This is done according to the exemplary embodiment and not restrictively in the opening sense.
  • the motor vehicle flap 1 can be moved rotationally about an axis 2 with respect to a body or motor vehicle body 3.
  • the basic structure includes an acceleration sensor 4, which is provided and arranged as the first sensor in or on the motor vehicle flap 1.
  • an angular acceleration f of the motor vehicle flap 1 is measured with the aid of the acceleration sensor 4.
  • a further second sensor 5 is also implemented, which, according to the exemplary embodiment, is a rotation angle sensor. With the aid of the rotation angle sensor or the second sensor 5, according to the exemplary embodiment, an angle f of the motor vehicle flap 1 and, as a result, a frictional torque Tfr of the motor vehicle flap 1 is determined.
  • the acceleration sensor 4 is equipped as a three-axis acceleration sensor.
  • Both sensors 4, 5 are each connected to a control unit 6 which evaluates its signals.
  • the control unit 6 also controls an actuator 7 or an electric motor drive, with the aid of which the motor vehicle flap 1 can be moved back and forth as shown.
  • the motor vehicle flap 1 is actuated in the illustrated example with a motor torque or drive torque Tdr acted upon, as indicated in FIG. 1 by a corresponding arrow.
  • the actuator 7 ensures a closing movement of the motor vehicle flap 1 in this context, which of course is only to be understood as an example and not restrictive.
  • the motor vehicle flap 1 opposes this closing movement indicated in FIG. 1 with the friction torque Tfr, which mainly depicts the friction coefficients arising in a hinge in the area of the axis 2 and already described in the introduction.
  • the sensor values of the two sensors 4, 5 are now evaluated and processed in the control unit 6.
  • mechanical property values of the motor vehicle flap 1 are also taken into account. This includes at least the moment of inertia J of the motor vehicle flap 1, which is also indicated in FIG Kalman filters determine the exerted external force or, according to the exemplary embodiment, the exerted external torque T z , as already described in the introduction.
  • the control unit 6 ensures that the actuator 7 is controlled variably in accordance with determined values of the exerted external force or the exerted external torque Tz.
  • control unit 6 detects the engine torque or drive torque Tdr exerted on the motor vehicle flap 1.
  • current values for the control of the actuator 7 can be used to infer the force with which the motor vehicle flap 1 in question is acted upon by means of the actuator 7, for example in a closing direction.
  • the motor torque or drive torque Tdr can be derived from this, for example, taking into account known geometric specifications stored in the control unit 6.
  • the position of the actuator in the control unit 6 7 is stored in comparison to the axis or axis of rotation of the motor vehicle flap 1 and from this, in connection with the force exerted by the actuator 7 on the motor vehicle flap 1, the drive torque Tdr in question can be inferred.
  • Motor vehicle flap 1 axle 2 motor vehicle body 3 acceleration sensor 4 sensor 5 control unit 6 actuator 7

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung der auf eine motorisch sowie regelmäßig rotatorisch um eine Achse (2) bewegbaren Kraftfahrzeug-Klappe (1) ausgeübten externen Kraft (Tz). Dabei wird zumindest ein Beschleunigungssensor (4) als erster Sensor (4) in oder an der Kraftfahrzeug- Klappe (1) vorgesehen. Außerdem ist ein zweiter Sensor (5) realisiert. Die Signale beider Sensoren (4, 5) werden von einer Steuereinheit (6) ausgewertet. Erfindungsgemäß ist der zweite Sensor (5) zur Winkelmessung und/oder Wegmessung der Kraftfahrzeug-Klappe (1) gegenüber einer Kraftfahrzeugkarosserie (3) eingerichtet.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der auf eine motorisch sowie regelmäßig rotatorisch um eine Achse bewegbaren Kraftfahrzeug klappe ausgeübten externen Kraft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der auf eine motorisch sowie regelmäßig rotatorisch um eine Achse bewegbaren Kraftfahrzeug-Klappe ausgeübten externen Kraft, insbesondere zur Bestimmung einer manuellen Öffnungs- oder Schließkraft an einer Kraftfahrzeug-Seitentür, einer Kraftfahrzeug-Heckklappe oder einer Kraftfahrzeug- Fronthaube, wonach zumindest ein Beschleunigungssensor als erster Sensor an oder in der Kraftfahrzeug-Klappe vorgesehen wird, und wonach ein zweiter Sensor realisiert ist und die Signale beider Sensoren von einer Steuereinheit ausgewertet werden.
Motorisch sowie regelmäßig rotativ um eine Achse bewegbare Kraftfahrzeug- Klappen verfügen in der Regel über einen Aktuator bzw. allgemein einen elektromotorischen Antrieb. Mithilfe des Antriebes lässt sich die fragliche Kraftfahrzeug-Klappe beispielsweise öffnen oder schließen. Auch teilweise Öffnungs- und Schließbewegungen sind möglich, unter anderem im Sinne eines Zuziehens der betreffenden Kraftfahrzeug-Klappe. Als Kraftfahrzeug-Klappe wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Kraftfahrzeug-Seitentür, aber auch eine Kraftfahrzeug-Heckklappe oder eine Kraftfahrzeug-Fronthaube aufgefasst. Daneben gehören hierzu auch beispielsweise Schiebetüren. Solche Schiebetüren werden zwar in der Regel ebenfalls motorisch beaufschlagt, sind jedoch überwiegend linear gegenüber der zugehörigen Kraftfahrzeugkarosserie bewegbar.
Im Interesse einer Erhöhung des Bedienkomforts kann nun der elektromotorische Antrieb bzw. der Aktuator für die Kraftfahrzeug-Klappe entsprechend angesteuert werden. Hier ist beispielsweise eine Anpassung der Stellkraft des Aktuators an die jeweilige Bediensituation der Kraftfahrzeug-Klappe möglich. So wird beispielsweise beim gattungsbildenden Stand der Technik nach der DE 10 2007 062 472 B4 vorgegangen.
Tatsächlich geht es an dieser Stelle um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung der Stellkraft des Aktuators zur Unterstützung einer Öffnungs und/oder Schließbewegung einer translatorisch und/oder rotatorisch öffenbaren Tür. Zu diesem Zweck werden in der Regel Positions- und Beschleunigungswerte der Tür mit zugehörigen Sensoren erfasst und an eine Auswerteeinrichtung bzw. eine Steuereinheit übermittelt. Als Sensor kommen ein Beschleunigungssensor sowie eine Kamera zum Einsatz. Die Kamera kann zu diesem Zweck am Außenspiegel der Kraftfahrzeug-Tür montiert werden. Mithilfe der Kamera lässt sich erfassen, ob ein Kontakt zwischen einem Bediener und der fraglichen Kraftfahrzeug -Tür stattfindet. Außerdem lässt sich hieraus ein effektiver Hebelarm für eine überwiegend orthogonal angreifende Kraft ermitteln. Das ist relativ aufwendig, zumal eine in diesem Zusammenhang erforderliche Kamera zusätzlich montiert werden muss. Außerdem birgt die Anbringung an oder im Außenspiegel der Kraftfahrzeugtür Probleme für den Fall, dass die Kamera durch Verschmutzungen keine brauchbaren Signale an die Auswerteinrichtung bzw. Steuereinheit liefert.
Im weiteren Stand der Technik nach der DE 10 2017 011 478 A1 geht es um ein Verfahren zur Schließkraftmessung eines Fahrzeugflügelelementes. Auch in diesem Fall soll eine zusätzlich auftretende externe Kraft erfasst werden. Dazu ist eine kombinierte Kraft-Weg-Messeinrichtung vorgesehen. Diese verfügt über einen Beschleunigungssensor, mit dessen Hilfe ein Mess-Schließzeitpunkt ermittelt wird. Dieser korrespondiert dazu, dass beim Übergang von der Offenstellung in die Schließstellung Schwingungen des Fahrzeugflügelele mentes beobachtet werden. Zusätzlich ist ein Mikrofon realisiert, mit dessen Hilfe ein zweiter Mess- Schließzeitpunkt erfasst werden kann. Dieser charakterisiert einen Wechsel des Fahrzeugflügelelementes von der Offenstellung in die Schließstellung, und zwar anhand von Schallwellen. Die auf diese Weise ermittelten Mess- Schließzeitpunkte werden verglichen und führen zu einem Ist-Schließzeitpunkt anhand dessen die zu erfassende Kraft bewertet werden kann.
Der zusätzliche Einsatz des Mikrofons als gleichsam zweitem Sensor ist mit vergleichbaren Nachteilen wie die zuvor bereits angesprochene Kamera bei der DE 10 2007 062 472 B4 verbunden. Hier bestehen nicht nur
Verschmutzungsprobleme, sondern darüber hinaus die Gefahr, dass überhaupt kein belastbares und auswertbares Signal des Mikrofones zur Verfügung steht. Das gilt insbesondere bei signifikanten Außengeräuschen, beispielsweise bei Wind und/oder Regen.
Der schließlich noch relevante Stand der Technik nach der DE 10 2006 018 031 B4 betrifft eine Sensoranordnung und ein Verfahren zum Auslösen einer Rückhaltevorrichtung. Dadurch soll ein Aufprall des Fahrzeuges erkannt werden. Hierzu sind ein erstes Beschleunigungselement und ein zweites Beschleunigungselement realisiert, die innerhalb der Fahrzeugtür respektive nahe an einem Scharnier der Fahrzeugtür eingebaut sind. Modifikationen der Stellkraft eines Aktuators zur motorischen Bewegung der zugehörigen Kraftfahrzeugtür werden nicht angesprochen.
Der Stand der Technik hat sich grundsätzlich bewährt, wenn es darum geht, die Kraft eines Aktuators oder allgemein eines elektromotorischen Antriebes für die zugehörige Kraftfahrzeug-Klappe zu modifizieren, und zwar abhängig von der von einem Bediener ausgeübten und zusätzlich an der Kraftfahrzeug-Klappe angreifenden externen Kraft. Allerdings sind die bisherigen Ansätze relativ aufwendig und aufgrund der eingesetzten Sensoren, insbesondere Kamera und Mikrofon, anfällig im Hinblick auf Verschmutzungen des Kraftfahrzeuges, Störgeräusche etc. In Verbindung mit dem relativ hohen Preis für eine solche Sensorik hat dies in der Praxis bisher dazu geführt, dass die bekannten Systeme praktisch keine Verbreitung und Anwendung gefunden haben. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Bestimmung der auf eine motorisch sowie regelmäßig um eine Achse bewegbaren Kraftfahrzeug-Klappe ausgeübten externen Kraft anzugeben, mit dessen Hilfe eine konstruktiv einfache und funktionssichere Lösung zur Verfügung gestellt wird, die im Hinblick auf Verschmutzungen, Störgeräusche etc. besonders robust aufgebaut ist.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der auf eine motorisch sowie regelmäßig um eine Achse bewegbaren Kraftfahrzeug-Klappe ausgeübten externen Kraft im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zweiten Sensors eine Winkelmessung und/oder Wegmessung der Kraftfahrzeug-Klappe gegenüber einer Kraftfahrzeugkarosserie durchgeführt wird. D. h., die Erfindung greift im einfachsten Fall lediglich auf den Beschleunigungssensor als erstem Sensor und zusätzlich den zweiten Sensor zur Winkelmessung bzw. Wegmessung zurück. Beide Sensoren können dabei vorteilhaft in bzw. an der Kraftfahrzeug-Klappe angeordnet werden und sind auf diese Weise vor etwaigen Umwelteinflüssen besonders gut geschützt. Außerdem verfügen Beschleunigungssensoren bzw. Winkel- oder Wegsensoren in diesem Zusammenhang über einen robusten, dauerhaften und funktionssicheren Aufbau, so dass die Signale der beiden Sensoren unschwer von der Steuereinheit sicher, zuverlässig und dauerhaft ausgewertet werden können. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
Wie bereits erläutert, ist der zweite Sensor vorteilhaft an bzw. in der Kraftfahrzeug-Klappe angeordnet. Außerdem werden von der Steuereinheit neben den beiden Sensorsignalen erfindungsgemäß zusätzlich mechanische Eigenschaftswerte der Kraftfahrzeugklappe in die Berechnung der externen Kraft mit einbezogen.
Bei diesen mechanischen Eigenschaftswerten der Kraftfahrzeug-Klappe handelte sich im Regelfall zumindest um ihr Trägheitsmoment. D. h., bei der Auswertung der beiden Signale der Sensoren wird von der Steuereinheit zusätzlich das Trägheitsmoment bzw. Massenträgheitsmoment der betrachteten Kraftfahrzeug -Tür in die Auswertung mit einbezogen. Bekanntermaßen drückt das Trägheitsmoment die Trägheit der als starrer Körper betrachteten Kraftfahrzeug-Klappe gegenüber einer Änderung seiner Winkelgeschwindigkeit bei der Drehung um eine gegebene Achse aus. Das gilt zumindest für eine rotatorisch um die Achse bewegbare Kraftfahrzeug-Klappe, beispielsweise die zuvor bereits angesprochene Kraftfahrzeug-Seitentür aber auch die Kraftfahrzeug-Heckklappe oder Kraftfahrzeug-Fronthaube. Grundsätzlich und alternativ hierzu kann beispielsweise bei einer Schiebetür auch ganz simpel ihre Masse bzw. Massenträgheit von der Steuereinheit anstelle des Trägheitsmomentes zusätzlich mit ausgewertet werden.
Das Trägheitsmoment hängt bekanntermaßen von der Massenverteilung der betrachteten Kraftfahrzeug-Klappe in Bezug auf Ihre Achse bzw. Drehachse ab. Insofern lassen sich aus Konstruktionsdaten der betreffenden Kraftfahrzeug- Klappe unschwer Daten für das Trägheitsmoment mit dem Formelzeichen J herleiten. Alternativ kann bei der überwiegend linear bewegten Kraftfahrzeug- Seitentür anstelle des Trägheitsmomentes J auch die Masse M zusätzlich in die Auswertung der Steuereinheit ergänzend zu den beiden Signalen der Sensoren mit einfließen.
Bevorzugt werden als mechanische Eigenschaftswerte der Kraftfahrzeug-Klappe zusätzlich Reibparameter der Kraftfahrzeug-Klappe von der Steuereinheit ausgewertet. Bei diesen Reibparametern der Kraftfahrzeug-Klappe handelt es sich im Falle der rotatorisch um die Achse bewegbaren Kraftfahrzeug-Klappe überwiegend um Reibwerte des an dieser Stelle regelmäßig realisierten Scharniers. Bei der linear bewegten Kraftfahrzeug-Schiebetür werden überwiegend Reibkräfte der erforderlichen Führungen beobachtet und finden Berücksichtigung. Meistens kann hier mit einem Reibmoment Tfr gearbeitet werden, welches im einfachsten Fall proportional zur Geschwindigkeit der betreffenden Kraftfahrzeug-Klappe verläuft bzw. anwächst und abfällt. Es wird also typischerweise mit einer linearen Gleitreibung gearbeitet. Daraus resultiert auch ein entsprechend von der Geschwindigkeit der Kraftfahrzeug-Klappe linear abhängiges Bremsmoment. Dieses kann insbesondere auf Basis der Signale des zweiten Sensors zur Winkelmessung der Kraftfahrzeug-Klappe gegenüber der Kraftfahrzeug-Karosserie ermittelt werden. Wenn dann noch die Steuereinheit einen Aktuator bzw. elektromotorischen Antrieb für die Kraftfahrzeug-Klappe beaufschlagt, lassen sich die entsprechenden Stellsignale der Steuereinheit mit einem antreibenden Drehmoment bzw. Motordrehmoment Tdr identifizieren.
Anhand der grundsätzlichen Bewegungsgleichung für die rotatorisch um die Achse bewegbaren Kraftfahrzeug-Klappe im Sinne von
/ ’ f = Tdr - Tfr - Tz kann dann auf eine zusätzlich und extern auf die fragliche Kraftfahrzeug-Klappe ausgeübte externe Kraft bzw. ein entsprechendes Drehmoment Tz rückgeschlossen werden, welches im angegebenen Fall entgegen dem antreibenden Drehmoment arbeiten mag. Tatsächlich handelt es sich nämlich bei der Messgröße f um die Winkelbeschleunigung der betrachteten Kraftfahrzeug- Klappe, welche mithilfe des ersten Sensors bzw. Beschleunigungssensors erfasst und an die Steuereinheit zur Auswertung übermittelt wird.
Vergleichbar kann für die linear hin- und herbewegbare Kraftfahrzeug-Schiebetür vorgegangen werden. In diesem Fall wird nicht die zuvor bereits angesprochene Winkelbeschleunigung f mithilfe des ersten Sensors bzw. Beschleunigungs sensors gemessen. Sondern hier führt eine entweder von dem Bediener ausgeübte externe Kraft Fz und/oder eine von dem Aktuator bzw. elektromotorischen Antrieb ausgeübte Kraft Fdr dazu, dass die zugehörige Kraftfahrzeug-Klappe der trägen Masse M eine beschleunigte Bewegung mit der Beschleunigung s vollführt. Die zugehörige und von der Steuereinheit in diesem Fall ausgewertete Bewegungsgleichung lautet also prinzipiell in diesem Fall wie folgt:
M S = Fdr - Ffr - Fz
(mit Ffr der Reibkraft und s dem absolvierten Weg sowie s der zugehörigen Beschleunigung). Jedenfalls wird deutlich, dass und wie die Steuereinheit aus den Sensorwerten der beiden Sensoren sowie den mechanischen Eigenschaftswerten unter Anwendung von Bewegungsgleichungen die ausgeübte externe Kraft Fz bzw. das ausgeübte externe Drehmoment Tz bestimmt. Das geschieht vorteilhaft und zusätzlich unter Anwendung eines sogenannten Kalman-Filters, bei dem es sich um ein mathematisches Verfahren handelt. Dieses dient dazu, Fehler in den realen Messwerten der beiden Sensoren zu reduzieren und Schätzungen für nicht messbare Systemgrößen zu liefern, vorliegend Schätzungen für die ausgeübte externe Kraft Fz bzw. das externe Drehmoment Tz. Solche Kahlmann-Filter sind generell bekannt und es sei auf die entsprechenden Erläuterungen bei „Wikipedia“ mit den dort zusätzlich in Bezug genommenen Referenzen verwiesen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Bestimmung der auf eine motorisch sowie regelmäßig rotatorisch um eine Achse bewegbaren Kraftfahrzeug-Klappe ausgeübten externen Kraft. Diese Vorrichtung verfügt zunächst einmal über den Beschleunigungssensor als erstem Sensor an der Kraftfahrzeug-Klappe. Bei dem Beschleunigungssensor handelt es sich vorteilhaft um einen sogenannten Drei-Achsen-Beschleunigungssensor, also einen solchen, mit dessen Hilfe Beschleunigungswerte in Richtung sämtlicher drei Fahrzeugachsen, also in Fahrzeuglängs(X)-Richtung, in Fahrzeugquer-(Y)- Richtung und schließlich in Fahrzeughochachsen-(Z)-Richtung erfasst werden können. Solche Dreiachsen-Beschleunigungssensoren stehen aufgrund ihrer weiten Verbreitung in preisgünstiger und robuster Ausführungsform zur Verfügung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist darüber hinaus mit einem Aktuator bzw. elektromotorischen Antrieb ausgerüstet. Mithilfe des Aktuators bzw. elektromotorischen Antriebes kann die fragliche Kraftfahrzeug-Klappe bewegt werden. Außerdem ist die Auslegung vorteilhaft so getroffen, dass die Steuereinheit den Aktuator nach Maßgabe von ermittelten Werten der ausgeübten externen Kraft bzw. des ausgeübten externen Drehmomentes variabel ansteuert. Beispielsweise wird hierbei so vorgegangen, dass die vom Aktuator auf die Kraftfahrzeug-Klappe ausgeübte Kraft zum Öffnen entsprechend reduziert wird, wenn ein Bediener zusätzlich eine Öffnungskraft mit auf die Kraftfahrzeug-Kappe ausübt. In gleicher Weise kann auch eine Schließ-Kraft seitens des Aktuators vermindert werden, wenn ein Bediener zusätzlich eine solche Schließ-Kraft auf die Kraftfahrzeug-Klappe ausübt.
Umgekehrt sieht die Erfindung auch Varianten dergestalt vor, dass die vom Aktuator auf die Kraftfahrzeug-Klappe beispielsweise bei einem Öffnungsvorgang ausgeübte Kraft erhöht wird, wenn ein Bediener gleichzeitig die fragliche Kraftfahrzeug-Klappe in schließendem Sinne beaufschlagt. Ebenso ist eine Krafterhöhung bei einem Schließvorgang denkbar, wenn der fragliche Bediener die Kraftfahrzeug-Klappe zusätzlich in öffnendem Sinne beaufschlagt. So oder so werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, mit deren Hilfe die auf die fragliche Kraftfahrzeug-Klappe - zusätzlich zum Aktuator - ausgeübte externe Kraft seitens eines Bedieners mit einfachen Mitteln und unter Berücksichtigung eines konstruktiv simplen und robusten Aufbaus seitens der Steuereinheit errechnet werden kann. Das alles gelingt auf besonders funktionssichere Art und Weise. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch.
In der Fig. 1 ist ganz grundsätzlich eine Vorrichtung zur Bestimmung einer externen Kraft bzw. eines externen Drehmomentes Tz dargestellt. Die fragliche Kraft bzw. das zugehörige externe Drehmoment Tz wird dabei von einem Bediener auf eine Kraftfahrzeug-Klappe 1 ausgeübt. Das geschieht nach dem Ausführungsbeispiel und nicht einschränkend in öffnendem Sinne. Nach dem Ausführungsbeispiel lässt sich die Kraftfahrzeug-Klappe 1 rotatorisch um eine Achse 2 gegenüber einer Karoserie bzw. Kraftfahrzeugkarosserie 3 bewegen.
Zum grundsätzlichen Aufbau gehört ein Beschleunigungssensor 4, der als erster Sensor in oder an der Kraftfahrzeug-Klappe 1 vorgesehen und angeordnet ist. Mithilfe des Beschleunigungssensors 4 wird nach dem Ausführungsbeispiel eine Winkelbeschleunigung f der Kraftfahrzeug-Klappe 1 gemessen. Außerdem ist noch ein weiterer zweiter Sensor 5 realisiert, bei dem es sich nach dem Ausführungsbeispiel um einen Drehwinkelsensor handelt. Mithilfe des Drehwinkelsensors bzw. des zweiten Sensors 5 wird nach dem Ausführungsbeispiel ein Winkel f der Kraftfahrzeug-Klappe 1 und hieraus folgend ein Reibmoment Tfr der Kraftfahrzeug-Klappe 1 ermittelt. Der Beschleunigungssensor 4 ist demgegenüber als Drei-Achsen-Beschleunigungs- sensor ausgerüstet.
Beide Sensoren 4, 5 sind jeweils an eine Steuereinheit 6 angeschlossen, die ihre Signale auswertet. Von der Steuereinheit 6 wird darüber hinaus ein Aktuator 7 bzw. ein elektromotorischer Antrieb angesteuert, mit dessen Hilfe die Kraftfahrzeug-Klappe 1 wie dargestellt hin- und herbewegt werden kann.
Mithilfe des Aktuators 7 wird die Kraftfahrzeug-Klappe 1 im dargestellten Beispielsfall mit einem Motordrehmoment bzw. Antriebsdrehmoment Tdr beaufschlagt, wie dies in der Fig. 1 durch einen entsprechenden Pfeil angedeutet ist. In der Darstellung sorgt der Aktuator 7 in diesem Zusammenhang für eine Schließbewegung der Kraftfahrzeug-Klappe 1 , was selbstverständlich nur beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen ist. Die Kraftfahrzeug-Klappe 1 setzt dieser in der Figur 1 angedeuteten Schließbewegung das Reibmoment Tfr entgegen, welches hauptsächlich die in einem Scharnier im Bereich der Achse 2 entstehenden und einleitend bereits beschriebenen Reibwerte abbildet.
In der Steuereinheit 6 werden nun die Sensorwerte der beiden Sensoren 4, 5 ausgewertet und verarbeitet. Darüber hinaus finden auch mechanische Eigenschaftswerte der Kraftfahrzeug-Klappe 1 eine Berücksichtigung. Flierzu gehört zumindest das auch in der Fig. 1 angedeutete Trägheitsmoment J der Kraftfahrzeug-Klappe 1. Unter Berücksichtigung des einleitend bereits beschriebenen Kalman-Filters kann nun die Steuereinheit 6 aus den Sensorwerten sowie den mechanischen Eigenschaftswerten unter Anwendung der zuvor und einleitend angegebenen Bewegungsgleichungen und des Kalman- Filters die ausgeübte externe Kraft bzw. nach dem Ausführungsbeispiel das ausgeübte externe Drehmoment Tz bestimmen, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde. Außerdem sorgt die Steuereinheit 6 dafür, dass der Aktuator 7 nach Maßgabe von ermittelten Werten der ausgeübten externen Kraft bzw. des ausgeübten externen Drehmomentes Tz variabel angesteuert wird.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass die Steuereinheit 6 das auf die Kraftfahrzeug-Klappe 1 ausgeübte Motordrehmoment bzw. Antriebsdrehmoment Tdr erfasst. Dazu kann beispielsweise aus Stromwerten für die Ansteuerung des Aktuators 7 auf die Kraft rückgeschlossen werden, mit deren Hilfe die fragliche Kraftfahrzeug-Klappe 1 mittels des Aktuators 7 beispielsweise in zuziehenden Sinne beaufschlagt wird. Hieraus lässt sich das Motordrehmoment bzw. Antriebsdrehmoment Tdr beispielsweise unter Berücksichtigung bekannter und in der Steuereinheit 6 hinterlegter geometrischer Vorgaben ableiten. Denkbar ist es in diesem Zusammenhang, dass in der Steuereinheit 6 die Position des Aktuators 7 im Vergleich zur Achse bzw. Drehachse der Kraftfahrzeug-Klappe 1 hinterlegt ist und hieraus in Verbindung mit der vom Aktuator 7 auf die Kraftfahrzeug- Klappe 1 ausgeübten Kraft auf das fragliche Antriebsdrehmoment Tdr rückgeschlossen werden kann.
Wenn man nun beispielsweise mit dem zuvor angesprochenen Antriebsdrehmoment Tdr die Kraftfahrzeug-Klappe 1 beaufschlagt (beispielsweise in zuziehenden Sinne), so resultiert hieraus eine Positionsänderung, die mithilfe des zweiten Sensors 5 erfasst werden kann. Weicht diese Positionsänderung von einer mithilfe der Steuereinheit 6 beispielsweise berechneten Positionsänderung ab, so lässt dies auf die externe Kraft bzw. das ausgeübte externe Drehmoment Tz schließen. Auf das dargestellte Ausführungsbeispiel übertragen bedeutet dies, dass bei einer solchen seitens des Bedieners ausgeübten externen Kraft bzw. dem ausgeübten externen Drehmoment Tz in öffnendem Sinne die Steuereinheit 6 insgesamt dafür sorgt, dass der Aktuator 7 mit einer größeren Kraft bzw. einem größeren Drehmoment Tdr angesteuert wird, als dies in dem Fall erforderlich wäre, wenn der Bediener keine öffnende Kraft auf die Kraftfahrzeug-Klappe 1 ausüben würde.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel und bei der seitens des Bedieners ausgeübten externen Kraft bzw. dem ausgeübten externe Drehmoment Tz in öffnendem Sinne bedeutet dies, dass die Steuereinheit 6 insgesamt dafür sorgt, dass der Aktuator 7 mit einer größeren Kraft bzw. einem größeren Drehmoment Tdr angesteuert wird, als dies in dem Fall erforderlich wäre, wenn der Bediener keine öffnende Kraft auf die Kraftfahrzeug-Klappe 1 ausüben würde. Bezugszeichenliste
Kraftfahrzeug-Klappe 1 Achse 2 Kraftfahrzeugkarosserie 3 Beschleunigungssensor 4 Sensor 5 Steuereinheit 6 Aktuator 7
Trägheitsmoment J Drehmomentes Tz Reibmoment Tfr Drehmoment Tdr Winkel f
Winkelbeschleunigung f

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der auf eine motorisch sowie regelmäßig rotatorisch um eine Achse (2) bewegbare Kraftfahrzeug-Klappe (1 ) ausgeübten externen Kraft (Tz), insbesondere zur Bestimmung einer manuellen Öffnungs oder Schließkraft an einer Kraftfahrzeug-Seitentür, einer Kraftfahrzeug- Heckklappe oder einer Kraftfahrzeug-Fronthaube, wonach zumindest ein Beschleunigungssensor (4) als erster Sensor (4) an oder in der Kraftfahrzeug- Klappe (1 ) vorgesehen wird, und wonach ein zweiter Sensor (5) realisiert ist und die Signale beider Sensoren (4 ,5) von einer Steuereinheit (6) ausgewertet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mittels des zweiten Sensors (5) eine Winkelmessung und/oder Wegmessung der Kraftfahrzeug-Klappe (1 ) gegenüber einer Kraftfahrzeugkarosserie (3) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (5) an und/oder in der Kraftfahrzeug-Klappe (1 ) angeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinheit (6) neben den beiden Sensorsignalen zusätzlich mechanische Eigenschaftswerte der Kraftfahrzeug-Klappe (1 ) in die Berechnung der externen Kraft (Tz) mit einbezogen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Eigenschaftswerte der Kraftfahrzeug-Klappe (1 ) zumindest ihr Trägheitsmoment (J) berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Eigenschaftswerte der Kraftfahrzeug-Klappe (1) zusätzlich Reibparameter der Kraftfahrzeug-Klappe (1) von der Steuereinheit (6) ausgewertet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) aus den Sensorwerten sowie den mechanischen Eigenschaftswerten unter Anwendung von Bewegungsgleichungen sowie vorteilhaft eines Kalman-Filters die ausgeübte externe Kraft (Tz) bestimmt.
7. Vorrichtung zur Bestimmung der auf eine motorisch sowie regelmäßig rotatorisch um eine Achse (2) bewegbaren Kraftfahrzeug-Klappe (1) ausgeübten externen Kraft (Tz), insbesondere zur Bestimmung einer manuellen Öffnungs oder Schließkraft an einer Kraftfahrzeug-Seitentür, einer Kraftfahrzeug- Heckklappe oder einer Kraftfahrzeug-Fronthaube, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit zumindest einem Beschleunigungssensor (4) als erstem Sensor (4) in oder an der Kraftfahrzeug-Klappe (1), und mit einem zweiten Sensor (5), wobei die Signale beider Sensoren (4, 5) von einer Steuereinheit (6) ausgewertet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der zweite Sensor (5) zur Winkelmessung und/oder Wegmessung der Kraftfahrzeug-Klappe (1) gegenüber einer Kraftfahrzeugkarosserie (3) eingerichtet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (5) als in oder an der Achse (2) angeordneter Drehwinkelsensor ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (7) zur Beaufschlagung der Kraftfahrzeug-Klappe (1) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) den Aktuator (7) nach Maßgabe von ermittelten Werten der ausgeübten externen Kraft (Tz) variabel ansteuert.
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