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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Nachrüstsatz für einen Kraftfahrzeug-Fensterheber und
betrifft insbesondere einen Nachrüstsatz, um einen von einem
Elektromotor angetriebenen Kraftfahrzeug-Fensterheber mit einer
Steuereinrichtung nachzurüsten
um zu gewährleisten,
dass gesetzliche Sicherheitsauflagen, insbesondere hinsichtlich
der beim Heben einer Fensterscheibe vorherrschenden Hubkräfte, eingehalten
werden.
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Elektrische
Fensterheber stellen heutzutage ein nahezu unverzichtbares Ausstattungsmerkmal von
Kraftfahrzeugen dar. Die Drehbewegung eines Elektromotors, üblicherweise
eines Gleichstrommotors, wird mittels eines Getriebes in eine Verstellbewegung
zum Anheben und Absenken einer Fensterscheibe umgesetzt. Aus dem
Stand der Technik sind elektrische Krafttahrzeug-Fensterheber bekannt,
die eine Einklemmschutz-Funktion als zusätzliches Sicherheitsmerkmal
aufweisen. Wenn festgestellt wird, dass sich in dem Verstellweg
der Fensterscheibe ein Fremdkörper
befindet, beispielsweise der Unterarm, die Hand oder der Kopf eines
Fahrgastes, so wird der Antrieb zum Herauffahren des Fahrzeugfensters
in einen herabfahrenden Antrieb umgeschaltet, d. h., der Fensterantrieb
wird reversiert, sodass sich die Bewegungsrichtung der Fensterscheibe
umkehrt, was beispielsweise in der
DE 198 23 713 A1 offenbart ist. Für einen
wirksamen Einklemmschutz ist eine zusätzliche Sensorik zum Detektieren
von Fremdkörpern
in dem Verstellweg der Fensterscheibe erforderlich.
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US 6,031,348 der Anmelderin
offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors
eines Kraftfahrzeug-Fensterhebers. Um die Einklemmschutz-Funktion
noch wirkungsvoller bereitzustellen, soll die Reaktionsgeschwindigkeit der
Steuerelektronik noch schneller auf kritische Betriebszustände reagieren
können.
Zu diesem Zweck ist der Elektromotor über eine erste und eine zweite Signalverbindung
mit einer Steuereinrichtung, die entfernt zu dem Elektromotor angeordnet
ist, verbunden. Die erste Signalverbindung dient der Übermittlung
von Daten hoher Priorität
mit einer hohen Übertragungsfrequenz.
Die zweite Signalverbindung dient der Übertragung von Daten einer
niedrigen Priorität, insbesondere
der Bedienkommandos einer Bedieneinheit für den elektrischen Fensterheber,
wobei die Daten niedrigerer Priorität mit einer niedrigeren Übertragungsfrequenz übermittelt
werden. Somit kann bei vergleichbarer Auslegung der Steuerelektronik
die erste Signalverbindung zur Übermittlung
von Steuerdaten verwendet werden, die einem Einklemmschutz dienen.
Als Folge kann die Verstellbewegung des Elektromotors noch schneller
reversiert werden.
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Ausgehend
von dem vorgenannten Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung
zur Aufgabe, ein in der Bedienung noch sichereres und zweckmäßigeres
elektrisches Kraftfahrzeug-Fensterheber-System bereitzustellen
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Nachrüstsatz
bereitgestellt, um einen von einem Elektromotor angetriebenen Kraftfahrzeug-Fensterheber
mit einer Steuereinrichtung nachzurüsten. Der Elektromotor des
Kraftfahrzeug-Fensterhebers ist über
Verbindungsleitungen mit einer Schalt- oder Steuereinheit verbunden,
die den Elektromotor des Fensterhebers betätigt und/oder steuert. Erfindungsgemäß weist
der Nachrüstsatz
Trennmittel auf, um die Verbindungsleitungen aufzutrennen und die
Steuereinrichtung zwischen den Elektromotor und die Schalt- oder
Steuereinheit zu schalten. Unter diesem Zwischenschalten wird im
Sinne der vorliegenden Anmeldung insbesondere verstanden, dass die
Steuereinrichtung derart mit den Verbindungsleitungen zwischen der
Schalt- oder Steuereinheit verbunden ist, dass die Steuereinrichtung
den Motorstrom geeignet beeinflussen, vorzugsweise schalten, kann.
Dabei ist die Steuereinrichtung ausgelegt, um den Elektromotor automatisch
zu steuern und eine Verstellbewegung des Elektromotors abzubremsen
Erfindungsgemäß können somit
bestehende, beispielsweise bereits in ein Kraftfahrzeug eingebaute, elektrische
Kraftfahrzeug-Fensterheber in einfacher Weise so nachgerüstet werden,
dass vorzugsweise gewährleistet
ist, dass diese aktuellen gesetzlichen Sicherheitsauflagen entsprechen.
Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein bestehender
elektrischer Kraftfahrzeug-Fensterheber derart nachgerüstet, dass auch
bei variablen Betriebszuständen,
insbesondere im Falle einer auch nur vorübergehenden Leichtgängigkeit
des Fensterhebers, gesetzliche Sicherheitsauflagen zuverlässig eingehalten
werden können.
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Zum
Nachrüsten
brauchen erfindungsgemäß einfach
nur die bestehenden Verbindungsleitungen aufgetrennt und die Steuereinrichtung
des Nachrüstsatzes
zwischen den Elektromotor und die Schalt- oder Steuereinheit des
Fensterhebers geschaltet werden. Beispielsweise kann zum Auftrennen
ein Verbindungskabel durchtrennt oder eine Stecker-Buchsen-Verbindung
gelöst
werden. Diese einfache Nachrüstmaßnahme kann
rasch und kostengünstig
vorgenommen werden. Erfindungsgemäß können die Verbindungsleitungen
des Nachrüstsatzes
so ausgelegt sein, dass die Steuereinrichtung an einem beliebigen
geeigneten Ort, beispielsweise in einem Türmodul und insbesondere entfernt
zu dem Elektromotor und/oder der Schalt- oder Steuereinheit, angeordnet
werden kann.
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Als
Trennmittel können übliche elektrische Verbindungsmittel,
beispielsweise Stecker und/oder Buchsen oder Schneidklemmkontakte,
verwendet werden.
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Bevorzugt
wird die Steuereinrichtung des Nachrüstsatzes von der Energieversorgung
des Elektromotors des Fensterhebers mit versorgt, so dass die Steuereinrichtung
völlig
autark ist und keine zusätzliche
Energieversorgung für
den Nachrüstsatz vorzusehen
ist. Hierzu ist vorzugsweise die Versorgungsleitung der Steuereinrichtung
mit zumindest einer Verbindungsleitung, vorzugsweise über Dioden mit
zwei Verbindungsleitungen, verbunden, die den Elektromotor mit Strom
versorgen.
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Bevorzugt
sind die Trennmittel kompatibel zu elektrischen Verbindungsmitteln
ausgelegt, welche die Verbindungsleitungen mit dem Elektromotor
und der Schalt- oder Steuereinheit verbinden. Solche Trennmittel
können
beispielsweise korrespondierend zu Steckern und/oder Buchsen ausgebildet
sein.
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Durch
das Abbremsen der Verstellbewegung des Elektromotors kann erfindungsgemäß gewährleistet
werden, dass die bei der Verstellbewegung des Elektromotors auftretenden
Hub- bzw. Verstellkräfte
einen kritischen Wert nicht überschreiten.
Insbesondere können
die auftretenden Hub- bzw. Verstellkräfte erfindungsgemäß so begrenzt
werden, dass gesetzliche Sicherheitsauflagen zuverlässig eingehalten
werden, insbesondere auch im Falle variabler Betriebszustände des
Elektromotors und/oder Fensterhebers, beispielsweise im Falle einer
besonderen Leichtgängigkeit
der Fensterheber-Mechanik. Vorteilhaft ist ferner, dass kritische Betriebszustände des
Fensterhebers, insbesondere solche, bei denen hohe Verstell- bzw.
Hubkräfte
beim Verstellen der Fensterscheibe auftreten, nicht automatisch
zu einem Reversieren des Elektromotors, d. h. zu einem Umkehren
der Richtung der Verstellbewegung, führen, sondern dass die Steuerelektronik
zunächst
versucht, den kritischen Betriebszustand durch Abbremsen des Elektromotors
und somit durch Verringern der wirksamen Verstell- bzw. Hubkräfte zu beseitigen.
Somit können
unnötige
Bedienvorgänge,
beispielsweise bedingt durch ein unnötiges Reversieren des Elektromotors
des Fensterhebers, noch wirksamer vermieden werden. Insbesondere
dann, wenn kritische Betriebszustände relativ wahrscheinlich sind,
beispielsweise im Fall einer auch nur vorübergehenden besonderen Leichtgängigkeit
des Fensterhebers, sorgt die erfindungsgemäße Steuervorrichtung dafür, dass
die gewünschte
Verstellbewegung insgesamt rascher ausgeführt werden kann.
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Vorteilhaft
ist ferner, dass ein Abbremsen der Verstellbewegung des Elektromotors
in besonders einfacher Weise in Form einer Schaltung zum Steuern
des durch den Elektromotor fließenden
Stroms realisiert werden kann.
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Wie
vorstehend ausgeführt,
kann durch das erfindungsgemäße Abbremsen
des Elektromotors in jedem Fall, d. h. auch unter variablen Betriebszuständen und äußeren Bedingungen,
stets gewährleistet werden,
dass kritische Verstell- bzw. Hubkräfte, wie diese insbesondere
durch gesetzliche Sicherheitsauflagen vorgegeben sein können, nicht
auftreten. Somit lässt
sich erfindungsgemäß ein und
derselbe Typ von Elektromotor für
eine Vielzahl unterschiedlicher Typen von Fensterhebern verwenden,
ohne dass es hierzu einer gesonderten Auslegung des Leistungsverhaltens
des Elektromotors bedarf. So kann beispielsweise derselbe Typ von
Elektromotor sowohl für
einen relativ leichtgängigen
Fensterheber als auch für
einen relativ schwergängigen
Fensterheber verwendet werden. Somit kann erfindungsgemäß der Aufwand
zum Auslegen von elektrischen Fensterhebern und deren Mechanik verringert
werden und kann auch der Aufwand bei der Beschaffung, Lagerhaltung
und Fertigung weiter verringert werden.
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Unter
dem Begriff „Abbremsen
des Elektromotors" sei
im Sinne dieser Anmeldung insbesondere ein Mindern der Drehbewegung
bzw. der Drehzahl des Elektromotors auf einen Wert, der niedriger
ist als vor dem Auslösen
des Abbremsens der Verstellbewegung, verstanden. Insbesondere ist
dieser erfindungsgemäß niedrigere
Wert der Drehbewegung bzw. der Drehzahl des Elektromotors verschieden von
Null, wobei die Verstellbewegung während und nach dem Abbremsen
der Verstellbewegung des Elektromotors erfindungsgemäß auch weiterhin
in derselben Richtung ausgeführt
werden kann, sofern nicht weitere Maßnahmen, beispielsweise ein
Einklemmschutz als zusätzlich
vorgesehenes Sicherheitsmerkmal, eine weitere Beeinflussung der
Verstellbewegung des Elektromotors erfordern. Im Gegensatz dazu
ist aus dem Stand der Technik bekannt, den Elektromotor zu reversieren,
in welchem Fall der Wert der Drehbewegung bzw. Drehzahl des Elektromotors
während
eines vergleichsweise kurzen Zeitintervalls auf einen Wert mit entgegengesetzter
Polarität
geändert
wird und dieser Wert dann im Anschluss an das Reversieren des Elektromotors
beibehalten wird, oder die Verstellbewegung des Elektromotors ganz
abzubrechen, d. h. den Wert der Drehbewegung bzw. der Drehzahl des
Elektromotors auf einen Wert, der im Wesentlichen Null ist, herabzusetzen.
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Bevorzugt
wird die Verstellbewegung in Abhängigkeit
von zumindest einer von der Verstellbewegung des Elektromotors abgeleiteten
Messgröße abgebremst,
die insbesondere auch während
des Abbremsens der Verstellbewegung gefühlt bzw. detektiert wird. Diese
Messgröße betrifft
allgemein einen Betriebszustand des Elektromotors und/oder der Fensterheber-Mechanik
und kann beispielsweise eine aktuelle Geschwindigkeit der Verstellbewegung, ein
Abtriebs-Drehmoment des Elektromotors, einen aktuellen Wirkstrom
des Elektromotors und dergleichen repräsentieren. Bekanntermaßen ist
die Geschwindigkeit der Verstellbewegung, das Abtriebs-Drehmoment
des Elektromotors, der Wirkstrom des Elektromotors und dergleichen
ein Maß für die tatsächlich abgegebene
Leistung des Elektromotors. Eine relativ hohe Geschwindigkeit der
Verstellbewegung, ein relativ hohes Abtriebs-Drehmoment oder ein
relativ hoher Wirkstrom des Elektromotors deuten somit auf eine
Abweichung Betriebsverhaltens des Fensterhebers bzw. der Fensterheber-Mechanik
von einem Norm-Betriebsverhalten hin. Durch geeignetes Abbremsen
der Verstellbewegung des Elektromotors kann somit erfindungsgemäß ein gewünschtes
Betriebsverhalten des Fensterhebers wieder hergestellt werden.
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Bevorzugt
wird die Verstellbewegung des Elektromotors so abgebremst und die
Hub- bzw. Verstellkraft des Fensterhebers so begrenzt, dass eine vorgebbare
maximale Verstellkraft nicht überschritten
ist. Diese maximale Verstellkraft kann beispielsweise in Anpassung
an gesetzliche Sicherheitsauflagen vorgegeben werden. Insbesondere
kann die maximale Verstellkraft um eine vorbestimmte Toleranz unterhalb
des durch die gesetzlichen Sicherheitsauflagen vorgegebenen maximalen
Grenzwertes eingestellt werden. Als Maß für die von dem elektrischen Fensterheber
erbrachte Verstell- bzw. Hubkraft kann insbesondere eine aktuelle
Geschwindigkeit der Verstellbewegung oder eine aktuelle Drehzahl
des Elektromotors, ein aktuelles Abtriebs-Drehmoment des Elektromotors
oder eines dem Elektromotor nachgeordneten Getriebes oder ein aktueller
Wirkstrom des Elektromotors verwendet werden.
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Die
Begrenzung der Verstellkraft durch geeignetes Abbremsen des Elektromotors
kann erfindungsgemäß grundsätzlich zu
beliebigen Zeitpunkten erfolgen, um stets zu gewährleisten, dass die maximale
Verstellkraft nicht überschritten
ist. Bevorzugt wird die Verstellkraft zumindest beim Anheben der Fensterscheibe
begrenzt, sodass eine übermäßige Kraftbeaufschlagung
eines Fremdkörpers
in dem Verstellweg der Fensterscheibe schon vor einem eigentlichen
Einklemmen des Fremdkörpers
in dem Spalt zwischen der Oberkante der Fensterscheibe und einem
die Oberkante aufnehmenden Bereich des Türrahmens wirkungsvoll verhindert
werden kann. Ferner kann die Verstellkraft auch beim Absenken der
Fensterscheibe begrenzt werden, sodass ein unbeabsichtigtes Hineinziehen
eines Fremdkörpers, beispielsweise
eines mechanischen Objektes oder des Fingers eines Fahrgastes in
den Spalt zwischen der Fensterscheibe und einer Türaußen- oder
Türinnenverkleidung
wirkungsvoll verhindert ist.
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Die
erfindungsgemäße Maßnahme eines Abbremsens
der Verstellbewegung des Elektromotors kann selbstverständlich mit
einem Abbrechen der Verstellbewegung, beispielsweise dann, wenn die
maximale Verstellkraft überschritten
ist, und/oder mit einem Reversieren der Verstellbewegung kombiniert
werden, insbesondere dann, wenn die maximale Verstellkraft überschritten
ist und/oder ein Hindernis in dem Verstellweg der Fensterscheibe
erfasst ist.
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Die
Verstellkraft kann erfindungsgemäß in Teilbereichen
der Verstellbewegung der Fensterscheibe auch in unterschiedlichem
Maße begrenzt, insbesondere
gemindert, werden. Beispielsweise kann die Drehbewegung des Elektromotors
dann, wenn die Fensterscheibe noch relativ wenig angehoben ist und
die Gefahr, dass Fremdkörper
unbeabsichtigt eingeklemmt werden, relativ gering ist, in einem
relativ geringen Umfang abgebremst werden und kann die Verstellbewegung
des Elektromotors dann, wenn die Fensterscheibe bereits relativ
weit angehoben ist und folglich die Gefahr eines unbeabsichtigten
Einklemmens von Fremdkörpern
in dem dann vergleichsweise schmalen Spalt zwischen der Oberkante
der Fensterscheibe und dem Türrahmen bzw.
der umlaufenden Fensterdichtung vergleichsweise groß ist, relativ
stark abgebremst werden, sodass die Fensterscheibe unter Einwirkung
einer vergleichsweise geringen Hub- bzw. Verstellkraft in die Fensterdichtung
einläuft.
Auf diese Weise kann eine übermäßige Kraftbeaufschlagung
auf sich möglicherweise
in dem Verstellweg der Fensterscheibe befindliche Fremdkörper noch
wirkungsvoller vermieden werden.
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Erfindungsgemäß kann die
Verstellkraft in Abhängigkeit
von zumindest einer Signalgröße, die einen
Betriebszustand des Elektromotors repräsentiert, begrenzt werden.
Die Steuervorrichtung kann somit noch wirkungsvoller an die tatsächlichen
Betriebsbedingungen des Elektromotors und/oder der Fensterheber-Mechanik
angepasst werden. Insbesondere kann die den Betriebszustand des
Elektromotors repräsentierende
Größe eine
Lebens- bzw. Betriebsdauer des Elektromotors, eine Leichtgängigkeit
der Verstellbewegung oder eine gefühlte Temperatur des Elektromotors
betreffen.
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Bevorzugt
wird die Verstellbewegung des Elektromotors nach einem vorgebbaren
Profil abgebremst. Somit kann die Steuervorrichtung noch effektiver
an das tatsächliche
Betriebsverhalten des Elektromotors und/oder der Fensterheber-Mechanik
angepasst werden. Dieses Profil kann beispielsweise eine Rampenfunktion
mit variabler Steigung, eine Halbsinus-Funktion oder eine Exponentialfunktion sein.
Das Profil bzw. die Funktion, gemäß der die Drehbewegung des
Elektromotors abgebremst wird, kann in einem Speicherelement gespeichert
sein oder kann aktiv ermittelt oder angepasst werden, beispielsweise
während
zumindest eines Testlaufes eines normgemäßen Fensterhebers bei der mechanischen
Auslegung des Fensterhebers oder im Anschluss an den Einbau des
Fensterhebers in ein Kraftfahrzeug.
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Bevorzugt
wird die Verstellbewegung des Elektromotors durch geeignetes Steuern
des durch den Elektromotor fließenden
Gleichstroms realisiert. Zu diesem Zweck können grundsätzlich beliebige Gleichstrom-Steuerschaltungen
verwendet werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung
einer Halbleiter-Steuerschaltung herausgestellt, die einen Leistungshalbleiter
umfasst oder von diesem gebildet wird. Insbesondere kann ein MOSFET,
bevorzugt ein n-Kanal MOSFET, zur Realisierung einer solchen Halbleiter-Steuerschaltung
verwendet werden. Ferner kann die Steuereinrichtung ausgelegt sein, um
die Halbleiter-Steuerschaltung
durch Plusbreitmodulation zu steuern.
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Bevorzugt
ist dem Elektromotor eine Erfassungseinrichtung zugeordnet, um den
Drehbewegungszustand des Elektromotors, insbesondere dessen aktuelle
Drehzahl, zu erfassen, wobei die Steuereinrichtung ausgelegt ist,
um auf der Grundlage des erfassten Drehbewegungszustandes des Elektromotors
die Verstellbewegung abzubremsen bzw. die Verstellkraft zu begrenzen.
Die Verstellbewegung des Elektromotors kann somit noch variabler
abgebremst werden, insbesondere auch in unterschiedlichem Umfang
je nach aktueller Geschwindigkeit der Verstellbewegung und aktueller
Position der Fensterscheibe sowie je nach aktuellem Leistungsverhalten des
Elektromotors.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, der
auch gesondert unabhängig
beanspruchbar sein soll, ist die Schalt- oder Steuereinheit so ausgelegt,
dass ein Blockieren des Fensterhebers, beispielsweise aufgrund eines
Fremdkörpers
in dem Verstellweg der Fensterscheibe, erfasst wird und dass die
Verstellbewegung beendet oder reversiert wird, wenn ein Blockieren
des Fensterhebers erfasst wird. Üblicherweise
beendet oder reversiert eine solche Schalt- oder Steuereinheit die
Verstellbewegung erst dann, wenn die aktuelle Drehzahl des Elektromotors
oder eines dem Elektromotor nachgeordneten Getriebes einen vorgegebenen
Schwellenwert unterschreitet. Dabei besteht die Gefahr, dass insbesondere
im Falle eines abnormen Betriebsverhaltens des Fensterhebers bzw.
der Fensterheber-Mechanik, beispielsweise einer besonderen Leichtgängigkeit,
der Schwellenwert zu niedrig gewählt
ist, sodass nicht zuverlässig
gewährleistet
werden kann, dass gesetzliche Sicherheitsauflagen, insbesondere
solche, die die maximalen Hub- bzw. Verstellkräfte des Fensterhebers bzw. der
Fensterheber-Mechanik betreffen, zuverlässig eingehalten werden. Durch
die erfindungsgemäße Maßnahme,
die Verstellbewegung des Elektromotors so stark abzubremsen, dass
die Schalt- oder Steuereinheit ein Blockieren des Fensterhebers
erfasst, beispielsweise nach Unterschreiten des Schwellenwertes
der Schalt- oder
Steuereinheit, kann in jedem Fall ein Abbrechen oder Reversieren
der Verstellbewegung des Elektromotors bewirkt werden. Somit können gesetzliche
Sicherheitsauflagen in jedem Fall, d. h. insbesondere auch dann,
wenn der Schwellenwert der Schalt- oder Steuereinheit zu niedrig
gewählt
ist, eingehalten werden. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Steuereinrichtung
bildet einen Blockierzustand des Fensterhebers bzw. der Fensterheber-Mechanik durch Abbremsen
des Elektromotors künstlich
nach, und zwar so lange, bis schließlich die Schalt- oder Steuereinheit
auslöst,
um die Verstellbewegung abzubrechen oder zu reversieren. Diese Maßnahme eignet
sich insbesondere zum Nachrüsten
bestehender Fensterheber mit einer veralteten oder relativ unempfindlichen
Einklemmschutz-Sicherheitsfunktion.
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Nachfolgend
wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich für den Fachmann weitere Merkmale,
Vorteile und zu lösenden
Aufgaben ergeben werden und worin:
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1a und 1b in
einem schematischen Blockdiagramm zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes
zeigen;
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2 ein
Schaltschema einer ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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3 ein
Schaltschema einer zweiten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt; und
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4 ein
Schaltschema einer dritten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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In
den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder
im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Funktionsgruppen.
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Gemäß der 1a ist
die als Nachrüstsatz ausgelegte
Adapter-Elektronik 4 zwischen das Bordnetz bzw. die Spannungsversorgung 5 des
Fahrzeugs und den Elektromotor 2 eines Kraftfahrzeug-Fensterhebers
geschaltet. Gemäß der 1a umfasst
der Elektromotor 2 eine Sensorik 3, insbesondere
auch in Form einer in das Gehäuse
des Elektromotors 2 einschiebbaren Einschubeinheit, um Messgrößen zu erfassen,
die den Betriebszustand des Elektromotors 2 betreffen,
beispielsweise die Drehzahl, die Winkelstellung einer Abtriebswelle
des Elektromotors 2 und das Abtriebs-Drehmoment des Elektromotors 2.
Gemäß der 1b ist
die Adapter-Elektronik 4 gemeinsam mit der Sensorik 3 in
dem Elektromotor 2 vorgesehen, insbesondere auch in Form
einer gemeinsamen oder gesondert ausgebildeten Einschubeinheit zum
Einschieben in ein Gehäuse
des Elektromotors 2.
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Der
Elektromotor 2 treibt eine Fensterheber-Mechanik an, um
eine Fensterscheibe in Entsprechung zu Steuerbefehlen eines Fahrgastes
anzuheben oder abzusenken. Zu diesem Zweck sind in der bekannten
Weise Bedienknöpfe
vorgesehen, beispielsweise in der Türinnenverkleidung, um den Betrieb
des Fensterhebers geeignet zu steuern. Insbesondere kann mit den
Bedienknöpfen
ein so genannter Handbetrieb vorgegeben werden, in welchem der Elektromotor 2 nur
verstellt, solange der zugehörige Bedienknopf
betätigt
ist, und einen so genannten Automatikbetrieb, in welchem die Fensterscheibe
auch dann noch weiter angehoben oder abgesenkt wird, wenn der zugehörige Bedienknopf
nicht mehr betätigt
ist. Der Elektromotor 2 kann in der bekannten Weise mit
einer Einklemmschutz-Sicherheitsfunktion ausgestattet
sein, sodass die Verstellbewegung des Elektromotors 2 bei
Erfassen eines Fremdkörpers
in dem Verstellweg der Fensterscheibe (nicht dargestellt) automatisch
reversiert wird. Zwar wird auch beim Reversieren die Drehbewegung
des Elektromotors 2 abgebremst, jedoch nur während eines
vergleichsweise kurzen, im Idealfall infinitesimal kurzen, Zeitintervalls,
dem sich eine Verstellbewegung in die entgegengesetzte Richtung
anschließt.
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Erfindungsgemäß ist die
Adapter-Elektronik 4 ausgelegt, um die Verstellbewegung
des Elektromotors 2 abzubremsen auf einen niedrigeren,
von Null verschiedenen Wert, wobei die Verstellbewegung auch während und
nach dem Abbremsen noch in dieselbe Richtung wie vor dem Auslösen des
Abbremsvorgangs durch die Adapter-Elektronik 4 erfolgt.
Die erfindungsgemäße Funktion
eines Abbremsens der Verstellbewegung des Elektromotors 2 dient einer
Begrenzung der Verstellkraft des Elektromotors 2, sodass
beispielsweise gesetzliche Auflagen, insbesondere solche, welche
eine maximale Hub- bzw. Verstellkraft von elektrischen Fensterhebern
betreffen, in jedem Fall eingehalten werden können. Selbstverständlich kann
diese Funktion auch mit weiteren Steuerungsfunktionen kombiniert
werden, beispielsweise mit einer Einklemmschutz-Sicherheitsfunktion
oder der Funktion, die Verstellbewegung des Elektromotors abzubrechen,
d. h. die Drehzahl des Elektromotors auf einen Wert, der Null entspricht,
abzubremsen. Die erfindungsgemäße Funktion
des Abbremsens der Drehbewegung des Elektromotors 2 kann
grundsätzlich
von derselben Steuereinrichtung ausgeführt werden, die auch für die sonstigen
Steuerungsfunktionen verantwortlich ist, wie diese beispielhaft
vorstehend angeführt
wurden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Verstellbewegung des Elektromotors 2 in
Abhängigkeit
von zumindest einer von der Verstellbewegung abgeleiteten Messgröße abgebremst.
Zu diesem Zweck sind geeignete Sensoren, die nachfolgend noch ausführlicher
beschrieben werden, vorgesehen, um beispielsweise die Geschwindigkeit
der Verstellbewegung des Elektromotors 2, ein Abtriebs-Drehmoment
des Elektromotors 2 oder einen durch den Elektromotor 2 fließenden Wirkstrom
zu detektieren. Erfindungsgemäß wird die
Verstellbewegung des Elektromotors 2 so stark abgebremst
und wird folglich die von dem Elektromotor 2 ausgeübte Hub-
bzw. Verstellkraft so begrenzt, dass eine vorgegebene maximale Verstellkraft
nicht überschritten
wird, wie diese beispielsweise durch gesetzliche Sicherheitsauflagen
vorgegeben wird. Dabei kann die Verstellkraft des Elektromotors 2 tatsächlich gemessen
werden, beispielsweise anhand des tatsächlichen Abtriebs-Drehmoments
des Elektromotors 2, oder kann die Verstellkraft von der
Adapter-Elektronik 4 berechnet werden. So kann in der Adapter-Elektronik 4 ein Speicherelement
(nicht gezeigt) vorgesehen sein, in welchem die Zuordnung der von
den nicht dargestellten Sensoren gefühlten Größe zu der Verstellkraft des
Elektromotors 2 abgespeichert ist. Solche Beziehungen können auf
der Grundlage der mechanischen Auslegung des Fensterhebers bzw.
der Fensterheber-Mechanik oder anhand von zumindest einem Testlauf
des Fensterhebers bzw. der Fensterheber-Mechanik vorgegeben werden. Ein solcher
Testlauf kann im Rahmen der mechanischen Auslegung aber auch vor,
während
oder nach der Montage des Fensterhebers in ein Kraftfahrzeug ausgeführt werden,
insbesondere auch mit noch nicht in den Türrahmen eingesetzter Fensterscheibe.
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Als
ein Beispiel für
eine solche Beziehung sei angeführt,
dass anhand der mechanischen Auslegung oder anhand eines Testlaufes
eine Beziehung zwischen der Drehzahl des Elektromotors 2 und
der tatsächlich
auftretenden Hub- bzw. Verstellkraft des Elektromotors 2 vorgegeben
werden kann. Dabei kann eine relativ niedrige tatsächliche
Verstellgeschwindigkeit eine relative Schwergängigkeit der Fensterheber-Mechanik
andeuten, in welchem Fall von dem Elektromotor 2 zur Verstellung
der Fensterscheibe vergleichsweise hohe Hub- bzw. Verstellkräfte aufgebracht
werden müssen.
Solche Hub- bzw. Verstellkräfte
können
gesetzliche Sicherheitsauflagen überschreiten,
sodass die Adapter-Elektronik 4 dann die Verstellbewegung
des Elektromotors 2 abbremst.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
können
gesetzliche Sicherheitsauflagen eine maximale Verstell- bzw. Hubkraft
von weniger als 350N vorgeben. Anhand der mechanischen Auslegung
oder eines Testlaufs des Fensterhebers kann eine Beziehung zwischen
einer Betriebsgröße des Elektromotors 2,
beispielsweise der Drehzahl oder des Abtriebs-Drehmoments, und der
tatsächlich
zum Verstellen der Fensterscheibe erbrachten Hub- bzw. Verstellkraft
vorgegeben werden. Unter abnormen Betriebsbedingungen des Fensterhebers
bzw. der Fensterheber-Mechanik können
die tatsächlich
erbrachten Hub- bzw. Verstellkräfte
den gesetzlich vorgeschriebenen Maximalwert überschreiten. Wird bestimmt, dass
die den Betriebszustand des Elektromotors oder der Fensterheber-Mechanik
betreffende Messgröße anzeigt,
dass der vorgegebene Maximalwert überschritten wird, so löst die Adapter-Elektronik einen
Vorgang zum Abbremsen der Verstellbewegung des Elektromotors 2 aus.
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Die
Verstellkraft kann nur beim Anheben der Fensterscheibe, nicht aber
beim Absenken der Fensterscheibe begrenzt sein. Die Verstellkraft
kann gemäß einer
weiteren Ausführungsform
sowohl beim Anheben als auch beim Absenken der Fensterscheibe begrenzt
sein. Die Verstellkraft kann auch in Teilbereichen der Verstellbewegung
der Fensterscheibe unterschiedlich begrenzt sein. Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass die Adapter-Elektronik 4 relativ träge reagiert,
wenn die Fensterscheibe noch relativ wenig angehoben bzw. bereits
relativ stark abgesenkt ist, und die Verstellbewegung des Elektromotors
nur vergleichsweise wenig abgebremst wird und dass die Adapter-Elektronik 4 die
Verstellbewegung des Elektromotors 2 relativ stark abbremst,
wenn die Fensterscheibe bereits relativ stark angehoben bzw. relativ
wenig abgesenkt ist und der Spalt zwischen der Oberkante der Fensterscheibe
und der umlaufenden Fensterdichtung relativ schmal ist.
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Die
Begrenzung der Verstellkraft des Elektromotors 2 kann auch
adaptiv angepasst werden, in Abhängigkeit
von zumindest einer Signalgröße, die einen
Betriebszustand des Elektromotors repräsentiert, beispielsweise die
Lebens- bzw. Betriebsdauer des Elektromotors, die beispielsweise
durch einen internen Zähler
des Elektromotors 2 oder der Adapter-Elektronik 4 oder
durch einen Zeitgeber angezeigt werden kann, oder eine Leichtgängigkeit
der Verstellbewegung des Elektromotors 2, was beispielsweise durch
eine vergleichsweise hohe Drehzahl des Elektromotors 2 bei
einem geringen Wirkstrom angezeigt werden kann, oder eine gefühlte Temperatur
des Elektromotors.
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Die
Verstellbewegung des Elektromotors 2 kann von der Adapter-Elektronik 4 nach
einer vorgegebenen Funktion abgebremst bzw. verlangsamt werden,
beispielsweise in Form einer linearen Rampe, einer Halbsinus-Funktion
oder einer exponentiell fallenden Funktion. Parameter, welche diese
Funktion festlegen, können
auch nachträglich
verändert werden,
beispielsweise im Rahmen eines Software-Updates der Kraftfahrzeugelektronik
oder anhand des Abgleichs diverser Messgrößen durch die Adapter-Elektronik 4,
beispielsweise des Abgleichens der tatsächlichen Drehzahl und des tatsächlich erbrachten
Abtriebs-Drehmoments
des Elektromotors 2.
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Gemäß der 1a kann
die Adapter-Elektronik 4 entfernt zu dem Elektromotor 2 angeordnet werden,
was beispielsweise dadurch bedingt sein kann, dass für den Einbau
des Elektromotors 2 in eine Fahrzeugtür nur vergleichsweise wenig
Bauraum zur Verfügung
steht, sodass es günstiger
ist, die Adapter-Elektronik 4 flexibel an den Elektromotor 2 anzubinden
und an einer geeigneten Position in der Fahrzeugtür anzuordnen.
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Gemäß der 1b kann
die Adapter-Elektronik 4 auch in dem Gehäuse des
Elektromotors 2 angeordnet sein, insbesondere auch in Form
einer Einschubeinheit, auf welcher sowohl die Sensorik 3 als
auch die Adapter-Elektronik 4 vorgesehen ist. Gemäß der 1b können zusätzliche
Kabel, Zwischenstecker oder dergleichen in der Tür vermieden werden.
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Erfindungsgemäß ist die
als Steuereinrichtung wirkende Adapter-Elektronik 4 zur
Versorgung mit zumindest einer Verbindungsleitung, die den Elektromotor
versorgt, verbunden.
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Wie
nachfolgend anhand der 2 bis 4 beschrieben
werden wird, wird zum Abbremsen der Verstellbewegung des Elektromotors
erfindungsgemäß der durch
den Elektromotor fließende Strom
geeignet gesteuert. Als vorteilhaft hat sich zu diesem Zweck die
Verwendung von Halbleiter-Steuerschaltungen erwiesen, die zumindest
einen MOSFET umfassen oder von diesem gebildet werden, insbesondere
einen n-Kanal MOSFET.
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Die 2 zeigt
das Schaltschema eines Nachrüstsatzes
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet
Schaltmittel zum richtungsabhängigen
Schalten des Motorstroms durch die Verbindungsleitungen 12 und 13.
Zum Betätigen
des den Fensterheber antreibenden Elektromotors 2 sind nicht
dargestellte Bedienelemente vorgesehen. Gemäß der 2 ist die
Steuereinrichtung 1, beispielsweise ein Mikroprozessor
oder eine geeignete Elektronikschaltung, zwischen den Elektromotor 2 und das
Bordnetz 5 des Fahrzeugs geschaltet. Die Trennung zwischen
dem Bordnetz 5 und der Steuereinrichtung 1 erfolgt
an der mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Stelle. Die
Trennung zwischen der Steuereinrichtung 1 und dem Elektromotor 2 erfolgt an
der mit dem Bezugszeichen 11 bezeichneten Stelle. Der Elektromotor 2 ist
ein üblicher
Gleichstrommotor, wie dieser für
elektrische Kraftfahrzeug-Fensterheber aus dem Stand der Technik
bekannt ist. Die Stromversorgung des Elektromotors 2 erfolgt über die
beiden Stromversorgungsleitungen 12, 13.
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An
den mit den Bezugszeichen 10 und 11 bezeichneten
Stellen sind bevorzugt elektrische Steckverbindungen realisiert,
die kompatibel zu elektrischen Steckverbindungen sind, welche die
Verbindungsleitungen 12, 13 mit dem Elektromotor 2 bzw. dem
Bordnetz 5 verbinden. Somit kann der Nachrüstsatz gemäß der 2 durch
einfaches Austauschen von Steckverbindungen zwischen den Elektromotor 2 und
das Bordnetz 5 bzw. eine bereits bestehende Schalt- oder
Steuereinheit geschaltet werden.
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Gemäß der 2 sind
zwei schematisch mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnete Schalter
vorgesehen, um den durch den Elektromotor 2 fließenden Strom
zu steuern. Die Schalter 14 umfassen jeweils einen MOSFET
mit immanenter Substratdiode, wobei die Kanalverbindungen der MOSFETS
in Reihe geschaltet sind und die Substratdioden gegenläufig gepolt
sind. Gemäß der 2 ist
der Steuerausgang 15 der Steuereinrichtung 1 jeweils
mit einem Steuereingang 16 der Stromsteuerschaltungen 14 verbunden,
um den Gate-Anschluss
des jeweiligen MOSFETS zu steuern. Die Substratdiode einer jeweiligen Stromsteuerschaltung 14 sperrt
den Stromfluss in einer Richtung, sodass der Stromfluss über die
Kanalverbindung des zugeordneten MOSFETS über den Steuerausgang 15 der
Steuereinrichtung 1 geeignet gesteuert werden kann, um
den Stromfluss durch den Elektromotor 2 geeignet zu steuern.
Die gegenläufige
Polung der beiden Substratdioden der Stromsteuerschaltung 14 stellt
sicher, dass der Stromfluss durch den Elektromotor 2 in
beiden Stromrichtungen geeignet gesteuert werden kann. Gemäß der 2 ist
der Ausgang der rechten Stromsteuerschaltung 14 mit der
Kontaktstelle 11 verbunden. Wie dem Fachmann ohne weiters
ersichtlich sein wird, kann zumindest eine der beiden in der 2 gezeigten Stromsteuerschaltungen 14 auch
in der oberen Stromversorgungsleitung 12 vorgesehen sein,
um den Stromfluss zu steuern. Wenngleich in der 2 nicht
gezeigt, kann die Steuereinrichtung 1 zumindest einen Signaleingang
aufweisen, um der Steuereinrichtung 1 eine die Verstellbewegung
oder den Betriebszustand des Elektromotors 2 bzw. der Fensterheber-Mechanik
betreffende Größe einzugeben,
auf deren Grundlage der Strom durch den Elektromotor 2 geeignet
gesteuert wird.
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Die 3 zeigt
ein Schaltschema gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der eine Pulsbreitenmodulation zum
Steuern des Antriebsstroms des Elektromotors 2 verwendet
wird. Gemäß der 3 greift
die Spannungsversorgungsschaltung 26 von den Verbindungsleitungen 12, 13 eine
Versorgungsspannung Vc ab, um die Steuereinrichtung 1 zu
versorgen. Der Kondensator C mindert Spannungsschwankungen und die
Freilaufdioden D1, D2 verhindern einen Stromrückfluss zur mit Masse verbundenen
Verbindungsleitung. Die Spannung von der unteren Stromversorgungsleitung 13 wird
an einen flankengesteuerten Eingang Upol der Steuereinrichtung 1 angelegt,
wobei der Widerstand 27 den Stromfluss begrenzt. Über den
Steuerausgang 15 gibt die Steuereinrichtung 1 Impulse
mit einem variablen Verhältnis
von Einschalt- zu Periodendauer aus. Hinter der Steuereinrichtung 1 kann ein
Siebglied vorgesehen sein, um die Welligkeit zu mindern, beispielsweise
ein LC-Filter, um Leistungsverluste zu minimieren. Die an dem Steuerausgang 15 anliegenden
Steuerpulse steuern den Stromfluss durch die von einem MOSFET gebildete
Stromsteuerschaltung 14. Selbstverständlich kann zur Pulsbreitenmodulation
alternativ zu einer Rechteckspannung auch eine Dreieckspannung mit
variabler Dreieckfrequenz verwendet werden, welche sowohl die Pulsbreite
als auch die Schaltfrequenz der Stromsteuerschaltung 14 beeinflusst.
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Gemäß der 3 wird über die
Signalleitung 30 und den Verstärker 31 ein Messwert
des Stromflusses durch die Stromsteuerschaltung 14 bzw.
den Elektromotor 2 abgegriffen. Das abgegriffene Signal wird über die
Signalleitung 32 an einen torgesteuerten Eingang der Steuereinrichtung 1 angelegt,
sodass durch einfaches Zählen
der Rippel bzw. Welligkeiten des Stroms eine Information bezüglich der
aktuellen Drehzahl des Elektromotors 2 abgeleitet werden
kann. In Kombination mit einer nicht dargestellten Speichereinrichtung
kann aus dem über
den Signaleingang 32 angelegten Signal auch auf die jeweils aktuelle
Position der Fensterscheibe des Fensterhebers (nicht gezeigt) geschlossen
werden. Zudem kann mittels des Messwertes der Wirkstrom durch den
Elektromotor bestimmt und ein Einklemmfall detektiert werden.
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Gemäß der 3 ist
ein Relaistreiber 21 vorgesehen, der von der Spannungsversorgungsschaltung 23 versorgt
wird, die von den Verbindungsleitungen 12, 13 einen
Versorgungsstrom abgreift. Schaltsignale der Steuereinrichtung 1 werden über den Schaltausgang 22 an
den Relaistreiber 21 angelegt, welcher das zwei Relais
RS2, RS1 umfassende Umschaltrelais 20 ansteuert, um die
Stromrichtung des Antriebsstroms des Elektromotors 2 geeignet
vorzugeben und bei Bedarf zu reversieren. Gemäß der 3 wird die
jeweilige Stromrichtung über
den torgesteuerten Anschluss Upol der Steuereinrichtung 1 ermittelt.
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Die 4 zeigt
das Schaltschema einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung. Statt die aktuelle Drehzahl des Elektromotors und/oder
die aktuelle Position der Fensterscheibe durch Abgreifen eines Rippels
bzw. einer Welligkeit des durch den Elektromotor fließenden Stroms abzugreifen,
ist gemäß der dritten
Ausführungsform ein
Motorzustands-Detektor 35 vorgesehen, um eine den aktuellen
Betriebszustand des Elektromotors betreffende Messgröße abzuleiten.
Gemäß der 4 ist
der Motorzustands-Detektor 35 als
Hallsensor ausgebildet, dessen Signale über Signalleitungen 36a, 36b an
eine Steuerschaltung STV und über
einen Verstärker 31 und
den Signaleingang 32 an den flankengesteuerten Eingang
der Steuereinrichtung 1 angelegt werden. Die Kontaktstelle
zwischen dem Hallsensor 35 und der Steuerschaltung STV
ist in der 4 mit dem Bezugszeichen 38 bezeichnet.
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Gemäß den 2 bis 4 wird
die Verstellbewegung des Elektromotors durch Steuern des durch den
Elektromotor fließenden
Stroms abgebremst.
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Wie
der Fachmann der vorstehenden Beschreibung entnehmen kann, kann
mit der Schalt- oder
Steuereinheit 5 gemäß der 4 grundsätzlich auch
eine Einklemmschutz-Sicherheitsfunktion
realisiert werden, sodass dann, wenn ein Blockieren des Fensterhebers
erfasst wird, beispielsweise mithilfe eines in einer umlaufenden
Fensterdichtung vorgesehenen Sensors, die Verstellbewegung des Elektromotors 2 in
Abhängigkeit
von dem Erfassen des Blockierens des Fensterhebers in der bekannten
Weise reversiert oder zumindest sofort beendet wird. Insgesamt kann
so erfindungsgemäß eine richtungsabhängige Bestromung
des Elektromotors über
die Verbindungsleitungen bewerkstelligt werden.
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Grundsätzlich kann
die erfindungsgemäße Steuereinrichtung 1 den
Antriebsstrom des Elektromotors 2 in der vorstehend anhand
der 2 bis 4 beschriebenen Weise steuern,
wobei die Verstellbewegung des Elektromotors 2 von der
Steuereinrichtung 1 so stark abgebremst wird, dass die
Einklemmschutz-Sicherheitsfunktion der Schalt- oder Steuereinheit 5 zuverlässig ein
Blockieren des Fensterhebers bzw. der Fensterheber-Mechanik erfassen kann.
Zu diesem Zweck bremst die Steuereinrichtung 1 die Verstellbewegung
des Elektromotors 2 so stark ab, dass ein Schwellenwert
der Schalt- oder Steuereinheit 5, der repräsentativ
für ein
Blockieren des Fensterhebers bzw. der Fensterheber-Mechanik ist, unterschritten
wird. Mit anderen Worten, die Steuereinrichtung 1 bildet
einen Blockierzustand des Fensterhebers künstlich nach, sodass die Einklemmschutz-Sicherheitsfunktion
der Schalt- oder
Steuereinheit 5 in der bekannten Weise auslöst.
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Wie
der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres entnommen werden kann,
ist die vorliegende Erfindung gemäß einem weiteren Gesichtspunkt auch
auf ein entsprechendes Verfahren zum Steuern eines Elektromotors
eines Kraftfahrzeug-Fensterhebers gerichtet, wobei mit dem Verfahren
die vorstehend beschriebenen Schritte ausgeführt werden. Ein solches Steuerungsverfahren
kann in der bekannten Weise in Form von Software oder eines computer- oder
maschinenlesbaren Steuerungsprogramms realisiert sein, das auf einem
geeigneten Datenträger, Computerprogramm-Produkt
oder Halbleiterbaustein, insbesondere einer anwendungsspezifischen integrierten
Schaltung (ASIC), abgespeichert sein kann.
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- 1
- Steuereinrichtung
- 2
- Elektromotor
- 3
- Sensorik
- 4
- Adapter-Elektronik
- 5
- Bordnetz/Spannungsversorgung/Schalt- oder
Steuereinheit
- 10
- Kontaktstelle
- 11
- Kontaktstelle
- 12
- Stromversorgungsleitung
- 13
- Stromversorgungsleitung
- 14
- Stromsteuerschaltung
- 15
- Steuerausgang
- 16
- Steuereingang
der Stromsteuerschalung
- 17
- Stromversorgungsleitung
- 17
- Stromversorgungsleitung
- 20
- Stromschalteinrichtung/Umschaltrelais/Brückenschaltung
- 21
- Treiber
- 22
- Schaltausgang
- 23
- Spannungsversorgungsschaltung
- 24
- Abgriff
- 25
- Abgriff
- 26
- Spannungsversorgungsschaltung
für Steuereinrichtung 1
- 27
- Widerstand
- 30
- Signalleitung
- 31
- Verstärker
- 32
- Signaleingang
- 35
- Motorzustand-Detektor/Hallsensor
- 36a,b
- Signalleitung
- 37
- Kontaktstelle
- 38
- Kontaktstelle
- 39a,b
- Signalleitung