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Die
Erfindung betrifft elektromotorische Schließsysteme und insbesondere fernbedienbare elektromechanische
Schließsysteme
mit integriertem Einklemmschutz.
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Im
Automobilbau finden elektromotorische Schließsysteme unter anderem als
elektrisch betätigbare
Fensterheber oder Schiebedachantriebe Verwendung. Die elektromotorischen
Schließsysteme bewegen
einen Verschließkörper zum
Verschließen einer Öffnung.
Der Verschließkörper kann
dabei in einer Führung
verschoben werden, die in oder an der Öffnung ausgebildet ist. Dies
trifft z. B. auf Fenster zu, die in einem Fahrzeugfensterrahmen
geführt sind,
oder auf in einer Fahrzeugdachluke geführte Schiebedächer. Der
Verschließkörper kann
aber unter anderem auch zum Freigeben der Öffnung durch Kippen oder Falten
ausgebildet sein, wie es beispielsweise bei Hubdach- oder Faltdachsystemen der
Fall ist. Selbstverständlich
gibt es Systeme bei denen unterschiedliche Öffnungs- bzw. Verschließbewegungsarten
miteinander kombiniert sind.
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Der
Bereich zwischen der Offenstellung des Verschließkörpers, bei der die maximal
mögliche
Zugänglichkeit
der Öffnung
gegeben ist, und der Geschlossenstellung des Verschließkörpers, bei
der die Öffnung
entweder ganz verschlossen oder soweit als möglich verschlossen ist, wird
als Schließbereich
bezeichnet.
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Zum
Vermeiden von Personenschäden durch
Einklemmen von Körperteilen
beim Verschließen
der Öffnung
mit dem Verschließkörper sind
an den elektromotorischen Schließsystemen geeignete Schutzsysteme
vorzusehen, die im Gefahrenfall den Schließvorgang anhalten oder die
Kraft reduzieren, mit der der Verschließkörper bewegt wird. Prinzipiell werden
die Schutzsysteme in zwei Kategorien eingeteilt, direkt messende
Systeme und indirekt messende Systeme. Direkt messende Systeme prüfen die Anwesenheit
von Objekten im Schließbereich
mittels geeigneter Sensoren, indirekt messende Systeme schließen auf
die Anwesenheit eines im Schließbereich
eingeklemmten Objekts anhand von Rückwirkungen auf den elektromotorischen
Antrieb des Schließsystems.
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Direkt
messende Systeme bieten bei geeigneter Auslegung ein Höchstmass
an Sicherheit, sind jedoch verhältnismäßig aufwändig und
damit auch kostspielig in der Implementierung.
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Indirekt
messende Systeme sind dagegen in der Regel relativ preisgünstig. Da
sie üblicherweise die
zur Steuerung des elektromotorischen Antriebs bereits vorhandenen
Sensoren nutzen, sind häufig auch
keine zusätzlichen
Sensoren erforderlich. Nachteilig an diesen Systemen ist allerdings,
dass sich aus der Rückwirkung
der Bewegung eines Verschließkörpers auf
den elektromotorischen Antrieb allein nicht unmittelbar erkennen
lässt,
ob Objekte bzw. Fremdkörper
(sogenannte Klemmkörper)
im Schließbereich
eingeklemmt sind. Dies liegt vor allem daran, dass die beim Bewegen
des Verschließkörpers aufzubringenden
Kräfte
von einer Vielzahl von Faktoren abhängen, von denen viele sich
mit der Zeit oder mit sich verändernden
Umgebungsbedingungen ändern.
Beispielsweise können
sich mit der Zeit in der Führung
eines Fahrzeugfensters Partikel ansammeln, die das Verschieben des
Fensters im Fensterrahmen zunehmend erschweren. Aber auch anderen
Faktoren, wie z. B. Luftfeuchtigkeit, sehr hohe oder sehr tiefe
Temperaturen, lassen die zum Verschieben oder andersartigen Bewegen
des Verschließkörpers erforderliche
Kraft von Mal zu Mal variieren. Außerdem verändern sich die Betriebsparameter
eines als Antrieb dienenden Elektromotors auch mit dessen Versorgungsspannung,
deren Wert beispielsweise zwischen 9 V bei alten, leeren Fahrzeugbatterien
und 16 V bei Versorgung durch die Lichtmaschine eines Fahrzeugs
schwanken kann.
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In
vielen Ländern
existieren Bestimmungen, die eine maximal zulässige Klemmkraft vorschreiben, die
unter allen Randbedingungen einzuhalten ist. Insbesondere für die kritische
Zone, bei der die aufgrund der unvollständigen Abdeckung der Öffnung durch den
Verschließkörper verbliebene
Restöffnung
in Schließrichtung
kleiner oder gleich einem bestimmten Wert ist, dürfen bestimmte Klemmkräfte nicht überschritten
werden. In Kapitel S5 der für
die Vereinigten Staaten von Amerika gültigen Norm FMVSS118 wird die Öffnungsweite
der kritischen Zone beispielsweise mit 20 mm angegeben, und eine maximal
zulässige
Klemmkraft für
diesen Bereich bei einem relativ harten Prüfkörper von 65 N/mm vorgegeben.
Bei harten Klemmkörpern
wird bereits innerhalb sehr kurzer Verfahrwege eine hohe Klemmkraft ausgebildet.
Bei geringem Abstand des Klemmkörpers
zum Verschließkörper oder
aber, wenn der Klemmkörper
bereits eingeklemmt ist, ist die Aktivierung der Schließvorrichtung
besonders kritisch.
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Die
höchsten
Sicherheitsanforderungen sind an elektromotorische Schließsysteme
zu stellen, wenn die Schließung
ohne Sichtkontakt des Bedieners vorgenommen wird, und damit keine
Kontrolle bezüglich
eines eventuellen Einklemmens von Fremdobjekten im Schließbereich
gegeben ist. Dies ist insbesondere bei einer Aktivierung des Schließsystems über eine
Funkfernbedienung der Fall, aber auch bei einer automatischen Aktivierung
von Schließvorgängen durch
automatische Systeme, wie z. B. Regensensoren.
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Die
Verantwortung zum Vermeiden von Schäden obliegt daher allein der
technischen Ausführung
des Schließsystems.
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Bei
bekannten elektromotorischen Schließsystemen mit indirektem Einklemmschutz
wird zur Klemmkraftreduzierung eine Leistungssteuerung der elektromotorischen
Antriebe verwendet, die den Schließvorgang mithilfe einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung
im kritischen Bereich gezielt verlangsamt und die vom Antrieb aufgebrachte
Kraft reduziert. Eine solche pulsweitenmodulierte Leistungssteuerung
des elektromotorischen Antriebs erfordert jedoch zusätzliche
Bauelemente, deren Einsatz mit einem Bedarf an zusätzlichem
Bauraum und auch mit Mehrkosten verbunden ist.
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Die
Druckschrift
DE
10 2007 030 656 A1 offenbart ein Verfahren sowie eine Verstelleinrichtung zum
Erkennen eines Einklemmfalles im Stellweg eines motorisch angetriebenen
Stellelements, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei stellwegsabhängig der
Wert eines eine Motorbelastung charakterisierenden Betriebsparameter
erfasst, der jeweils aktuelle Wert des Betriebsparameters mit jeweils
einem dem aktuellen Stellweg zugeordneten, vorgegebenen Schwellwert
verglichen und bei Über- oder Unterschreiten
des Schwellwerts durch den aktuellen Wert des Betriebsparameters
der Motor abgeschaltet und/oder reversierend angetrieben wird.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromotorisches
Schließsystem
anzugeben, das einen kostengünstigen
und dennoch sicheren Einklemmschutz gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen der
Erfindung gelöst.
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Die
Erfindung umfasst ein elektromotorisches Schließsystem mit einem elektromotorischen Antrieb
zum Bewegen eines Verschließkörpers zwischen
einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung, einem steuerbaren
Schaltelement, das den elektromotorischen Antrieb mit einer Spannungsversorgung
verbindet, einem ersten Sensorelement zum Wandeln des Drehwinkels
des elektromotorischen Antriebs in eine erste elektrische Messgröße, und
einer Steuerung, die ausgebildet ist, die jeweilige Lage des Verschließkörpers zwischen
der ersten Stellung und der zweiten Stellung unter Verwendung der
ersten elektrischen Messgröße zu bestimmen
und das Schaltelement in Abhängigkeit
eines Anweisungssignals und der bestimmten Lage des Verschließkörpers zu
steuern. Die Steuerung ist ferner dazu ausgebildet, bei Erhalt eines
als Verschließanweisung
ausgebildeten Anweisungssignals zum Bewegen des Verschließkörpers in
Richtung zur zweiten Stellung und wenn die bei Erhalt der Verschließanweisung
bestimmte Ausgangslage des Verschließkörpers relativ zur zweiten Stellung
einen ersten vorgegebenen Abstand unterschreitet, das Schaltelement
in einen ersten Schaltzustand zu steuern, bei dem die Verbindung
des elektromotorischen Antriebs mit der Spannungsversorgung ein
Bewegen des Verschließkörpers in
Richtung der ersten Stellung bewirkt, den Abstand der aktuellen
Lage des Verschließkörpers von der
Ausgangslage bei Erhalt der Verschließanweisung zu bestimmen und,
wenn dieser Abstand einen vorgegebenen zweiten Abstand erreicht
oder überschreitet,
das Schaltelement in einen zweiten Schaltzustand zu steuern, bei
dem die Verbindung des elektromotorischen Antriebs mit der Spannungsversorgung
ein Bewegen des Verschließkörpers in
Richtung der zweiten Stellung bewirkt, und dabei die Einklemmschutzeinrichtung
zur fortlaufenden Überwachung
der Antriebsparameter aktiviert.
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In
diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser
Beschreibung und den Ansprüchen
zur Aufzählung
von Merkmalen verwendeten Begriffe ”umfassen”, ”aufweisen”, ”beinhalten”, ”enthalten” und ”mit”, sowie deren grammatikalische Abwandlungen,
generell eine nichtabschließende Aufzählung von
Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen,
Größen und
dergleichen bezeichnen, die in keiner Weise das Vorhandensein anderer
oder zusätzlicher
Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließt.
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Die
Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Steuern eines elektromotorischen
Antriebs zum Bewegen eines Verschließkörpers eines elektromotorischen
Schließsystems
zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung, mit Schritten zum
Prüfen
des Vorhandenseins einer Verschließanweisung zum Bewegen des
Verschließkörpers in Richtung
zur zweiten Stellung, Prüfen
des Abstands der Ausgangslage des Verschließkörpers bei Erhalt der Verschließanweisung
relativ zur zweiten Stellung, Steuern des elektromotorischen Antriebs
zum Bewegen des Verschließkörpers in
Richtung zur ersten Stellung, wenn der Abstand einen ersten vorgegebenen
Abstand unterschreitet, und Steuern des elektromotorischen Antriebs
zum Bewegen des Verschließkörpers in
Richtung zur zweiten Stellung, sobald der Abstand der aktuellen
Lage des Verschließkörpers zur
Ausgangslage des Verschließkörpers einen
zweiten vorgegebenen Abstand erreicht oder überschreitet, wobei gleichzeitig
die Einklemmschutzeinrichtung zur fortlaufenden Überwachung der Antriebsparameter
aktiviert wird.
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Die
Erfindung ermöglicht
einem indirekten Einklemmschutz ein Erkennen von im Schließbereich eines
elektromotorischen Schließsystems
eingeklemmten Fremdkörpern
unabhängig
von der lediglich zum Bewegen des Verschließkörpers ohne behindernde Fremdkörper aufzubringenden
Verschiebekraft. Dies wird erreicht, indem der Verschließkörper zunächst von
der Ausgangslage, um einen bestimmten Betrag in Richtung der Offenstellung
bewegt wird um beim anschließenden
Zurückführen in die
Ausgangslage den Wert der lediglich zum Verschieben des Verschließkörpers erforderlichen
Verschiebekraft bestimmen zu können.
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Die
Erfindung wird in ihren abhängigen
Ansprüchen
weitergebildet.
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Vorteilhaft
wird das Verfahren zum Steuern eines elektromotorischen Antriebs
des elektromotorischen Schließsystems
dann ausgeführt,
wenn die Verschließanweisung
von einer Funkfernbedienung an das Schließsystem übertragen wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird das Verfahren zum Steuern eines elektromotorischen Antriebs
des elektromotorischen Schließsystems vorzugsweise
auch dann ausgeführt,
wenn die Verschließanweisung
in Abhängigkeit
von Sensorsignalen generiert wird.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Ansprüchen
sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung
je für
sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung
einiger Ausführungsbeispiele
der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen,
von denen
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1 ein
Prinzipschaltbild eines elektromotorischen Schließsystems
mit einer verschiebekraftkompensierten Antriebssteuerung zeigt,
und
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2 ein
Flussdiagramm mit den wesentlichen Schritten eines Verfahren zum
Steuern eines elektromotorischen Antriebs zum Bewegen eines Verschließkörpers eines
elektromotorischen Schließsystems
zeigt.
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In 1 ist
ein Prinzipschaltbild eines elektromotorischen Schließsystems 100 mit
einer verschiebekraftkompensierten Antriebssteuerung dargestellt.
Das elektromotorische Schließsystem 100 weist
einen elektromotorischen Antrieb 1 auf, der einen Elektromotor 1b und
ein Getriebe 1a umfasst. Das Getriebe 1a dient
der Übersetzung
einer Drehung des Motors 1b in eine Bewegung des Verschließkörpers 2.
Die Ausbildung des Verschließkörpers 2 sowie
die Art seiner durch das Getriebe 1a bewirkten Bewegung
sind durch konkrete Funktion und Ausbildung des jeweils eingesetzten
Verschließkörpers bestimmt.
Ist der Verschließkörper 2 beispielsweise
als Fensterscheibe eines Fahrzeugfensters ausgeführt, so kann die Bewegung in
einer Verschiebung der Fensterscheibe innerhalb des Fensterrahmens
bestehen. Das Getriebe 1a ist in diesem Fall als Fensterheber
ausgebildet. Bei Ausbildung des Verschließkörpers 2 als Schiebedach
kann die Bewegung sowohl in einem Verschieben des Schiebedachs hin
zu oder relativ zu einer Fahrzeugdachluke bestehen, als auch und
eventuell zusätzlich
in einer Kippbewegung.
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In
der in 1 dargestellten beispielhaften Ausführungsform
ist der Motor 1b als Gleichstrommotor ausgebildet, der
durch Anlegen der von der Fahrzeugbatterie 4 bereitgestellten
Bordspannung in Drehung gesetzt wird. Die jeweilige Lage des Verschließkörpers 2 zwischen
den beiden Endstellungen, d. h. zwischen der Offenstellung, bei
welcher der Verschließgegenstand
die von ihm abgedeckte Öffnung
maximal freigibt, und der Geschlossenstellung, bei der der Verschließkörper 2 die Öffnung ganz
oder soweit als möglich
verschließt,
kann über
die Drehung des Motors 1b festgestellt werden. Die Motordrehung
wird über
einen Sensor 5 erfasst, beispielsweise ein Hallsensor,
mit dem der Drehwinkel des Motors 1b bestimmt bzw. gemessen
werden kann.
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Die
Drehrichtung des Motors 1b beim Überführen des Schließkörpers 2 in
die Geschlossenstellung ist der beim Überführen des Schließkörpers 2 in die
Offenstellung entgegengesetzt. Das als Reversieren bezeichnete Umkehren
der Motordrehrichtung wird bei der in 1 dargestellten
beispielhaften Ausführungsform
durch Umpolen der dem Motor 1b zugeführten Spannung erreicht.
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Die
Umpolung erfolgt mit dem steuerbaren Schaltelement 3, das
drei Schaltstellungen einnehmen kann. In einer ersten Schaltstellung
des Schaltelements 3 sind die zum Motor 1b führenden
Leitungen mit den in 1 jeweils oben gelegenen Anschlüssen zur
Fahrzeugbatterie 4 verbunden. In der zweiten Schaltstellung
verbindet das Schaltelement 3 die zum Motor 1b führenden
Leitungen jeweils mit den in 1 unten
gelegen dargestellten Leitungen zur Fahrzeugbatterie 4.
In der in 1 dargestellten dritten Schaltstellung
besteht keine elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 4 und
dem Motor 1b.
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Die
Steuereinrichtung umfasst eine (in 1 nicht
dargestellte) Einklemmschutzeinrichtung 14, um die vom
Schließkörper 2 auf
einen Klemmkörper ausgeübte Klemmkraft
auf einen vorgegebenen maximalen Wert zu begrenzen. Die Ermittlung
der Klemmkraft durch die Einklemmschutzeinrichtung 14 kann
auf der Grundlage des vom Antrieb 1 aufgenommenen Motorstroms
erfolgen. In diesem Fall kann im Motorstromkreislauf, wie in dem
in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt ist,
ein Messwiderstand 6 zur Messung des vom Motor 1b aufgenommen
Stroms vorgesehen sein. Der vom Motorstrom am Messwiderstand 6 verursachte
Spannungsabfall wird dann über
eine Spannungsmesseinrichtung 7 erfasst. Spannungsmesseinrichtung 7 und Messwiderstand 6 bilden
zusammen einen Strommesssensor, der über die Signalleitung 12 mit
der Steuereinrichtung 10 des elektromotorischen Schließsystems 100 verbunden
ist. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Einklemmschutzeinrichtung 14 auch
auf anderen Verfahren zum indirekten Erfassen einer Einklemmsituation
beruhen, insbesondere auf solchen, die Antriebsparameter zur Charakterisierung
der vom Antrieb 1 aufgebrachten Kraft ermitteln.
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Die
vom Drehwinkelsensor 5 bereitgestellten Messsignale werden
von der Steuereinrichtung 10 über die Signalleitung 11 erhalten.
Die Steuerung des Schaltelements 3 durch die Steuerung 10 erfolgt über die
Steuerleitung 13.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Klemmkraft,
mit der ein Fremdkörper
vom Schließkörper 2 im
Schließbereich
des elektromotorischen Schließsystems 100 eingeklemmt wird,
nur dann zuverlässig
bestimmt werden kann, wenn die zum Bewegen des Schließkörpers allein
erforderliche Kraft bekannt ist.
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Zum
Vermeiden eines Einklemmens von Objekten in der kritischen Zone,
wird zunächst
festgestellt, ob sich die Ausgangslage des Verschließkörpers 2 in
der kritischen Zone befindet. Ist dies der Fall, so wird der Verschließkörper 2 zunächst über einen
begrenzten Bereich in die Offenstellung bewegt, wodurch sich die Öffnung vergrößert. Im
Anschluss daran wird die Bewegungsrichtung des Verschließkörpers 2 umgekehrt
und der Verschließkörper 2 in Richtung
der Geschlossenstellung zur Ausgangslage zurück bewegt. Da der Verschließkörper 2 zuvor
in Richtung der Offenstellung zurückgezogen wurde, kann dessen
Bewegung zurück
zu seiner Ausgangsstellung nicht durch Fremdkörper behindert sein. In diesem
Anlaufbereich beginnend mit dem Übergang in
die Schließbewegung
bis zum Erreichen der Ausgangsposition kann somit kein Einklemmen
vorliegen. Hierdurch kann die Einklemmschutzeinrichtung die Betriebsparameter
des Antriebs 1 bzw. des Motors 1b bestimmten,
die einer ungehinderten Bewegungen des Verschließkörpers 2 zuzuordnen
sind. Eine Veränderung
dieser Betriebsparameter während
des weiteren Schließvorgangs
lässt somit
auf eine Behinderung der Bewegung des Verschließkörpers 2 und somit
auf einen Einklemmvorgang schließen.
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In
dem Flussdiagramm der 2 sind die wesentlichen Schritte
des von der Steuerung 10 ausgeführten Verfahrens zur oben beschriebenen
verschiebekraftkompensierten Steuerung des elektromotorischen Antriebs
eines in 1 dargestellten elektromotorischen
Schließsystems
gezeigt.
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Nach
Erhalt einer Schließanweisung über eine
in 1 nicht dargestellte Signalleitung in Schritt
S0 prüft
die Steuereinrichtung 10 in Schritt S1 den Abstand der
aktuellen Lage des Schließkörpers 2 zu
seiner Geschlossenstellung. Die Prüfung erfolgt wie oben angegeben
vorzugsweise über
eine fortgesetzte Überwachung
der Motordrehung. Im nächstfolgenden
Schritt S2 wird überprüft, ob der
in Schritt S1 festgestellte Abstand kleiner ist als ein vorgegebener
Abstand. Wird der vorgegebene Abstand nicht unterschritten, dann
befindet sich der Verschließköper 2 nicht
in der kritischen Zone. In diesem Fall wird das Verfahren mit Schritt
S4 fortgeführt
und der Verschließkörper 2 in
Richtung seiner Geschlossenstellung bewegt. Während dieses Schließvorgangs
ist die Einklemmschutzeinrichtung aktiv, wodurch bei Erkennen eines
Einklemmzustands der Antrieb reversiert wird, um den Schließkörper 2 um
einen bestimmten Betrag in Richtung der Offenstellung zu verfahren.
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Wird
in Schritt S2 jedoch festgestellt, dass der vorgegebene Abstand
unterschritten ist, der Verschließkörper sich somit in der kritischen
Zone befindet, so wird in Schritt S3 der Schließkörper zunächst um einen vorgegebenen
Betrag in Richtung seiner Offenstellung bewegt. Mit anderen Worten,
wird die über
den Verschließkörper 2 gesteuerte
Freigabe der Öffnung
vergrößert. Im
darauffolgenden Schritt S4 wird die Bewegung des Verschließkörpers 2 umgekehrt,
d. h. der Verschließkörper wird
in Richtung seiner Geschlossenstellung bewegt, wobei gleichzeitig die
Einklemmschutzeinrichtung aktiviert ist.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
der Einklemmschutzeinrichtung eine zuverlässige Überwachung von Schließvorgängen mit
den Vorzügen einer
hohen Robustheit gegen Fehlreversieren bei gleichzeitiger zuverlässiger Einklemmerkennung
insbesondere dann, wenn der Abstand zwischen dem Verschließkörper und
dem Klemmkörper
sehr gering oder sogar null ist.
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- 100
- elektromotorisches
Schließsystem
- 1
- elektromotorischer
Antrieb
- 1a
- Elektromotor
- 1b
- Getriebe
- 2
- Verschließkörper
- 3
- Schaltelement
- 4
- Fahrzeugbatterie
- 5
- Drehwinkelsensor
- 6
- Messwiderstand
- 7
- Spannungsmesseinrichtung
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Signalleitung
- 12
- Signalleitung
- 13
- Steuerleitung
- 14
- indirekte
Einklemmschutzeinrichtung
- S0–S4
- Verfahrensschritte