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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Steuern und Überwachen einer mechatronischen Stellfunktion an einem Kraftfahrzeug.
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Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Steuern eines Motorantriebs zum Bewegen eines Bauteiles, z. B. einer Kraftfahrzeugtür von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung. Mit dem Motorantrieb ist eine Steuerschaltung verbunden, die bei Erreichen einer zweiten Stellung des Bauteils den Motorantrieb abschaltet.
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Mechatronisch bewegte Bauteile sind bei Kraftfahrzeugen an zahlreichen Stellen zu finden. Bei derartigen Antrieben ist oft eine Überwachung der Stellpositionen von Bauteilen erforderlich, z. B. ein Erreichen von Endlagen. Beispielsweise werden Türbringer-Funktionen insbesondere, bei Kraftfahrzeugen aus dem Hochpreissegment verwendet, wobei das Einschwenken der Tür aus einer Öffnungsstellung auf eine Anforderung des Benutzers, z. B. auf Knopfdruck, ausgelöst wird. Des Weiteren sind sogenannte Tür-Zuziehhilfen bekannt, welche eine Kraftfahrzeugtür, welche sich kurz vor der Schließstellung befindet, in die endgültige Verriegelungsposition zieht. Fahrzeugtüren weisen im Bereich der Schließstellung regelmäßig erste Raststellungen auf, welche aus einer Öffnungsstellung mit geringem Kraftaufwand erreicht werden. Diese ersten Raststellungen sind vorgesehen, ein Aufschwenken einer Fahrzeugtür zu verhindern, auch wenn diese nicht vollständig geschlossen ist. Dies wird durch entsprechende Haltemittel oder Arretiermittel gewährleistet, die ein Ausschwenken der Tür aus der ersten Raststellung ohne mechanische Betätigung eines Öffnungsmechanismus (Türgriff) verhindern. Die zweite, endgültige Schließstellung kann nur durch größeren Kraftaufwand, nämlich durch Überwindung insbesondere der Kraft der zu komprimierenden Gummidichtungen erreicht werden. Sogenannte Zuziehhilfen bringen die Tür mit motorischer Unterstützung aus der ersten Rast- bzw. Schließstellung in die zweite Rast- bzw. Schließstellung.
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Sofern beide Funktionen bei einem Fahrzeug vorhanden sind, kann die Tür aus der Stellung einer vollständigen Öffnung mittels der Türbringer-Funktion in die erste Schließstellung gebracht werden, und dann mittels der Zuziehhilfefunktion in die endgültige zweite Schließstellung bzw. Verriegelungsstellung überführt werden.
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Die Erfassung der verschiedenen Bauteilstellungen zur Überwachung der jeweiligen Funktionen, insbesondere der Türbringer-Funktion-, erfordert verschiedene Sensoren. Jederzeit ist es wichtig, dass ein Erreichen einer Endstellung überwacht wird, um den motorischen Antrieb rechtzeitig abzuschalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die sichere und verlässliche Ansteuerung einer motorgetriebenen Bauteilfunktion kostengünstig zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die Erfindung eignet sich zum Einsatz an zahlreichen Stellen im Kraftfahrzeug. Sie macht es möglich, einzelne Sensoren zur Abfrage zu verwenden und das Abgefragte Signal mehreren Auswertungen oder Steuerschaltungen zugänglich zu machen. Diese mehrfache, z. B. zweifache Abfrage eines Zweipol-Sensors macht die Anordnung mehrerer Sensoren zur Überwachung der gleichen Stellung, jedoch zu unterschiedlichen Zwecken, überflüssig. Die erfindungsgemäße Einkopplung eines Widerstandes im primären Signalweg, wobei der Widerstand einen wesentlich geringeren Widerstand hat als der Zweipol-Sensor, ermöglicht die mehrfache Nutzung.
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Unter ”wesentlich geringerer” ist hier ein Widerstand zu verstehen, der höchstens halb so groß ist wie der Widerstand des Zweipol-Sensors. Regelmäßig sollten erfindungsgemäß eine oder mehrere Größenordnungen zwischen den betreffenden Widerstandsgrößen liegen.
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Erfindungsgemäß wird eine Steuerschaltung mit einem Sensor gekoppelt, welcher in einer Baugruppe, Z. B. einer Schlossbaugruppe einer Tür vorhanden ist. Der Sensor ist als Zweipol ausgebildet, welcher über Zuleitungen mit einer Steuerschaltung, z. B. einer Schlosssteuerschaltung verbunden ist und mit einer konstanten Spannung gespeist wird. Der Widerstand des Zweipol-Sensors verändert sich beim Ansprechen einer überwachten Stellung, z. B. einer Schließstellung derart, dass eine mit der Widerstandsänderung einhergehende Änderung des durch den Sensor fließenden Stromes ein Erreichen der Stellung an die Steuerschaltung signalisiert.
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Derartige Sensoren werden in Schlossbaugruppen beispielsweise als Hall-Sensoren ausgebildet und überwachen die eingangs erwähnten unterschiedlichen Schließpositionen der Tür, nämlich die erste Schließposition mit einer Nothaltefunktion sowie die zweite, endgültig erreichte Schließfunktion der Tür.
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Die Erfassung einer Stromänderung durch einen Zweipol-Sensor ist ein bekanntes Verfahren bei Annäherungssensoren. Bei einer typischen Schlossbaugruppe ist beispielsweise eine Drehfalle vorhanden, wobei ein Sensor die Position der Drehfalle kurz vor der Hauptraststellung erfasst und ein Sensor ein Einfallen einer Sperrklinke in eine Vorraststellung erfasst. Regelmäßig sind dazu mehrere, üblicherweise zwei Zweipol-Sensoren vorhanden.
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Beide Sensoren können beispielsweise einseitig miteinander verbunden und auf dieser Seite mit Masse gekoppelt sein und sind als stromgeführte Sensoren, d. h. als Bauelemente ausgeführt, die mit einer vorgegebenen Spannung beaufschlagt werden und in Abhängigkeit vom einwirkenden Magnetfeld ihren Widerstand ändern.
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Erfindungsgemäß wird nun einer der bereits vorhandenen Sensoren verwendet, um auch Steuersignale für die Türbringer-Funktion zur Verfügung zu stellen. Da Stromsignale erzeugt werden, ist es jedoch nicht ohne weiteres möglich, ein entsprechendes zusätzliches Signal abzugreifen.
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Erfindungsgemäß wird in eine Zuleitung zwischen dem Zweipol-Sensor und der Schlosssteuerschaltung ein zusätzliches Widerstandsbauelement eingekoppelt, dessen Widerstand wesentlich geringer als der im Betrieb erreichte minimale Widerstand des Zweipol-Sensors ist. Die über dem Widerstand abfallende Spannung wird als Signal für die Türbringer-Steuerschaltung ausgewertet.
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Während das Primärsignal des Zweipol-Sensors über die Zuleitung der Schlosssteuerschaltung zugeführt wird, fällt eine geringe Spannung über ein zwischengekoppeltes Widerstandselement ab. Da der Widerstand dieses Elementes wesentlich geringer, üblicherweise mindestens eine bis zwei Größenordnungen geringer als der minimale Widerstand des Sensors ist, bleibt das Stromsignal bei der Schlosssteuerschaltung verlässlich auswertbar. Die zwischen Schlosssteuerschaltung und Sensor am Widerstandselement abfallende Spannung wird für eine Auswertung des Sensorausgangssignals zusätzlich auch für die Türbringer-Steuerschaltung herangezogen.
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Beispielhaft kann ein Sensor mit einer Spannung von 12 V gespeist werden und in einem Strom von 12 mA resultieren, was einem Sensor-Widerstand von 1 kΩ entspräche. Ein zwischen Schlosssteuerschaltung und Sensor gekoppelter 20 Ω Widerstand als Widerstandsbauelement führt dazu, dass nur ein geringer Spannungsabfall über diesen Widerstand stattfindet.
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Dieser geringe Spannungsabfall wird in der Türbringer-Steuerschaltung ausgewertet, so dass der Antrieb für die Türbringer-Funktion beim Erreichen der ersten Raststellung des Türschlosses deaktiviert werden kann.
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Zur Erfassung dieser Spannungen sind alle üblichen Methoden zur Auswertung und Messung geringer Spannungen geeignet, wobei auch eine Verstärkung der Spannung erfolgen kann.
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Das Größenverhältnis des Widerstandswertes des Widerstandsbauelementes im Verhältnis zum größeren Widerstand des Zweipol-Sensors beträgt vorzugsweise ein bis zwei Größenordnungen. Beispielsweise kann der Widerstand des Widerstandsbauelementes 5% des minimalen Widerstandes des Zweipol-Sensors betragen, in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind es 1% bis 2%.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Auswertung der Widerstandsbauelement abfallenden Spannung ein Spannungs-Stromwandler eingesetzt, wie er regelmäßig zur Messung großer Ströme über sehr geringe Messwiderstände in Strom-Sensoren eingesetzt wird. Ein solcher Spannungs-Stromwandler ist hochohmig und wird den Messwiderstand parallel geschaltet, wobei er keine eigene Stromversorgung benötigt. Der Spannungs-Stromwandler liefert dann einen von der gemessenen Spannung abhängigen Ausgangsstrom, der von der Türbringer-Steuerschaltung auszuwerten ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Spannungs-Stromwandler ein Ableit-Widerstandbauelement nachgeschaltet, über welches der gewandelte Strom abgeleitet wird. Die über den Widerstand abfallende Spannung wird einem A/D-Wandler eines Mikrocontrollers zugeführt und dient als Signal für ein Ansprechen des Sensors an die Türbringer-Steuerschaltung. Diese Gestaltung erlaubt eine besonders einfache Kopplung des Stromsignals an einen Mikrocontroller ohne aufwändige Schaltungen erforderlich zu machen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Flankenerfassungsschaltung mit dem Widerstandsbauelement gekoppelt, welches eine Flanke des Spannungsanstiegs beim Einschalten der Spannung über dem Hall-Sensor erfasst und mit einem Interrupt-Eingang des Mikrocontrollers gekoppelt ist.
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Sobald ein Einschalten der Sensorspannung durch die Flankenerfassung erfasst wird, bewirkt der Interrupt in dem Mikrocontroller die Abarbeitung einer Routine, welche kurze Zeit später oder für eine vorgegebene Zeitdauer den A/D-Wandler abfragt, um einen dem durch den Hall-Sensor fließenden Strom proportionalen Wert zu erfassen. Dieser Wert wird mit einem Schwellwert verglichen, um zu erfassen, ob der Hall-Sensor angesprochen hat oder nicht, d. h., ob sich das zugehörige Schlossbauelement in der von dem Sensor erfassten Position befindet oder nicht.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dazu zeigt
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1 eine Prinzip-Schaltskizze einer erfindungsgemäßen Anordnung;
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2 eine Prinzip-Skizze der Platzierung der Anordnung beim Einsatz in eine Kraftfahrzeugtür.
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In 1 ist eine Schlosssteuerschaltung 1 gezeigt, welche über Zuleitungen 2, 3 mit Zweipol-Sensoren 4, 5 gekoppelt ist. Die Sensoren 4, 5 sind einseitig verbunden und mit Masse 6 gekoppelt.
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Die Sensoren 4, 5 sind in einer Schlossbaugruppe derart angeordnet, dass der Sensor 4 das Erreichen der Tür in eine Vorraststellung mit einer Notverriegelung erfasst, während der Sensor 5 die vollständige Schließung erfasst. Die Sensoren werden zur Abfrage mit einer Konstantspannung beaufschlagt und der über die Sensoren 4, 5 abfließende Strom wird als Signal in der Schlosssteuerschaltung 1 ausgewertet.
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Die Schlosssteuerschaltung 1 steuert aufgrund dieser Signale eine Tür-Zuziehhilfe an, welche die Tür mit Hilfe eines motorischen Antriebes aus der durch den Sensor 4 überwachten Vorraststellung in die vollständige Schließstellung überführt, welche durch den Sensor 5 überwacht wird.
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Die durchbrochene Linie 7 zeigt an, wie bei herkömmlichen Tür-Zuziehhilfen die Zuleitungen zwischen dem Sensor 4 und der Schaltung 1 verlaufen. Erfindungsgemäß ist jedoch eine Steuerschaltung 8 für die Türbringer-Funktion vorgesehen. Diese ist in die Zuleitung 3 eingekoppelt und weist ein Widerstandsbauelement 9 auf, über welches der durch Sensor 4 geleitete Strom fließt. Dem Widerstandsbauelement 9 ist ein Spannungsstromwandler 10 nachgeschaltet, welcher die über den Widerstand 9 abfallende Spannung in einen Strom wandelt. Der gewandelte Strom fließt über einen Ableit-Widerstand 11 zu Masse 6 ab. Die über den Widerstand 11 abfallende Spannung wird einem Port des Mikrocontrollers 12 zugeführt.
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Dem Widerstandsbauelement 9 ist ferner eine Flankenerfassung 13 zugeordnet, welche mit einem Interrupt-Port des Mikrocontrollers 12 gekoppelt ist. Eine Spannungsflanke an dem Widerstandsbauelement, welche durch die Aufnahme der Auswertung und Anlegen der Spannung durch die Steuerschaltung 1 erfolgt, weckt den Mikrocontroller 12 und startet einen Abfrageablauf in der Türbringer-Steuerschaltung 8.
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2 zeigt die Elemente aus 1 in einer prinzipiellen Darstellung, nämlich so, wie sie in einer Kraftfahrzeugtür 15 anzuordnen wären. Der Antrieb der Türbringer-Funktion sowie die Türbringer-Steuerschaltung 8 sind im Bereich der Tür-Schwenkachse angeordnet. Die Schlosssteuerschaltung 1 ist im Bereich der Verriegelungsgruppe, also am ausschwenkbaren Ende der Tür angeordnet. Die Zuleitung 3, in deren Weg das Widerstandsbauelement 9 (nicht gezeigt) in der Türbringer-Steuerschaltung 8 gekoppelt ist, sind durch die Tür geführt, um die Sensorsignale des Sensors 4 auch in der Steuerschaltung 15 verfügbar zu machen.
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Gemäß der Erfindung wird daher eine kostengünstige und verlässliche Anordnung geschaffen, welche vorhandene Sensoren und Schaltungsbestandteile für weitere Kraftfahrzeugfunktionen nutzt. Ein Stromsignal eines Sensors wird erfindungsgemäß für zwei separate Auswerteschaltungen genutzt. Die Erfindung, welche vorstehend ausgiebig am Beispiel einer Türbringer-Funktion erläutert wurde, ist allgemein auf Stellfunktionen anwendbar, welche sich eines Zweipol-Sensors bedienen und bei denen eine mehrfache Abfrage sinnvoll ist. Dafür kommen nahezu alle mechatronischen Antriebe in einem Kraftfahrzeug in Frage, z. B. Fensterheber, Dachöffner, Sitzverstellungen etc.