Antriebsanordnung zur motorischen Verstellung eines Verstellelements eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung zur motorischen Verstellung eines Verstellelements in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Verstellelementanordnung eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 12.

Der Begriff „Verstellelement" ist vorliegend umfassend zu verstehen. Hierunter fallen Heckklappen, Heckdeckel, Motorhauben, Türen, insbesondere Seitentüren, Laderaumböden oder dergleichen eines Kraftfahrzeugs.

In erster Linie findet die in Rede stehende Antriebsanordnung allerdings Anwendung bei Heckklappen und Seitentüren in Kraftfahrzeugen. Sie dient der motori- sehen Verstellung des jeweiligen Verstellelements in Schließrichtung und in Öffnungsrichtung. Wichtig ist dabei regelmäßig, dass die Antriebsanordnung neben dem motorischen Verstellbetrieb auch einen manuellen Verstellbetrieb zu- lässt. Der manuelle Verstellbetrieb ist insbesondere im Notfall, beispielsweise im Crashfall oder bei Stromausfall, von Bedeutung.

Die bekannte Antriebsanordnung (DE 20 2005 007 155 Ul), von der die Erfindung ausgeht, ist einer Heckklappe zugeordnet. Die Antriebsanordnung ist mit zwei Spindelantrieben ausgestattet, die jeweils in einer kompakten Baueinheit einen Antriebsmotor, ein Zwischengetriebe mit Kupplung und ein Spindel-Spin- delmutter-Getriebe aufweisen. In der jeweiligen Baueinheit ist eine Federanordnung vorgesehen, die der Gewichtskraft der zugeordneten Heckklappe entgegenwirkt. Die bekannte Antriebsanordnung weist ferner eine Antriebssteuerung auf, die der Ansteuerung der beiden Antriebe, insbesondere der beiden Antriebsmotoren, dient. Die Antriebe sind nicht selbsthemmend ausgestaltet, so dass ein manueller Betrieb auf einfache Weise realisiert ist.

Mit der bekannten Antriebsanordnung lassen sich Heckklappen von beträchtlicher Größe und/oder beträchtlichem Gewicht motorisch verstellen. Dies eröffnet neue Freiheitsgrade bei der Auslegung solcher Heckklappen. Mit der Steige- rung des Gewichts ist grundsätzlich aber auch ein erhöhtes Risiko bei einem Ausfall von Antriebskomponenten verbunden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Antriebsanordnung der- art auszugestalten und weiterzubilden, dass die Betriebssicherheit mit einfachen Mitteln erhöht wird.

Das obige Problem wird bei einer Antriebsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.

Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, dass eine Einrichtung zum Überspannungsschutz, die im Folgenden lediglich als „Überspannungsschutz" bezeichnet wird, bei geeigneter Auslegung dafür genutzt werden kann, die Be- triebssicherheit der in Rede stehenden Antriebsanordnung zu erhöhen.

Der obige Überspannungsschutz dient in erster Linie dem Schutz der Antriebssteuerung und des Motors vor Spannungsspitzen in der Versorgungsspannung. Entsprechend löst der Überspannungsschutz bei Überschreiten einer an den Ver- sorgungsanschlüssen anliegenden Grenz- Versorgungsspannung aus. Dieses Auslösen ist regelmäßig mit einem entsprechenden Schaltvorgang verbunden.

Die vorschlagsgemäße Lösung macht sich die Tatsache zunutze, dass der Antriebsmotor bei einer nicht motorischen Verstellung, insbesondere bei einer ma- nuellen, federkraftbedingten oder schwerkraftbedingten Verstellung des Verstellelements, als Generator arbeitet und eine Generatorspannung erzeugt. Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass der Überspannungsschutz eben auch durch eine solche nicht motorische Verstellung des Verstellelements bei Überschreiten einer Grenz-Generatorspannung auslösbar ist.

Je nach Anwendungsfall können unterschiedliche Schaltvorgänge mit dem Auslösen des Überspannungsschutzes einher gehen. Bei der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 koppelt der Überspannungsschutz im ausgelösten Zustand die Anschlüsse des Antriebsmotors elektrisch miteinander, wodurch der Antriebsmotor gebremst wird. - -

Insbesondere bei der letztgenannten Variante ist es vorteilhaft, dass der Überspannungsschutz nur auslöst, wenn die nicht motorische Verstellung des Verstellelements oberhalb der normalbetriebsmäßigen Verstellgeschwindigkeit erfolgt. Dies ist Gegenstand von Anspruch 4.

Bei der besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 9 ist die Antriebssteuerung mit einer H-Brückenschaltung ausgestattet, die zwei integrierte Halbbrückenmodule mit Überspannungsschutz aufweist. Vorteilhaft ist hierbei die Tatsache, dass auf eine Vielzahl unterschiedlicher Standard-Halbbrücken- module zurückgegriffen werden kann, so dass eine auf den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere auf die jeweilige normalbetriebsgemäße Verstellgeschwindigkeit, angepasste Auslegung der Antriebssteuerung möglich ist.

Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird das obige Problem bei einer Verstellelementanordnung gemäß Anspruch 12 gelöst.

Die vorschlagsgemäße Verstellelementanordnung ist mit einem Verstellelement, insbesondere einer Heckklappe, eines Kraftfahrzeugs und mit einer vorschlags- gemäßen Antriebsanordnung zur motorischen Verstellung des Verstellelements ausgestattet. Zur Erläuterung dieser weiteren Lehre darf auf alle, die Antriebsanordnung betreffenden Ausführungen verwiesen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 das Heck eines Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht mit einer

Heckklappe und einer vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung zur motorischen Verstellung der Heckklappe,

Fig. 2 einen der beiden Antriebe der Antriebsanordnung gemäß Fig. 1 in einer Schnittdarstellung,

Fig. 3 die H-Brückenschaltung der Antriebssteuerung für den Antrieb ge- maß Fig. 2 in einer ganz schematischen Darstellung, - -

Fig. 4 ein Halbbrückenmodul der H-Brückenschaltung gemäß Fig. 3 als

Blockschaltbild.

Die in Fig. 1 dargestellte Antriebsanordnung dient der motorischen Verstellung einer Heckklappe 1 in einem Kraftfahrzeug. Es sind aber auch alle anderen im einleitenden Teil der Beschreibung angesprochenen Verstellelemente vorteilhaft anwendbar. Alle folgenden Ausführungen zu einer Heckklappe gelten entsprechend gleichermaßen für alle anderen dort angesprochenen Verstellelemente.

Der in Fig. 1 dargestellten Antriebsanordnung sind zwei identische Antriebe 2, die jeweils einen Antriebsmotor 3 aufweisen, zugeordnet. Die Antriebe 2 sind in den beiden seitlichen Bereichen einer Heckklappenöffhung 4 angeordnet. In Fig. 1 ist nur einer der beiden Antriebe 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt diesen Antrieb 2 in einer Schnittansicht.

Die folgenden Ausführungen betreffen nur den einen in Fig. 1 erkennbaren Antrieb 2. Sie gelten aber gleichermaßen für gegebenenfalls weitere vorhandene Antriebe.

Bei dem Antriebsmotor 3 handelt es sich vorzugsweise um einen Gleichstrommotor. Denkbar ist aber auch, dass hier ein Wechselstrommotor Anwendung findet.

Die Antriebsanordnung ist ferner mit einer dem Antrieb 2 zugeordneten und in üblicher Weise an eine Versorgungsspannung U _v angeschlossenen Antriebssteuerung 5 ausgestattet. Hier und vorzugsweise ist die Antriebssteuerung 5 beiden Antrieben 2 zugeordnet. Denkbar ist aber auch, dass jedem Antrieb 2 eine eigene Antriebssteuerung 5 zugeordnet ist.

Die vorschlagsgemäße Antriebsanordnung erlaubt ohne größeren konstruktiven Aufwand eine manuelle Verstellung der Heckklappe 1, da der Antrieb 2 nicht selbsthemmend ausgestaltet ist. Dies bedeutet, dass bei einer nicht motorischen, also manuellen federkraft- oder schwerkraftbedingten Verstellung der Heckklappe 1 der Antriebsmotor 3 mitdreht und als Generator arbeitet. Dabei erzeugt der Antriebsmotor 3 eine entsprechende Generatorspannung U ₀ . Wesentlich ist zunächst, dass die Antriebssteuerung mit einem Überspannungsschutz 6 ausgestattet ist, der durch das Überschreiten einer Grenz- Versorgungsspannung U _v auslösbar ist. Die Realisierung eines solchen Überspannungsschutzes 6 ist an sich bekannt.

Vorschlagsgemäß ist die Anordnung aber zusätzlich so getroffen, dass der Überspannungsschutz 6 außerdem durch Überschreiten einer Grenz-Generatorspan- nung U _G auslösbar ist. Die Bedeutung der Grenz-Generatorspannung U _G wird weiter unten noch erläutert.

Zunächst bewirkt das Auslösen des Überspannungsschutzes 6 die schaltungstechnische Unterbrechung der über den Antriebsmotor 3 führenden Antriebs- Strompfade, um den Antriebsmotor 3 und insbesondere noch zu erläuternde Schaltelemente vor einer gegebenenfalls überhöhten Versorgungsspannung U _v zu schützen. Die Antriebs-Strompfade sind die Strompfade, über die dem Antriebsmotor 3 Antriebsleistung zugeführt wird. Die schaltungstechnische Unterbrechung der Antriebs-Strompfade erfolgt hier über noch zu erläuternde Halbleiter-Schaltelemente, kann aber auch über Relais oder dergleichen vorgesehen sein.

Interessant ist allerdings die Tatsache, dass weiter vorzugsweise der Überspannungsschutz 6 im ausgelösten Zustand die Anschlüsse 7, 8 des Antriebsmotors 3 elektrisch miteinander koppelt, hier sogar kurzschließt, und damit den Antriebsmotor 3 bremst.

Besondere Bedeutung kommt vorliegend der Auslegung der Antriebsanordnung, insbesondere des Überspannungsschutzes 6 zu. Vorteilhafterweise löst der Überspannungsschutz 6 durch eine nicht motorische Verstellung der Heckklappe 1 nämlich genau dann aus, wenn die Verstellgeschwindigkeit die normalbetriebs- mäßige Verstellgeschwindigkeit übersteigt. Hier und vorzugsweise schliesst der Überspannungsschutz 6 die Anschlüsse 7, 8 des Antriebsmotors 3 kurz und gewährleistet so die Notbremsung des Antriebsmotors 3. Denkbar ist aber auch, dass der Überspannungsschutz 6 im ausgelösten Zustand nur ein Notsignal abgibt, dass ggf. zu einem Gegenbestromen 6, dgl, des Antriebsmotors führt. Das Übersteigen der Verstellgeschwindigkeit über die normalbetriebsmäßige Verstellgeschwindigkeit hinaus tritt beispielsweise dann auf, wenn eine dem Antrieb 2 zugeordnete Federanordnung 9 bricht, die im Normalbetrieb das Halten der Heckklappe 1 gewährleisten würde. Eine solche Federanordnung 9 ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Antrieb 2 vorgesehen. Sie wirkt der Gewichtskraft der Heckklappe 1 entgegen.

Der in Fig. 2 dargestellte Antrieb 2 ist als Spindelantrieb mit Antriebsmotor 3, Zwischengetriebe 10 und Spindel-Spindelmuttergetriebe 11 ausgestattet, wobei die Federanordnung 9 dafür sorgt, dass das Spindel- Spindelmuttergetriebe 11 in die ausgefahrene Stellung vorgespannt ist. Den Einbauzustand des Spindelantriebs zeigt Fig. 1.

Die Antriebssteuerung 5, die in Fig. 2 nur angedeutet ist, weist eine H-Brücken- Schaltung 12 mit zwei Low-Side-Schaltern 13, 14 und zwei High-Side-Schaltern 15, 16 zur Ansteuerung des Antriebsmotors 3 auf. Die H-Brückenschaltung 12 ist in üblicher Weise mit zwei Halbbrücken 12a, 12b aufgebaut, die jeweils einen der Low-Side-Schalter 13, 14 und einen der High-Side-Schalter 15, 16 aufweisen. Der Low-Side-Schalter 13, 14 und der High-Side-Schalter 15, 16 einer Halbbrücke 12a, 12b sind hinsichtlich ihrer Schaltausgänge in Reihe geschaltet. Die Anschlüsse 7, 8 des Antriebsmotors 3 sind mit den Kontaktstellen der jeweils in Reihe geschalteten Schalterpaare 13, 15; 14, 16 verbunden.

Hier und vorzugsweise ist es so, dass der Überspannungsschutz 6 im ausgelösten Zustand die beiden High-Side-Schalter 15, 16 durchschaltet und die beiden Low- Side-Schalter 13, 14 sperrt. Denkbar ist allerdings auch, dass umgekehrt im ausgelösten Zustand des Überspannungsschutzes 6 die beiden Low-Side-Schalter 13, 14 durchgeschaltet und die beiden High-Side-Schalter 15, 16 gesperrt sind.

In beiden oben genannten Fällen ist der Antriebsmotor 3 kurzgeschlossen und befindet sich im Bremsbetrieb.

Es sind eine Reihe vorteilhafter Varianten für die Realisierung der Low-Side- Schalter 13, 14 und der High-Side-Schalter 15, 16 denkbar. Hier und vorzugs- weise sind diese Schalter 13, 14, 15, 16 als MOSFETs ausgestaltet, wobei es sich hier bei den Low-Side-Schaltern 13, 14 um N-Kanal-MOSFETs und bei den - -

High-Side-Schaltern 15, 16 um P-Kanal-MOSFETs handelt. Die Gate- Anschlüsse 13a, 14a, 15a, 16a der Schalter 13, 14, 15, 16 sind mit einer Logikeinheit 20 gekoppelt, die nur in der noch zu erläuternden Fig. 4 dargestellt ist.

Die Anordnung ist nun so getroffen, dass die Generatorspannung UQ über die Body-Dioden 17 eines High-Side-Schalters 15, 16 der einen Halbbrücke 12a, 12b und eines Low-Side-Schalters 13, 14 der anderen Halbbrücke 12a, 12b der H-Brückenschaltung 12 zumindest zum Teil zu den Versorgungsanschlüssen 18, 19 der H-Brückenschaltung 12 durchgeschaltet wird.

Die Existenz der Body-Dioden 17 ist MOSFET-Schaltelementen immanent. Zur Veranschaulichung sind die Body-Dioden 17 in der noch zu erläuternden Fig. 4 als diskrete Bauelemente dargestellt.

Es ergibt sich aus der Darstellung in Fig. 3, dass der zu den Versorgungsanschlüssen 18, 19 der H-Brückenschaltung 12 durchgeschaltete Teil der Generatorspannung U _G bei Überschreiten einer Grenz-Generatorspannung zum Auslösen des Überspannungsschutzes 6 führen kann, da dies bei entsprechender Auslegung dem Überschreiten der Grenz- Versorgungsspannung U _v entspricht. Hier wird deutlich, dass es auf die richtige Auslegung der Grenz-Generatorspannung U _G ankommt, um sicherstellen zu können, dass der Überspannungs schütz 6 nur dann ausgelöst wird, wenn bei der nicht motorischen Verstellung der Heckklappe 1 die Verstellgeschwindigkeit oberhalb der normalbetriebsmäßigen Verstellgeschwindigkeit liegt.

Eine kostengünstige Realisierung der vorschlagsgemäßen Antriebssteuerung 5 mit Standardbauteilen ergibt sich dadurch, dass die beiden Halbbrücken 12a, 12b der H-Brückenschaltung 12 jeweils als integriertes Halbbrückenmodul ausgestaltet sind und dass beide Halbbrückenmodule jeweils mit einem separaten Über- Spannungsschutz 6 ausgestattet sind. Mit „integriert" ist hier gemeint, dass es sich bei den Halbbrückenmodulen um integrierte Schaltkreise handelt. Den grundsätzlichen Aufbau eines solchen Halbbrückenmoduls zeigt Fig. 4.

Das in Fig. 4 dargestellte Halbbrückenmodul ist mit einer Logikeinheit 20 zur Ansteuerung des Low-Side-Schalters 13 und des High-Side-Schalters 15 ausgestattet. Dabei weist der Überspannungsschutz 6 der beiden Halbbrückenmodule - -

12a, 12b jeweils eine mit der Logikeinheit 20 verbundene Detektionseinheit 21 zur Detektion des Überschreitens der Versorgungsspannung U _v über die Grenz- Versorgungsspannung auf.

Interessant ist bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel noch ein schaltungstechnischer Aspekt. Dort ist es nämlich vorgesehen, dass der Antriebsmotor 3 permanent mit den beiden Halbbrücken 12a, 12b verbunden ist. Eine irgendwie geartete Trennbarkeit des Antriebsmotors 3 von den Halbbrücken 12a, 12b ist nicht vorgesehen. Dies ergibt sich aus dem vorschlags- gemäßen Konzept, nach dem die Generatorspannung U _G wie erläutert auch bei nicht motorischer Verstellung der Heckklappe 1 zu den Versorgungsanschlüssen 18, 19 weitergeleitet wird.

Es wurde schon darauf hingewiesen, dass bei der dargestellten und insoweit be- vorzugten Ausgestaltung zwei Antriebe 2 vorgesehen sind. Die Antriebssteuerung 5 weist zur Ansteuerung der Antriebsmotoren 3 der beiden Antriebe 2 jeweils eine H-Brückenschaltung 12 mit Überspannungsschutz 6 auf, wobei die jeweils korrespondierenden Versorgungsanschlüsse 18, 19 der H-Brückenschal- tungen 12 zusammengeschaltet sind. Mit „korrespondierend" ist gemeint, dass die Anschlüsse 18 für das Versorgungspotential und die Anschlüsse 19 für das Massepotential jeweils zusammengeschaltet sind.

Der Vorteil für das oben beschriebene Zusammenschalten der korrespondierenden Versorgungsanschlüsse 18, 19 der H-Brückenschaltungen 12 besteht darin, dass die Generatorspannung U ₀ nur einer der Antriebsmotoren 3 ausreicht, um den Überspannungsschutz 6 beider H-Brückenschaltungen 2 auszulösen. Damit lässt sich eine sichere und vor allem schnelle Bremsung der Heckklappe 1 realisieren.

Die beiden H-Brückenschaltungen 12 sind vorzugsweise, wie weiter oben angesprochen, jeweils aus zwei Halbbrückenmodulen mit Überspannungsschutz zusammengeschaltet.

Die vorschlagsgemäße Lösung lässt sich auf alle möglichen Verstellelemente 1 eines Kraftfahrzeugs anwenden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verstell- element 1 um eine Heckklappe, einen Heckdeckel, eine Motorhaube, eine Tür, insbesondere Seitentür, oder um einen Laderaumboden eines Kraftfahrzeugs.

Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Verstellelementanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem Verstellelement 1, insbesondere einer Heckklappe 1, und mit einer oben beschriebenen, vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung zur motorischen Verstellung des Verstellelements 1 beansprucht. Auf die obigen Ausführungen zu der vorschlagsgemäßen Antriebsanordnung darf in vollem Umfange verwiesen werden.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die Anordnung wie oben schon angesprochen so getroffen, dass der Überspannungsschutz 6 nur auslöst, wenn die nicht motorische Verstellung des Verstellelements 1 oberhalb der normalbetriebsmäßigen Verstellgeschwindigkeit erfolgt.

Weiter vorzugsweise ist das Verstellelement 1 durch Gewichts- und/oder Federkraft selbsttätig verstellbar, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass durch die selbsttätige Verstellung und durch die dabei vom Antriebsmotor 3 erzeugte Generatorspannung U _G der Überspannungsschutz 6 auslösbar ist. Dies bedeutet, dass die Grenz-Generatorspannung U _G gerade so gewählt ist, dass die Grenz- Generatorspannung U _G bei einer selbsttätigen Verstellung des Verstellelements 1, beispielsweise beim Zufallen des Verstellelements 1, insbesondere der Heckklappe 1, aufheben kann.

Mit den beiden oben erläuterten, eigenständigen Lehren wird eine manuelle und/oder selbsttätige Verstellung des Verstellelements 1 mit übermäßiger Geschwindigkeit auf denkbar einfache Weise gebremst. Der schaltungstechnische und softwaretechnische Aufwand ist durch die obige Doppelnutzung des Überspannungsschutzes 6 minimal. Hervorzuheben ist dabei die Tatsache, dass der vorschlagsgemäße Bremsbetrieb auch bei unversorgter oder inaktiver Antriebssteuerung 5 voll funktionsfähig ist.