Anfahren seiner oberen oder unteren Anschlagposition, insbesondere beim Anfahren der Schließposition eines

Fensterhebers eines Kraftfahrzeugs

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung der Überschußkraft eines elektrisch gesteuerten, fremdkraftbetä- tigten Aggregats beim Anfahren seiner oberen oder unteren Anschlagposition, insbesondere beim Anfahren der Schließpo¬ sition eines Fensterhebers eines Kraftfahrzeugs, gemäß Patentanspruch 1. Das Verfahren zeichnet sich aus durch eine hohe automatische Anpassungfähigkeit an die stark schwankenden äußeren Bedingungen (zum Beispiel: Temperatur, Feuchtigkeit) , denen ein Fensterheber unterworfen ist, sowie den Ausgleich von systembedingten Schwankungen (zum Beispiel: Streuung des maximalen Motordrehmoments eines Elektromotors) .

Aus DE 30 34 118 C2 ist ein Verfahren zur elektronischen Überwachung des Öffnungs- und Schließvorganges von elek¬ trisch betriebenen Aggregaten, wie zum Beispiel Fenεterhe- bern und Schiebedächern in Kraftfahrzeugen bekannt, wobei charakteristische Größen des Aggregats erfaßt und in einem Mikrocomputer ausgewertet werden, um schließlich Stellsigna¬ le für das elektrische Stellorgan des Aggregats zu generie¬ ren. Ziel dieses Verfahrens ist es, trotz des automatischen

Öffnens und Schließens einer Kraftfahrzeugfensterscheibe ein gefährliches Einklemmen von Körperteilen und Gegenstän¬ den sicher auszuschließen.

Zu diesem Zweck ist der Öffnungs- und Schließvorgang in drei Bereiche unterteilt. Um das vollständige Schließen der Fensterscheibe zu ermöglichen, war es notwendig, das System zur Erkennung eines Einklemmzustandes abzuschalten, noch bevor die Scheibenoberkante den Dichtungsbereich erreichen konnte. Anderenfalls wäre es zum Reversieren der Fenster¬ scheibe gekommen. Das Stellorgan wird also erst abgeschal¬ tet, wenn die Sensorik/Elektronik einen Blockierzustand des Aggregats für eine vorgegebene Zeitdauer erkannt hat.

Dadurch, daß der Elektromotor sein maximales Drehmoment entwickeln kann, wird die Fensterscheibe mit der größten zur Verfügung stehenden Kraft in die Dichtung gepreßt. Zum Teil erreichen die Überschußkräfte sehr hohe Wert, da der Antrieb entsprechend der ungünstigsten zur erwartenden Bedingungen ausgelegt werden muß. Infolge dessen treten Verspannungen in der Tür auf, die Ursache für Windgeräusche und sogar Undichtheiten sein können. Auch ein erhöhter Verschleiß der Fensterhebermechanik ist zu beklagen. Dar¬ über hinaus führt die notwendigerweise sehr stabile Ausbil¬ dung der mechanischen belastenden Teile zu einem Mehrauf¬ wand an Material und Gewicht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Begrenzung der Überschußkraft eines elek¬ trisch gesteuerten, fremdkraftbetätigten Aggregats beim Anfahren seiner oberen oder unteren Anschlagposition, insbesondere beim Anfahren der Schließposition eines Fen¬ sterhebers eines Kraftfahrzeugs, zu entwickeln, das mit einfachen, kostengünstigen Mitteln das Auftreten unnötig

großer Überschußkräfte verhindert und gleichzeitig das Erreichen der Anschlagposition, insbesondere der Schließpo¬ sition, auch dann sicher gewährleistet, wenn die Ausgangsbe- dingungen, wie zum Beispiel Spannung der Energiequelle, große Fertigungstoleranzen des Verstellsystems und Klimafak¬ toren, stark schwanken.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteil¬ hafte Ausführungen der Erfindung an.

Demnach wird im Einlaufbereich der Anschlagpositionen wenigstens ein Meßwert ermittelt, der mit der Verstellkraft des Aggregats korreliert ist. Dieser Meßwert wird durch die Elektronikeinheit um einen vorgegebenen Betrag (zum Bei¬ spiel Relativbetrag oder durch einen funktioneilen Zusammen¬ hang berechneter Betrag) erhöht und als Abschaltkriterium definiert, so daß bei seiner Überschreitung bzw. Unter¬ schreitung der Antrieb abgeschaltet wird.

Als Einlaufbereich gilt ein Verstellbereich des Aggregats, der entweder noch vor dem Erreichen der Anschlagposition beginnt und nach einem darauf folgenden Verstellweg endet, oder der erst bei Erreichen der Anschlagposition beginnt und nach einem weiteren eine elastische Deformation wenig¬ stens eines Teils des Verstellsystems bewirkenden Verstell¬ weg endet. Die vorteilhafteste Ausführung kann nur unter Berücksichtigung der konkreten Bedingungen des Einzelfalls ermittelt werden. Um welchen Betrag, insbesondere Relativbe¬ trag, der Meßwert zum sicheren Erreichen der Anschlagposi¬ tionen zu erhöhen ist, wird am einfachsten empirisch ermit¬ telt.

Bezogen auf eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs heißt dies: Es wird ein Kennfeld von Meßwerten bei Variation der wichtigsten, sich auf die Scheibenbewegung beim Schließvor¬ gang bzw. beim Anfahren der unteren Anschlagposition der Fensterscheibe auswirkenden Meßgrößen aufgenommen. Solche Einflußgrößen sind unter anderem Temperatur, Feuchtigkeit, Eis und einige für den Scheibenlauf wichtige geometrische Toleranzen. Aus diesem Kennfeld sollte man den Fall auswäh¬ len, bei dem der zu erwartende Dreh oraentbedarf zum siche¬ ren Anfahren der Anschlagposition, insbesondere der Schlie߬ position der Fensterscheibe, im Vergleich zum zur Verfügung stehenden Drehmoment des Motors am weitesten ausgeschöpft ist. Aus den mit diesen beiden Drehmomentwerten korrelier- ten Meßwerten (z.B. Strom, Periodendauer) kann ein Faktor zur Generierung des Abschaltkriteriums gewonnen werden. Wendet man den so gewonnenen Faktor zur Generierung des Abschaltkriteriums stets auf den im Einlaufbereich der oberen bzw. unteren Anschlagposition an, so wird die Fen¬ sterscheibe stets vollständig geschlossen bzw. vollständig geöffnet.

Natürlich kann man einen höheren Anpaßungsgrad des Verfah¬ rens an die jeweils herrschenden Bedingungen erhalten, wenn das durch Messungen erstellte Kennfeld in Form einer Wertta¬ belle oder auch in Form mathematisch funktioneller Zusammen¬ hänge in der Mikroelektronik zur Verfügung gestellt wird.

Gemäß einer weiteren Erfindungsvariante ist vorgesehen, daß Abschaltkriterium zu generieren auf der Basis eines mit der Verstellkraft korrelierten Meßwertes vor der ersten Berüh¬ rung zwischen Dichtung und Scheibenoberkante und eines Meßwerts, der unmittelbar nach dem Einlauf der Scheibenober¬ kante in die Dichtung ermittelt wurde. Dabei sollte der Dichtungsbereich nicht mehr als 50% durchfahren sein. In

jedem Fall ist sicherzustellen, daß die Signalauswertung und Generierung des Abschaltkriteriums hinreichend schnell erfolgen. Der Vorteil der soeben beschriebenen Variante besteht darin, daß in die Berechnung sowohl die Gleiteigen¬ schaften der Fensterscheibe als auch die Dichtungseigen¬ schaften eingehen.

Falls das Durchqueren des Dichtungsbereichs ausreichend Zeit für mehrere Messungen innerhalb der Dichtungen bietet, so kann dadurch auch auf sich ändernde Bedingungen inner¬ halb der Dichtung eingegangen werden.

Besonders vorteilhaft anwendbar ist die Erfindung auf elektrisch gesteuerte Fensterheber mit Einklemmschutzerken¬ nung, weil hier bereits sämtliche Voraussetzungen für die Signalerfassung und Signalauswertung gegeben sind. Bei Verwendung eines elekro otorischen Antriebs kann zum Bei¬ spiel mittels eines Hallsensors in einfacher Weise die Periodendauer als Korrelationsgröße für die Verstellkraft verwendet werden, da das Motorkennfeld einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment aufweist. Ebenso könnten Meßwerte des elektrischen Stroms diesen Zweck erfüllen.

Analog zur voranbeschriebenen Erfindungsvariante zum Schlie¬ ßen der Fensterscheibe kann das Verfahren auch zum Anfahren des unteren Anschlags angewandt werden. Dazu sind Mittel vorzusehen, die mit der Fensterscheibe noch vor dem Errei¬ chen der Anschlagposition in Kontakt treten und eine Verrin¬ gerung der Motordrehzahl - und somit eine Erhöhung der Periodendauer - bewirken. In einfacher Weise lassen sich solche Mittel zur Erzeugung lokaler Schwergängigkeiten als Federelemente oder elastische Dämpfungselemente ausbilden. Im zuletzt genannten Fall (elastischer Dämpfungselemente)

beginnt der Einlaufbereich also erst mit Berührung des Dämpfungselements und endet nach einem weiteren Verstellweg des Verstellsystems, der eine elastische Deformation des Dämpfungselements bewirkt.

An dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Eigenelastizität mancher Verstellsysteme, insbesondere von Ar fensterhebern, so groß ist, daß zum Anfahren von An¬ schlagpositionen keine zusätzlichen Dämpfungselemente eingesetzt werden müssen. Der Einlaufbereich beginnt hier¬ bei mit dem Erreichen des Anschlags und endet nach einem weiteren Verstellweg des Verstellsystems, der eine elasti¬ sche Deformation des Verstellsystems bewirkt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, daß jeweils die in der Summe herrschenden Bedingungen in ihren Auswirkungen beim Anfahren der Anschlagpositionen derart Berücksichtigung finden, daß die Verstellkraft in gerade ausreichener Größe zur Verfügung gestellt wird. Hierdurch werden unerwünschte Überschußkräfte minimiert.

Angesichts der Möglichkeit des Auftretens von Unterschieden von zum Teil erheblich mehr als 100% bezüglich der verfügba¬ ren Verstellkraft im Vergleich zweier Verstellsysteme gleichen Typs, ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Überschußkraftbegrenzung offensichtlich auch Möglichkeiten für konstruktive Verbesserungen, die beispielsweise auf Gewichtsersparnis gerichtet sein können.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels für einen Fensterheber und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Schnittdarstellung einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs mit einer Dichtung für die Scheibenoberkante;

Figur 2 Schematische Darstellung der Änderung der auf die Fensterscheibe wirkenden Kraft in Abhängigkeit ihrer Position;

Figur 3 Schnittdarstellung einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs mit einer Führungsschie¬ ne und einem unteren Anschlag mit seitlich angeodnetem Reibelement;

Figur 4 Schnittdarstellung einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs mit einer Führungsschie¬ ne und einem unteren Anschlag aus elasti¬ schem Material mit relativ großer (elasti¬ scher) Defor ierbarkeit.

Die schematische Darstellung von Figur 1 soll insbesondere die Begriffsinhalte bezüglich des Dichtungsbereichs/Schließ- bereichs 3 und des Dichtungseinlaufbereichs 4 veranschauli¬ chen. Gemäß dieser Darstellung befindet sich die Fenster¬ scheibe 1 mit ihrer Schließkante unmittelbar am Beginn des Dichtungsbereichs 3, jedoch ohne die Dichtung 2 bereits berührt zu haben. Der erfindungsgemäße Dichtungseinlauf 4, in dem wenigstens ein mit der Verstellkraft der Fenster¬ scheibe korrelierter Meßwert ermittelt wird, beginnt etwa in einem Abstand von der Dichtung 2, der circa 25% bis 50% der Ausdehnung des Dichtungsbereichs 3 entspricht, und endet in Höhe des mechanischen Anschlags 20.

Wenn die Schließkante der Fensterscheibe 1 den inneren Anschlag 20 der Dichtung 2 erreicht, gilt der Schließvor¬ gang grundsätzlich als abgeschlossen. Im allgemeinen ist es jedoch vorteilhaft, den elektromotorischen Antrieb noch etwas weiter zu betrieben, um das Verstellsystem geringfü¬ gig zu verspannen. Dies bringt eine zusätzliche Sicherheit für das korrekte und dauerhafte Erreichen der angesteuerten Anschlagposition. Beschleunigungen entlang der Verstellach- se können dann nicht zu Relativbewegungen des Verstellob¬ jekts und den damit verbundenen Geräuschen führen. Unnötig große Verspannungen des Systems sind durch eine geeignete Auswahl/Festlegung/Berechnung des Betrags des Abschaltkrite- riu s zu vermeiden.

Anhand der schematischen Darstellung von Figur 2 soll ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsprinzips näher erläutert werden. Auf der Absisse sind die Periodendauer T (in Milli¬ sekunden) der Antriebswelle beziehungsweise die Verstell¬ kraft F (in Newton) aufgetragen. Die Ordinate gibt die Position der Fensterscheibe (1) zwischen dem völlig geöffne¬ ten Zustand AUF und dem völligen Zustand ZU an, dem der Dichtungsbereich 3 vorgelagert ist.

Die dargestellte Kurve zeigt den prinzipiellen Verlauf der Verschiebekraft F und der Periodendauer T während des Verschiebevorgangs der Fensterscheibe 1. Im allgemeinen steigen die Verschiebekräfte aufgrund leicht zunehmender Reibung in dem seitlichen Führungselementen etwas an, was zu einer entsprechenden Reduzierung der Motordrehzahl und somit zur Erhöhung der Periodendauer T führt.

Gemäß des vorliegenden Beispiels beträgt die Periodendauer bei Erreichen des Dichtungsbereichs 3 im Punkt 10 50ms. Dieser Meßwert dient als Basis zur Generierung des Abschalt¬ kriteriums, in dem der Meßwert um einen bestimmten Betrag erhöht wird. Die Erhöhung kann nach einer der eingangs beschriebenen Methoden erfolgen, zum Beispiel durch Multi¬ plikation mit einem Faktor aus einer Wertetabelle, die im Mikrocomputer abliegt. In diesem Fall besitzt der Erhöhungs¬ faktor den Wert "1,7". Somit ergibt sich für das Abschalt¬ kriterium der Wert 50ms x 1,7 = 85 ms, das heißt, der Antrieb wird abgeschaltet sobald die Sensorik/Elektronik ein Überschreiten der Periodendauer T = 85 ms erkennt.

Im Punkt 11 erreicht die Schließkante der Fensterscheibe 1 den Anschlag 20 der Dichtung 2 mit einer Verschiebekraft Fτ_. Da in diesem Punkt 11 die Periodendauer mit T = 70 ms noch unterhalb des Abschaltkriteriums von T = 85 ms liegt, kommt es nun zu einem Kraftaufbau bis F = F\j . Die Über¬ schußkraft, die sich aus der Differenz von Fy - Fη_ ergibt, bleibt jedoch sehr gering, da schon kurz nach dem Erreichen der Schließposition der Antrieb stillgesetzt wird.

Ohne die erfindungsgemäße Überschußkraftbegrenzung würde der Motor die Verschiebekraft F bis zum Punkt 13 mit einer Kraft Füü steigern, wenn man annimmt, daß der Motor sein maximales Drehmoment in diesem Punkt 13 erreicht hat. Die Überschußkraft ergibt sich als Differenz von Füü ~ ^F l • ^S:Le beträgt ein Vielfaches der erfindungsgemäß begrenzten Überschußkraft.

In Analogie zum Anfahren der beschriebenen Schließposition eignet sich das Verfahren auch zum Anfahren der Position des Aggregats (z.B. Fensterheber, Schiebedach), in der die

größtmögliche Öffnung erreicht wird. Dies geschieht beim Erreichen der unteren Anschlagposition.

Figur 3 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstel¬ lung den Ausschnitt einer Führungsschiene 5 eines Seilfen- sterhebers, entlang welcher eine Fensterscheibe 1 verschieb¬ bar geführt ist. Eine winklige Umstellung der Führungsschie¬ ne 5 bildet den Anschlag 50, dem ein Reibelement in Form einer Feder 6 und ein elastisches Dämpfungselement 7, z.B. aus Gummi, zugeordnet sind. Beim Anfahren des unteren Anschlags 50 trifft die Scheibenunterkante lb zunächst auf die Feder 6, die dem nach der Verstellachse 100 ausgerichte¬ ten Anschlag 5 sowie dem Dämpfungselement 7 vorgelagert ist und sich am seitlichen Schenkel der Führungsschiene 5 abstützt.

Der dem Einlaufbereich 4 gemäß Figur 1 (zum Anfahren der Schließposition einer Fensterscheibe) analoge Einlaufbe¬ reich 4' ist für das Ausführungsbeispiel von Figur 3 derart definiert, daß er mit der ersten Berührung der Scheibenun¬ terkante lb mit der Feder 6 beginnt und mit der Berührung des Dämpfungselements 7 endet. Die Feder 6 bewirkt eine plötzliche und leicht sensierbare Schwergängigkeit der Fen¬ sterscheibe 1. Natürlich kann der Einlaufbereich 4' auch noch etwas nach oben ausgedehnt werden, so daß sein Beginn oberhalb der Feder 6 liegt und Informationen aus diesem Verstellbereich zur Ansteuerung der unteren Anschlagpositi¬ on mit herangezogen werden können.

Die Wahl eines großen Einlaufbereichs 4' ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zur Generierung eines Meßsignals zur Generierung des Abschaltkriteriums ein vergleichsweise langer Verstellweg zurückgelegt werden muß und/oder nach dem Abschaltbefehl für den Antrieb noch ein so starkes

Nachlaufen des Aggregats zu erwarten ist, daß eine hinrei¬ chende Begrenzung der Überschußkraft nicht sicher gewährlei¬ stet werden kann.

Figur 4 zeigt ein - im Vergleich zu Figur 3 - leicht abge¬ wandeltes Ausführungsbeispiel, das mit einem sehr kleinen Einlaufbereich 4'' auskommt. Der Einlaufbereich 4'' wird von einer Deformationszone des elastischen Dämpfungsele¬ ments gebildet, wobei der nichtdeformierte Zustand vom Dämpfungselement 7' und der deformierte Zustand vom Dämp¬ fungselement 7'' gezeigt wird. Derart kurze Einlaufbereiche 4'' sind problemlos anwendbar, wenn eine vergleichsweise dichte Signalfolge auf dem Verstellweg generiert wird und/oder eine hohe Eigenelastizität des Verstellsystems vorliegt.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die beschriebe¬ nen Federn und Dämpfungselemente auch im Bereich der Schei¬ benunterkante lb befestigt oder am (nicht dargestellten) Mitnehmer für die Fensterscheibe 1 angeordnet sein können.

Bezugszeichenliste

1 Fensterscheibe la Scheibenoberkante lb Scheibenunterkante

2 Dichtung

3 Dichtungsbereich/Schließbereich

4 Einlaufsbereich / Dichtungseinlaufsbereich 4' Einlaufbereich (unterer Anschlag der Fen¬ sterscheibe)

4'' Einlaufbereich (unterer Anschlag der Fen¬ sterscheibe)

5 Führungsschiene eines Seilfensterhebers

6 Reibelement/Federelement

7 elastischer Anschlag/elastisches Dämpfungs¬ element

7' elastischer Anschlag/elastisches Dämpfungs¬ element (undeformiert)

1 ' ' elastischer Anschlag/elastisches Dämpfungs- element (deformiert)

10 Punkt/Beginn des Dichtungseinlaufs

11 Punkt/Ende des Dichtungsbereichs

12 Punkt des Abschalten des Antriebs mit Über- schußkraftbegrenzung

13 Punkt des Abschaltens des Antriebs ohne Über- schußkraftbegrenzung

20 Anschlag am Ende des Dichtungsbereichs

50 starrer Anschlag

100 Verstellachse der Fensterscheibe

AUF Fensterscheibe völlig geöffnet

ZU Fensterscheibe völlig geschlossen

F _Q Kraft/Verschiebekraft im Punkt 10

F _i Kraft/notwendige Schließkraft

Fy Kraft/begrenzte Überschußkraft

F ü Kraft/maximale/unbegrenzte Überschußkraft