DE102005047905B4

DE102005047905B4 - Fahrzeugsitzanordnung mit mindestens einer elektrischen Verstellung

Info

Publication number: DE102005047905B4
Application number: DE102005047905A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. Gerding; Thomas Bethge; André Dohm
Original assignee: Faurecia Automotive GmbH
Current assignee: Faurecia Automotive GmbH
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2025-10-07
Also published as: DE102005047905A1; DE102005047905C5

Abstract

Fahrzeugsitzanordnung (1) mit mindestens einer elektrischen Verstellung, wobei die Fahrzeugsitzanordnung (1) aufweist:
einen permanentmagnet-erregten Gleichstrom-Motor (2) zur Verstellung mindestens einer Fahrzeugsitz-Komponente (6, 7, 8, 9), wobei der Gleichstrom-Motor (2) mindestens eine Wicklung (2.2), eine Permanentmagneteinheit (2.1) und Gleichstrom-Anschlüsse (e1, e2) zur Aufnahmen eines Motorstroms (I) aufweist, und
eine Steuereinrichtung (3) zur Steuerung oder Regelung des Gleichstrommotors (2), die in Abhängigkeit der einzustellenden Verstellgeschwindigkeit eine Gleichspannung (Ue) an die Gleichstrom-Anschlüsse (e1, e2) anlegt,
wobei die Steuereinrichtung (3) bei Vorliegen eines Schnellverstellungssignals (S1) den Gleichstrom-Motor (2) für eine Schnellverstellung der Fahrzeugsitz-Komponente (6, 7, 8, 9) ansteuert,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Kennlinienfeld (4) des Gleichstrommotors (2) mindestens einen Bereich (C) aufweist, in dem Motorströme (I) auftreten, die größer als eine zur Erhaltung der Magnetisierung der Permanent-Magneteinheit kritische Grenz-Stromstärke (I_krit) sind,
eine Strombegrenzungsschaltung (5) zur Begrenzung des durch die mindestens eine Wicklung (2.2) fließenden Motorstroms (I) auf die...

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugsitzanordnung mit mindestens einer elektrischen Verstellung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Zur Verstellung eines Fahrzeugsitzes bzw. einzelner Komponenten des Fahrzeugsitzes, z. B. der Rückenlehne, des Sitzkissens, der Kopfstütze oder des gesamten Sitzes bzw. Sitzrahmens werden insbesondere Gleichstrommotoren verwendet, die über eine Steuereinrichtung angesteuert werden.

Neben einer Komfortverstellung mit einer niedrigen Verstellgeschwindigkeit sind weiterhin Schnellverstellungen, insbesondere Easy-Entry-Verstellungen und Pre-Crash-Verstellungen bekannt, bei denen in der Regel eine höhere Verstellgeschwindigkeit eingestellt wird. Hierzu kann die Steuereinrichtung z. B. ein Schnellverstellungssignal von einer Betätigungseinrichtung oder ein Pre-Crash-Signal eines Sensors aufnehmen.

Permanent erregte Gleichstrommotoren weisen bei geringem Gewicht und geringen Herstellungskosten schon bei niedrigen Stromstärken hohe Leistungen auf. Sie werden in der Regel so ausgelegt, dass der beim Anfahren des Gleichstrommotors bei Anlegen einer hohen Spannung erreichte hohe Motorstrom nicht zu einer unzulässigen, irreversiblen Entmagnetisierung der Permanentmagnete führt. Bei permanent erregten Gleichstrommotoren ist die maximal in einer Baugröße unterbringbare Leistung durch die verwendeten Magnete und das maximal zulässige magnetische Feld begrenzt. Bei Überschreiten des kritischen Wertes des magnetischen Feldes kommt es zu einer irreversiblen Entmagnetisierung der Permanentmagnete.

Der kritische Betriebspunkt ist der Anlauf, da hier der höchste Strom, der sogenannte Blockstrom, fließt. Besonders kritisch ist dieser Betriebszustand bei niedrigen Temperaturen, da dann der Widerstand der Kupferwicklung am niedrigsten und der Strom und damit auch das Magnetfeld am höchsten sind. Aus diesen Randbedingungen ergibt sich für jede vorgegebene Motorgeometrie eine maximal realisierbare Leistung. Die Gleichstrommotoren werden in ihrem Aufbau entsprechend so konstruiert, dass beim Anfahren keine zu hohen Blockströme auftreten.

Der Regelbereich der permanent erregten Gleichstrommotoren bei Sitzverstellungen ist somit begrenzt. Somit werden zum Erreichen hoher Verstellgeschwindigkeiten für z. B. Easy-Entry-Verstellungen oder Pre-Crash-Verstellungen im Allgemeinen Gleichstrommotoren großer Baugröße eingesetzt, die für große Blockströme ausgelegt sind. Dementsprechend ergeben sich hohe Herstellungskosten und große Einbauvolumina.

Die DE 195 22 897 C2 , DE 199 61 799 A1 , DE 102 58 476 A1 , DE 195 02 306 A1 , DE 103 36 122 A1 , JP 11 311 057 A , DE 100 28 041 A1 zeigen verschiedene Fahrzeugsitzsysteme mit unterschiedlichen Verstellungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugsitzanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der relativ kostengünstig und mit geringem Aufwand eine schnelle Verstellung des Fahrzeugsitzes oder einer Fahrzeugsitz-Komponente erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Fahrzeugsitzanordnung nach Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.

Erfindungsgemäß ist der Gleichstrommotor somit derartig ausgelegt, dass bei einem Betrieb innerhalb der von der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellten Eingangsspannungen zunächst ein Bereich mit unzulässig hohen Motorströmen oberhalb des kritischen Grenzstroms auftritt. Dies be deutet, dass die Motorwicklung für die Dimensionierung des Motors und die Auslegung der Permanentmagneteinheit zunächst zu groß ausgelegt ist bzw. zu hohe Magnetfelder erzeugt. Erfindungsgemäß ist jedoch eine Strombegrenzungsschaltung zur Begrenzung des Motorstromes vorgesehen.

Vorteilhafterweise lässt sich die Motorauslegung in einem Kennlinienfeld darstellen, insbesondere bei Darstellung des Motorstroms in Abhängigkeit der Drehzahl, bei dem der unzulässige Bereich bei geringen Drehzahlen auftritt, wobei dieser Bereich durch die erfindungsgemäße Strombegrenzungsschaltung vermieden wird.

Dem liegt der erfindungsgemäße Gedanke zugrunde, nicht in herkömmlicher Weise einen Gleichstrommotor großvolumig derartig zu dimensionieren, dass er auch bei Auftreten des Blockstroms seine kritische Stromstärke und das hierdurch erreichte kritische Magnetfeld nicht überschreitet, sondern die Auslegung der Motorwicklung derartig vorzunehmen, dass diese bei den eingesetzten Permanentmagneten im Prinzip zunächst einen unzulässigen Betriebszustand zulässt, bei dem die irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete auftreten könnte. Indem erfindungsgemäß die Motorstromspeisung nur über die Strombegrenzungsschaltung zugelassen wird, kann dieser von der Auslegung her zunächst mögliche Zustand bzw. Bereich seines Kennlinienfeldes wiederum vermieden werden.

Durch diese überraschende Maßnahme eines unzulässig ausgelegten Motors mit zusätzlicher Strombegrenzungsschaltung kann mit überraschend geringem zusätzlichem Aufwand bei relativ kleiner Baugröße und gegebenem Permanentmagneten eine hohe Schnellverstellung erreicht werden. In einem Anfahrzustand wird zunächst der Blockstrom auf den kritischen Grenzstrom bzw. unterhalb des kritischen Grenzstroms begrenzt, so dass keine Entmagnetisierung der Permanentmagnete auftritt. Der nunmehr hochfahrende Motor erreicht nachfolgend eine Grenz-Drehzahl bzw. Grenz-Verstellgeschwindigkeit, ab der bzw. oberhalb von der gemäß seinem Kennlinienfeld der aufgenommene Motorstrom und das hierdurch erreichte Motor drehmoment abfallen. Die Strombegrenzungsschaltung ist somit beim nachfolgenden Hochfahren des Gleichstrommotors nicht mehr aktiv. Es tritt somit bei der weiteren Verstellung mit höheren Verstellgeschwindigkeiten bzw. Motordrehzahlen keine Begrenzung der möglichen Leistung auf. Somit führt die erfindungsgemäße Motorauslegung zu keiner nennenswerten Verlangsamung der Schnellverstellung gegenüber größer ausgelegten Motoren mit höheren kritischen Grenz-Stromstärken, da allenfalls in der kurzzeitigen Anfahrphase niedrigere Geschwindigkeiten erreicht werden.

Die Strombegrenzungsschaltung kann insbesondere in der Steuereinrichtung integriert sein; sie kann weiterhin auch im Gleichstrommotor integriert oder als weiteres Bauteil vorgesehen sein. Erfindungsgemäß kann auch die Steuereinrichtung bereits in den Gleichstrommotor integriert sein oder Teil der Steuereinrichtung für den ganzen Sitz sein.

Erfindungsgemäß ist auch die gleichzeitige Schnellverstellung mehrerer Sitzkomponenten möglich, z. B. eine Easy-Entry-Verstellung des Sitzrahmens und der Rückenlehne (und eventuell der Kopfstütze), eine Pre-Crash-Verstellung der Rückenlehne, der Kopfstütze und des Sitzkissens und eine Cargo-Verstellung der Rückenlehne, des Sitzkissens und gegebenenfalls des Sitzrahmens.

Die Steuereinrichtung kann z. B. Eingangsspannungen bis zur Versorgungsspannung des Bordnetzes, z. B. 12 V, bereitstellen. Das Kennlinienfeld bezieht sich hierbei auf den gesamten von der Steuereinrichtung ausgegebenen Spannungsbereich; im kritischen Anfahrbereich werden somit Spannungen bis z. B. zur Versorgungsspannung angelegt und der ausgegebene Strom begrenzt.

Die Regelung des Gleichstrommotors erfolgt hierbei erfindungsgemäß direkt über den Motorstrom bzw. Erregerstrom der Motorwicklungen, wobei Pulsweitenmodulation (PWM) eingesetzt werden kann.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sitz-Verstellanordnung mit Motor und Ansteuerung;
2 ein erfindungsgemäß vorgesehenes Kennlinienfeld zur Darstellung der erfindungsgemäßen Regelung;
3 einen Fahrzeugsitz bei Pre-Crash-Verstellung.
In einem Fahrzeugsitz 1 ist mindestens ein Gleichstrom-Motor 2 mit einer Permanentmagneteinrichtung 2.1 und mindestens einer Motorwicklung (Ankerwicklung) 2.2 zur Verstellung des gesamten Fahrzeugsitzes 1 oder Sitz-Komponenten, z. B. gemäß 3 der Rückenlehne 6, der Kopfstütze 9, des Sitzkissens 7 und/oder des Sitzrahmens 8 vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform weist der Gleichstrommotor 2 zwei Gleichstrom-Eingänge e1 und e2 auf. Eine Steuereinrichtung 3 dient der Steuerung oder Regelung des Gleichstrom-Motors 2, wobei die Steuereinrichtung 3 an die Versorgungsspannung Uv von z. B. 12 V und an Masse angeschlossen sein kann. Mindestens ein Signaleingang nimmt von einer weiteren Steuereinrichtung oder auch einer handbetätigten Bedieneinrichtung Steuersignale S1 auf. Stromausgänge a1 und a2 dienen der Ausgabe von Leistungsströmen in die DC-Eingänge e1 und e2 des Gleichstrommotors 2. Die Steuereinrichtung 3 kann grundsätzlich im Fahrzeugsitz 1 oder außerhalb angeordnet sein.
Bei der gezeigten Ausführungsform kann z. B. ein Richtungswechsel der durch den Gleichstrommotor 2 bewirkten Verstellung durch Umpolen an den Ausgangsanschlüssen a1 und a2 bewirkt werden. Die Verstellgeschwin digkeit des Motors 2 kann entsprechend durch Pulsweitenmodulation (PWM) des Gleichstroms I eingestellt werden. Die Steuereinrichtung 3 und der Gleichstrommotor 2 können einen geschlossenen Regelkreis bilden, wozu entsprechend zusätzlich Signalleitungen c von dem Gleichstrommotor 2 (bzw. einem eine Position oder Verstellung detektierenden Sensor) zu der Steuereinrichtung 3 verlaufen.
Erfindungsgemäß ist eine Strombegrenzungsschaltung 5 zur Begrenzung des Motorstroms I vorgesehen. Die Strombegrenzungsschaltung 5 kann hierbei in die Steuereinrichtung 3 integriert sein; weiterhin kann sie in den Eingangsteil des Gleichstrommotors 2 integriert oder als separates Bauteil zwischen der Steuereinrichtung 3 und dem Motor 2 vorgesehen sein. Die Strombegrenzung des Motorstroms I erfolgt gemäß nachfolgendem Diagramm der 2:
Erfindungsgemäß ist in dem Kennlinienfeld 4 der 2 der Motorstrom I gegen die Drehzahl n des Gleichstrommotors 2 aufgetragen. Bereits eine derartige Darstellung und Heranziehung zur Motorauslegung ist neu und Teil der Erfindung, da hierdurch das erfindungsgemäße Prinzip veranschaulicht wird. Da bei dem Gleichstrommotor 2 das erzeugte Motordrehmoment m proportional dem Magnetfeld und somit auch proportional dem Motorstrom I ist, stellt 2 entsprechend auch die Abhängigkeit des Motordrehmomentes m von der Motordrehzahl n dar. Das erreichbare Drehmoment m fällt mit zunehmender Drehzahl n, wobei sich die Gesamtleistung als Produkt des Motormomentes m und der Drehzahl n errechnet. Die gestrichelten Linien in 2 geben somit Kennlinien eines Motors bei verschiedenen Spannungen an. Erfindungsgemäß wird ein Gleichstrommotor 2 mit einer hohen Leistung ausgewählt, die durch die oberste gestrichelte Linie, die dem Betrieb bei maximaler Spannung entspricht, gekennzeichnet ist. Bei einem Betrieb in dem Kennlinienfeld unterhalb dieser obersten gestrichelten Linie wird somit entsprechend das Leistungsvermögen eines schwächeren Gleichstrommotors gefahren. Da erfindungsgemäß insbesondere PWM eingesetzt werden kann, können sich die eingezeichneten analogen Werte von I entsprechend als Mittelwerte bzw. durch die induktive Glättung der Pulse ergeben.
Erfindungsgemäß ist der Gleichstrommotor 2 derartig dimensioniert, dass sein in 2 gezeigtes Kennlinienfeld 4 einen Bereich C enthält, bei dem eine volle Bestromung zu einer unzulässigen Entmagnetisierung seiner Permanentmagnete 2.1 führen würde. In 2 ist zur Veranschaulichung eine kritische Stromstärke I_krit. eingezeichnet, oberhalb von der, d. h. bei I > I_krit, die unzulässige Entmagnetisierung der Permanentmagnete 2.1 irreversibel erfolgen würde und somit der Gleichstrommotor 2 zerstört wäre.
Erfindungsgemäß wird durch die Strombegrenzungsschaltung 5 der Motorstrom I somit unter den Wert I_krit. beschränkt. In dem Kennlinienfeld der 2 ergeben sich somit drei Bereiche: bei niedrigen Motordrehzahlen n (bis zu einem als solchem nicht relevanten Wert ng) ein Bereich A, der nach oben durch I < I_krit begrenzt ist, ein sich zu höheren Drehzahlen n anschließender Bereich B, der nach oben durch die Motorkennlinie begrenzt ist, und der apparativ mögliche, aber durch die Strombegrenzungseinrichtung 5 ausgeschlossene Bereich C.
Bei einer Schnellverstellung des gesamten Fahrzeugsitzes 1 oder einer Sitzkomponente, z. B. der Rückenlehne 6, Kopfstütze 9, Sitzkissen 7 und/oder Sitzrahmen 8 aufgrund eines Eingangssignals S1 wird bei einer Bestromung der Motorwicklung 2.2 somit zunächst der Motorstrom I gemäß der eingezeichneten Linie auf I < I_krit. begrenzt, bis der anfahrende Gleichstrommotor 2 die Drehzahl ng erreicht. Nachfolgend fällt der Motorstrom I entlang der obersten gestrichelten Kennlinie ab. Verstellungen können grundsätzlich in beide Richtungen, z. B. auch bei einer Rück-Verstellung erreicht werden, so dass das Kennlinienfeld 4 grundsätzlich bei beiden Polaritäten relevant ist. Bei einer Pre-Crash-Verstellung ist jedoch im Allgemeinen nur die Polarität der Vorwärtsverstellung relevant, da die Rückverstellung langsamer erfolgt.
3a, b zeigt beispielhaft die Verstellung von einer Gebrauchsposition a in eine Pre-Crash-Stellung b.
Der Gleichstrommotor 2 ist ergänzend auch für die Komfortverstellung vorgesehen, wobei geringere Verstellgeschwindigkeiten gefahren werden und in 2 somit niedrigere Kennlinien relevant sind.

Claims

Fahrzeugsitzanordnung (1) mit mindestens einer elektrischen Verstellung, wobei die Fahrzeugsitzanordnung (1) aufweist: einen permanentmagnet-erregten Gleichstrom-Motor (2) zur Verstellung mindestens einer Fahrzeugsitz-Komponente (6, 7, 8, 9), wobei der Gleichstrom-Motor (2) mindestens eine Wicklung (2.2), eine Permanentmagneteinheit (2.1) und Gleichstrom-Anschlüsse (e1, e2) zur Aufnahmen eines Motorstroms (I) aufweist, und eine Steuereinrichtung (3) zur Steuerung oder Regelung des Gleichstrommotors (2), die in Abhängigkeit der einzustellenden Verstellgeschwindigkeit eine Gleichspannung (Ue) an die Gleichstrom-Anschlüsse (e1, e2) anlegt, wobei die Steuereinrichtung (3) bei Vorliegen eines Schnellverstellungssignals (S1) den Gleichstrom-Motor (2) für eine Schnellverstellung der Fahrzeugsitz-Komponente (6, 7, 8, 9) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennlinienfeld (4) des Gleichstrommotors (2) mindestens einen Bereich (C) aufweist, in dem Motorströme (I) auftreten, die größer als eine zur Erhaltung der Magnetisierung der Permanent-Magneteinheit kritische Grenz-Stromstärke (I_krit) sind, eine Strombegrenzungsschaltung (5) zur Begrenzung des durch die mindestens eine Wicklung (2.2) fließenden Motorstroms (I) auf die kritische Grenz-Stromstärke (I_krit) oder unterhalb der kritischen Grenz-Stromstärke (I_krit) vorgesehen ist, und der unzulässige Bereich (C) bei hohem Motordrehmoment (m) auftritt.
Fahrzeugsitzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unzulässige Bereich (C) bei geringen Motordrehzahlen (n) auftritt.
Fahrzeugsitzanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der unzulässige Bereich (C) bei einem Anfahrvorgang des Gleichstrommotors (2) bei der Schnellverstellung relevant ist und durch die Strombegrenzungsschaltung (5) ausgeschlossen wird.
Fahrzeugsitzanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (2) in dem Anfahrvorgang mit einem konstanten Motorstrom (I) unterhalb der Grenz-Stromstärke (I_krit) betrieben wird bis zum Erreichen einer Grenz-Drehzahl (ng), oberhalb von der der Motorstrom (I) im Kennlinienfeld unterhalb der Grenz-Stromstärke (I_krit) verläuft.
Fahrzeugsitzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (2) in einer Komfort-Verstellung mit einer niedrigen Komfortgeschwindigkeit und geringem Motorstrom (I) und bei Vorliegen des Schnellverstellungssignals (S1) in der Schnellverstellung mit der höheren Schnellverstellungsgeschwindigkeit und dem hohem Motorstrom (I) betrieben wird.
Fahrzeugsitzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl (n) durch eine Regelung über Pulsweitenmodulation (PWM) eingestellt wird.
Fahrzeugsitzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schnellverstellung eine oder mehrere der folgenden Verstellungen einstellbar sind: Easy-Entry-Verstellung, Pre-Crash-Verstellung, Kopfstützenverstellung, Cargo-Verstellung.
Fahrzeugsitzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Gleichstrommotoren (2) zur Verstellung mindestens einer der folgenden Komponenten vorgesehen ist: Längsverstellung des Sitzrahmens (8), Klappung oder Schwenkung der Rückenlehne (6), Verstellung des Sitzkissens (7) gegenüber dem Sitzrahmen, Höhenverstellung der Kopfstütze (9).
Fahrzeugsitzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gleichstrommotoren (2) bei Vorliegen des Schnellverstellungssignals (S1) gleichzeitig mit hohen Schnellverstellungsgeschwindigkeiten betrieben werden.
Fahrzeugsitzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) in den Gleichstrommotor (2) integriert ist.
Fahrzeugsitzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) in eine andere Steuereinrichtung, z. B. die zentrale Steuereinrichtung des Fahrzeugsitzes (1), integriert ist.