DE102007036538A1

DE102007036538A1 - Verstellvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für Kraftfahrzeugsitze, Verfahren zum Betrieb einer derartigen Verstellvorrichtung und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE102007036538A1
Application number: DE102007036538A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. Beneker; Stefan Lingnau; Michael Reimann
Original assignee: C Rob Hammerstein GmbH
Current assignee: Adient Luxembourg Holding SARL
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2008-04-24
Also published as: US20080094194A1; US7679496B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verstellvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines Kraftfahrzeugsitzes und/oder einer verstellbaren Lenksäule. Die Verstellvorrichtung weist einen elektrische Aktuator (28) auf, welcher insbesondere als Elektromotor ausgebildet ist. Der elektrische Aktuator (28) hat Anschlüsse (26), an die während eines Stellvorgangs eine elektrische Stellspannung angelegt wird. An die Anschlüsse (26) wird gleichzeitig oder nicht gleichzeitig mit der Stellspannung wahlweise eine Signalspannung angelegt, die eine Wechselspannung ist und die den Stellantrieb zu einer fühlbaren und/oder hörbaren Stellbewegung veranlasst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Verstelleinrichtung hat mindestens einen elektrischen Aktuator, der Anschlüsse für eine Spannungsversorgung aufweist. Sie hat weiterhin eine Spannungsquelle, ein Steuergerät und eine Leistungsstufe. Das Steuergerät steuert die Leistungsstufe, die Leistungsstufe ist zwischen Spannungsquelle und Aktuator angeordnet. Beispiele für derartige Verstellvorrichtungen sind motorische Antriebseinheiten zur mechanischen Verstellung in Rückspiegeln, Lenksäulen, Fensterhebern, Antennenmotoren und insbesondere in Fahrzeugsitzen. Verstellvorrichtungen der hier in Rede stehenden Art sind beispielsweise bekannt aus DE 199 47 500 A1 , DE 10 2004 031 573 B3 , US 5 969 919 A und US 5 552 684 A .
Die Leistungsstufe ist üblicherweise mit steuerbaren Halbleiterventilen bestückt, beispielsweise mit einer Halbbrücke oder einer Vollbrücke. Ein einziger Leistungstransistor ist grundsätzlich ausreichend. Üblicherweise werden Feldeffekttransistoren eingesetzt.
Ausgehend von der vorbekannten Verstellvorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich und den Verwendungsbereich dieser vorbekannten Verstellvorrichtung zu erweitern. Dabei sollen ihr zusätzliche Funktionen zugeordnet werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach dem Anspruch 1 und die Verwendung nach dem Anspruch ... und die Vorrichtung nach dem Anspruch .....
Der Verstellantrieb behält seine Funktionen und Eigenschaften, die er nach dem Stand der Technik hat, bei. Seine eigentliche Aufgabe, also seine Primärfunktion, ist die Verstellfunktion. Diese wird beibehalten. Hinzu kommt eine zweite Funktion, auch Sekundärfunktion genannt. Dabei ist keine Hierarchie zwischen sekundär und primär gegeben. Nach der Sekundärfunktion hat der Stellantrieb die Funktion eines Signalgebers, er kann unterschiedliche Signale abgeben. Diese können fühlbar und/oder hörbar sein, was im Wesentlichen vom Frequenzbereich abhängt.
Für die Sekundärfunktion wird der Stellantrieb zu kurzen Bewegungen veranlasst, diese werden gesteuert durch die Signalspannung im Steuergerät. Sie sind in ihrer Amplitude, ihrem Signal-/Pausenverhältnis und in ihrer Frequenz bzw. ihren Frequenzen frei wählbar. Dabei sollen Frequenz und Amplitude so gewählt werden, dass ein Benutzer die Ansteuerung des Aktuators durch die Signalspannung fühlt und/oder hört. Die Primärfunktion kann gleichzeitig oder nicht gleichzeitig mit der Sekundärfunktion durchgeführt werden, beide sind grundsätzlich voneinander unabhängig.
Durch die Erfindung wird somit eine Weiterbildung und zusätzliche Verwendung der Verstellvorrichtung möglich. Das Signal kann für unterschiedliche Anwendungen benutzt werden, beispielsweise als Warnsignal, als akustische Verbesserung des Geräuschs des Verstellvorgangs, also akustisches Tuning, und als fühlbare und/oder hörbare Information über den Verstellvorgang, beispielsweise wenn dieser seine Endbereiche erreicht und/oder wenn eine gewisse Wegstrecke der Verstellbewegung zurückgelegt ist.
Vorrichtungsmäßig lässt sich die Erfindung relativ einfach durchführen. Der Aktuator kann beibehalten werden, ebenso die Spannungsquelle und die Leistungseinheit. Lediglich in die Steuereinheit, die als solche aus dem Stand der Technik übernommen werden kann, wird etwas hinzugefügt, nämlich die Signalquelle, gegebenenfalls ein Addierer und entsprechende Steuerbefehle im ohnehin schon vorhandenen Mikroprozessor der Steuereinheit. Diese Steuerbefehle sind für die gewünschte Ansteuerung der nun zusätzlichen Möglichkeiten der Verstellvorrichtung zuständig.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen An sprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser Zeichnung zeigen:
1: Ein Schaltbild einer Verstellvorrichtung nach einer ersten Ausführung der Erfindung,
2: eine Darstellung wie 1, jedoch nun für eine zweite Ausführung und
3: eine Darstellung wie 1, jedoch nun für eine dritte Ausführung.
Eine Spannungsquelle 20, die hier als übliche Batterie des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, ist über einen Vorwiderstand 22, auch Shunt I genannt, mit einer Leistungseinheit 24 verbunden, die hier als H-Brücke ausgeführt ist. Derartige Leistungseinheiten werden beispielsweise von den Firmen STMicroelectronics, Genf, Schweiz und INT Rectifier Inc., Al Segundo CA, USA angeboten. Die Leistungseinheit weist mindestens einen Leistungstransistor auf, im gezeigten Fall weist sie vier Leistungstransistoren auf, die als FETs ausgebildet sind. Die Leistungseinheit 24 wiederum ist über Anschlüsse 26 eines Aktuators mit einem Aktuator 28, in den Figuren als Elektromotor dargestellt und mit dem Buchstaben M bezeichnet, verbunden. Die bisher beschriebenen elektrischen Verbindungen erfolgen über eine Leitung 30, die in der Zeichnung als dicker Strich dargestellt ist. Über sie fließt beispielsweise ein Strom von 30 A.
Die mechanischen Teile der Verstellvorrichtung, die von dem Aktuator 28 angetrieben werden, sind beispielhaft dargestellt durch einen Kraftfahrzeugsitz 31, der z.B. in Längsrichtung, in der Sitzhöhe und der Neigung seiner Rückenlehne nach dem Stand der Technik verstellbar ist. Derartige mechanische Teile der Verstellvorrichtung sind bekannt und werden durch die Erfindung nicht verändert. Mit der Ausgangswelle des Aktuators 28 ist ein Drehsensor 32, beispielsweise ein Drehwinkelsensor, mechanisch gekoppelt.
Die Leistungseinheit 24 ist über eine Steuerleitung 34 mit einer Steuereinheit 36 verbunden. Sie ist in den Ausführungsbeispielen durch einen Mikroprozessor 38 realisiert, der auch kenntlich gemacht ist durch μC. In ihm ist ein Steuerpro gramm gespeichert, dieses Steuerprogramm wird in Abhängigkeit von Eingaben, die über einen Bus 39 erfolgen und/oder über ein Bedienfeld 40 gemacht werden, aufgerufen und abgearbeitet. Andere Realisierungen der Steuereinheit 36 sind möglich.
Die Leistungseinheit 24 weist einen Logikkreis 42 auf, der der direkten Ansteuerung der Leistungseinheit 24 dient und über zwei Leitungen, nämlich eine Leitung DIR für die Richtungssteuerung und eine Leitung PWM für das Modulationssignal, mit dem Mikroprozessor 38 verbunden ist. Der Logikkreis 42 ist vorzugsweise mit der Leistungseinheit 24 zusammen auf einem Chip angeordnet.
Im Mikroprozessor 38 ist ein Umschalter 44 mit zwei einzelnen Wechselschaltern realisiert, der es gestattet, wahlweise zwischen der Primärfunktion und der Sekundärfunktion, also der Verstellfunktion und der Signalisierfunktion, umzuschalten. Im konkret dargestellten Schaltzustand ist er in der Primärfunktion, also Verstellfunktion. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 kann entweder die Primärfunktion oder die Sekundärfunktion durchgeführt werden. Der Umschalter 44 ist mit dem Logikkreis 42 über die beschriebenen zwei Leitungen verbunden.
Über den Shunt 22 wird in bekannter Weise der in der Leitung 30 fließende Strom erfasst, hierzu ist der Shunt 22 mit einer Verbindungsleitung mit der Steuereinheit 36 verbunden. Im konkreten Fall ist kein separater Shunt 22 vorgesehen, vielmehr wird der Restwiderstand der Leistungshalbleiter benutzt.
Über eine Sensorleitung 46 ist der Drehsensor 32 mit einem PID-Regler 48 im Mikroprozessor 38 verbunden, dieser wiederum steuert die in Pulsweite eines pulsweitenmodulierbaren Rechteckgenerators 50 (PWM).
Die bisher beschriebenen Teile stellen bis auf den Umschalter 44 eine Verstellvorrichtung nach dem Stand der Technik dar.
Im Folgenden werden nun die Teile und Funktionen beschrieben, die durch die Erfindung zusätzlich hinzukommen:
Im Mikroprozessor 38 ist ein Signalgenerator 52 vorgesehen, der mindestens eine Signalspannung unterschiedlicher Frequenz, Wellenform, zeitlicher Abfolge und Amplitude erzeugen kann. Hieraus wird über den Logikkreis 42 und die Leistungseinheit 24 eine Wechselspannung erzeugt, die an den Anschlüssen 26 anliegt. Diese Wechselspannung führt zu einer hin- und hergehenden Bewegung im Aktuator 28. Diese Bewegung ist für einen Benutzer spürbar und/oder hörbar, beispielsweise am Lenkrad und/oder Fahrzeugsitz. Es kann sich beispielsweise um eine niederfrequente Hin- und Herbewegung handeln, die vom Benutzer des Kraftfahrzeugs als wackelnde Bewegung empfunden wird. Es kann sich um eine höherfrequente Hin- und Herbewegung handeln, die weniger spürbar, aber als Ton hörbar ist. Dabei können unterschiedliche Frequenzen zusammen abgegeben werden, überlagert werden, beliebige Amplitudenverläufe dargestellt werden, beliebige Pausen vorgesehen werden. Die Frequenz kann beliebig in der Zeit geändert werden.
Wie 1 zeigt, ist der Signalgenerator 52, wenn der Umschalter 44 aus der gezeigten Position in die andere Stellung geschaltet ist, mit dem Eingang DIR des Logikkreises 42 verbunden. Dieser Eingang ist für die Umschaltung des Vorzeichens der Spannung und damit für die Richtung der mechanischen Bewegung des Aktuators 28 zuständig. Der andere Eingang des Logikkreises 42, nämlich der Eingang PWM, also der Eingang für das Modulationssignal, ist auf eine logische 1, siehe Kasten 54, gelegt. Dadurch erhält der Logikkreis 42 die Anweisung, immer mit voller Amplitude zu schalten. Es ist möglich, hier andere Steuersignale zu verwenden, die eine Abstufung der Amplitude liefern, oder zu modulieren, z.B. PMW. Auf diese Weise sind leise und laute Signale möglich.
Am Mikroprozessor 38 ist noch ein Eingang 56 vorgesehen, dort kann eine von außen gelieferte Steuerspannung eingespeist werden. Eine solche Steuerspannung kann beispielsweise von einer externen Spielkonsole, einem Computer, einem Radiogerät (alle nicht dargestellt) oder dergleichen erfolgen. Über die Steuerspannung kann dann im Takt der gelieferten Signale, beispielsweise von Musik, eine Bewegung des Aktuators 28 erfolgen.
Der Mikroprozessor 38 hat einen Speicher 66, dort ist u.a. ein Programm für den Mikroprozessor abgespeichert. Es enthält auch Anweisungen für die Auslösung und Erzeugung der erfindungsgemäßen Signale.
In der Ausbildung nach 2 sind die bislang beschriebenen Teile ungeändert bis auf den Mikroprozessor 38. Nunmehr ist der Umschalter 44 entfallen, der Rechteckgenerator 50 ist unmittelbar an den Eingang PWM (Pulsweitenmodulation) des Logikkreises 42 angeschlossen. Am Eingang des Rechteckgenerators 50, gekennzeichnet WIDTH, liegt der Ausgang einer Summierschaltung 58 an, die zwei Eingänge hat. Der eine Eingang ist dem PID-Regler 48 zugeordnet. Wäre nur dieser vorhanden, wobei sein Ausgang auch unmittelbar an den Eingang des Rechteckgenerators 50 angeschlossen werden könnte, hätte man eine Verstellvorrichtung nach dem Stand der Technik. Nun aber ist am zweiten Eingang der Summierschaltung 58 ein Signalgenerator 52 angeschlossen, der im gezeigten Fall eine Sinusspannung liefert. Über nicht dargestellte, im Mikroprozessor 38 realisierte Steuervorrichtungen kann dieser Signalgenerator 52 beliebig gesteuert werden, also wiederum in Frequenz(en), Amplitude, Pausenverhältnis usw.. Insbesondere kann er auch ausgeschaltet werden, wenn kein erfindungsgemäßes Siganl gewünscht wird. Ebenso kann der Mikroprozessor 38 seinen Regler 48 ansteuern, der nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn eine Verstellung durch die Verstellvorrichtung gewünscht, z.B. vom Bedienfeld 40 bzw. einer anderen Eingabeeinheit (z.B. Memoryeinrichtung und über den Bus 39) gefordert wird. Es liegt also nur dann an mindestens einem der beiden Eingänge der Summierschaltung 58 eine Nachricht an, wenn dies vom Mikroprozessor 38 so angesteuert und vorgesehen ist. Aufgrund der Summierschaltung 58 kann gleichzeitig ein Verstellvorgang erfolgen und mindestens ein erfindungsgemäßes Signal abgegeben werden, wenn beide Eingänge der Summierschaltung 58 aktiv sind. Es kann aber auch jeder Eingang allein für sich aktiv sein und auch nicht aktiv sein.
Die Anordnung gemäß 3 schließlich ermöglicht es, bei stillstehendem Verstellantrieb ein Tonsignal mit einer beliebigen Hörkurve zu erzeugen, z.B. eine Art Glockenton. Es ist wiederum, wie in der Ausführung nach 1, ein Umschalter 44 vorgesehen, der nun aber mit der DIR Steuerleitung direkt mit dem Logikkreis 42 verbunden ist, während in der anderen Steuerleitung der Rechteckgenerator 50 angeordnet ist. Der für die Polarität zuständige Schalter des Umschalters 44, der untere Schalter, ist entweder mit dem Ausgang des PID-Reglers 48 (wie dargestellt) oder mit dem Ausgang des Signalgenerators 52, verbunden über ein Vorzeichenmodul 60, dass das Vorzeichen der Signalspannung des Signalgenerators 52 berechnet, verbunden. Der obere Schalter ist entweder mit dem Steuersignal für Vorwärts-Rückwärts bzw. Links-Rechtslauf CW/CCW verbunden (wie dargestellt), oder mit dem Ausgang des Signalgenera tors 52 über eine Schaltstufe 62 zur Berechnung des Absolutbetrages der vom Signalgenerator 52 gelieferten Spannung.
In der dargestellten Schaltstellung ist allein die Primärfunktion aktiv. Wird der Umschalter umgeschaltet, ist allein die Sekundärfunktion aktiv.
Folgende Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich mit der Verstellvorrichtung nach der Erfindung:

1. Es ist eine akustische Abstimmung, ein so genanntes Sounddesign, möglich, dies insbesondere im hörbaren Bereich. Es können beispielsweise störende Töne maskiert werden, beispielsweise höherfrequente Anteile des normalen Betriebsgeräusches durch niederfrequente Anteile überdeckt werden. Dabei kann man gezielt das Hörvermögen eines Menschen nutzen, wie dies beispielsweise auch bei der Komprimierungstechnik MPEG geschieht. Man kann als störend empfundene Geräusche, die der Verstellantrieb selbst liefert, durch zusätzliche akustische Signale so als Gesamtsignal darbieten, dass der Mensch subjektiv das Gesamtsignal als angenehmer empfindet als das normale Arbeitsgeräusch des Verstellantriebs selbst. Dies kann auch in einzelnen Betriebsphasen, beispielsweise auf dem Hinweg und auf Teilstrecken des Hinwegs anders sein als auf dem Rückweg der Verstellvorrichtung. Zudem kann das Verstellgeräusch überlagert werden durch ein Lied, besondere Geräusche, die das Erreichen einer Position anzeigen, einen anschwellenden oder abschwellenden, ansteigenden oder absteigenden Ton usw. Es kann auch ein bewusstes Hinzufügen von bestimmten Frequenzanteilen erfolgen, um ein einheitliches Klangbilder für alle Verstellwege unterschiedlicher Verstellvorrichtungen zu erreichen. Auf diese Weise werden also die Betriebsgeräusche verbessert und harmonisiert. Es kann eine Rückkopplung über das Signal erfolgen, um dem Benutzer eine bessere Information über den aktuellen Zustand der Verstellvorrichtung zu geben. Dies kann auch beispielsweise eine Überlast sein, die signalisiert wird, eine Blockage des Stellantriebs bedingt durch mechanische Gegenstände, beispielsweise ein Gepäckstück usw. Das Signal kann auch kurz vor Erreichen eines Endanschlags gegeben werden, beispielsweise als das Signal „PING".
2. Es ist ein Vibrationsdesign möglich, es können also fühlbare Schwingungen konkret gesteuert ausgelöst werden. Dies kann zu einem Vibrationsalarm bei kritischen Fahrsituationen genutzt werden. Dadurch wird der heutzutage verloren gegangene, fühlbare Kontakt zur Fahrbahn wieder hergestellt. Es wird aber auch der Alarm an der Stelle möglich, an der der Benutzer unmittelbar reagieren muss. Dies ist z.B. nicht der Fall bei einer einfachen Hupe, die ausgelöst wird, wenn der Fahrer einschläft. Erfindungsgemäß ist es möglich, in einem derartigen Fall das Lenkrad wackeln zu lassen, so dass der Benutzer eine unmittelbare Rückkopplung erfährt. Es ist aber auch eine haptische Rückkopplung möglich, indem z.B. ein Rastgefühl beim Verstellen der Verstellvorrichtung durch das Signal erfolgt, dies ist ähnlich wie bei hochwertigen Lautstärkereglern in HiFi-Geräten.
3. Schließlich ist eine Fremdsteuerung möglich, indem Vibration und Töne durch Ansteuerung von fremden Signalquellen erfolgen. In diesem Fall ist der Signalgenerator also außerhalb des Mikroprozessors 38 und wird durch ein Radio, eine Playstation, einen Computer, Simulator oder dergleichen gebildet. Hierfür ist der Eingang 56 vorgesehen.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Verstellvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines Kraftfahrzeugsitzes und/oder einer verstellbaren Lenksäulen, wobei die Verstellvorrichtung einen elektrischen Aktuator (28) aufweist, welcher insbesondere als Elektromotor ausgebildet ist und wobei der elektrische Aktuator (28) Anschlüsse (26) hat, an die während eines Stellvorgangs eine elektrische Stellspannung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an die Anschlüsse (26) gleichzeitig oder nicht gleichzeitig mit der Stellspannung wahlweise eine Signalspannung angelegt wird, die eine Wechselspannung ist und die den Stellantrieb zu einer fühlbaren und/oder hörbaren Stellbewegung veranlasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Signalspannung eine Wechselspannung im Bereich von 0,1 Hz bis 20 kHz verwendet wird.
Verwendung einer Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 als Signalgeber für die Erzeugung eines hörbaren und/oder fühlbaren Signals, insbesondere a) in einer kritischen Situation des Kraftfahrzeugs, wobei folgende Situationen Beispiele für kritische Situationen sind: Einschlafen des Fahrers, Überfahren einer Linie, geringer Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug, geringer Abstand zu einem Hindernis oder b) während eines Verstellvorgangs, beispielsweise ein Rastgeräusch während eines Verstellvorgangs, ein Signal am Ende des Bewegungsbereichs, oder eine akustische Anwei sung oder Information während des Verstellvorgangs und/oder c) zur Veränderung des Geräusches, das die Verstellvorrichtung während eines Verstellvorgangs normalerweise abgibt, indem Geräuschkomponenten, die insbesondere in gewünschten Frequenzbereichen und gewünschter Amplitude, zugefügt werden.
Verstellvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines Kraftfahrzeugsitzes (31) oder einer verstellbaren Lenksäule, mit einem elektrischen Aktuator (28), der insbesondere als Elektromotor ausgebildet ist, wobei der elektrische Aktuator (28) Anschlüsse (26) hat, mit einer Spannungsquelle (20), mit einer Steuereinheit (36) und mit einer Leistungseinheit (24), wobei die Leistungseinheit (24) zwischen Spannungsquelle (20) und den Anschlüssen (26) des Aktuators (28) angeordnet ist, von der Steuereinheit (36) gesteuert ist und eine elektrische Stellspannung während eines Stellvorgangs an die Anschlüsse (26) anlegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (36) weiterhin einen Signalgenerator (52) aufweist, und dass über die Leistungseinheit (24) die Anschlüsse (26) mit einer Signalspannung wahlweise beaufschlagt werden, welche als Wechselspannung ausgebildet ist.
Verstellvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (26) mit einer Signalspannung beaufschlagt werden während eine Stellspannung an den Anschlüssen (26) anliegt oder während keine Stellspannung an den Anschlüssen (26) anliegt.
Verstellvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (36) durch einen Mikroprozessor (38) realisiert ist.