DE102015221316A1

DE102015221316A1 - Elektrische Anordnung für eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs und/oder für eine Sitzvorrichtung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015221316A1
Application number: DE102015221316.1A
Authority: DE
Inventors: Marcus Kandler
Original assignee: Takata AG
Current assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2035-10-31
Also published as: DE102015221316B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung (1) für eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs und/oder für eine Sitzvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem elektromechanischen Aktor (12) zum Erzeugen eines taktilen Signals durch mechanisches Einwirken auf einen Griffbereich der Lenkvorrichtung oder auf eine Sitzfläche der Sitzvorrichtung, mit mindestens einem elektrischen Heizelement (10) zum Heizen des Griffbereichs oder der Sitzfläche und mit einer Steuervorrichtung (11), die ausgebildet und angeordnet ist, das mindestens eine elektrische Heizelement (10) mittels einer Steuerspannung (U) zu steuern. Dabei ist die Steuervorrichtung (11) ferner ausgebildet und angeordnet, den mindestens einen elektromechanischen Aktor (12) ebenfalls mittels der Steuerspannung (U) zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung für eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs und/oder für eine Sitzvorrichtung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15, eine Sitzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16 und ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Heizelements und eines elektromechanischen Aktors an einem Griffbereich einer Lenkvorrichtung oder an einer Sitzfläche einer Sitzvorrichtung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
Eine derartige elektrische Anordnung umfasst mindestens einen elektromechanischen Aktor zum Erzeugen eines taktilen Signals durch mechanisches Einwirken auf einen Griffbereich der Lenkvorrichtung oder auf eine Sitzfläche der Sitzvorrichtung und mindestens ein elektrisches Heizelement zum Heizen des Griffbereichs oder der Sitzfläche. Zudem umfasst die elektrische Anordnung eine Steuervorrichtung, die ausgebildet und angeordnet ist, das mindestens eine elektrische Heizelement mittels einer Steuerspannung zu steuern.
Beispielsweise kann es sich bei dem elektromechanischen Aktor um einen Warnaktor handeln, der im Rahmen eines Systems zur Spurverlassenswarnung (auch als „Lane Departure Warning System“ oder „Lane Assist System“ bezeichnet) vorgesehen ist. Derartige Warnaktoren können über eine Vibration an einem Griffbereich eines Lenkrads und/oder an einer Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs ein taktiles Warnsignal erzeugen, wenn das Kraftfahrzeug eine Fahrspur zu verlassen droht. Insbesondere kann der elektromechanische Aktor ein Elektromotor sein.
Zugleich kann an dem Lenkrad eine Lenkradheizung und/oder an dem Fahrzeugsitz eine Sitzheizung vorgesehen sein, die das elektrische Heizelement umfasst.
Im Rahmen einer Regelung der Lenkradheizung kann in der Lenkvorrichtung beispielsweise ein elektronisches Steuergerät als Steuervorrichtung für das elektrische Heizelement angeordnet sein. Derartige elektronische Steuergeräte werden häufig als ECU („electronic control unit“) bezeichnet.
Zusätzlich oder alternativ kann im Rahmen einer Regelung einer Sitzheizung an dem Fahrzeugsitz ein elektronisches Steuergerät als Steuervorrichtung für ein dem Fahrzeugsitz zugeordnetes elektrisches Heizelement vorgesehen sein. Dabei kann grundsätzlich auch eine gemeinsame Steuervorrichtung für ein der Lenkvorrichtung zugeordnetes elektrisches Heizelement und für ein der Sitzvorrichtung zugeordnetes elektrisches Heizelement vorgesehen sein.
Bei elektrischen Anordnungen der eingangs genannten Art besteht häufig das Problem, dass auch zum Regeln des elektromechanischen Aktors ein elektronisches Steuergerät vorgesehen werden muss. Dabei bringt das Bereitstellen einer gesonderten Steuervorrichtung für den elektromagnetischen Aktor zusätzliches Gewicht mit sich und nimmt insbesondere innerhalb der Lenkvorrichtung wertvollen Bauraum in Anspruch. Zudem werden hierdurch die Herstellungskosten der Lenkvorrichtung und/oder der Sitzvorrichtung erhöht.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine elektrische Anordnung der eingangs genannten Art sowie eine Lenkvorrichtung und eine Sitzvorrichtung mit einer derartigen elektrischen Anordnung zu schaffen, die platzsparend, gewichtsparend und kostengünstig herstellbar sind. Ferner soll ein Verfahren zum Steuern des elektrischen Heizelements und des elektromechanischen Aktors in einer solchen elektrischen Anordnung bereitgestellt werden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist bei einer derartigen elektrischen Anordnung weiterhin vorgesehen, dass die Steuervorrichtung ferner ausgebildet und angeordnet ist, den mindestens einen elektromechanischen Aktor ebenfalls mittels der Steuerspannung zu steuern.
Insbesondere kann die Steuerspannung hierbei eine zeitlich veränderliche Spannung sein.
Die Steuervorrichtung, die bereits zum Steuern des elektrischen Heizelements vorgesehen ist, leistet somit zusätzlich das Steuern des elektromechanischen Aktors. Auf eine gesonderte Steuervorrichtung für den elektromechanischen Aktor kann somit verzichtet werden. Eine solche elektrische Anordnung lässt sich kostengünstig und mit niedrigem Gewicht herstellen. Zudem nimmt die elektrische Anordnung innerhalb einer Lenkvorrichtung und/oder an der Sitzvorrichtung vergleichsweise wenig Bauraum in Anspruch.
Die Steuervorrichtung kann ausgebildet und angeordnet sein, das mindestens eine elektrische Heizelement und den mindestens einen elektromechanischen Aktor mittels einer Pulsweitenmodulation und/oder einer Pulsamplitudenmodulation der Steuerspannung zu steuern. Dabei kann ein gezieltes Anpassen der Pulsweitenmodulation und/oder der Pulsamplitudenmodulation ein gleichzeitiges Steuern des elektrischen Heizelements und des elektromechanischen Aktors ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine elektrische Heizelement bezüglich der Steuerspannung mit dem mindestens einen elektromechanischen Aktor in Reihe geschaltet.
Bevorzugt kann dabei das mindestens eine elektrische Heizelement bezüglich der Steuerspannung mit einer Parallelschaltung, die einen Aktorzweig und einen zu dem Aktorzweig parallelgeschalteten Überbrückungszweig umfasst, in Reihe geschaltet sein. Dabei kann der mindestens eine elektromechanische Aktor in dem Aktorzweig mit mindestens einer ersten Z-Diode in Reihe geschaltet sein, und in dem Überbrückungszweig kann mindestens eine zweite Z-Diode angeordnet sein. Vorteilhaft ist dabei eine Durchbruchspannung der zweiten Z-Diode geringer als eine Durchbruchspannung der ersten Z-Diode.
In einer anderen Ausführungsform sind das mindestens eine elektrische Heizelement und der mindestens eine elektromechanische Aktor bezüglich der Steuerspannung zueinander parallel geschaltet. Dabei kann der mindestens eine elektromechanische Aktor in einem ersten elektrischen Zweig, der zwischen der Steuervorrichtung und dem mindestens einen elektrischen Heizelement abzweigt, angeordnet sein, und das mindestens eine elektrische Heizelement kann in einem zweiten elektrischen Zweig, der zwischen der Steuervorrichtung und dem mindestens einen elektromechanischen Aktor abzweigt, angeordnet sein. Die Steuerspannung kann somit zugleich für das elektrische Heizelement und für den elektromechanischen Aktor bereitgestellt werden.
Beispielsweise kann die Steuerspannung an mindestens einem Spannungsausgang der Steuervorrichtung bereitgestellt werden, wobei das mindestens eine elektrische Heizelement und der mindestens eine elektromechanische Aktor bezüglich des mindestens einen Spannungsausgangs als einer Quelle der Steuerspannung zueinander parallel geschaltet sind. Dabei kann der erste elektrische Zweig zwischen dem Spannungsausgang und dem mindestens einen elektrischen Heizelement abzweigen, und der zweite elektrische Zweig kann zwischen den Spannungsausgang und dem mindestens einen elektromechanischen Aktor abzweigen.
In einer Ausführungsform kann der elektromechanische Aktor in dem ersten elektrischen Zweig mit mindestens einem strombegrenzenden Bauelement in Reihe geschaltet sein. Dabei kann als strombegrenzendes Bauelement beispielsweise ein Vorwiderstand und/oder eine Drossel vorgesehen sein. Das strombegrenzende Bauelement kann aber beispielsweise auch ganz oder teilweise durch die Wicklungen eines Stators oder Rotors des elektromagnetischen Aktors, die einen Wicklungswiderstand bereitstellen, ausgebildet sein. Mittels des strombegrenzenden Bauelements kann auf elektrischer Ebene eine gewisse Anlaufträgheit des elektromechanischen Aktors erzeugt werden.
In Verbindung mit einer mechanischen Anlaufträgheit des elektromechanischen Aktors, beispielsweise hervorgerufen durch ein Trägheitsmoment eines Elektromotors, kann somit durch Erzeugen eines bestimmten zeitlichen Verlaufs der Steuerspannung ein unerwünschtes Anlaufen des elektromechanischen Aktors vermieden werden. Zugleich kann das elektrische Heizelement mittels der Steuerspannung eine gewünschte Heizleistung erbringen. Beispielsweise kann ein zeitlicher Verlauf der Steuerspannung zum Betreiben des elektrischen Heizelements eine Vielzahl von hinreichend kurzen Spannungsimpulsen aufweisen, die in einem hinreichend langen Abstand aufeinanderfolgen, so dass die Anlaufträgheit des elektromechanischen Aktors nicht überwunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine elektromechanische Aktor mit mindestens einem elektrischen Bauelement, welches eine deutlich temperaturabhängige Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist, in Reihe geschaltet. Insbesondere kann das mindestens eine elektrische Bauelement, das mit dem mindestens einen elektromechanischen Aktor in Reihe geschaltet ist, eine Strom-Spannungs-Kennlinie aufweisen, die in einem für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Anordnung relevanten Bereich deutlich temperaturabhängig ist.
Beispielsweise kann der mindestens eine elektromechanische Aktor innerhalb des ersten elektrischen Zweigs mit mindestens einer Rückstellsicherung in Reihe geschaltet sein. Eine Rückstellsicherung nach Art einer Polyswitch-Sicherung kann bei Überschreiten einer bestimmten Stromstärke infolge einer Selbsterwärmung ihren Widerstand drastisch erhöhen, sodass in der Folge im Wesentlichen die gesamte Steuerspannung innerhalb des ersten elektrischen Zweigs an der Rückstellsicherung, und nicht an dem elektromechanischen Aktor, abfällt. Ein derartiges Verhalten kann beim Ansteuern des mindestens einen elektromechanischen Aktors mittels der Steuerspannung gezielt genutzt werden. Beispielsweise kann ein zeitlicher Verlauf der Steuerspannung eine Vielzahl von Spannungsimpulsen aufweisen, wobei eine ansteigende Flanke der Spannungsimpulse jeweils so steil eingestellt wird, dass die Rückstellsicherung bereits kurz nach dem Beginn eines jeden Spannungsimpulses auslöst.
Eine Aktorspannung, die den elektromechanischen Aktor effektiv versorgt, kann somit in einem zeitlichen Mittel geringer sein als die Steuerspannung, die zugleich auch für den zweiten elektrischen Zweig mit dem darin angeordneten elektrischen Heizelement bereitgestellt wird. Durch ein gezieltes Einstellen des zeitlichen Verlaufs der Steuerspannung, insbesondere der ansteigenden Flanken der Spannungsimpulse, kann beispielsweise ein Verhältnis des zeitlichen Mittels der effektiven Aktorspannung zu dem zeitlichen Mittel der Steuerspannung je nach einem gewünschten Betriebszustand des elektromechanischen Aktors eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der mindestens eine elektromechanische Aktor innerhalb des ersten elektrischen Zweigs mit mindestens einem elektrischen Bauelement, welches eine deutlich nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist, in Reihe geschaltet sein. Dabei kann das mindestens eine elektrische Bauelement, das mit den mindestens einen elektromechanischen Aktor in Reihe geschaltet ist, die deutlich nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie insbesondere in einem für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Anordnung relevanten Bereich aufweisen. Beispielsweise kann das mindestens eine elektrische Bauelement, welches die deutlich nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist, in die Steuervorrichtung integriert sein.
In einer Variante ist der mindestens eine elektromechanische Aktor innerhalb des ersten elektrischen Zweigs mit mindestens einer Z-Diode in Reihe geschaltet. Beispielsweise kann in dem ersten elektrischen Zweig ein unterer Bereich der Steuerspannung unterhalb einer Durchbruchspannung der Z-Diode im Wesentlichen an der Z-Diode abfallen, sodass eine effektive Versorgung des elektromechanischen Aktors mit einer Aktorspannung erst oberhalb der Durchbruchspannung der Z-Diode einsetzt.
In einer anderen Variante ist der mindestens eine elektromechanische Aktor innerhalb des ersten elektrischen Zweigs mit mindestens einem Varistor in Reihe geschaltet. Eine Strom-Spannungs-Kennlinie des mindestens einen Varistors kann insbesondere in einem für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Anordnung relevanten Bereich eine Schwellenspannung aufweisen. Dabei kann innerhalb des ersten elektrischen Zweigs ein unterer Bereich der Steuerspannung unterhalb einer Schwellenspannung des Varistors im Wesentlichen an dem Varistor abfallen, sodass eine effektive Versorgung des elektromechanischen Aktors mit der Aktorspannung erst oberhalb der Schwellenspannung einsetzt.
Beispielsweise kann ein zeitlicher Verlauf der Steuerspannung eine Vielzahl von Spannungsimpulsen umfassen. Zum Steuern des mindestens einen elektrischen Heizelements und/oder des mindestens einen elektromechanischen Aktors kann eine Steigung einer Flanke und/oder eine Pulshöhe der Spannungsimpulse unter Berücksichtigung der Durchbruchspannung einer Z-Diode und/oder der Schwellenspannung eines Varistors eingestellt werden, wobei die Z-Diode und/oder der Varistor in dem ersten elektrischen Zweig mit dem mindestens einen elektromechanischen Aktor in Reihe geschaltet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in dem ersten elektrischen Zweig und in dem zweiten elektrischen Zweig jeweils eine Selektorvorrichtung vorgesehen, wobei die Selektorvorrichtung in dem ersten elektrischen Zweig angeordnet und ausgebildet ist, Anteile der Steuerspannung, die ein erstes Vorzeichen aufweisen, im Wesentlichen zu sperren, und wobei die Selektorvorrichtung in dem zweiten elektrischen Zweig angeordnet und ausgebildet ist, Anteile der Versorgungsspannung, die ein zweites Vorzeichen, das dem ersten Vorzeichen entgegengesetzt ist, aufweisen, im Wesentlichen zu sperren. Dabei erfolgt das Gleichrichten der Steuerspannung in dem ersten elektrischen Zweig und in dem zweiten elektrischen Zweig mit entgegengesetzter Polung. Beispielsweise kann der mindestens eine elektromechanische Aktor in dem ersten elektrischen Zweig mit mindestens einer Diode in Reihe geschaltet sein, und das mindestens eine elektrische Heizelement kann in dem zweiten elektrischen Zweig mit mindestens einer zweiten Diode in Reihe geschaltet sein, wobei die erste Diode und die zweite Diode bezüglich der Steuerspannung mit entgegengesetzter Polung verschaltet sind. Mittels einer beispielsweise sinusförmigen Wechselspannung als Steuerspannung kann während jeder Periode das mindestens eine elektrische Heizelement mit einer ersten Halbwelle und der mindestens eine elektromechanische Aktor mit einer zweiten Halbwelle versorgt werden.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass der mindestens eine elektromechanische Aktor mit mindestens einer Blockiervorrichtung zum Beeinflussen einer Anlaufträgheit des elektromechanischen Aktors in Wirkverbindung steht. Beispielsweise kann eine mechanische Bremse an dem elektromechanischen Aktor angeordnet sein. Es ist aber auch denkbar, dass z.B. eine Magnetvorrichtung auf den elektromechanischen Aktor einwirkt. Mittels der mindestens einen Blockiervorrichtung kann beispielsweise ein Aus-Betriebszustand des mindestens einen elektromechanischen Aktors verwirklicht werden, wenn die Steuerspannung hinreichend kurze Spannungsimpulse, die in hinreichend lange zeitlichen Abstand aufeinanderfolgen aufweist, durch welche die Anlaufträgheit nicht überwunden wird.
Bevorzugt ist der mindestens eine elektromechanische Aktor ausgebildet und angeordnet, zum Erzeugen des taktilen Signals an dem Griffbereich der Lenkvorrichtung oder an der Sitzfläche der Sitzvorrichtung eine Vibrationsbewegung auszuführen. Auf diese Weise kann einem Fahrer des Kraftfahrzeugs ein taktiles Warnsignal, beispielsweise bei einem drohenden Verlassen einer Fahrspur, direkt vermittelt werden.
Vorteilhaft umfasst der mindestens eine elektromechanische Aktor mindestens einen Elektromotor, insbesondere einen Gleichstrommotor. Mit einem Elektromotor kann beispielsweise eine Vibrationsbewegung an dem Griffbereich erzeugt werden.
Ein zweiter Erfindungsaspekt betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Griffbereich zur manuellen Betätigung der Lenkvorrichtung. Dabei ist zum Erzeugen eines taktilen Signals an dem Griffbereich und zum Erwärmen des Griffbereichs eine erfindungsgemäße elektrische Anordnung vorgesehen. Eine derartige Lenkvorrichtung kann insbesondere ein Lenkrad umfassen, welches den Griffbereich zu seiner manuellen Betätigung aufweist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Lenkvorrichtung beispielsweise einen Steuerknüppel umfasst, an dem der Griffbereich vorgesehen ist. Dabei kann die elektrische Anordnung zumindest teilweise in ein derartiges Lenkrad und/oder in einen derartigen Steuerknüppel integriert sein.
Ein dritter Erfindungsaspekt betrifft eine Sitzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine Sitzfläche aufweist. Beispielsweise umfasst die Sitzvorrichtung einen Fahrzeugsitz. Dabei ist zum Erzeugen eines taktilen Signals an der Sitzfläche und zum Erwärmen der Sitzfläche eine erfindungsgemäße elektrische Anordnung vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt wird ein Verfahren zum Steuern mindestens eines elektrischen Heizelements an einem Griffbereich einer Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs oder an einer Sitzfläche einer Sitzvorrichtung eines Kraftfahrzeugs und mindestens eines elektromechanischen Aktors, der zum Erzeugen eines taktilen Signals durch mechanisches Einwirken auf den Griffbereich oder die Sitzfläche ausgebildet und angeordnet ist, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Steuervorrichtung, die ausgebildet und angeordnet ist, den mindestens einen elektromagnetischen Aktor und das mindestens eine elektrische Heizelement mittels derselben Steuerspannung zu steuern; und Erzeugen, mittels der Steuervorrichtung, eines zeitlichen Verlaufs der Steuerspannung in Abhängigkeit eines gewünschten Betriebszustands des mindestens einen elektromechanischen Aktors und eines gewünschten Betriebszustands des mindestens einen elektrischen Heizelements.
Der zeitliche Verlauf der Steuerspannung, der mittels der Steuervorrichtung erzeugt wird, kann insbesondere eine Pulsweitenmodulation und/oder eine Pulsamplitudenmodulation aufweisen.
Beispielsweise kann zum Einstellen eines Aus-Betriebszustands des mindestens einen elektromechanischen Aktors der zeitliche Verlauf der Steuerspannung unter Berücksichtigung des gewünschten Betriebszustands des mindestens einen Heizelements derart gestaltet werden, dass der elektromechanische Aktor eine Anlaufträgheit nicht überwindet. Zu diesem Zweck kann der zeitliche Verlauf der Steuerspannung beispielsweise eine Vielzahl von Spannungsimpulsen aufweisen, wobei die Spannungsimpulse hinreichend kurz sind und in hinreichend langen zeitlichen Abstand aufeinander folgen, sodass die Anlaufträgheit des elektromechanischen Aktors nicht überwunden wird.
Gemäß einer Ausführungsform werden das mindestens eine elektrische Heizelement und der mindestens eine elektromechanische Aktor bezüglich der Steuerspannung zueinander parallel geschaltet. Dabei wird zusätzlich mindestens eine Z-Diode, mindestens ein Varistor und/oder mindestens eine Rückstellsicherung mit dem mindestens einen elektromechanischen Aktor in Reihe und zu dem mindestens einen elektrischen Heizelement parallel geschaltet.
Es liegt dabei auch im Rahmen der Erfindung, dass der zeitliche Verlauf der Steuerspannung derart gestaltet wird, dass ein oberer Bereich und/oder ein unterer Bereich der Steuerspannung innerhalb des ersten elektrischen Zweigs im Wesentlichen an der mindestens einer Z-Diode, an dem mindestens einen Varistor und/oder an der mindestens einen Rückstellsicherung abfällt, wobei der mindestens eine elektromagnetische Aktor in Abhängigkeit seines gewünschten Betriebszustands mit einer Aktorspannung versorgt wird, die in einem zeitlichen Mittel geringer ist als die Steuerspannung.
In einer Weiterbildung kann der zeitliche Verlauf der Steuerspannung eine Vielzahl von Spannungsimpulsen aufweisen, wobei eine Pulshöhe der Spannungsimpulse und/oder eine Steigung einer Flanke der Spannungsimpulse in Abhängigkeit des gewünschten Betriebszustands des mindestens einen elektromechanischen Aktors und/oder des gewünschten Betriebszustands des mindestens einen elektrischen Heizelements eingestellt wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen:
1A ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Anordnung für eine Lenkvorrichtung und/oder für eine Sitzvorrichtung eines Kraftfahrzeugs;
1B ein schematisches Schaltbild der elektrischen Anordnung aus 1A mit einer zusätzlichen Z-Diode;
1C ein schematisches Schaltbild der elektrischen Anordnung aus 1A mit einer zusätzlichen Rückstellsicherung;
1D ein schematisches Schaltbild der elektrischen Anordnung aus 1C mit einem zusätzlichen Halbleiterschalter zum Zurückstellen der Rückstellsicherung;
1E ein schematisches Schaltbild der elektrischen Anordnung aus 1A mit einem zusätzlichen Varistor;
2 einen schematischen zeitlichen Verlauf einer Steuerspannung für die elektrischen Anordnungen aus den 1A bis 1E;
3A ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Anordnung mit Dioden zum vorzeichenabhängigen Sperren der Steuerspannung;
3B einen schematischen zeitlichen Verlauf einer Steuerspannung für die elektrische Anordnung aus 3A; und
4 ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Anordnung mit einer Reihenschaltung aus einem elektrischen Heizelement und einem elektromagnetischen Aktor.
In den 1A bis 1E ist jeweils ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Anordnung 1 für eine Lenkvorrichtung und/oder für eine Sitzvorrichtung eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die elektrische Anordnung 1 umfasst ein elektrisches Heizelement 10 und einen elektromechanischen Aktor 12, welche mit einer Steuervorrichtung 11 elektrisch verbunden sind.
Das elektrische Heizelement 10 kann beispielsweise als Teil einer Lenkradheizung innen an einem Griffbereich eines Lenkrads angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform kann das elektrische Heizelement 10 beispielsweise als Teil einer Sitzheizung unterhalb einer Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes angeordnet sein.
Das Steuern des elektrischen Heizelements 10 mittels der Steuervorrichtung 11 kann im Rahmen einer übergeordneten Regelung der Lenkradheizung und/oder der Sitzheizung, insbesondere einer Zweipunktregelung, einer PI-Regelung, einer PD-Regelung oder einer PID-Regelung, erfolgen. Dabei kann die Steuervorrichtung 11 elektrisch zwischen einer Spannungsversorgung, beispielsweise einer Autobatterie, die eine Versorgungsspannung bereitstellt, und dem elektrischen Heizelement 10 angeordnet sein. Je nach einem gewünschten Betriebszustand des Heizelements 10 kann die Steuervorrichtung 11 aus der Versorgungsspannung die Steuerspannung U erzeugen und zur Versorgung des Heizelements 10 bereitstellen. Es ist dabei selbstverständlich möglich, dass eine Spannung, die direkt an dem Heizelement 10 anliegt, in Folge von Leitungswiderständen und/oder einem Spannungsabfall an weiteren elektrischen Bauelementen von der Steuerspannung U abweicht.
Die Steuervorrichtung 11 kann ein elektronisches Steuergerät in Form eines Mikrocontrollers umfassen, das in einem Lenkradkorpus aufgenommen oder an einem Fahrzeugsitz angeordnet sein kann. Es ist aber auch denkbar, dass eine derartige elektronische Steuervorrichtung an einem anderen, von dem Lenkrad und/oder dem Fahrzeugsitz entfernten Ort innerhalb des Kraftfahrzeugs, angeordnet ist. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 11 in ein Zentralsteuerungsmodul oder in ein anderes Elektronikmodul des Kraftfahrzeugs eingebettet sein.
Die Steuervorrichtung 11 ist zum Steuern des elektrischen Heizelements 10 mittels einer Steuerspannung U ausgebildet. Beispielsweise erfolgt die Steuerung mittels einer Pulsweitenmodulation und/oder Pulsamplitudenmodulation der Steuerspannung U. Zum Erzeugen einer derartigen Pulsweitenmodulation und/oder Pulsamplitudenmodulation kann die Steuervorrichtung 11 beispielsweise mindestens einen Halbleiterschalter, insbesondere mindestens einen MOSFET oder mindestens einen IGBT, umfassen.
Im Rahmen einer Pulsweitenmodulation und/oder einer Pulsamplitudenmodulation kann die Versorgungspannung U eine Vielzahl von Spannungsimpulsen 20 umfassen. Die 2 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt aus einem derartigen zeitlichen Verlauf 2 der Steuerspannung U in Abhängigkeit einer Zeit t, wobei nur zwei Spannungsimpulse 20 dargestellt sind. Die schematisch dargestellten Spannungsimpulse 20 sind durch eine ansteigende Flanke 201, ein sich daran anschließendes Spannungsplateau 205, eine abfallende Flanke 202 sowie durch einen Abstand 206 zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen 20 gekennzeichnet. Dabei befindet sich das Spannungsplateau 205 auf einer Pulshöhe H. Insgesamt ergibt sich in diesem Beispiel schematisch ein im Wesentlichen trapezförmiger Verlauf der Spannungsimpulse 20.
In den Ausführungsbeispielen der 1A bis 1E wird die Steuerspannung U über ein entsprechendes elektrisches Potenzial, welches an einem Spannungsausgang 110 der Steuervorrichtung 11 anliegt, bereitgestellt.
Das elektrische Heizelement 10 und der elektromechanische Aktor 12 sind jeweils einerseits mit dem Spannungsausgang 110 und andererseits mit einer Masse GND elektrisch verbunden, wobei die Masse GND sich auf einem elektrischen Massepotenzial befindet. Dabei sind das elektrische Heizelement 10 und der Elektromotor 11 bezüglich der Steuerspannung U, die zwischen dem Spannungsausgang 110 und der Masse GND anliegt, zueinander parallel geschaltet.
Der Elektromotor 12 ist in einem ersten elektrischen Zweig 1-1 angeordnet, der einerseits zwischen dem Spannungsausgang 110 und dem elektrischen Heizelement 10 und andererseits zwischen dem elektrischen Heizelement 10 und der Masse GND abzweigt. Das elektrische Heizelement 10 ist in einem zweiten elektrischen Zweig 1-2 angeordnet, der einerseits zwischen dem Spannungsausgang 110 und dem Elektromotor 12 und andererseits zwischen dem Elektromotor 12 und der Masse abzweigt.
Der Elektromotor 12 kann beispielsweise als Warnaktor im Rahmen eines Systems der Spurverlassenswarnung (auch als „Lane Departure Warning System“ oder „Lane Assist System bezeichnet“) vorgesehen sein, um bei einem drohenden Verlassen einer Fahrspur durch mechanisches Einwirken auf den Griffbereich des Lenkrads oder die Sitzfläche des Fahrzeugsitzes ein taktiles Warnsignal zu erzeugen. Insbesondere kann der Elektromotor 12 ausgebildet und angeordnet sein, zu diesem Zweck den Griffbereich des Lenkrads oder die Sitzfläche des Fahrzeugsitzes in eine Vibration zu versetzen. Zusätzlich oder alternativ zu dem Elektromotor 12 sind auch andere elektromechanische Aktoren 12 denkbar, die zum Erzeugen eines taktilen Signals durch mechanisches Einwirken auf den Griffbereich, insbesondere mittels einer Vibrationsbewegung, vorgesehen sein können.
Derartige elektromechanische Aktoren 12, insbesondere Elektromotoren 12, können ebenfalls mittels einer zeitlich veränderlichen Steuerspannung, beispielsweise mittels einer Pulsweitenmodulation und/oder einer Pulsamplitudenmodulation, gesteuert werden. Dabei wird die zeitlich veränderliche Steuerspannung entsprechend der spezifischen Eigenschaften des elektromechanischen Aktors 12, welche beispielsweise ein Anlaufdrehmoment, ein Anlaufverhalten und eine Betriebsspannung umfassen, ausgelegt.
Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung 11 ausgebildet, auch den Elektromotor 12 mittels der gemeinsamen Steuerspannung U zu steuern. Somit kann mittels der gemeinsamen zeitabhängigen Steuerspannung U, die durch dieselbe Steuervorrichtung 11 bereitgestellt wird, eine gleichzeitige Steuerung des elektrischen Heizelements 10 und des Elektromotors 12 erfolgen.
Beispielsweise kann im Rahmen einer übergeordneten Regelung mittels der Steuervorrichtung 11 ein zeitlicher Verlauf 2 (siehe 2) der Steuerspannung U in Abhängigkeit eines gewünschten Betriebszustands des Elektromotors 12 und eines gewünschten Betriebszustands des elektrischen Heizelements 10 erzeugt werden. Dabei kann der zeitliche Verlauf 2 der Steuerspannung U durch die Steuervorrichtung 11 insbesondere mit einer Pulsweitenmodulation und/oder mit einer Pulsamplitudenmodulation versehen werden, um hierdurch den Elektromotor 12 und das elektrische Heizelement 10 zugleich zu steuern.
Die 1A veranschaulicht eine mögliche Grundform der elektrischen Anordnung 1, welche in den 1D bis 1E jeweils um bestimmte zusätzliche elektrische Bauelemente 13, 14, 15, 16, die in dem ersten elektrischen Zweig 1-1 mit dem Elektromotor 12 in Reihe geschaltet sind, erweitert ist.
Bereits das in 1A schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Anordnung 1 erlaubt ein simultanes Steuern sowohl des elektrischen Heizelements 10 als auch des Elektromotors 12 mittels der gemeinsamen zeitabhängigen Steuerspannung U. Dabei fällt in Abhängigkeit eines zeitlichen Mittels der Steuerspannung U an dem elektrischen Heizelement 10 eine bestimmte Leistung ab, die einem gewünschten Betriebszustand der Lenkradheizung und/oder der Sitzheizung entsprechen kann.
Die Steuerspannung U liegt zugleich auch an den ersten elektrischen Zweig 1-1 mit dem darin angeordneten Elektromotor 12 an. Ein gewünschter Aus-Betriebszustand des Elektromotors 12, der beispielsweise einem nicht vibrierenden Normalzustand des Aktors entspricht, ist durch ein gezieltes Einstellen des zeitlichen Verlaufs 2 der Steuerspannung U möglich, auch wenn zugleich die Lenkradheizung und/oder die Sitzheizung mittels des elektrischen Heizelements 10 eine bestimmte Heizleistung erbringen soll.
Zu diesem Zweck kann die Steuervorrichtung 11 beispielsweise eine Folge von kurzen Spannungsimpulsen 20 zur Versorgung des elektrischen Heizelements 10 erzeugen, die jeweils hinreichend kurz sind und/oder in einem hinreichenden Abstand aufeinander folgen, sodass der Elektromotor 12 während eines jeden Spannungsimpulses 20 eine Anlaufträgheit nicht überwinden kann.
Die Anlaufträgheit kann mindestens teilweise durch ein mechanisches Trägheitsmoment des Elektromotors 12 hervorgerufen werden. Zusätzlich können auf der elektrischen Ebene beispielsweise Widerstände und/oder Induktivitäten, die in dem ersten elektrischen Pfad 1-1 angeordnet sind, zu der Anlaufträgheit des Elektromotors 12 beitragen. Es ist in diesem Zusammenhang auch denkbar, dass in dem ersten elektrischen Zweig 1-1 mindestens ein strombegrenzendes Bauelement, wie zum Beispiel ein Vorwiderstand oder eine Drossel, mit dem Elektromotor 12 in Reihe geschaltet wird.
Es ist dabei auch möglich, dass die Spannungsimpulse 20 eine andere als in der 2 beispielhaft gezeigte Form annehmen. Insbesondere können mittels der Steuervorrichtung 11 gezielt jeweils nur bestimmte Bereiche 201, 202, 203, 204 der in der 2 dargestellten Spannungsimpulse 20 erzeugt werden. So kann beispielsweise eine Folge von Spannungsimpulsen 20, erzeugt werden, die jeweils nur einen oberen Bereich 204 oder nur einen unteren Bereich 203 der in 2 gezeigten Spannungsimpulse 20 umfassen.
Insbesondere kann zum Verwirklichen des Aus-Betriebszustands des Elektromotors 12 der zeitliche Verlauf 2 der Steuerspannung U eine Abfolge von ansteigenden Spannungsflanken 201 nach Art einer Sägezahnspannung aufweisen. In einer anderen Variante stellt der zeitliche Verlauf 2 der Steuerspannung U eine Dreiecksspannung dar, wobei jeder Spannungsimpuls 20 lediglich aus einer ansteigenden Flanke 201 und einer sich daran direkt anschließenden abfallenden Flanke 202 besteht.
Eine Pulshöhe H und eine Breite jedes Spannungsimpulses 20 sowie ein Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen 20 kann dabei so eingestellt werden, dass eine während jedes Spannungsimpulses 20 an dem Elektromotor 12 umgesetzte Leistung nicht ausreicht, um die Anlaufträgheit zu überwinden.
Um von dem Aus-Betriebszustand des Elektromotors 12 in einen gewünschten An-Betriebszustand zu wechseln, kann durch die Steuervorrichtung 11 beispielsweise eine Steigung der ansteigenden Spannungsflanken 201, die Pulshöhe H und/oder der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen 20 derart geändert werden, dass durch die an dem Elektromotor 12 umgesetzte Leistung die Anlaufträgheit überwunden wird. Auf diese Weise kann der Elektromotor 12 beispielsweise bei Bedarf ein taktiles Warnsignal an dem Griffbereich des Lenkrads oder an der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes erzeugen, wenn das Kraftfahrzeug die Fahrspur zu verlassen droht.
Auch bei einem gewünschten Aus-Betriebszustands des elektrischen Heizelements 10 wird das elektrische Heizelement 10 kurzzeitig mittels der Steuerspannung U zum Herstellen des An-Betriebszustandes des Elektromotors 12 angesteuert und mit Spannung versorgt. Jedoch ist eine typische Betätigungsdauer des Elektromotors 12 zum Erzeugen eines Warnsignals hinreichend kurz und das elektrische Heizelement 10 hinreichend träge, sodass die dabei erzeugte Heizleistung in der Regel vom Fahrer nicht wahrgenommen würde.
Zum gezielten Beeinflussen der Anlaufträgheit des Elektromotors 12 kann eine Blockiervorrichtung vorgesehen sein, die mit dem Elektromotor 12 in Wirkverbindung steht. Beispielsweise kann eine mechanische Bremse an dem Elektromotor 12 angeordnet sein. Es ist aber auch denkbar, dass zum Beispiel eine Magnetvorrichtung von außen auf den Elektromotor 12 einwirkt.
Zum Einstellen der Aktorspannung, die den Elektromotor 12 bei einer vorgegebenen Steuerspannung U effektiv versorgt, können in dem ersten elektrischen Zweig 1-1 zusätzlich weitere elektrische Bauelemente 13, 14, 15, 15-1 angeordnet werden. Insbesondere können die zusätzlichen elektrischen Bauelemente 13, 14, 15, 15-1 in einem für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Anordnung 1 relevanten Bereich eine deutlich temperaturabhängige und/oder deutlich nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie aufweisen.
Dies wird im Folgenden anhand verschiedener Varianten, die in den 1B bis 1E dargestellt sind, näher erläutert.
In 1B ist die elektrische Anordnung 1 aus 1A dargestellt, wobei in dem ersten elektrischen Zweig 1-1 zusätzlich eine Z-Diode 13 mit dem Elektromotor 12 in Reihe geschaltet ist. Hierdurch kann in dem ersten elektrischen Zweig 1-1 beispielsweise der untere Bereich 203 der zeitlich veränderlichen Steuerspannung U, welcher unterhalb einer Durchbruchspannung der Z-Diode 13 liegt, im Wesentlichen an der Z-Diode abfallen (vgl. 2). Eine effektive Versorgung des Elektromotors 12 mit der Aktorspannung setzt somit erst oberhalb der Durchbruchspannung der Z-Diode 13 ein.
Beispielsweise wird die Durchbruchspannung der Z-Diode auf 12,5 V eingestellt. Das elektrische Heizelement 10 kann dann mit Spannungsimpulsen 20, die eine Pulshöhe H kleiner als 12,5 V haben, angesteuert werden, ohne dass der Elektromotor 12 betätigt wird. Um einen An-Betriebszustand des Elektromotors 12 herzustellen, kann die Pulshöhe H beispielsweise auf 13,5 V erhöht werden. In diesem Fall wird der Elektromotor 12 jeweils mit dem oberen Bereich 204 der Spannungspulse 20 versorgt (vgl. 2).
Die 1C illustriert schematisch die elektrische Anordnung 1 aus 1A, wobei zusätzlich in dem elektrischen Zweig 1-1 eine Rückstellsicherung 14 vorgesehen ist, die mit dem Elektromotor 12 in Reihe geschaltet ist. Die Rückstellsicherung 14, die beispielsweise nach Art einer Polyswitch-Sicherung ausgebildet sein kann, kann bei Überschreiten einer bestimmten Stromstärke infolge einer Selbsterwärmung ihren Widerstand drastisch erhöhen. In der Folge fällt dann im Wesentlichen die gesamte Steuerspannung U innerhalb des ersten elektrischen Zweigs 1-1 an der Rückstellsicherung 14, und nicht an dem Elektromotor 12, ab. Die Erhöhung des Widerstands der Rückstellsicherung 14 ist dabei reversibel, d.h. bei hinreichender Abkühlung nimmt die Rückstellsicherung 14 wieder ihren niederohmigen Ausgangszustand ein.
Ein derartiges Verhalten kann zum Steuern des Elektromotors 12 mittels der zeitlich veränderlichen Steuerspannung U gezielt genutzt werden. Beispielsweise kann ein zeitlicher Verlauf 2 der Steuerspannung eine Vielzahl von Spannungsimpulsen 20 aufweisen, wobei eine ansteigende Flanke der Spannungsimpulse jeweils so steil eingestellt wird, dass die Rückstellsicherung 14 bereits kurz nach dem Beginn eines jeden Spannungsimpulses 20 auslöst.
Die Aktorspannung, die den Elektromotor 12 effektiv versorgt, kann somit in einem zeitlichen Mittel deutlich geringer sein als die Steuerspannung U, welche zugleich auch für den zweiten elektrischen Zweig 1-2 mit dem darin angeordneten elektrischen Heizelement 10 bereitgestellt wird. Durch ein gezieltes Einstellen des zeitlichen Verlaufs 2 der Steuerspannung U, insbesondere der ansteigenden Flanken der Spannungsimpulse 20, kann beispielsweise ein Verhältnis des zeitlichen Mittels der effektiven Aktorspannung zu dem zeitlichen Mittel der Steuerspannung U je nach einem gewünschten Betriebszustand des Elektromotors 12 eingestellt werden.
Beispielsweise wird eine kritische Stromstärke, bei welcher die Rückstellsicherung 14 auslöst, bei einer Auslösespannung UA, die z.B. 5 V betragen kann, erreicht. In einem solchen Fall kann das elektrische Heizelement 10 beispielsweise nur in einem Bereich oberhalb der Auslösespannung UA, z.B. in einem Bereich zwischen 5 V und 13,5 V angesteuert werden, um zugleich einen Aus-Betriebszustand des Elektromotors 12 zu verwirklichen. Alternativ kann das Heizelement 10 mit Spannungsimpulsen 20 im Bereich von 0 V bis 13,5 V angesteuert werden, wobei die ansteigende Spannungsflanke 201 eine so große Steigung aufweist, dass die an dem Elektromotor 12 umgesetzte Leistung dessen Anlaufträgheit nicht überwindet. Zum Einstellen eines An-Betriebszustands des Elektromotors 12 kann der Spannungsbereich entsprechend (in einen Bereich unterhalb der Auslösespannung UA hinein) vergrößert werden bzw. die Steigung der ansteigenden Spannungsflanke 201 kann entsprechend verringert werden.
Die 1D zeigt ein schematisches Schaltbild der elektrischen Anordnung aus 1C mit einem zusätzlichen Halbleiterschalter 16 zum Zurückstellen der Rückstellsicherung 14. Der Halbleiterschalter 16 kann den ersten elektrischen Zweig 1-1 nach dem Auslösen der Rückstellsicherung 14 unterbrechen, damit die Rückstellsicherung 14 abkühlt und ihren niederohmigen Zustand wieder einnimmt. Bei dem Halbleiterschalter 16 kann es sich beispielsweise um einen MOSFET oder einen IGBT handeln. Ein Steueranschluss des Halbleiterschalters 16 kann beispielsweise über eine Verzögerungsschaltung 17 an den zweiten elektrischen Zweig 1-2 angeschlossen sein, so dass der Halbleiterschalter 16 den ersten elektrischen Zweig 1-1 mit einer bestimmten Verzögerung nach jedem Spannungsimpuls der Steuerspannung U unterbricht.
Die 1E zeigt ein schematisches Schaltbild der elektrischen Anordnung aus 1A, wobei zusätzlich ein Varistor 15 innerhalb des ersten elektrischen Zweigs 1-1 mit dem Elektromotor 12 in Reihe geschaltet ist. Eine Strom-Spannungs-Kennlinie des Varistors 15 kann insbesondere in einem für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Anordnung 1 relevanten Bereich eine Schwellenspannung aufweisen. Dabei kann innerhalb des ersten elektrischen Zweigs 1-1 ein unterer Bereich der zeitlich veränderlichen Steuerspannung U unterhalb einer Schwellenspannung des Varistors 15 im Wesentlichen an dem Varistor 15 abfallen, sodass eine effektive Versorgung des Elektromotors 12 mit der Aktorspannung erst oberhalb der Schwellenspannung einsetzt. Ganz analog zu der Funktionsweise der Anordnung gemäß 1B kann dabei zur Steuerung des elektrischen Heizelements 10 und des Elektromotors 12 gezielt ein oberer Bereich 204 der zeitlich veränderlichen Steuerspannung U genutzt werden (vgl. 2).
In einer Variante kann innerhalb des ersten elektrischen Zweigs 1-1 ein weiterer Varistor 15-1 zu dem Elektromotor 12 parallel geschaltet sein. Der weitere Varistor 15-1 kann beispielsweise zu einem kontrollierten Abschalten des Elektromotors 12 beitragen.
Zusammenfassend kann unter Verwendung der elektrischen Anordnungen 1 gemäß den 1B bis 1E zum Steuern des elektrische Heizelements 10 und/oder des Elektromotors 12 beispielsweise eine Steigung einer Spannungsflanke 201, 202 und/oder eine Pulshöhe H der Spannungsimpulse 20 unter Berücksichtigung der Durchbruchspannung UD einer Z-Diode 13 und/oder der Schwellenspannung eines Varistors 15 eingestellt werden, wobei die Z-Diode 13 und/oder der Varistor 15 in dem ersten elektrischen Zweig 1-1 mit dem Elektromotor 12 in Reihe geschaltet ist.
Die 3A zeigt eine weitere Ausführungsform der elektrischen Anordnung 1, bei der das elektrische Heizelement 10 und der Elektromotor 12 in einer Parallelschaltung mit der Steuerungsvorrichtung 11 verbunden sind. Wie bereits in den Ausführungsbeispielen der 1A bis 1E ist der Elektromotor 12 in einem ersten elektrischen Zweig 1-1 und das elektrische Heizelement 10 in einem zweiten elektrischen Zweig angeordnet. Dabei sind in dem ersten elektrischen Zweig 1-1 und in einem zweiten elektrischen Zweig 1-2 jeweils zwei Dioden als Selektorvorrichtungen 18-1, 18-2 zum vorzeichenabhängigen Sperren bzw. Durchlassen der zeitabhängigen Steuerspannung U angeordnet und mit dem elektrischen Heizelement 10 bzw. mit dem Elektromotor 12 in Reihe geschaltet. Entsprechend der Anordnung der Dioden 18-1, 18-2 erfolgt das Sperren bzw. Durchlassen der Steuerspannung U in dem ersten elektrischen Zweig 1-1 und in dem zweiten elektrischen Zweig 1-2 mit entgegengesetzter Polung.
Beispielsweise kann, wie in der 3B schematisch illustriert, mittels einer sinusförmigen Wechselspannung als Steuerspannung U während jeder Periode das elektrische Heizelement 10 mit einer ersten Halbwelle 207 und Elektromotor 12 mit einer zweiten Halbwelle 208 versorgt werden. Die zeitlich veränderliche Steuerspannung U kann zudem mit einer konstanten Offset-Spannung U0 versehen sein. Auf diese Weise kann gezielt lediglich ein bestimmter Bereich der zeitabhängigen Steuerspannung U zur Versorgung des Elektromotors 12 verwendet werden. Es ist auch denkbar, dass zusätzlich wenigstens eine Z-Diode in dem ersten elektrischen Zweig angeordnet wird.
Wie im rechten Teil der 3B veranschaulicht, kann ein derartiger sinusförmiger zeitlicher Verlauf 2 der Steuerspannung U beispielsweise mittels einer Pulsamplitudenmodulation erzeugt werden.
In den 4 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen elektrischen Anordnung 1 dargestellt. Im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsformen ist dabei das elektrische Heizelement 10 bezüglich der Steuerspannung U mit dem Elektromotor 12 in Reihe geschaltet. Dabei ist das elektrische Heizelement 10 bezüglich der Steuerspannung U mit einer Parallelschaltung 1-3, die einen Aktorzweig 1-31 und einen zu dem Aktorzweig 1-31 parallelgeschalteten Überbrückungszweig 1-32 umfasst, in Reihe geschaltet. Der Elektromotor 12 ist in dem Aktorzweig 1-31 mit einer ersten Z-Diode 13-1 in Reihe geschaltet. In dem Überbrückungszweig 1-32 ist eine zweite Z-Diode 13-2 angeordnet.
Die erste Z-Diode 13-1 und die zweite Z-Diode 13-2 sind bezüglich der Steuerspannung U in einer Sperrrichtung angeordnet. Insbesondere kann eine Durchbruchspannung der zweiten Z-Diode 13-2 geringer gewählt sein als eine Durchbruchspannung der ersten Z-Diode 13-1. Beispielsweise kann die Durchbruchspannung der zweiten Z-Diode 13-2 5 V betragen, wohingegen die Durchbruchspannung UD der ersten Z-Diode 13-1 auf 12,5 V eingestellt ist.
Ähnlich wie obenstehend mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1B erläutert, kann mittels der elektrischen Anordnung gemäß 4 ein gezieltes Ansteuern des Elektromotors 12 zusätzlich zu dem elektrischen Heizelement 10 durch eine Pulsamplitudenmodulation der Steuerspannung U erfolgen. So kann das elektrische Heizelement 10 beispielsweise mit Spannungsimpulsen 20, die eine Pulshöhe H im Bereich zwischen 5 V und 12,5 V haben, angesteuert werden, ohne dass der Elektromotor 12 betätigt wird. Um den An-Betriebszustand des Elektromotors 12 herzustellen, kann die Pulshöhe H beispielsweise auf 13,5 V erhöht werden. In diesem Fall wird der Elektromotor 12 jeweils mit einem oberen Bereich 204 der Spannungspulse 20 versorgt (vgl. 2). Bei der Wahl der jeweiligen Pulshöhe H zum Ansteuern des elektrischen Heizelements 10 und/oder des Elektromotors 12 sind selbstverständlich Spannungsabfälle an dem elektrischen Heizelements 10, dem Elektromotor 12 sowie gegebenenfalls an weiteren elektrischen Bauelementen zu berücksichtigen.
Bezugszeichenliste

1: Elektrische Anordnung
1-1: Erster elektrischer Zweig
1-2: Zweiter elektrischer Zweig
1-3: Parallelschaltung
1-31: Aktorzweig
1-32: Überbrückungszweig
10: Elektrisches Heizelement
11: Steuervorrichtung
110: Spannungsausgang
12: Elektromechanischer Aktor
13, 13-1, 13-2: Z-Dioden
14: Rückstellsicherung
15, 15-1: Varistor
16: Halbleiterschalter
17: Verzögerungsschaltung
18-1, 18-2: Selektorvorrichtungen
2: Zeitlicher Verlauf der Steuerspannung
20: Spannungsimpuls
201: Ansteigende Spannungsflanke
202: Abfallende Spannungsflanke
203: Unterer Bereich des Spannungsimpulses
204: Oberer Bereich des Spannungsimpulses
205: Spannungsplateau
206: Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen
207: Erste Halbwelle
208: Zweite Halbwelle
GND: Masse
H: Pulshöhe
t: Zeit
U: Steuerspannung
U0: Offset-Spannung
UA: Auslösespannung
UD: Durchbruchspannung der Z-Diode

Claims

Elektrische Anordnung (1) für eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs und/oder für eine Sitzvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit – mindestens einem elektromechanischen Aktor (12) zum Erzeugen eines taktilen Signals durch mechanisches Einwirken auf einen Griffbereich der Lenkvorrichtung oder auf eine Sitzfläche der Sitzvorrichtung, – mindestens einem elektrischen Heizelement (10) zum Heizen des Griffbereichs oder der Sitzfläche und – einer Steuervorrichtung (11), die ausgebildet und angeordnet ist, das mindestens eine elektrische Heizelements (10) mittels einer Steuerspannung (U) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) ferner ausgebildet und angeordnet ist, den mindestens einen elektromechanischen Aktor (12) ebenfalls mittels der Steuerspannung (U) zu steuern.
Elektrische Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) ausgebildet und angeordnet ist, das mindestens eine elektrische Heizelement (10) und den mindestens einen elektromechanischen Aktor (12) mittels einer Pulsweitenmodulation und/oder einer Pulsamplitudenmodulation der Steuerspannung (U) zu steuern.
Elektrische Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Heizelement (10) bezüglich der Steuerspannung (U) mit dem mindestens einen elektromechanischen Aktor (12) in Reihe geschaltet ist.
Elektrische Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Heizelement (10) bezüglich der Steuerspannung (U) mit einer Parallelschaltung (1-3), die einen Aktorzweig (1-31) und einen zu dem Aktorzweig (1-31) parallelgeschalteten Überbrückungszweig (1-32) umfasst, in Reihe geschaltet ist, wobei – der mindestens eine elektromechanische Aktor (12) in dem Aktorzweig (1-31) mit mindestens einer ersten Z-Diode (13-1) in Reihe geschaltet ist und – in dem Überbrückungszweig (13-2) mindestens eine zweite Z-Diode (13-2) angeordnet ist.
Elektrische Anordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchbruchspannung der zweiten Z-Diode (13-2) geringer ist als eine Durchbruchspannung (UD) der ersten Z-Diode (13-1).
Elektrische Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Heizelement (10) und der mindestens eine elektromechanische Aktor (12) bezüglich der Steuerspannung (U) zueinander parallel geschaltet sind.
Elektrische Anordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – der mindestens eine elektromechanische Aktor (12) in einem ersten elektrischen Zweig (1-1), der zwischen der Steuervorrichtung (11) und dem mindestens einen elektrischen Heizelement (10) abzweigt, angeordnet ist, und – das mindestens eine elektrische Heizelement (10) in einem zweiten elektrischen Zweig (1-2), der zwischen der Steuervorrichtung (11) und dem mindestens einen elektromechanischen Aktor (12) abzweigt, angeordnet ist.
Elektrische Anordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektromechanische Aktor (12) innerhalb des ersten elektrischen Zweigs (1-1) mit mindestens einem elektrischen Bauelement (13, 14, 15), welches eine deutlich nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist, in Reihe geschaltet ist.
Elektrische Anordnung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektromechanische Aktor (12) innerhalb des ersten elektrischen Zweigs (1-1) mit mindestens einer Z-Diode (13) in Reihe geschaltet ist.
Elektrische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektromechanische Aktor (12) innerhalb des ersten elektrischen Zweigs (1-1) mit mindestens einem Varistor (15) in Reihe geschaltet ist.
Elektrische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektromechanische Aktor (12) innerhalb des ersten elektrischen Zweigs (1-1) mit mindestens einer Rückstellsicherung (14) in Reihe geschaltet ist.
Elektrische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten elektrischen Zweig (1-1) und in dem zweiten elektrischen Zweig (1-2) jeweils eine Selektorvorrichtung (18-1, 18-2) vorgesehen ist, wobei die Selektorvorrichtung (18-1) in dem ersten elektrischen Zweig (1-1) angeordnet und ausgebildet ist, Anteile der Steuerspannung (U), die ein erstes Vorzeichen aufweisen, im Wesentlichen zu sperren, und wobei die Selektorvorrichtung (18-2) in dem zweiten elektrischen Zweig (1-2) angeordnet und ausgebildet ist, Anteile der Versorgungsspannung (U), die ein dem ersten Vorzeichen entgegengesetztes zweites Vorzeichen aufweisen, im Wesentlichen zu sperren.
Elektrische Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektromechanische Aktor (12) mit mindestens einer Blockiervorrichtung zum Beeinflussen einer Anlaufträgheit des elektromechanischen Aktors (12) in Wirkverbindung steht.
Elektrische Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektromechanische Aktor (12) ausgebildet und angeordnet ist, eine Vibrationsbewegung auszuführen, um das taktile Signal zu erzeugen.
Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Griffbereich zur manuellen Betätigung der Lenkvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen eines taktilen Signals an dem Griffbereich und zum Erwärmen des Griffbereichs eine elektrische Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche vorgesehen ist.
Sitzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Sitzvorrichtung eine Sitzfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen eines taktilen Signals an der Sitzfläche und zum Erwärmen der Sitzfläche eine elektrische Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche vorgesehen ist.
Verfahren zum Steuern mindestens eines elektrischen Heizelements (10) an einem Griffbereich einer Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs oder an einer Sitzfläche einer Sitzvorrichtung eines Kraftfahrzeugs und mindestens eines elektromechanischen Aktors (12), der zum Erzeugen eines taktilen Signals durch mechanisches Einwirken auf den Griffbereich oder die Sitzfläche ausgebildet und angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen einer Steuervorrichtung (11), die ausgebildet und angeordnet ist, den mindestens einen elektromagnetischen Aktor (12) und das mindestens eine elektrische Heizelement (10) mittels derselben von der Steuervorrichtung (11) erzeugten Steuerspannung (U) zu steuern, und – Erzeugen, mittels der Steuervorrichtung (11), eines zeitlichen Verlaufs (2) der Steuerspannung (U) in Abhängigkeit eines gewünschten Betriebszustands des mindestens einen elektromechanischen Aktors (12) und eines gewünschten Betriebszustands des mindestens einen elektrischen Heizelements (10).
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verwirklichen eines gewünschten Aus-Betriebszustand des mindestens einen elektromechanischen Aktors (12) der zeitliche Verlauf (2) der Steuerspannung (U), unter Berücksichtigung des gewünschten Betriebszustands des mindestens einen Heizelements (10), derart gestaltet wird, dass der elektromechanischen Aktor (12) eine Anlaufträgheit nicht überwindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Heizelement (10) und der mindestens eine elektromechanische Aktor (12) bezüglich der Steuerspannung (U) zueinander parallel geschaltet werden, wobei zusätzlich mindestens eine Z-Diode (13), mindestens ein Varistor (15) und/oder mindestens eine Rückstellsicherung (14) – mit dem mindestens einen elektromechanischen Aktor (12) in Reihe geschaltet wird und – zu dem mindestens einen elektrischen Heizelement (10) parallel geschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf (2) der Steuerspannung (U) eine Vielzahl von Spannungsimpulsen (20) aufweist, wobei eine Pulshöhe (H) der Spannungsimpulse (20) und/oder eine Steigung einer Spannungsflanke (201, 202) der Spannungsimpulse (20) in Abhängigkeit des gewünschten Betriebszustands des mindestens einen elektromechanischen Aktors (12) und/oder des gewünschten Betriebszustands des mindestens einen elektrischen Heizelements (10) eingestellt wird.