DE102016006989A1

DE102016006989A1 - Verfahren zur Regelung von zumindest zwei mechanischen Schwingern

Info

Publication number: DE102016006989A1
Application number: DE102016006989.9A
Authority: DE
Inventors: Emrullah Ünal; Gudrun Schönherr
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-12-07
Also published as: JP2019520971A; CN109311054B; US11548423B2; US20190299832A1; WO2017211445A1; CN109311054A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von zumindest zwei mechanischen Schwingern (3), insbesondere in einem Kraftfahrzeug (1), wobei der jeweilige Schwinger (3) im Betrieb mit einer Frequenz schwingt, die über eine an dem Schwinger (3) anliegende Leistung regelbar ist. Eine vereinfachte und genaue Regelung der Schwinger (3) wird dadurch erreicht, dass ein einziger Schallwandler (6) beabstandet zu den Schwingern (3) angeordnet wird und ein elektrisches Signal aufnimmt, wobei das elektrische Signal einer Fourier-Transformation unterzogen und somit ein Fourier-Spektrum ermittelt wird und die Frequenz des jeweiligen Schwingers (3) aus Extremwerten des Fourier-Spektrums bestimmt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug (1) mit zumindest zwei solchen Schwingern (3), wobei eine Steuereinrichtung (9) des Kraftfahrzeugs (1) derart ausgestaltet ist, dass sie die Schwinger (3) erfindungsgemäß regelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von zumindest zwei mechanischen Schwingern, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei solchen mechanischen Schwingern, die derart geregelt werden.
Mechanische Schwinger, insbesondere Vibrationsmotoren, finden vielfältige Anwendungen. Sie kommen insbesondere in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, um gezielt Schwingungen zu erzeugen. Solche Schwinger können insbesondere in einem Sitz des Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen, um auf den Körper eines Insassen übertragbare Schwingungen zu erzeugen. Die Regelung solcher Schwinger erfolgt gewöhnlich über eine an dem Schwinger anliegende Leistung, insbesondere über eine anliegende Gleichspannung. Mit der Änderung der anliegenden Leistung kann also das Schwingungsverhalten bzw. die Frequenz des jeweiligen Schwingers geändert und somit geregelt werden. Derartige Schwinger sind in der Regel in einem Medium, insbesondere im Polster eines solchen Sitzes, angeordnet bzw. eingebettet. Das Schwingungsverhalten, insbesondere die mit der anliegenden Leistung zusammenhängende Frequenz des jeweiligen Schwingers, unterscheidet sich dabei im in dem Medium eingebetteten Zustand vom freien Zustand bzw. von in einem anderen Medium eingebetteten Zustand. Für einen genauen bzw. gezielten Einsatz des jeweiligen Schwingers ist es daher erforderlich, das Schwingungsverhalten bzw. die Frequenz des jeweiligen Schwingers im in dem Medium eingebetteten Zustand zu kennen.
Sind die Schwinger nicht aufeinander abgestimmt, so kann es beispielsweise zu unerwünschten Überlagerungen der Schwingungen des jeweiligen Schwingers bzw. Frequenzen der Schwinger kommen, die insbesondere zu einer sogenannten unerwünschten Schwebung führen.
Zur Bestimmung der Frequenz des jeweiligen Schwingers ist es vorstellbar, eine Beziehung zwischen der anliegenden Leistung und der Frequenz in im Medium eingebetteten Zustand aufzunehmen und aufgrund der angelegten Leistung auf die Frequenz des Schwingers zu schließen. Diese Art der Bestimmung der Frequenz und Regelung des jeweiligen Schwingers ist jedoch unzuverlässig. Insbesondere führen Materialermüdung und Alterungsprozesse, insbesondere des jeweiligen Schwingers und/oder des Mediums, zu entsprechenden Änderungen der Beziehung zwischen der anliegenden Leistung und der Frequenz des Schwingers.
Um dieses Problem zu lösen, ist es prinzipiell vorstellbar, am jeweiligen Schwinger einen zugehörigen Sensor vorzusehen, um das Schwingungsverhalten des jeweiligen Schwingers, insbesondere die Frequenz des jeweiligen Schwingers, im Betrieb zu bestimmen und gegebenenfalls anzupassen. Derartige Sensoren sind üblicherweise Impulsgeber bzw. induktive Sensoren oder Hall-Sensoren. Auch optische Sensoren können hierfür in Frage kommen. Nachteilig hierbei ist, dass die Realisierung eines solchen Schwingers zusätzlicher Bauteile bedarf und aufwändig umsetzbar ist. Zudem schwingen die an den Schwingern vorgesehenen Sensoren mit den Schwingern, so dass sie mit der Zeit beschädigt werden und/oder einem beschleunigten Alterungsprozess unterliegen und dementsprechend falsche Ergebnisse liefern.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für ein Verfahren zur Regelung von zumindest zwei mechanischen Schwingern sowie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei solchen mechanischen Schwingern, die derart geregelt werden, verbesserte Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte und/oder zuverlässige und/oder kostengünstige Regelung der Schwinger auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Schwingungen von zumindest zwei Schwingern mit Hilfe eines Schallwandlers aufzunehmen, das aufgezeichnete Signal in ein Fourier-Spektrum zu transformieren und anschließend mittels Zuweisung von Extremwerten im Fourier-Spektrum die Frequenz des jeweiligen Schwingers zu bestimmen. Im Anschluss kann durch eine Änderung einer an dem jeweiligen Schwinger anliegenden Leistung die Frequenz des jeweiligen Schwingers an eine vorgegebene bzw. gewünschte Frequenz angepasst werden, sofern ein Unterschied zwischen der bestimmten und der gewünschten Frequenz besteht. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann also die Frequenz von mehreren Schwingern mit einem einzigen Sensor, nämlich dem Schallwandler, präzise bestimmt werden. Hierdurch ist die Regung der Schwinger vereinfacht und genau möglich. Zudem entfallen zusätzliche, am jeweiligen Schwinger vorgesehene Sensoren, so dass die Umsetzung der Regelung der Schwinger vereinfacht wird.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend schwingt der jeweilige Schwinger im Betrieb mit einer Frequenz, wobei die Frequenz des jeweiligen Schwingers über eine an diesem Schwinger anliegende Leistung regelbar ist. Erfindungsgemäß wird ein einziger solcher Schallwandler beabstandet zu den Schwingern angeordnet und mit dem Schallwandler im Betrieb ein elektrisches Signal aufgenommen. Das aufgenommene elektrische Signal wird einer Fourier-Transformation unterzogen, um ein solches Fourier-Spektrum zu ermitteln. Anschließend wird die Frequenz des jeweiligen Schwingers aus Extremwerten des Fourier-Spektrums bestimmt. Insbesondere wird die Frequenz des jeweiligen Schwingers aus einem Peak im Fourier-Spektrum bestimmt, entspricht also insbesondere diesem Peak.
Das mit dem Schallwandler aufgenommene elektrische Signal kann selbstverständlich vor dem Durchführen der Fourier-Transformation oder danach anderweitig verarbeitet werden, um insbesondere Fehler und dergleichen auszuschließen bzw. zu eliminieren.
Sofern ein Unterschied zwischen der bestimmten Frequenz eines solchen Schwingers und einer gewünschten bzw. vorgegebenen Frequenz festgestellt wird, kann eine entsprechende Anpassung der bestimmten Frequenz an die gewünschte Frequenz durch eine entsprechende Änderung der an diesem Schwinger anliegenden Leistung vorgenommen werden.
Die an dem jeweiligen Schwinger anliegende Leistung ist insbesondere eine elektrische Leistung. Bevorzugt ist es, wenn zumindest einer der Schwinger, vorteilhaft der jeweilige Schwinger, durch das Anlegen einer elektrischen Gleichspannung betrieben wird. Dies erlaubt eine einfache Regelung der Frequenz des jeweiligen Schwingers, insbesondere weil zwischen der anliegenden Spannung und der Frequenz des Schwingers eine einfache Abhängigkeit vorliegen kann.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen wird dem jeweiligen Schwinger im Fourier-Spektrum eine zugehörige Kennlinie zugewiesen. Die Frequenz des jeweiligen Schwingers wird dann aus einem Extremwert, insbesondere aus einem Peak, der zugehörigen Kennlinie im Fourier-Spektrum bestimmt. Dies erlaubt es insbesondere, im Fourier-Spektrum zwischen den unterschiedlichen Schwingern unterscheiden zu können und somit eine zuverlässige Bestimmung der Frequenz des jeweiligen Schwingers vorzunehmen.
Die Zuweisung der Kennlinie des jeweiligen Schwingers erfolgt bevorzugt dadurch, dass der jeweilige Schwinger separat betrieben und aus dem aus dem elektrischen Signal folgenden Fourier-Spektrum die zugehörige Kennlinie zugewiesen wird. Der separate Betrieb des jeweiligen Schwingers und die Zuweisung der zugehörigen Kennlinie können im Zuge einer Kalibrierung erfolgen, die einmalig oder in regelmäßigen Abständen durchgeführt wird. Vorstellbar ist es auch, eine solche Kalibrierung vor dem jeweiligen gemeinsamen Betrieb der Schwinger durchzuführen.
Als vorteilhaft erweisen sich Ausgestaltungen, bei denen die Schwinger und der Schallwandler in einem gleichen Medium angeordnet sind. In der Folge weist die Ausbreitung der Frequenzen des jeweiligen Schwingers zum Schallwandler ein identisches oder zumindest ähnliches Verhalten auf. Dies erlaubt eine präzisere Bestimmung der Frequenzen der Schwinger und/oder einen Vergleich zwischen dem Schwingungsverhalten der Schwinger.
Prinzipiell ist es vorstellbar, zwei der Schwinger mit der gleichen oder einer ähnlichen Frequenz zu betreiben.
Bevorzugt ist es, wenn die Schwinger mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden. Das heißt, dass die Frequenzen der Schwinger sich unterscheiden. Dies erlaubt einerseits eine genauere Bestimmung der Frequenz des jeweiligen Schwingers. Andererseits werden somit unerwünschte Überlagerungen der Frequenzen der Schwinger, insbesondere Schwebungen, beispielsweise Schwebungstöne, vermieden oder zumindest reduziert.
Die Schwinger können grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Zumindest ein solcher Schwinger kann dabei einen Schwingungsmotor, insbesondere einen Vibrationsmotor, aufweisen. Das heißt, dass der Schwinger im Betrieb mit einer Drehfrequenz, insbesondere Vibrationsfrequenz, betrieben wird, wobei die Regelung der Drehfrequenz, insbesondere Vibrationsfrequenz, erfindungsgemäß erfolgt.
Der Schallwandler kann beliebig ausgestaltet sein, sofern er die von den Schwingern empfangenen Frequenzen, insbesondere den von den Schwingern empfangenen Schall, in ein elektrisches Signal umwandelt. Vorstellbar ist es insbesondere, einen piezoelektrischen Schallwandler einzusetzen, der eine genauere Aufnahme des elektrischen Signals erlaubt.
Die Schwinger sowie das erfindungsgemäße Verfahren können in einer beliebigen Anwendung zum Einsatz kommen. Zu denken ist insbesondere an den Einsatz des Schwingers sowie des Verfahrens in einem Kraftfahrzeug. Die Durchführung des Verfahrens ist bevorzugt über eine entsprechend ausgestaltete Steuereinrichtung realisiert.
Die Schwinger kommen bevorzugt in einem Sitz des Kraftfahrzeugs zum Einsatz und dienen der Übertragung von Schwingungen auf den Körper eines Insassen des Kraftfahrzeugs. Mit den Schwingern ist es also insbesondere möglich, den Insassen haptisch anzuregen, insbesondere zu massieren. Auch ist es möglich, mit den Schwingern im Körper des Insassen Körperschall zu erzeugen.
Bevorzugt ist es dabei, wenn der Schallwandler und die Schwinger im gleichen Medium angeordnet sind. Sind die Schwinger also in einem Sitz des Kraftfahrzeugs angeordnet, so sind die Schwinger und der Schallwandler bevorzugt im Polster des Sitzes angeordnet.
Zu achten ist dabei, dass der Schallwandler fest an der jeweiligen Anordnung vorgesehen wird, insbesondere selber keine Schwingungen durchführt, um eine genaue Bestimmung der Frequenzen der Schwinger zu erlauben.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:
1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Kraftfahrzeugs,
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 stark vereinfacht und schaltplanartig dargestellt. Zu sehen ist ein Sitz 2 des Kraftfahrzeugs 1, in dem mehrere Schwinger 3 beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Schwinger 3 dienen dem Zweck, Schwingungen auf einen Körper eines nicht gezeigten Insassen zu übertragen. Hierzu liegt am jeweiligen Schwinger eine elektrische Leistung, vorliegend eine Gleichspannung, an, derart, dass der jeweilige Schwinger 3 mit einer zugehörigen Frequenz schwingt. Eine Änderung der anliegenden Leistung führt hierbei zu einer entsprechenden Änderung der Frequenz des zugehörigen Schwingers 3. Der jeweilige Schwinger 3 weist einen Schwingungsmotor 4, beispielsweise einen Vibrationsmotor 5, auf. Ein Schallwandler 6, insbesondere ein piezoelektrischer Schallwandler 6', ist auch im Sitz 2 integriert und beabstandet zu den Schwingern 3 angeordnet. Die Schwinger 3 sowie der Schallwandler 6 sind im gleichen Medium 7, im gezeigten Beispiel in einem Polster 8 des Sitzes 2, angeordnet. Der Schallwandler 6 ist derart im Medium 7 integriert, dass er keine selbständigen Schwingungen durchführt.
Der jeweilige Schwinger 3 schwingt mit einer Frequenz, wobei sich die Schwingungen über das Medium 7 zum Schallwandler 6 ausbreiten. Der Schallwandler 6 wandelt die empfangenen Schwingungen in ein elektrisches Signal. Der jeweilige Schwinger 3 sowie der Schallwandler 6 sind mit einer Steuereinrichtung 9 verbunden, so dass die Steuereinrichtung 9 insbesondere das elektrische Signal des Schallwandlers 6 empfangen und weiter bearbeiten kann sowie die an dem jeweiligen Schwinger 3 anliegende Leistung, insbesondere die jeweils am zugehörigen Schwinger 3 anliegende Gleichspannung, ändern und dementsprechend die Frequenz der Schwinger 3 anpassen kann.
Entsprechend 2 wird in einem ersten Verfahrensschritt 10, der auch als Kalibrierungsschritt 10' bezeichnet werden kann, zunächst der jeweilige Schwinger 3 separat betrieben. Das mit Hilfe des Schallwandlers 6 aufgenommene elektrische Signal wird in der Steuereinrichtung 9 einer Fourier-Transformation unterzogen und somit ein Fourier-Spektrum erstellt. Im Fourier-Spektrum ist dabei eine Kennlinie zu erkennen, die dem separat betriebenen Schwinger 3 zugewiesen wird. Das heißt, dass im ersten Verfahrensschritt 10 durch den separaten Betrieb des jeweiligen Schwingers 3 dem jeweiligen Schwinger 3 im Fourier-Spektrum eine zugehörige Kennlinie zugewiesen wird. Die Schwinger 3 werden dabei mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben, so dass eine ausreichende Unterscheidung zwischen den Kennlinien der Schwinger 3 im Fourier-Spektrum vorliegt und diese somit einfach unterschieden werden können. Zudem führt der Betrieb der Schwinger 3 mit unterschiedlichen Frequenzen dazu, dass keine unerwünschten Überlagerungen der Frequenzen der Schwinger 3 zustande kommen, insbesondere keine Schwebungstöne entstehen.
Ist die Kalibrierung im ersten Verfahrensschritt 10 durchgeführt, so kann ein Normalbetrieb der Schwinger 3 eingeleitet werden, indem der jeweilige Schwinger 3 durch das Anlegen einer entsprechenden Leistung mit einer Frequenz schwingt. In diesem Betrieb wird im zweiten Verfahrensschritt 11 mit Hilfe des Schallwandlers 6 ein elektrisches Signal aufgenommen, das der Steuereinrichtung 9 übermittelt wird. Im dritten Verfahrensschritt 12 wird das mit dem Schallwandler 6 aufgezeichnete elektrische Signal einer Fourier-Transformation unterzogen und somit ein Fourier-Spektrum bestimmt. Im Fourier-Spektrum kann, insbesondere aufgrund der im ersten Verfahrensschritt 10 durchgeführten Kalibrierung, dem jeweiligen Schwinger 3 eine Kennlinie zugewiesen werden. Die jeweilige Kennlinie weist hierbei einen Extremwert, insbesondere einen Peak, auf, der zur Bestimmung der Frequenz des zugehörigen Schwingers 3 herangezogen wird. Insbesondere entspricht die Frequenz des jeweiligen Schwingers 3 dem Peak der zugehörigen Kennlinie im Fourier-Spektrum.
Ist die Frequenz des jeweiligen Schwingers 3 bestimmt, erfolgt im vierten Verfahrensschritt 13 ein Vergleich zwischen der bestimmten Frequenz des jeweiligen Schwingers 3 mit einer vorgegebenen bzw. gewünschten Frequenz. Sofern ein Unterschied zwischen diesen Frequenzen festgestellt wird, erfolgt eine Anpassung der an dem zugehörigen Schwinger 3 anliegenden Leistung zur Anpassung der bestimmten Frequenz an die gewünschte Frequenz. Danach kann das Verfahren 13 zum Verfahrensschritt 11 zurückkehren, so dass die Aufzeichnung des elektrischen Signals und die Bestimmung der Frequenz des jeweiligen Schwingers 3 wiederholt, insbesondere in einer Schleife oder in zeitlichen Abständen, durchgeführt wird.
Das Verfahren kann nach Verfahrensschritt 13 alternativ auch zum ersten Verfahrensschritt 10 zurückkehren. Bevorzugt ist es hierbei, wenn der erste Verfahrensschritt 10 in regelmäßigen Abständen und/oder vor der jeweiligen Inbetriebnahme der Schwinger 3 durchgeführt wird.

Claims

Verfahren zur Regelung von zumindest zwei mechanischen Schwingern (3), insbesondere im einem Kraftfahrzeug (1), wobei der jeweilige Schwinger (3) im Betrieb mit einer Frequenz schwingt, die über eine an dem Schwinger (3) anliegende Leistung regelbar ist, wobei – ein einziger Schallwandler (6) beabstandet zu den Schwingern (3) angeordnet wird, – mittels des Schallwandlers (6) ein elektrisches Signal aufgenommen wird, – das elektrische Signal einer Fourier-Transformation unterzogen und somit ein Fourier-Spektrum ermittelt wird, – die Frequenz des jeweiligen Schwingers (3) aus Extremwerten des Fourier-Spektrums bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige bestimmte Frequenz durch eine Änderung der anliegenden Leistung an eine vorgegebene Frequenz angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Schwinger (3) durch das Anliegen einer Gleichspannung betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem jeweiligen Schwinger (3) im Fourier-Spektrum eine Kennlinie zugewiesen wird und die Frequenz des jeweiligen Schwingers (3) aus einem Extremwert der zugehörigen Kennlinie bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Schwinger (3) zunächst separat betrieben und aus dem aus dem elektrischen Signal folgenden Fourier-Spektrum die zugehörige Kennlinie zugewiesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwinger (3) und der Schallwandler (6) im gleichen Medium (7) angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwinger (3) mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden.
Kraftfahrzeug (1) mit zumindest zwei mechanischen Schwingern (3), wobei der jeweilige Schwinger (3) im Betreib mit einer zugehörigen Frequenz schwingt und die Schwinger (3) im gleichen Medium (7) angeordnet sind, gekennzeichnet durch – einen Schallwandler (6), der im Medium (7) beabstandet zu den Schwingern (3) angeordnet ist, – eine Steuereinrichtung (9), die derart ausgestaltet ist, dass sie die Schwinger (3) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 regelt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwinger (3) und der Schallwandler (6) in einem Sitz (2) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Schwinger (3) einen Schwingungsmotor (4), insbesondere einen Vibrationsmotor (5), aufweist.