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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeuginnenraum-Ausstattungsteil. Das Fahrzeug ist z.B. ein Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug.
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Eine solche Antriebsvorrichtung ist aus offenkundiger Vorbenutzung bekannt. Ausstattungteile, wie z.B. höhenverstellbare Kopfstützen von Fahrzeugsitzen, sind mit einem Elektro-Verstellmotor ausgestattet, welcher das Kopfteil der Kopfstütze relativ zu einer Rückenlehne z.B. nach oben / unten bewegt. Der Verstellmotor wird von einer Steuerung, z.B. der Sitzsteuerung, entsprechend des gewünschten Verstellwegs und der gewünschten Verstellrichtung gesteuert.
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Dabei verwertet das Sitzsteuergerät ein Signal des Verstellmotors, dass ihm in Form einer der Drehzahl des Verstellmotors entsprechenden Pulsrate zur Verfügung gestellt wird. Dafür umfasst der Verstellmotor einen Sensor, welcher die Drehzahl aufnimmt und in eine, der Drehzahl entsprechenden Pulsrate umwandelt. Das kann z. B. ein Hallsensor sein.
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Die Konstruktion des Ausstattungsteils erfordert es, dass der Verstellmotor einen geringen Bauraum aufweist und / oder ein geringes Gewicht aufweist und / oder einen geringen Geräuschpegel und / oder geringe Geräuschunterschiede aufweist. Der Geräuschpegel des Verstellmotors wird z.B. von der auf den Verstellmotor wirkenden Last beeinflusst. Die Last hängt z.B. von der Verstellrichtung ab. Es wirken z.B. unterschiedliche Lasten auf den Verstellmotor in Abhängigkeit davon, ob das Ausstattungsteil aufwärts, d.h. entgegen der Schwerkraft, oder abwärts, d.h. in Richtung der Schwerkraft, verstellt wird. Wenn z.B. eine Kopfstütze entgegen der Schwerkraft verstellt wird, ist die Last auf den Verstellmotor größer. Dies führt in der Regel zu einem anderen Geräuschpegel als bei einer Verstellbewegung der Kopfstütze nach unten, in Richtung der Schwerkraft.
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Ebenso führen höhere Lasten, bedingt durch einen größeren Reibwert in den Führungen des Ausstattungsteils oder durch niedrigere Temperaturen zu einem höheren Geräuschpegel des Verstellmotors. Verändern sich die Bedingungen über den Verstellbereich, kann es zu Schwankungen des Geräuschpegels während des Betriebs des Verstellmotors kommen.
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Dabei gilt, dass sich Lastschwankungen hinsichtlich des Laufgeräusches bei hohen Betriebsdrehzahlen stärker auswirken, als bei niedrigen Betriebsdrehzahlen.
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Um den Anforderungen nach geringem Gewicht und geringer Baugröße des Ausstattungsteils zu entsprechen, werden kleine Verstellmotoren verwendet. Diese müssen aber mit höheren Drehzahlen betrieben werden. Lastschwankungen führen jedoch dann zu größeren Geräuschschwankungen im Vergleich zu Verstellmotoren mit niedrigerer Betriebsdrehzahl.
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Die erforderliche Motorleistung richtet sich nach der, im System möglichen, Maximallast. Diese ergibt sich aus den vorliegenden Reibfaktoren der Führungen, dem Einfluss der Kopfstützenmasse und dem Einfluss von Temperaturänderungen.
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Bei kleinen Verstellmotoren wird diese Leistung im allgemeinen über hohe Drehzahlen generiert, so dass bei variabel auftretender Last, die Betriebsdrehzahl bisweilen in einem Bereich liegt, bei dem die von einem Sensor übermittelte Pulsrate von marktüblichen Steuergeräten nicht mehr verarbeitet werden kann und zum Ausfall der Steuerung bzw. des Antriebssystems führt.
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Es war Aufgabe der Erfindung, die von einem Sensor an einer Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeuginnenraum-Ausstattungsteil dem Steuergerät zur Verfügung gestellten Signale so zu ändern, dass deren Pulsrate für alle Lastbereiche in einem von marktüblichen Steuerungen verarbeitbarem Bereich liegen. Insbesondere umfasst dabei die Antriebsvorrichtung einen schnelllaufenden Verstellmotor.
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Die Aufgabe wurde zunächst gelöst durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die Antriebsvorrichtung ist vorgesehen für das Verstellen eines Fahrzeuginnenraum-Ausstattungsteils relativ zu einem Halteteil. Die Antriebsvorrichtung umfasst einen Verstellmotor und ein Steuergerät und außerdem eine Verstellmechanik, welche die Bewegung des Motors in eine Bewegung des Ausstattungsteils überträgt. Der Verstellmotor wird hinsichtlich seiner Drehzahl und Drehrichtung von dem Steuergerät gesteuert. Der Antriebsvorrichtung, die insbesondere einen schnelllaufenden Verstellmotor umfasst, ist ein Sensor zugeordnet, welcher an einer Getriebestufe eines Getriebes eine der Drehzahl entsprechende Pulsrate an das Steuergerät übermittelt. Das Senden der Steuerungsdaten von dem Steuergerät an den Verstellmotor und das Senden der Pulsrate von dem Sensor der Antriebsvorrichtung an das Steuergerät erfolgt über Leitungen oder kabellos über die üblichen kabellosen Verbindungen wie WirelessLan, Bluetooth etc.
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Dem Verstellmotor ist erfindungsgemäß ein Pulsratenmodifizierer in Form eines mechanischen Getriebes zugeordnet. Das Getriebe ist Teil der Antriebsvorrichtung und modifiziert die Drehzahl des Verstellmotors derart, dass sie innerhalb eines von dem Steuergerät zu verarbeitenden Wertebereichs der Pulsrate liegt. D.h. der Verstellmotor steht mit einem Getriebe in Verbindung, welches die Drehzahl der Abtriebsstufe des Getriebes modifiziert. Die modifizierte Drehzahl wird an einer Getriebestufe, wie z. B. einem Zahnrad von einem Sensor aufgenommen, in eine der Drehzahl entsprechende Pulsrate umgewandelt, und an das Steuergerät gesendet.
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Auf diese Weise können Verstellmotoren von handelsüblichen Steuergeräten gesteuert werden, wobei eine der maximalen Drehzahl des Verstellmotors entsprechende Pulsrate größer oder kleiner sein kann als die von dem Steuergerät zu verarbeitende Pulsrate.
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Vorteil der mechanischen Frequenzteilung ist die Möglichkeit zur Anpassung der Pulsrate bzw. der Periodendauer an die Mechanik. Über das Zusammenspiel von Übersetzungsverhältnis in den einzelnen Getriebestufen und der Möglichkeit aufgrund der größeren Abmessung der Getriebewelle, mehreren Polpaare für die Sensierung pro Umdrehung zu nutzen ist eine genauere Bestimmung der Drehposition der Abtriebswelle möglich.
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Zur Verdeutlichung: Bei der Sensierung auf der Motorwelle wird üblicherweise ein Ringmagnet mit einem Polpaar verwendet, auf der Getriebewelle kann aufgrund der größeren Abmessung des Bauteils ein Ringmagnet mit 6 Polpaaren zum Einsatz kommen .
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Die Modifizierung der Pulsrate des Verstellmotors kann z.B. ausschließlich von dem Getriebe oder von Teilen des Getriebes vorgenommen werden. Z.B. kann die Pulsratenmodifizierung von zwei zusammenwirkenden Verzahnungen des Getriebes vorgenommen werden.
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Zusätzlich kann der Pulsratenmodifizierer auch ein elektronisches Bauteil umfassen, welches die Pulsrate zusätzlich zu dem Getriebe modifiziert. Der Pulsratenmodifizierer sendet den modifizierten Wert der Pulsrate an das Steuergerät weiter.
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Wenn der Pulsratenmodifizierer gemäß einer Ausführungsform zusätzlich ein elektronisches Bauteil umfasst, ist dieses insbesondere von einem handelsüblichen elektronischen Bauteil gebildet. Das elektronische Bauteil ist z.B. von einem Frequenzteiler gebildet. Frequenzteiler sind handelsübliche elektronische Bauteile, die kostengünstig auf dem Markt erhältlich sind. Mit dem Frequenzteiler ist es auf einfache Weise möglich, eine der Motordrehzahl entsprechende Reduktion z. B. eine Halbierung, der Pulsrate vorzunehmen. Gemäß einer Alternative kann das elektronische Bauteil aber auch eine andere Funktion auf die Pulsrate anwenden. Auf diese Weise kann der Pulsratenmodifizierer eine Reduzierung oder eine Erhöhung der Pulsrate bewirken.
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Der der Antriebsvorrichtung zugeordnete Sensor kann z.B. von einem Hallsensor gebildet sein. Es kommen aber auch alle anderen geeigneten Sensoren in Betracht. Die Anzahl der vom Sensor abgegebenen Signale richtet sich nach dem Produkt aus dem Übersetzungsverhältnis und der Polpaarzahl des im Eingriff stehenden Magneten. Ein von einem Strom durchflossener Hall-Sensor liefert er eine Ausgangsspannung, die proportional zum Produkt aus magnetischer Flussdichte und Strom ist, wenn er in ein Magnetfeld eines Magneten gebracht wird. Unterschiedliche Magneten können unterschiedliche Polpaarzahlen aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Sensor wahlweise auf einem Teil von mehreren Teilen des Getriebes angeordnet werden. Auf diese Weise kann über die Anordnung des Sensors die Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Einflüssen und der Grad der Genauigkeit vorgegeben werden. Z.B. kann der Sensor wahlweise auf einem ersten schneller drehenden Teil des Getriebes oder einem zweiten langsamer drehenden Teil des Getriebes angeordnet werden. Bei der Anordnung auf dem zweiten langsamer drehenden Teil des Getriebes wird die vom Sensor aufgenommene Periodendauer größer, wodurch die Empfindlichkeit sinkt. Bei der Anordnung des Sensors auf dem ersten schneller drehenden Teil, wird die Periodendauer des Signals kleiner, wodurch die Empfindlichkeit steigt.
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Die Periodendauer kann außerdem beeinflusst werden, indem die Polpaarzahl des Magneten variiert wird. Eine größere Polpaarzahl verringert die Periodendauer des Messsignals und eine geringe Polpaarzahl, z.B. 1, erhöht die Periodendauer.
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Das Getriebe kann z.B. in einem Gehäuse aufgenommen sein. In dem Gehäuse kann z.B. auch der Motor aufgenommen sein.
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Die Erfindung betrifft auch eine Verstellvorrichtung, umfassend ein Fahrzeuginnenraum-Ausstattungsteil und ein Halteteil, wobei das Ausstattungsteil mittels der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung relativ zu dem Halteteil bewegbar ist.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Kopfstütze. Die Kopfstütze umfasst ein Kopfteil, welches mit wenigstens einer Tragstange an der Rückenlehne des Fahrzeugsitzes gelagert ist. Das Kopfteil ist relativ zu der Rückenlehne verstellbar ausgebildet. Das Kopfteil und die Rückenlehne bilden die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung, wobei das Kopfteil ein Fahrzeuginnenraum-Ausstattungsteil und die Rückenlehne ein Halteteil ist. Das Kopfteil ist mittels der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung relativ zu der Rückenlehne bewegbar. Dem Kopfteil sind Tragstangen zugeordnet. Z.B. ist das Kopfteil relativ zu rückenlehnenfesten Tragstangen verstellbar. Gemäß einer Alternative sind die Tragstangen fest am Kopfteil gehalten und die Tragstangen sind relativ zu der Rückenlehne bewegbar.
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Weitere Vorteile ergeben sich anhand eines in den Fig. schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
- 1 einen Fahrzeugsitz mit einer Rückenlehne und mit einer elektrisch höhenverstellbaren Kopfstütze umfassend die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung.
- 2 eine perspektivische Darstellung der Kopfstütze von vorne, wobei die Kopfanlageplatte der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist,
- 3 eine perspektivische Darstellung des Gehäuses mit Antriebsmotor und Getriebe sowie der Antriebsspindel,
- 4 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie IV - IV in 5,
- 5 eine Draufsicht auf das Motorgehäuse, wobei ein Deckel des Motorgehäuses nicht dargestellt ist,
- 6 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie VI - VI in 5, und
- 7 eine Schnittdarstellung der Spindelmutter.
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Eine Antriebsvorrichtung insgesamt wird in der Figur mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
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Die Antriebsvorrichtung 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Steuerung einer in die Richtungen z1 und z2 verstellbaren Kopfstütze 11 vorgesehen, die an der Rückenlehne 12 eines Fahrzeugsitzes 13 gelagert ist. Die Kopfstütze 11 umfasst ein Kopfteil 14 und Tragstangen 15. Das Kopfteil 14 ist an den Tragstangen 15 gehalten. Die Tragstangen 15 sind ihrerseits in einem rückenlehnenfesten Lager gelagert. Das Kopfteil 14 ist mittels eines elektrischen Verstellmotors 16 relativ zu der Rückenlehne 12 in die Richtungen z1 und z2 bewegbar gelagert. Das Kopfteil 14 ist z.B. relativ zu den Tragstangen 15 bewegbar und die Tragstangen 15 sind z. B. relativ zur Rückenlehne 12 unbeweglich gelagert.
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Gemäß einer alternativen Ausführung könnten mittels des Verstellmotors auch die Tragstangen 15 relativ zu den rückenlehnenfesten Lagern verlagerbar sein, wobei das Kopfteil 14 relativ zu den Tragstangen 15 unbeweglich gelagert ist.
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Der Verstellmotor 16 wird von einem Sitzsteuergerät 17 gesteuert. Verstellmotor 16 und Sitzsteuergerät 17 sind, wie durch die Linien 19 und 20 angedeutet, derart durch Datenleitungen verbunden, dass Daten übertragbar sind. Das kann z.B. durch Kabel, Funk, Wlan etc. erfolgen. Mittels der Datenleitungen 19 und 20 kann das Sitzsteuergerät 17 den Verstellmotor 16 steuern. Zur Steuerung des Verstellmotors 16 benötigt das Sitzsteuergerät 17 den aktuellen Wert der Drehzahl nMotor des Verstellmotors 16. Dafür ist ein Sensor vorhanden, welcher eine Drehzahl n aufnehmen und in eine der Drehzahl entsprechende Pulsrate P umwandeln kann. Das kann z.B. ein Hallsensor sein.
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Das Sitzsteuergerät 17, das lediglich Pulse mit einer Halbperiodendauer größer als 3,6 ms. verarbeitet, kann eine maximale Pulsrate PSteuergerätMax von 8333 1/min aufnehmen. Gab der Verstellmotor 1 Puls/Umdrehung an das Sitzsteuergerät ab, bedeutet dies im Stand der Technik, dass eine max. Motordrehzahl nMotorMax = 8333 1/min verarbeitet werden konnte. Empfing das Sitzsteuergerät höhere Pulsraten PMotor > 8333 1/min, so kam es zu einem Systemausfall.
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Um den Anforderungen an Baugröße, Gewicht und Verstellgeräusch gerecht zu werden, ist es vorteilhaft, einen kleineren Verstellmotor 16 zu verwenden, dessen Maximaldrehzahl nMotorMax z. B. größer ist als 8333 1/min, z. B. 12000 1/min ist. Die Verarbeitung der Drehzahl des Verstellmotors durch das Sitzsteuergerät 17 ist erfindungsgemäß möglich, weil zwischen dem Verstellmotor 16 und dem Sitzsteuergerät 17 ein Pulsratenmodifizierer 18 in Form eines mechanischen Getriebes angeordnet ist. Die Drehzahl nMotor wird von dem an eine Motorwelle gekoppelten Getriebe modifiziert. Von einem Sensor wird eine der Drehzahl des Getriebeteils nGetriebeteil entsprechende Pulsrate PGetriebeteil über die Leitung 19 an den Pulsratenmodifizierer 18 gesendet.
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Arbeitet der Pulsratenmodifizierer 18 z.B. mit einem Verhältnis 1:23 wird an der Getriebestufe die Eingangsdrehzahl auf 1/23 reduziert. Abhängig von der Polpaarzahl des Ringmagneten, der an dieser Stufe zum Einsatz kommt, ergibt sich die Anzahl der Pulse die an das Sitzsteuergerät 17 übermittelt werden. Die Pulsrate wird hier also über das Übersetzungsverhältnis und über die Polpaarzahl bestimmt. Der reduzierte Wert der Pulsrate PReduz muss unter der maximal zu verarbeitenden Pulsrate des Sitzsteuergeräts PSteuergerätMax liegen. Bei einer Halbperiodendauer des Sitzsteuergerät grösser 3,6 ms ist P SteuergerätMax = 8333 1/min. Der reduzierte Wert der Pulsrate PReduz wird über die Leitung 19 an das Sitzsteuergerät 17 weitergeleitet.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die maximale Pulsrate des Motors PMotorMax = 12000 1/min. Bei einem Teilungsverhältnis des Pulsratenmodifizierer von 2:1 beträgt die am Sitzsteuergerät ankommende maximale Pulsrate PReduz = 6000 1/min. Auf diese Weise wird ein Systemausfall aufgrund einer an das Sitzsteuergerät 17 übermittelten Pulszahl PMotor > PSteuergerätMax unterbunden. Dennoch wird eine reduzierte, der Drehzahl nMotor proportionale Pulsrate PReduz an das Sitzsteuergerät 17 geliefert.
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In 2 eine perspektivische Ansicht der Kopfstütze 11 dargestellt. Ein Basisteil 21 des Kopfteils 14 ist relativ zu den Tragstangen 15 in die Richtungen z1 und z2 verstellbar. Ein Gehäuse 22 ist fest mit dem Basisteil 21 verbunden. Eine Spindel 23 ist verdrehsicher an einer Traverse 24 gelagert, die beide Tragstangen 15 miteinander verbindet. Die Spindel 23 steht fest mit einer Spindelmutter eines Getriebes in Eingriff, welches in dem Gehäuse 22 angeordnet ist. Das Getriebe ist in 2 nicht erkennbar. Das Getriebe ist einem Verstellmotor zugeordnet. Je nach Drehrichtung der Motorwelle des Verstellmotors wird das Basisteil 21 in die Richtungen z1 oder z2 bewegt.
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An dem Basisteil 21 ist ferner ein in Richtung x1 und x2 verstellbarer Halter 25 gelagert, an welchem eine nicht dargestellte Kopfanlage befestigbar ist. Auf die Kopfanlage soll hier nicht weiter eingegangen werden.
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In 3 sind das Gehäuse 22 und die Spindel 23 dargestellt. Das Gehäuse 22 umfasst eine Schale 26 sowie einen Deckel 27, der an der Schale 26 befestigbar ist.
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5 zeigt eine Draufsicht auf die Schale 26, wobei der Deckel demontiert wurde. Das Gehäuse 22 umfasst zwei Aufnahmeräume 28 und 29. In dem Aufnahmeraum 28 ist der Körper eines Elektromotors angeordnet, der im Folgenden als Motor 30 bezeichnet wird. Der Motor 30 umfasst eine Welle 31, auf welcher ein Schneckenrad 32 befestigt ist. Das Schneckenrad 32 steht mit einer Außenverzahnung 33 der Spindelmutter 34 in Eingriff. Die Spindelmutter 34 umfasst ferner ein Innengewinde 35 die mit dem Aussengewinde der Spindel 23 in Eingriff ist. Das Schneckenrad 32, die Außenverzahnung 33, die Innengewinde 35 und die Spindelverzahnung bilden ein Getriebe 36.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Pulsratenmodifizierer 18 von dem Getriebe 36 gebildet. Zwischen dem Schneckenrad 32 und der Außenverzahnung 33 liegt ein Übersetzungsverhältnis von 1:23 vor. D.h. die Maximaldrehzahl nMotormax von 12000 1/min wird reduziert, so dass die Spindelmutter 34 eine maximale Drehzahl von 6000 1/min hat. Die Spindelmutter 34 liefert einen Puls pro Umdrehung, wobei die Pulse von einem nicht dargestellten Sensor aufgenommen, und die Pulsrate an das Sitzsteuergerät 17 übertragen wird.
