DE102020114529B4 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Systems für eine Sitzkomfortfunktion, Verfahren zur Ansteuerung einer Schaltungsanordnung und Sitz mit einem Sitzkomfortsystem - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Systems für eine Sitzkomfortfunktion, Verfahren zur Ansteuerung einer Schaltungsanordnung und Sitz mit einem Sitzkomfortsystem Download PDF

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Abstract

Schaltungsanordnung (1) zur Ansteuerung eines Systems (2) für eine Sitzkomfortfunktion, umfassend eine Vielzahl von Aktuatoren (103) mit zumindest je einem Stellelement (104) und zumindest je einem SMA-Element (100),wobei das Stellelement (104) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verstellbar ist,wobei die Schaltungsanordnung (1) zumindest eine Widerstandsmessvorrichtung (5) zum Messen des Widerstands des zumindest einen SMA-Elements (100) umfasst,wobei die Schaltungsanordnung (1) weiterhin zumindest eine Treibereinheit (6) zum Betätigen des Aktuators (103) mit dem zumindest einen SMA-Element (100) und eine Steuereinheit (30) zum Steuern der Treibereinheit (6) aufweist, welche dazu geeignet ist, ein Ausgangssignal der Widerstandsmessvorrichtung (5) zu verarbeiten,wobei die Schaltungsanordnung dazu ausgelegt ist, dass Widerstandsmessvorrichtung (5) und Treibereinheit (6) alternierend mit dem SMA-Element wirkverbunden sind,wobei die Widerstandsmessvorrichtung (5) einen Multiplexer (12) umfasst, welcher mit jedem der SMA-Elemente (100) so verbunden ist, dass der Widerstand jedes SMA-Elements (100) einzeln gemessen werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Systems für eine Sitzkomfortfunktion (auch: Sitzkomfortsystem), ein Verfahren zur Ansteuerung einer Schaltungsanordnung und einen Sitz mit einem Sitzkomfortsystem.
  • Nach dem Stand der Technik ist zum Beispiel aus der DE 10 2017 112 803 A1 eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Systems, insbesondere einer Lordosenstütze mit zumindest zwei Luftkissen bekannt. Die bekannte Schaltung ist somit für ein Sitzkomfortsystem geeignet.
  • 1a-c zeigt eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung für ein Sitzkomfortsystem nach dem Stand der Technik. Ein Sitzkomfortsystem, beispielsweise mit einer pneumatischen Lordosestützvorrichtung und/oder Massagevorrichtung für einen Sitz, umfasst typischerweise eine Mehrzahl von Luftkissen 130 (nicht dargestellt), welche gefüllt und mit einem gewünschten ggf. zeitlich abhängigen Druck beaufschlagt werden können. Dazu umfasst das Sitzkomfortsystem eine Steuerung, eine Pumpe 140 (nicht dargestellt) zum Beaufschlagen der Luftkissen mit Druck und eine Mehrzahl von Ventilen 120, wobei zweckmäßigerweise jedem Luftkissen zumindest ein Ventil zugeordnet ist. Jedes dieser Ventile kann nach dem Stand der Technik einen Aktuator mit einem SMA-Element (Formgedächtnis-Element) umfassen, welches je nach Bestromung das Ventil in einen geöffneten, teilgeöffneten oder geschlossenen Funktionszustand versetzt. Die zugeführte Leistung muss üblicherweise in einem sehr eng definierten Bereich gehalten werden, um eine zuverlässige Aktivierung des Aktuators zu gewährleisten und dennoch eine thermische Überlastung und somit eine dauerhafte Schädigung des SMA-Elementes zu vermeiden. Somit muss eine Steuervorrichtung zweckmäßigerweise über Sensoren zur Strom-, Spannungs- und/oder Temperaturüberwachung verfügen.
  • In der 1a ist eine bekannte Schaltungsanordnung 1 gezeigt. Die Schaltungsanordnung 1 ist zur Ansteuerung eines Systems 2, insbesondere einer Lordosenstütze mit zumindest zwei Luftkissen 130 (nicht dargestellt) geeignet. Ein solches System 2 umfasst zumindest zwei Luftkissen die zumindest ein Ventil, insbesondere zumindest je ein Ventil, umfassen. Ein solches Ventil 120 umfasst, wie beispielhaft in 1b dargestellt, ein Gehäuse 102 und einen Aktuator 103. Das Gehäuse 102 umfasst eine erste Öffnung 105 und eine zweite Öffnung 106. Der Aktuator 103 umfasst ein SMA-Element 100, welches als V-förmig angeordneter Draht ausgeführt ist, und ein mit dem SMA-Element 100 bewegbares Stellelement 104, welches mit einem Dichtelement 108 versehen ist, um die erste Öffnung 105 wahlweise zu öffnen oder zu verschließen. Die erste Öffnung 105 ist in einer ersten Stellung des Stellelements 104 geöffnet und in einer zweiten Stellung des Stellelements 104 geschlossen. Aus der WO 2005/026592 A2 ist bekannt, dass ein solches Ventil einen Endschalter 107 aufweisen kann, welcher bei Erreichen der zweiten Stellung geschlossen wird. Mittels dieses Endschalters kann eine dem Draht zugeführte Heizleistung teilweise oder vollständig reduziert werden. Weiterhin ist aus der WO 2005/026592 A2 eine Schaltung mit einem Temperatursensor bekannt, die die Heizleistung an die Umgebungstemperatur anpasst.
  • Alternativ zu dem in 1b gezeigten Aktuator mit einen V-förmigen SMA-Element ist ein Aktuator 103 mit einem linearen oder U-förmigen SMA-Element 100 bekannt, bei dem das Stellelement 104 z.B. aus einer Blattfeder gebildet sein kann, an dessen ersten Ende das SMA-Element 100 angreift. Das Dichtelement 108 kann dabei in einem Durchloch 104a des Stellelements 104 an dem ersten Ende des Stellelements gehalten sein. Das Stellelement 104 ist im gezeigten Beispiel zwischen einer Grundplatte 109 und einer Leiterplatte 110 bzw. Platine mit seinem anderen Ende angeordnet, wobei mittels eines Crimps 101 das SMA-Element 100 gehalten und kontaktiert werden kann.
  • Die in 1a gezeigte Schaltungsanordnung ist geeignet mehrerer SMA-Elemente 100-1 bis 100-N zu bestromen und schalten. Die SMA-Elemente sind mit einer mit dem Pfeil dargestellten Spannungsquelle U verbunden. Dazu umfasst die Schaltungsanordnung 1 eine Steuereinheit 30. Weiterhin kann ein Temperatursensor 70 zum Messen der Temperatur der SMA-Elemente 100 und/oder ein Spannungssensor 71 vorhanden sein. Die Steuereinheit 30 ist mit einer Pulsweitenmodulationseinheit 60 verbunden. Mittels der Pulsweitenmodulationseinheit 60 kann eine Ansteuerung der SMA-Elemente 100 mittels Pulsweitenmodulation erfolgen, wobei in Abhängigkeit von der gemessenen Versorgungsspannung und Temperatur der Duty-Cycle der Pulsweitenmodulation, also das Verhältnis von Pulsweite zu Periodendauer, eingestellt wird. Eine Schaltung für eine Pulsweitenmodulation ist beispielsweise aus der DE 10 2017 112 803 A1 bekannt. Mittels des jeweiligen Treibers 20-1 bis 20-N kann das zugeordnete SMA-Element 100-1 bis 100-N nacheinander bestromt werden. Zur Vermeidung von Stromspitzen können Vorwiderstände 21-1 bis 21-N vorhanden sein. Weiterhin kann die Schaltungsanordnung auch einen Endschalter oder eine Feedback-Vorrichtung 38 umfassen. Die Feedback-Vorrichtung ist entweder wie dargestellt mit Pulsweitenmodulationseinheit 60 verbunden oder alternativ mit der Steuereinheit 30 verbunden und ist geeignet, das Erreichen einer Endposition des Aktuators, welches insbesondere mechanisch detektiert wird, an die Pulsweitenmodulationseinheit 60 oder die Steuereinheit 30 zu melden.
  • Aus der DE 10 2016 225 519 A1 ist ein pneumatisches Ventil mit einem Aktuator und beweglichen Absperrelementen bekannt, wobei der Aktuator durch ein mittels elektrischer Heizleistung verformbares SMA-Element betätigt wird. Zur Betätigung des Aktuators wird dem SMA-Element eine elektrische Heizleistung zugeführt, worauf sich das SMA-Element in an sich bekannter Weise verformt und hierdurch eine vorgegebene Bewegung des Absperrelements zum Öffnen oder Schließen eines Luftanschlusses bewirkt wird. Die Verformung des SMA-Elements wird bei Beendigung der Zufuhr der elektrischen Heizleistung rückgängig gemacht, wodurch eine Umkehrung der vorgegebenen Bewegung des SMA-Elements bewirkt wird. Der bekannte Aktuator umfasst weiterhin eine Detektionseinheit, um ein Erreichen und Verlassen einer Endposition zu detektieren. Die Endposition wird in der gezeigten Ausführungsform durch Überbrücken eines Abschnitts des SMA-Elements und Messen eines durch die Überbrückung verringerten Widerstands erzielt.
  • Die EP 1 125 077 B1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzventils mit einem Formgedächtniselement. Das Steuerverfahren umfasst das Anlegen einer hohen Spannung und das Überwachen des Phasenübergangs mittels Widerstandsmessung. Bei einem Überschreiten eines Schwellwert wird die Spannung gesenkt aber die Widerstandsmessung weiter fortgeführt.
  • Die bekannten Verfahren beruhen darauf, dass jeweils bei einer bestimmten Position des Stellelements eine Art Schalter betätigt wird, der durch einen Kippschalter oder eine Überbrückung realisiert ist. Solche mechanischen Schalter können durch Schmutzpartikel, Abrieb, Flüssigkeiten aber auch eine hohe Schaltfrequenz in ihrer Funktion beeinträchtigt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Systems für eine Sitzkomfortfunktion, ein Verfahren zur Ansteuerung einer Schaltungsanordnung und einen Sitz mit einem Sitzkomfortsysteme mit einer derartigen Schaltungsanordnung anzugeben, welche bzw. welcher die Nachteile nach dem Stand der Technik verbessert. Insbesondere soll eine Schaltungsanordnung angegeben werden, die eine kontaktlose Erkennung einer Schaltposition eines SMA-Ventils ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Sitzes mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist zur Ansteuerung eines Systems für eine Sitzkomfortfunktion ausgelegt. Das System umfasst eine Vielzahl von Aktuatoren mit zumindest je einem Stellelement und zumindest je einem SMA-Element, wobei das Stellelement zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verstellbar ist. Erste Stellung und zweite Stellung sind im Sinne dieser Erfindung zwei voneinander verschiedene Stellungen, die als Öffnungs- und Schließstellung oder Zwischenstellungen gewählt werden können. Das System besteht in Ausgestaltung aus einem oder mehreren Ventilen, welche in einer Lordosestützeinrichtung oder Massageeinrichtung z.B. in einem Fahrzeugsitz eingesetzt werden, oder umfasst ein oder mehrere solcher Ventile. Ein solches SMA-Element (Formgedächtnislegierungs-Element) ist insbesondere ein Draht oder Band aus einem SMA.
  • Die Schaltungsanordnung umfasst zumindest eine Widerstandsmessvorrichtung zum Messen des Widerstands des SMA-Elements. Im Sinne dieser Erfindung soll unter Widerstand der elektrische Widerstand verstanden werden. Weiterhin weist die Schaltungsanordnung zumindest eine Treibereinheit zum Betätigen des Aktuators mit dem SMA-Element und eine Steuereinheit zum Steuern der Treibereinheit auf. Eine Treibereinheit umfasst zumindest einen SMA-Treiber. Mittels der Widerstandsmessvorrichtung kann ein Widerstand gemessen werden und ein Ausgangssignal erzeugt werden. Das Ausgangssignal wird an die Steuereinheit weitergegeben, sodass die Steuereinheit die Treibereinheit basierend auf dem gemessenen Widerstandswert regeln kann. Die Schaltungsanordnung ist dazu ausgelegt, dass entweder der Widerstand des SMA-Elements gemessen wird oder eine Bestromung erfolgt, somit also Widerstandmessvorrichtung und Treibereinheit alternierend mit dem SMA-Element wirkverbunden sind. Dazu kann insbesondere die Steuereinheit auch die Widerstandsmessvorrichtung steuern.
  • Die Widerstandsmessvorrichtung umfasst einen Multiplexer, welcher mit jedem der SMA-Elemente so verbunden ist, dass der Widerstand jedes SMA-Elements einzeln gemessen werden kann. Somit wird mittels des Multiplexers jedes SMA-Element nacheinander mit der Widerstandsmessvorrichtung zum Messen des Widerstands verbunden.
  • Die Steuereinheit kann in Ausgestaltung über Sensoren zur Strom-, Spannungs- und/oder Temperaturüberwachung verfügen. Die Steuereinheit verfügt in Ausgestaltung über Kommunikationsschnittstellen, um über in einem Fahrzeug vorhandene Schalter und/oder einen Bordcomputer gesteuert zu werden. Als weiteren Eingang kann die Steuereinheit über eine LIN (Local Interconnect Network)-Kommunikationsschnittstelle verfügen, welche insbesondere einen Sendeempfänger aufweist, und/oder eine Schaltereingangsschnittstelle aufweist. Die Schaltereingangsschnittstelle ist insbesondere zum Verarbeiten widerstandsbasierter Schaltersignale geeignet, wobei die Schaltereingangsschnittstelle für eine Mehrzahl von Schaltereingängen ausgelegt sein kann, z.B. Sitzverstellung, insbesondere Position und Lordose, und Massage. Die Steuereinheit kann einen Speicher zum Speichern von Daten umfassen.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die Schaltungsanordnung eine Auswerteeinheit oder ist damit verbunden. Die Auswerteeinheit ist zwischen Widerstandsmessvorrichtung und Steuereinheit geschaltet, so dass der Widerstandsmesswert gemessen wird, mit der Auswerteeinheit ausgewertet wird und ein Ausgangssignal der Auswerteeinheit an die Steuereinheit gegeben wird. Dieses Ausgangssignal kann insbesondere ein Signal zur Übermittlung des Erreichens einer Endbedingung umfassen.
  • In Ausgestaltung ist jedem Aktuator eine Treibereinheit mit einem SMA-Treiber zur Betätigung des jeweiligen Aktuators oder für jeden Aktuator ein SMA-Treiber in einer Treibereinheit zugeordnet. In weiterer Ausgestaltung umfasst die Auswerteeinheit einen Speicher zum Speichern von Daten, wobei die Auswerteeinheit einen Verlauf nacheinander gemessener Widerstandswerte desselben SMA-Elementes auswertet und/oder mit einem oder mehreren vorgegebenen Widerstandswerten vergleicht. Bei dem Speicher kann es sich alternativ auch um einen gemeinsamen Speicher der Auswerteeinheit und der Steuereinheit handeln.
  • Die Steuereinheit ist zweckmäßigerweise zur Steuerung mittels Pulsweitenmodulation ausgelegt. Dazu umfasst die Steuereinheit zweckmäßigerweise eine Pulsweitenmodulationseinheit. Somit werden die SMA-Elemente über die zugeordneten SMA-Treiber der Treibereinheit nacheinander innerhalb eines Duty-Cycles für eine vorgegebene Pulsweite und Pulshöhe bestromt und somit geheizt. Die Pulsweitenmodulationseinheit kann in Ausgestaltung ein Zeitsignal an die Widerstandsmessvorrichtung ausgeben.
  • Die Auswerteeinheit umfasst einen Signalverstärker und/oder einen Rauschunterdrücker.
  • Die Widerstandsmessvorrichtung umfasst in einer Ausgestaltung zwei oder mehr Multiplexer, welche jeweils mit einem Teil der SMA-Elemente verbunden sind. Diese Ausgestaltung ist für große Systeme mit einer Vielzahl von SMA-Elementen möglich. Beispielsweise können pro Multiplexer 20 SMA-Elemente vorgesehen sein.
  • Zweckmäßigerweise ist jeweils zwischen Widerstandsmessvorrichtung und SMA-Element jeweils ein Vorwiderstand seriell geschaltet. Dieser Vorwiderstand dient im Wesentlichen zur Reduktion von Stromspitzen und reduziert somit die Gefahr einer Überlastung der SMA-Elemente.
  • In Ausgestaltung umfasst die Schaltungsanordnung einen Anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), welcher eine oder mehrere der folgenden Komponenten aufweist: Treiber, Widerstandsmessvorrichtung, Auswerteeinheit, Speicher oder Steuereinheit. Durch die Ausgestaltung mit einem ASIC wird die Schaltung kleiner und kann kostengünstiger hergestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung einer Schaltungsanordnung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfasst:
    • - Messen eines Widerstands eines SMA-Elementes,
    • - Nachfolgend Ansteuern des SMA-Elementes mittels eines Treibers in Abhängigkeit des gemessenen Widerstandwertes oder einer Änderung des Widerstandswertes,
    • - Zyklisches Widerholen des Messens und Ansteuerns bis zum Erreichen einer Endbedingung.
  • Die Endbedingung ist oder umfasst eines aus Erreichen eines vorgegebenen Widerstandswertes, einer vorgegebenen Änderung oder eines Umkehrpunktes einer Widerstandswertkurve. Bei der Erhitzung eines SMA-Elementes, insbesondere in dem das SMA-Element von einem Heizstrom durchflossen wird, ändert sich dessen Widerstand. Eine solche Widerstandsänderung ist beispielweise von Song „Resistance modelling of SMA Wire actuators“, International Workshop Smart Materials Structures & NDT in Aerospace, NDT in Canada 2011 veröffentlicht worden. Somit kann einer vorgegebenen Längenänderung, insbesondere einer Verkürzung, eine Änderung eines Widerstands zugeordnet werden. Die Änderung des Widerstands ist allerdings nicht linear, umfasst aber lineare und nahezu lineare Bereiche. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass eine Steigung der Widerstandskurve beim Erreichen eines Endpunktes des Aktuators eine Vorzeichenumkehr hat, so dass die Widerstandskurve einen Umkehrpunkt, d.h. einen Nulldurchgang der zweiten Ableitung der Widerstandskurve, aufweist. Die Bestimmung des Umkehrpunktes kann über den Vergleich mit dem oder den vorher gemessenen Widerstandswerten erfolgen. Eine Kombination aus Detektion des Umkehrpunktes und Vergleich mit einem vorgegebenen Absolutwert erhöht die Genauigkeit des Verfahrens. Die Endbedingung kann insbesondere für einen Normalbetrieb so gewählt werden, dass das Stellelement in eine Zwischenstellung nahe der Öffnungs- oder Schließstellung gebracht wird, so dass ein Endpunkt des Aktuators mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erreicht wird. Dies reduziert die mechanische Belastung der Ventile.
  • Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren eine Ansteuerung mittels Pulsweitenmodulation.
  • In Ausgestaltung erfolgt die Messung des Widerstands aller Elemente in einer gemeinsamen Ansteuerungstotzeit. Alternativ erfolgt die Messung eines Elementes jeweils zwischen der Ansteuerung des SMA-Elementes und der Ansteuerung des nachfolgenden Elementes. Die Ansteuerungstotzeit kann nach jedem oder nach einer Gruppe von Ansteuerungszyklen erfolgen.
  • Das Sitzkomfortsystem umfasst die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, zumindest ein, insbesondere zumindest zwei, Luftkissen mit je einem Ventil, wobei das Ventil zumindest einen Aktuator mit zumindest einem Stellelement und zumindest einem SMA-Element umfasst, wobei das Stellelement zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verstellbar ist.
  • In Ausgestaltung kann das Stellelement weiterhin mit einem Schalter verbunden oder verbindbar sein, welcher das Erreichen der ersten oder zweiten Stellung detektiert. Dieser Schalter kann insbesondere einer Kalibrierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen, z.B. der Speicherung eines absoluten Widerstandswerts als Abschaltbedingung.
  • Der erfindungsgemäße Sitz umfasst ein Sitzkomfortsystem mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
  • Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
    • 1a Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik
    • 1b SMA-Ventil mit einem Aktuator
    • 1c alternative Ausgestaltung eines Aktuators
    • 2 erste Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung
    • 3a-c Ausgestaltung von Mess-und Steuerzyklen
    • 4 Widerstandskurve
    • 5 zweite Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung
    • 6 ASIC
  • 2 zeigt eine erste Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung 1. Die Schaltungsanordnung 1 ist mit den SMA-Elementen 100, welche insbesondere, wie in den 1b und c dargestellt, Teil eines Aktuators und somit eines Ventils sind, für ein Sitzkomfortsystem ausgelegt.
  • Die Schaltungsanordnung umfasst eine Widerstandsmessvorrichtung 5 und eine Steuereinheit 30. Die Widerstandsmessvorrichtung 5 ist mit jedem der SMA-Elemente 100-1 bis 100-N verbindbar. Die SMA-Elemente sind mit einer durch den Pfeil dargestellten Spannungsquelle U verbunden. Die Steuereinheit 30 ist mit den SMA-Treibern 20 mit jedem der SMA-Elemente 100-1 bis 100-N verbindbar bzw. dauerhaft verbunden. Die SMA-Treiber 20 sind in einer Treibereinheit 6 angeordnet. Die Widerstandsmessvorrichtung 5 erzeugt ein Ausgangssignal, das kabelgebunden oder drahtlos an die Steuereinheit 30 übermittelt wird und dort als Eingangssignal für die Regelung der SMA-Treiber 20 genutzt wird.
  • Die Widerstandsmessvorrichtung 5 umfasst einen Multiplexer 12, welcher mit jedem der SMA-Elemente 100 verbindbar bzw. verbunden ist, so dass insbesondere durch Anlegen eines Messstroms mittels einer Stromquelle 13 ein Widerstand eines der SMA-Elemente 100 gemessen wird. Weiterhin ist zweckmäßigerweise ein Signalverstärker 14 in der Widerstandsmessvorrichtung 5 vorgesehen, welcher eine Offset-Korrektur aufweisen kann. Das erhaltene Messsignal des Widerstands kann nun in einer Auswerteeinheit 8 ausgewertet werden. Im gezeigten Beispiel ist die Auswerteeinheit in der Widerstandsmessvorrichtung 5 angeordnet. Alternativ kann sie als separates Bauteil zwischen Widerstandsmessvorrichtung 5 und Steuereinheit 30 angeordnet sein.
  • Die in 2 gezeigte Schaltungsanordnung kann eine Steuereinheit 30 aufweisen, welche zum Betätigen der SMA-Elemente 100-1 bis 100-N mittels Pulsweitenmodulation ausgelegt ist.
  • Dabei sind insbesondere die in 3 dargestellten Abfolgen zwischen Widerstandsmessung und Bestromung oder auch Variationen davon möglich. 3a zeigt zwei Perioden einer Pulsweitenmodulation an einem Beispiel mit vier SMA-Elementen 100-1 bis 100-4. In der ersten Periode werden zunächst nacheinander die Widerstandsmessungen M1.1 am SMA-Element 100-1, M1.2 am SMA-Element 100-2, M1.3 am SMA-Element 100-3 und M1-4 am SMA-Element 100-4 durchgeführt. Diese Messungen erfolgen in einer gemeinsamen Totzeit, da während dieser Messungen keines der SMA-Elemente mittels eines Treiberimpulses T bestromt wird. Nachfolgend wird vorzugsweise in gleicher Reihenfolge jedes der SMA-Elemente 100-1 bis 100-4 mittels der Treiberimpulse T1.1 bis T1.4 bestromt. Nach dem letzten Treiberimpuls T1.4 endet die erste Periode P1, deren Dauer im Bereich von wenigen µs bis wenigen ms liegt. In der zweiten Periode werden in gleicher Reihenfolge die Messungen M2.1, M2.2, M2.3 und M2.4 und danach die Bestromungen T2.1, T2.2, T2.3 und T2.4 durchgeführt. Dieser Ablauf wird bis zum Erreichen der Endbedingung bei jedem SMA-Element durchgeführt. Sollte bei einem SMA-Element die Endbedingung vorzeitig erreicht sein, kann der Ablauf auch nur für die verbliebenen SMA-Elemente durchgeführt werden.
  • 3b zeigt einen alternativen Ablauf, bei dem zunächst die Messung M1.1 und darauf folgend die Bestromung des SMA-Elements 100-1 mit dem Treiberimpuls T1.1 durchgeführt wird. Erst im Anschluss daran folgt die Messung M1.2 am SMA-Element 100-2 und die Bestromung mit dem Treiberimpuls T1.2. Dieses wird bis zur Messung und Bestromung des SMA-Elements 100-4 durchgeführt, so dass bei einer Periode P1 alle SMA-Elemente nacheinander gemessen und bestromt wurden. Danach wird der Ablauf in der Periode P2 komplett wiederholt.
  • 3c zeigt einen weiteren alternativen Ablauf. Dieser entspricht zunächst dem in 3a gezeigten Ablauf, in einer Periode folgen allerdings auf die Treiberimpulse T1.1.1 bis T4.1.1 die Treiberimpulse T1.1.2 bis T4.1.2.
  • 4 zeigt beispielhaft eine Widerstandskurve eines SMA-Elementes. Die Widerstandskurve ist gegen die Zeit aufgetragen. Nach der Beaufschlagung des SMA-Elements mit Strom bei einer Spannung zwischen 4 und 9 V erhöht sich zunächst der Widerstand und fällt dann ab. Bei Erreichen des Endpunktes ist in der Widerstandszeitkurve ein Umkehrpunkt U markiert. Dieser Umkehrpunkt U kann durch Auswertung der zeitlichen Abfolge der Messwerte erfasst werden. Praktisch wird bei der Pulsweitenmodulation die Bestromung nicht durch einen langen Treiberimpuls wie in 4 dargestellt, sondern durch eine Vielzahl kurzer Treiberimpulse wie in 3a-c dargestellt, durchgeführt. Dabei kann in dem Bereich mit einem höheren Wert des Duty-Cycles, der im Beispiel bei 11 % liegt eine erste Frequenz mit kurzer Periodendauer, deren Dauer im Bereich von wenigen µs bis wenigen ms liegt, und in dem Bereich mit niedrigem Duty-Cycle eine zweite deutlich niedrigere Frequenz, z.B. um einen Faktor 5 bis 200 niedrigere Frequenz genutzt werden. Im zweiten Bereich kann insbesondere eine Aktuator Position gehalten werden.
  • 5 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung 1. Die Schaltungsanordnung 1 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Anordnung durch die Vorwiderstände 21-1 bis 21-N, die jeweils von die SMA-Elemente 100-1 bis 100-N geschaltet sind. Weiterhin unterscheidet sich die Anordnung darin, dass in der Widerstandsmessvorrichtung 5 auch ein Filter 16 zusätzlich zum Verstärker 14 angeordnet ist. Dabei können grundsätzlich auch mehrerer Filter und Verstärkerstufen oder Integrationselemente, deren Schaltung zur Signalverbesserung bekannt ist, zum Einsatz kommen.
  • Die Auswerteeinheit 8 umfasst in der gezeigten Ausgestaltung einen Speicher 36. Ein externer Speicher, auf den die Auswerteeinheit 8 zugreifen kann, ist allerdings genauso möglich.
  • Die Steuereinheit 30 umfasst neben der hier dargestellten Eingabe 31, die grundsätzlich auch in den anderen Ausgestaltungen vorhanden sein kann, auch eine Pulsweitenmodulationsvorrichtung, die mit der Treibereinheit 6 und damit den Treibern 20-1 bis 20-N verbunden ist. Optional kann die Steuereinheit 30 zur Steuerung der Widerstandsmessvorrichtung 5 ausgelegt sein.
  • 6 zeigt einen ASIC. Dieser ASIC 4 kann einen oder mehrere aus Treiber 20, Widerstandsmessvorrichtung 5, Auswerteeinheit 8, Speicher 36, Steuereinheit 30, Pulsweitenmodulationseinheit 60, Verstärker 14 oder Filter 16 umfassen. Weiterhin kann, wenn der ASIC die Steuereinheit 30 umfasst, der ASIC insbesondere auch den Eingang 31 z.B. für die Eingabe eines Steuersignals umfassen, welches drahtlos oder kabelgebunden übermittelt werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schaltungsanordnung
    2
    System
    4
    ASIC
    5
    Widerstandsmessvorrichtung
    6
    Treibereinheit
    8
    Auswerteeinheit
    12
    Multiplexer
    13
    Stromquelle
    14
    Signalverstärker
    16
    Filter
    20
    SMA Treiber
    21
    Vorwiderstand
    24
    Widerstand
    30
    Steuereinheit
    31
    Eingabe
    36
    Speicher
    38
    Feedback-Vorrichtung
    40
    Pumpentreiber
    50
    Stromsensor
    60
    Pulsweitenmodulationseinheit
    70
    Temperatursensor
    71
    Spannungssensor
    100
    SMA-Element
    101
    Crimp
    102
    Ventilgehäuse
    103
    Aktuator
    104
    Stellelement
    104a
    Durchloch
    105
    erste Öffnung
    106
    zweite Öffnung
    107
    Endschalter
    108
    Dichtelement
    109
    Grundplatte
    110
    Leiterplatte
    120
    Ventil
    130
    Luftkissen
    140
    Pumpe
    M1.1-Mn.n
    Widerstandsmessung
    T1.1-Tn.n
    Treiberimpuls
    U
    Spannungsquelle

Claims (14)

  1. Schaltungsanordnung (1) zur Ansteuerung eines Systems (2) für eine Sitzkomfortfunktion, umfassend eine Vielzahl von Aktuatoren (103) mit zumindest je einem Stellelement (104) und zumindest je einem SMA-Element (100), wobei das Stellelement (104) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verstellbar ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) zumindest eine Widerstandsmessvorrichtung (5) zum Messen des Widerstands des zumindest einen SMA-Elements (100) umfasst, wobei die Schaltungsanordnung (1) weiterhin zumindest eine Treibereinheit (6) zum Betätigen des Aktuators (103) mit dem zumindest einen SMA-Element (100) und eine Steuereinheit (30) zum Steuern der Treibereinheit (6) aufweist, welche dazu geeignet ist, ein Ausgangssignal der Widerstandsmessvorrichtung (5) zu verarbeiten, wobei die Schaltungsanordnung dazu ausgelegt ist, dass Widerstandsmessvorrichtung (5) und Treibereinheit (6) alternierend mit dem SMA-Element wirkverbunden sind, wobei die Widerstandsmessvorrichtung (5) einen Multiplexer (12) umfasst, welcher mit jedem der SMA-Elemente (100) so verbunden ist, dass der Widerstand jedes SMA-Elements (100) einzeln gemessen werden kann.
  2. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung (1) eine Auswerteeinheit (8) umfasst oder damit verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit (8) zwischen Widerstandsmessvorrichtung (5) und Steuereinheit (30) geschaltet ist.
  3. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (8) einen Speicher (36) umfasst, wobei die Auswerteeinheit (8) einen Verlauf nacheinander gemessener Widerstandswerte desselben SMA-Elementes (100) auswertet und/oder mit einem oder mehreren vorgegebenen Widerstandswerten vergleicht.
  4. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (30) zur Steuerung mittels Pulsweitenmodulation ausgelegt ist.
  5. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (8) einen Signalverstärker (14) und/oder einen Filter (16) zur Rauschunterdrückung umfasst.
  6. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Widerstandsmessvorrichtung (5) zwei oder mehr Multiplexer (12) umfasst, welche jeweils mit einem Teil der SMA-Elemente (100) verbunden sind.
  7. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils zwischen Widerstandsmessvorrichtung (5) und SMA-Element (100) jeweils ein Vorwiderstand (21) seriell geschaltet ist.
  8. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (4), welcher eine oder mehrere der folgenden Komponenten aufweist: Treiber (20), Widerstandsmessvorrichtung (5), Auswerteeinheit (8), Speicher (36) oder Steuereinheit (30).
  9. Verfahren zur Ansteuerung einer Schaltungsanordnung (1) umfassend: - Messen eines Widerstands eines SMA-Elementes (100), - Nachfolgend Ansteuern des SMA-Elementes (100) mittels eines Treibers in Abhängigkeit des gemessenen Widerstandwertes oder einer Änderung des Widerstandswertes, - Zyklisches Widerholen des Messens und Ansteuerns bis zum Erreichen einer Endbedingung, wobei die Endbedingung eines aus Erreichen eines vorgegebenen Widerstandswertes, einer vorgegebenen Änderung oder eines Umkehrpunktes einer Widerstandswertkurve ist oder umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren eine Ansteuerung mittels Pulsweitenmodulation umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Messung des Widerstands aller Elemente in einer gemeinsamen Ansteuerungstotzeit erfolgt oder wobei die Messung eines Elementes jeweils zwischen der Ansteuerung des SMA-Elementes (100) und der Ansteuerung des nachfolgenden Elementes erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Schaltungsanordnung zumindest einen Aktuator (103) mit zumindest einem Stellelement (104) und zumindest einem SMA-Element (100) umfasst, wobei das Stellelement (104) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verstellbar ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) zumindest eine Widerstandsmessvorrichtung (5) zum Messen des Widerstands des zumindest einen SMA-Elements (100) umfasst, wobei die Schaltungsanordnung (1) weiterhin zumindest eine Treibereinheit (6) zum Betätigen des Aktuators (103) mit dem zumindest einen SMA-Element (100) und eine Steuereinheit (30) zum Steuern der Treibereinheit (6) aufweist, welche dazu geeignet ist, ein Ausgangssignal der Widerstandsmessvorrichtung (5) zu verarbeiten, wobei die Schaltungsanordnung dazu ausgelegt ist, dass Widerstandsmessvorrichtung (5) und Treibereinheit (6) alternierend mit dem SMA-Element wirkverbunden sind.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Schaltungsanordnung (1) eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
  14. Sitz mit einem Sitzkomfortsystem mit einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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