Antriebsvorrichtung zum Aufbringen einer Gegenkraft für die Vermeidung einer unerwünschten Verstellung einer Innenraumbaugruppe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Innenraumbaugruppe eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Antriebsvorrichtung umfasst einen motorischen Verstellantrieb zum Erzeugen einer Verstellkraft, eine durch den Verstellantrieb antreibbare, Verstellkinematik zum Übertragen einer durch den Verstellantrieb erzeugten Verstellkraft auf die Innenraumbaugruppe und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Verstellantriebs. Darüber hinaus ist eine elektronische Detektionseinrichtung vorgesehen, über die ein Verstellereignis detektierbar ist, bei dem mindestens eine äußere Kraft an der Antriebsvorrichtung und/oder der Innenraumbaugruppe angreift.
Es ist bereits weithin bekannt, über einen motorischen Verstellantrieb unterschiedliche Typen von Innenraumbaugruppen fremdkraftbetätigt zu verstellen. Bei einer Innenraumbaugruppe der hier beschriebenen Art handelt es sich um eine Baugruppe im Innenraum eines Fahrzeugs. Bei einer Innenraumbaugruppe der hier beschriebenen Art kann es sich beispielsweise um einen Fahrzeugsitz, ein Konsolenelement mit einer Aufbewahrungs- oder Ablagefunktion, um einen Monitor, um eine Trennwand oder um eine Ablage wie einen Tisch oder ein Staufach handeln. Die Innenraumbaugruppe ist nicht Bestandteil der Fahrzeugkarosserie und dient insofern nicht zum Abschließen des Fahrzeugs nach außen (wie dies bei einer Fahrzeugtür oder einem Schiebedach der Fall ist). Die Innenraumbaugruppe ist auch nicht Bestandteil eines Antriebs- und
Lenkungssystems des Fahrzeugs (wie zum Beispiel eine Lenksäule eines Fahrzeugs). Die Innenraumbaugruppe ist im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet und im Innenraum durch einen Nutzer verstellbar, insbesondere um eine Komfortfunktion im Innenraum zur Verfügung zu stellen.
Beispielsweise kann ein Fahrzeugsitz zur Einstellung einer Lehnenneigung, einer Längs- und/oder Querposition oder auch zum Einstellen einer Rotationsstellung im Innenraum verstellbar sein, um einem Fahrzeuginsassen eine bequeme Sitzposition zu ermöglichen. Ein Konsolenelement kann beispielsweise entlang eines Fahrzeugbodens verschiebbar sein, um eine Ablage im Innenraum des Fahrzeugs bereitzustellen oder eine Betätigung einer Funktionsbaugruppe an dem Konsolenelement zu ermöglichen. Ein Monitor kann in seiner Schwenkstellung, seiner Höhenstellung und/oder seiner Neigungsstellung einstellbar sein, um ein komfortables Betrachten des Monitors für einen Fahrzeuginsassen zu ermöglichen.
Insbesondere bei neuen Innenraumkonzepten, zum Beispiel im Zusammenhang mit autonom fahrenden Fahrzeugen, können Innenraumbaugruppen wie Fahrzeugsitze oder Konsolenelemente variabel verstellbar sein, um Fahrzeuginsassen gegebenenfalls ein komfortables Fahren im Fahrzeug zu ermöglichen. Das Verstellen einer Innenraumbaugruppe soll hierbei einfach, komfortabel und intuitiv durch einen Nutzer vorgenommen werden können.
Häufig wird hierbei der Verstellantrieb und/oder die Verstellkinematik selbsthemmend ausgelegt, sodass sich die Verstellkinematik und damit die Innenraumbaugruppe nur durch Betätigung des Verstellantriebs verstellen lässt, umgekehrt aber nicht durch eine äußere Kraft eine Verstellung erfolgen kann. So kann beispielsweise bei einem Fahrzeugsitz eine Selbsthemmung eines Getriebes zusammen mit einem Rastmoment eines Verstellmotors und etwaigen schlechten Wirkungsgraden entlang der Wirkungskette dafür verantwortlich sein, dass sich der Fahrzeugsitz bei einer Vibration des Fahrzeugs, beispielsweise bei Befahren einer Schlechtwegstrecke, nicht ungewollt absenkt. Eine Auslegung des Verstellantriebs und/oder der Verstellkinematik mit Selbsthemmung ist jedoch aufgrund schlechter Wirkungsgrade nicht unbedingt erstrebenswert. Typischerweise geht damit auch ein größerer Bauraumbedarf sowie ein Mehr an Gewicht und Verschleiß einher.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorgeschlagenen Lösung die Aufgabe zugrunde, eine in dieser Hinsicht verbesserte Antriebsvorrichtung bereitzustellen.
Eine vorgeschlagene Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Innenraumbaugruppe eines Fahrzeugs weist mindestens
- einen motorischen Verstellantrieb zum Erzeugen einer Verstellkraft,
- eine mit dem Verstellantrieb antreibbare Verstellkinematik zum Übertragen einer durch den Verstellantrieb erzeugten Verstellkraft auf die Innenraumbaugruppe,
- eine elektronische Steuereinrichtung zum Steuern des Verstellantriebs und
- eine elektronische Detektionseinrichtung zur Detektion eines Verstellereignisses auf, bei dem mindestens eine äußere Kraft an der Antriebsvorrichtung und/oder der Innenraumbaugruppe angreift.
Die Steuereinrichtung ist hierbei konfiguriert, in Reaktion auf die Detektion des Verstellereignisses, über den motorischen Verstellantrieb eine Gegenkraft zu erzeugen, die einer Verstellung der Innenraumbaugruppe aufgrund der äußeren Kraft entgegenwirkt.
Die vorgeschlagene Lösung geht damit von dem Grundgedanken aus, elektronisch gesteuert eine Gegenkraft aufzubringen, mit der bei Detektion eines Verstellereignisses einer äußeren Kraft so weit entgegengewirkt wird, dass keine unerwünschte Verstellung der Innenraumbaugruppe auftritt. Eine vorgeschlagene Antriebsvorrichtung ist somit in der Lage, über den motorischen Verstellantrieb nicht nur eine gezielte Verstellung einer Innenraumbaugruppe eines Fahrzeugs zu steuern, sondern auch bei Vorliegen eines Verstellereignisses einer unerwünschten Verstellung mithilfe des Verstellantriebs entgegenzuwirken. Dies ermöglicht beispielsweise eine Antriebsvorrichtung mit einem steuergerätebasierten Versteller (d.h. einer in einem Steuergerät integrierten Steuereinrichtung in Kombination mit einem motorischen Verstellantrieb, einschließlich motorintegrierter Elektronik), der bei einem selbsthemmungsfreien Verstellantrieb und einer selbsthemmungsfreien Verstellkinematik durch gezieltes Anlegen einer Gegenkraft einer unerwünschten Verstellung einer Innenraumbaugruppe aufgrund äußerer anliegender Kräfte entgegenwirkt. Insbesondere kann die vorgeschlagene Lösung hierbei auch einen Betrag zur Erhöhung der Reichweite bei Elektrofahrzeugen erreichen. Aufgrund der Wirkungsgraderhöhung durch die Verwendung eines selbsthemmungsfreien Verstellantriebs kann ein für den regulären Betrieb der Antriebsvorrichtung aufzubringender Verfahrstrom geringer ausfallen. Ein für den Antriebs des Fahrzeugs und das Betrieben der Antriebsvorrichtung vorgesehener Energierspeicher des Fahrzeugs wird somit gegegebenefalls geringer belastet.
Unter einer Verstellkinematik wird hierbei insbesondere eine Verstellmechanik mit mehreren (mindestens zwei) verstellbaren Komponenten verstanden, über die eine von dem motorischen Verstellantrieb erzeugte Verstellkraft auf die Innenraumbaugruppe zu deren Verstellung übertragen werden kann.
Unter einem Verstellereignis, das mithilfe der elektronischen Detektionseinrichtung detektierbar ist, wird jede nicht durch den Verstellantrieb induzierte Fahrer- oder Betriebssituation verstanden, bei der an der Antriebsvorrichtungen und/oder der Innenraumbaugruppe eine äußere Kraft angreift, die grundsätzliche zu deren Verstellung führen kann. Hierbei ist es nicht zwingend, dass die elektronische Detektionseinrichtung das Anliegen einer äußeren Kraft an der Antriebsvorrichtung und/oder der Innenraumbaugruppe selbst detektiert. Es kann vielmehr ausreichend sein, dass eine entsprechende Situation beispielsweise durch eine Veränderung einer Verstelllage wenigstens einer überwachten Komponente detektiert wird, die nicht Teil der Antriebsvorrichtung oder der Innenraumbaugruppe ist, und/oder eine entsprechende Situation durch an der Detektionseinrichtung empfangbares und verarbeitbares Signal signalisiert wird, das darauf hinweist, dass (insbesondere) an der Antriebsvorrichtung und/oder der Innenraumbaugruppe äußere Kräfte wirken, die über ein toleriertes Maß hinausgehen. So kann die elektronische Detektionseinrichtung beispielsweise detektieren oder signalisiert bekommen, dass Teile des Innenraums in dem Fahrzeug vibrieren und/oder das Fahrzeug über eine Schlechtwegstrecke fährt. Alternativ oder ergänzend kann die Detektionseinrichtung für die Detektion eines Verstellereignisses eine Verstellung einer Komponente der Antriebsvorrichtung oder der Innenraumbaugruppe, beispielsweise eine Verstellung einer Komponente eines Verstellmotors des Verstellantriebs und hier insbesondere eines Rotors, detektieren, um auf das Auftreten eines Verstellereignisses zu schließen. Insbesondere eingeschlossen ist hierbei die Möglichkeit, bereits vor einer ungewollten Bewegung respektive Verstellung einer Komponente der Innenraumbaugruppe ein Verstellereignis elektronisch zu erkennen. So kann beispielsweise mithilfe eines Gyrosensors, schon vor einer eigentlichen ungewollten Bewegung eine relevaten Beschleunigung an der Innenraumbaugruppe oder dem Fahrzeug erkennen.
Unter Selbsthemmung wird in der Mechanik ein durch Reibung verursachter Widerstand gegen ein Verrutschen oder Verdrehen zweier aneinander anliegender Körper verstanden. Bei einem Getriebe besteht Selbsthemmung dann, wenn das Getriebe sich über die Antriebswelle, nicht aber über eine Abtriebswelle antreiben lässt. Eine Selbsthemmung bei Getrieben kann auch durch eine hohe Übersetzung oder durch einen
kleinen Wirkungsgrad (üblicherweise <50 %) gekennzeichnet sein. Bei einem Schneckengetriebe oder einem Spindelgetriebe wird eine Selbsthemmung üblicherweise dann erreicht, wenn ein Steigungswinkel eines Schneckengewindes bzw. eines Spindelgewindes kleiner ist als der Arcustangens der Haftreibungszahl.
Die Verstellkinematik ist vorzugsweise nicht-selbsthemmend. Ein Drehmoment auf der Abtriebsseite kann somit grundsätzlich bei Bewegung ein Bewegen der Verstellkinematik bewirken.
In einer Ausführungsvariante ist die Steuereinrichtung konfiguriert, in Reaktion auf die Detektion des Verstellereignisses über den motorischen Verstellantrieb und die hiermit erzeugte Gegenkraft eine Rückstellung mindestens einer Komponente des Verstellantriebs und/oder mindestens einer Komponente der Verstellkinematik in eine Sollposition zu bewirken und die mindestens eine Komponente bei weiterhin anliegender äußerer Kraft über die erzeugte Gegenkraft an der Sollposition zu halten. Eine einzunehmende Sollposition kann dabei insbesondere durch eine Position innerhalb eines Sollbereichs definiert sein. Liegt folglich die zu verstellende Komponente innerhalb des Sollbereichs vor, wird von der Einnahme einer Sollposition ausgegangen. Insbesondere kann eine etwaige Rückstellung der mindestens einen Komponente des Verstellantriebs und/oder der mindestens einen Komponente der Verstellkinematik davon abhängen, ob mithilfe der elektronischen Detektionseinrichtung eine Verstellung dieser Komponente erfassbar ist, um das Auftreten eines Verstellereignisses zu detektieren. So kann beispielsweise gerade anhand einer etwaigen unerwünschten und nicht durch die Betätigung des Verstellantriebs induzierten Verstellung einer bestimmten Komponente des Verstellantriebs detektierbar sein, dass aufgrund einer anliegenden äußeren Kraft eine Verstellung der Komponente und damit unter Umständen der Innenraumbaugruppe erfolgt oder - bei weiterer Verstellung der überwachten Komponente - erfolgen würde. Die Steuereinrichtung steuert dann den motorischen Verstellantrieb an, um die Komponente in die Sollposition respektive in einen Sollbereich zurückzuverstellen und an dieser Sollposition zu halten. Ist die vorgegebene Sollposition respektive eine Position innerhalb eines Sollbereichs wieder erreicht, kann dies beispielsweise sensorisch mithilfe der Detektionseinrichtung festgestellt und damit überprüft werden.
Das Detektieren, ob die Sollposition erreicht wurde, kann dabei grundsätzlich auch eine Hysterese oder ein Toleranzfenster berücksichtigen. Hierunter wird vorliegend beispielsweise verstanden, eine bereits erfolgte, detektierte und auf ein Verstellereignis zurückgehende Verstellbewegung zu überkompensieren, damit eine entsprechender
Verstellung nachfolgend weniger wahrscheinlich wird oder seltener erfolgen kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ab einer bestimmten Abweichung von einer Sollposition die jeweilige Komponente infolge der erzeugten Gegenkraft um ein (durch das Toleranzfensters) definierters über die Sollposition hinaus in die Gegenrichtung verstellt wird.
Die Sollposition kann beispielsweise mithilfe der Steuereinrichtung in einem Speicher der Steuereinrichtung abgespeichert worden sein, nachdem eine Verstellung der Innenraumbaugruppe unter Wirkung einer von dem Verstellantrieb erzeugten Verstellkraft abgeschlossen wurde. Nach Beendigung einer nutzergesteuerten oder automatisch ausgelösten gezielten Verstellung der Innenraumbaugruppe kann somit eine eingenommene Position mindestens einer Komponente der Antriebsvorrichtung gespeichert werden, um eine nachfolgende etwaige Verlagerung dieser Komponente ohne Betätigung des Verstellantriebs als ein mögliches Auftreten eines Verstellereignisses zu bewerten, das zum Erzeugen der Gegenkraft führen muss. Wurde somit eine nutzergesteuerte oder automatisch ausgelöste Verstellung der Innenraumbaugruppe bis zu einer vorgegebenen Zielposition beendet, wird eine Sollposition einer zum Beispiel sensorisch überwachten Komponente der Antriebsvorrichtung gespeichert, um bei einer detektierten unerwünschten Verstellung aus dieser Sollposition aufgrund einer äußeren Krafteinwirkung mithilfe des Verstellantriebs gegenzusteuern. Das Speichern einer Sollposition kann hierbei einschließen, dass die nach einer gezielten Verstellung eingenommene Position als Sollposition gesetzt wird. Die Detektionseinrichtung prüft somit lediglich anhand nachfolgend eventuell erzeugter Detektionssignale (ggf. unter Berücksichtigung einer Verstellrichtung), ob eine Positionsveränderung auftritt, ohne dass der Verstellantrieb betätigt wird. Dies schließt insbesondere ein, dass Detektionssignale von mindestens einem oder genau einem Hallsensor oder Rotorlagesensor erzeugt werden, mit dem Signalwechsel pro Umdrehung bzw. Winkelgrade innerhalb einer Umdrehung messbar sind und sich auf eine Positionsveränderung durch Zählen der Drehungen schließen lässt, z.B. mithilfe eines mit dem Sensor gekoppelten Steuergeräts.
Grundsätzlich kann die aufgebrachte Gegenkraft mithilfe der Steuereinrichtung in ihrer Höhe über die Zeit variiert werden. Hierüber kann beispielsweise auch einer geänderten äußeren Kraft Rechnung getragen werden.
Die vorgeschlagene Lösung eignet sich insbesondere, wie bereits vorstehend erläutert, für selbsthemmungsfreie Verstellantriebe und selbsthemmungsfreie Verstellkinematiken. Dementsprechend sieht auch eine Ausführungsvariante vor, dass der Verstellantrieb ein
nicht-selbsthemmendes Getriebe umfasst. Bei äußeren Kräften kann somit die Verstellkinematik nicht über eine Selbsthemmung des verstellantriebsseitigen Getriebes in einer bestimmten Verstelllage gehalten werden. Hierfür ist dann die Erzeugung der Gegenkraft mithilfe des motorischen Verstellantriebs vorgesehen. Durch Vermeidung eines nicht-selbsthemmenden Getriebes als Teil des Verstellantriebs lässt sich der Verstellantrieb regelmäßig leichter und kompakter ausgestalten. Zudem ist hiermit ein schnelleres Ansprechverhalten erreichbar, wenn tatsächlich eine Verstellung der Innenraumbaugruppe gewünscht ist.
In einer möglichen Ausführungsvariante ist für die Erzeugung der Gegenkraft oder für eine Erhöhung der Gegenkraft eine Kurzschlussbremse vorgesehen. So kann dann ein Verstellmotor des Verstellantriebs eine Bremswirkung erzeugen, insbesondere permanent, bei einer sich andeutenden Verstellung einer überwachten Komponente oder bei einem anliegenden fahrzeugseitigen, an der Detektionseinrichtung empfangenen Signal, wie zum Beispiel einer Crash-Warnung.
Wie bereits vorliegend erläutert, kann die Detektionseinrichtung grundsätzlich zur Überwachung wenigstens einer Komponente des Verstellantriebs und/oder zur Überwachung wenigstens einer Komponente der Verstellkinematik vorgesehen sein. Grundsätzlich ist selbstverständlich alternativ oder ergänzend eine Überwachung der Innenraumbaugruppe selbst möglich, um auf das Vorliegen eines etwaigen Verstellereignisses zu schließen. Wird eine Verstellung der Innenraumbaugruppe oder eines Teils hiervon als maßgeblich dafür angesetzt, ob ein Verstellereignis vorliegt, ist dies jedoch regelmäßig aus Komfortsicht nicht wünschenswert. So wird es eher als vorteilhaft empfunden, dass einer unerwünschten Verstellung aufgrund äußerer Kräfte bereits innerhalb des Verstellantriebs und/oder der Verstellkinematik entgegengewirkt wird, bevor eine für einen Nutzer spürbare oder sichtbare Verstellung der Innenraumbaugruppe erfolgt.
Zur Überwachung kann die Detektionseinrichtung eine Überwachungssensorik mit wenigstens einem Sensor umfassen. Beispielsweise sind hierfür optische, magnetische oder kapazitive Sensoren denkbar, insbesondere Sensoren, mit denen eine veränderte Verstelllage detektierbar ist. Beispielsweise ist insbesondere wenigstens ein Hall-Sensor oder ein analoger, magnetischer Rotorlagesensor vorgesehen. Alternativ oder ergänzend können ein Radar- oder Lidar-Sensor und/oder eine Kamera Verwendung finden.
Eine Ausführungsvariante sieht alternativ oder ergänzend eine sensorlose Überwachung wenigstens einer Komponente des Verstellantriebs und/oder der Verstellkinematik vor. Beispielsweise kann eine sensorlose Überwachung einer Komponente eines Verstellmotors des Verstellantriebs auf Basis von messbaren und elektronisch auswertbaren Motorparametern erfolgen, wie beispielsweise Induktionsspannung oder Motorimpedanz. Beispielsweise kann eine sensorlose Überwachung über die Auswertung für entsprechende Motorparameter repräsentative elektrischer Signale an einem Gleichstrommotor des motorischen Verstellantriebs vorgesehen sein.
In einer Ausführungsvariante ist die Detektionseinrichtung vorgesehen, eine Verstelllage eines Rotors des Verstellmotors zu überwachen, um auf ein etwaiges Verstellereignis zu schließen, das die Erzeugung der Gegenkraft triggert. Wie erläutert, kann eine solche Überwachung sensorisch, beispielsweise mithilfe einer Überwachungssensorik der Detektionseinrichtung, oder sensorlos erfolgen.
Ist eine Überwachungssensorik vorgesehen, kann diese angeordnet und ausgebildet sein, das Auftreten eines Verstellereignisses über eine durch die äußere Kraft bedingte Verstellung einer Komponente eines Verstellmotors des Verstellantriebs und damit insbesondere eines Rotors des Verstellmotors zu detektieren. Dies schließt beispielsweise ein, dass die Überwachungssensorik für die Überwachung eines Rotors des Verstellmotors mindestens einen Hall-Sensor umfasst. Ein doppelter respektive mehrere Hall-Sensoren können dabei auch vorgesehen sein, um eine Drehrichtung des Rotors zu erfassen und hierüber auf das Vorliegen einer nicht durch den Verstellantrieb induzierten Verstellung des Rotors und damit auf ein Verstellereignis zu schließen. Bei Anwendung nur genau eines Hall-Sensors an einem Rotor des Verstellmotors können gegebenenfalls auch zusätzliche Informationen zur Drehrichtung und/oder Wirkrichtung der Erdanziehung, zum Beispiel über eine fahrzeugseitige Elektronik, von der Detektionseinrichtung auswertbar sein, um auf das Vorliegen eines Verstellereignisses zu schließen. Beispielsweise ist die Wirkrichtung der Erdanziehung auf eine Komponente von Bedeutung, wenn über den Verstellantrieb eine Verstellung mit einer Höhenkomponente erfolgen soll.
Die Überwachungssensorik kann grundsätzlich vollständig oder zumindest teilweise auf einer Leiterplatte des motorischen Verstellantriebs platziert sein. Insbesondere kann die Überwachungssensorik an dem Verstellmotor integriert und mit einer eine Steuerelektronik beinhaltenden Leiterplatte des Verstellantriebs mithilfe wenigstens einer Signalleitung verbunden sein.
Ein Verstellmotor des Verstellantriebs kann beispielsweise ein Gleichstrommotor sein, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor (englisch „Brushless DC Motor“, abgekürzt BLDC-Motor).
Für eine sensorlose Überwachung eines Gleichstrommotors, z.B. über Überwachung einer Verstelllage eines Rotors des Gleichstrommotors, kann beispielsweise eine Detektionseinrichtung vorgesehen sein, die einen induktiven Spannungsteiler oder einen Messspannungspuls nutzt. Bei Nutzung eines induktiven Spannungsteiler werden dann beispielsweise zwei Motorphasen mit Pulsen respektive Wechselspannung beaufschlagt und eine Spannungsmessung an einer dritten Motorphase durchgeführt. So hat eine Lage des Rotors Einfluss auf die Einzelinduktivitäten und damit eine messbare Abgriffsspannung. Wird ein Messspannungspuls genutzt, können hiermit die Motorphasen beaufschlagt werden. Anstiege der (Phasen-) Ströme im Zeitbereich lassen dann auf eine (veränderte) Verstelllage des Rotors schließen.
In einer alternativen Ausführungsvariante wird für eine sensorlose Überwachung einer Verstelllage des Rotors mithilfe der Detektionseinrichtung eine Motorimpedanz gemessen. Dadurch kann ein Verdrehen an einem Kommutator des Gleichstrommotors im Stillstand ermittelt werden, um auf eine gegebenenfalls durch äußere Kräfte veränderte Verstelllage des Rotors und damit das Vorliegen eines Verstellereignisses zu schließen.
In einer Ausführungsvariante ist die Detektionseinrichtung konfiguriert, durch ein fahrzeugseitiges Sensorsignal ein Verstellereignis zu detektieren. Hierfür wird beispielsweise wenigstens ein fahrzeugseitig bereits vorhandener Sensor genutzt, dessen Sensorsignal an die Detektionseinrichtung übertragbar ist. Über das fahrzeugseitige Sensorsignal kann dann beispielsweise eine an dem Fahrzeug festgestellte Fahrt auf einer Schlechtwegstrecke, eine Offroad-Fahrt oder eine mindestens eine Toleranzschwelle überschreitende Vibration an der Fahrzeugkarosserie und/oder im Fahrzeuginnenraum signalisiert werden. In einem solchen Fall wird ein Triggerkriterium für das Aktivieren eines Gegensteuerungsmodus der Steuereinrichtung als erfüllt angesehen, sodass in Reaktion hierauf die Gegenkraft erzeugt wird, um eine aktuelle (Soll-) Positionen von Komponenten der Verstellkinematik und gegebenenfalls insbesondere des motorischen Verstellantriebs wieder einzunehmen und beizubehalten.
In einer Ausführungsvariante ist die Detektionseinrichtung konfiguriert, eine Veränderung einer Verstelllage mindestens einer Komponente des Verstellantriebs und/oder mindestens einer Komponente der Verstellkinematik in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus der Antriebsvorrichtung zu detektieren und in Reaktion hierauf eine Referenzposition für die mindestens eine Komponente neu zu initialisieren, die für die Detektion eines Verstellereignisses maßgeblich ist. So kann dann beispielsweise von der Detektionseinrichtung eine erfolgte, aber (zunächst) unerkannte und ungewollte Verstelllagenveränderung, z.B. eine Verdrehung, bei einer Relativlagen berücksichtigtenden Überwachungssensorik erkannt werden und eine Neuinitialisierung einer Referenzposition (für eine nutzerseitig gewünschte Sollposition) auslösen, z. B. nach einem Deep-Sleep, einem Transport-Modus oder einem Leerläufen einer die Elektronik der Antriebsvorrichtung mit Energie versorgenden Batterie.
Die Detektionseinrichtung kann in einer Ausführungsvariante konfiguriert sein, durch ein fahrzeugseitiges erzeugtes und an der Detektionseinrichtung empfangenes Aktivierungssignal oder durch ein von einem Sensor der Detektionseinrichtung erzeugtes Aktivierungssignal (erst) in einen Detektionsmodus versetzt zu werden, in dem durch die Detektionseinrichtung ein Verstellereignis detektierbar ist. Die Detektionseinrichtung kann somit beispielsweise in einem Ruhemodus betreibbar sein, aus dem die Detektionseinrichtung erst in Reaktion auf ein Aktivierungssignal in einen Detektionsmodus wechselt. Aus diesem Detektionsmodus ist dann wiederum ein Wechsel in einen Gegensteuerungsmodus möglich, um den Verstellantrieb zum Erzeugen der Gegenkraft anzusteuern, wenn anschließend ein Verstellereignis festgestellt wird. Ein möglicher Betrieb in einem Ruhemodus bietet nicht unerhebliche Energiesparpotenziale. Eine Detektionseinrichtung wird somit beispielsweise erst in einen mehr Energie benötigenden Detektionsmodus versetzt, wenn sich aufgrund der aktuellen Fahrsituation des Fahrzeugs oder einer elektronisch (sensorisch oder sensorlos) detektierten veränderten Verstelllage einer Komponente der Antriebsvorrichtung und/oder der Innenraumbaugruppe abzeichnet, dass unter Umständen störende und eine tolerierbare Schwelle überschreitende äußere Kräfte auf die Innenraumbaugruppe einwirken werden, die zu einer unerwünschten Verstellung der Innenraumbaugruppe führen könnten. Dies kann auch einschließen, dass beispielsweise eine an dem Fahrzeug festgestellte Fahrt auf einer Schlechtwegstrecke, eine Offroad-Fahrt oder eine mindestens eine Toleranzschwelle überschreitende Vibration an der Fahrzeugkarosserie und/oder im Fahrzeuginnenraum zur Erzeugung eines Aktivierungssignals führt.
In Reaktion auf ein Aktivierungssignal kann gegebenenfalls auch eine komplette Elektronik der Antriebsvorrichtung oder zumindest des Verstellantriebs, einschließlich der Steuereinrichtung erst von einem Strom sparenden Ruhemodes in einen Verstellmodus schaltbar sein.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Detektionseinrichtung in einem Ruhemodus zu vordefinierten Zeitpunkten und damit insbesondere zyklisch eine Prüfung auf das Vorliegen eines Aktivierungsereignisses, das zum Wechsel in den Detektionsmodus führt, oder auf das Vorliegen eines Verstellereignisses, das bereits die Erzeugung der Gegenkraft triggert, durchführt. So kann beispielsweise die im Ruhemodus befindliche Detektionsreinrichtung zyklisch aufwachen und eine Prüfung auf eine eventuelle, durch eine äußere Kraft bedingte Veränderung einer Verstelllage einer Komponente, wie z.B. eines Rotors, durchführen, um ein Verstellereignis zu detektieren. Die Detektionseinrichtung kann somit zur Durchführung eines - vergleichsweise Stromsparenenden - Pollings konfiguriert sein, mit dem die Veränderung einer Verstelllage einer Komponente des Verstellantriebs und/oder einer Komponente der Verstellkinematik überwacht wird.
Für die Erzeugung eines Aktivierungssignals kann in einer Ausführungsvariante ein Beschleunigungsmesser der Detektionseinrichtung und/oder ein Hall-Sensor und/oder ein analoger, magnetischer Rotorlagesensor vorgesehen sein. So kann dann beispielsweise eine Aktivierung der Steuereinrichtung (z.B. implementiert in einem Steuergerät der Antriebsvorrichtung) erst durch mindestens ein Aktivierungssignal erfolgen, das durch einen Beschleunigungsmesser erzeugt wird. Ein solcher Beschleunigungsmesser kann beispielseise als Bauteil auf einer Elektronik des Verstellantriebs integriert sein, insbesondere in einen Mikrocontroller der Steuereinrichtung. Alternativ oder ergänzend können Hallsignale bzw. Analogsignale (direkt oder mit Komparator o.ä.) als Wakeup-Quelle für die Steuereinrichung genutzt sein.
Teil der vorgeschlagenen Lösung ist ferner ein Fahrzeugsitz mit einer Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung. In einer Ausführungsvariante eines solchen Fahrzeugsitzes ist beispielsweise mit der Antriebsvorrichtung eine selbsthemmungsfreie Sitzhöhenverstellung, insbesondere unter Nutzung eines BLDC-Motors als Teil des Verstellantriebs vorgesehen. Mithilfe einer Steuereinrichtung, insbesondere integriert in ein Steuergerät der Sitzhöhenverstellung, kann hier in Reaktion auf ein eventuell detektiertes Verstellereignis gezielt eine
Gegenkraft über den Verstellantrieb erzeugt werden, die einer unerwünschten Änderung der Sitzhöhe entgegenwirkt, wenn nicht der Verstellantrieb hierzu gezielt angesteuert wird.
Unterschiedliche Applikationen für eine Antriebsvorrichtung der beschriebenen Art sind denkbar und möglich. In einer Applikation kann die Innenraumbaugruppe zum Beispiel durch einen Fahrzeugsitz verwirklicht sein. Die Antriebsvorrichtung kann hierbei insbesondere zum Verstellen einer Rückenlehne des Fahrzeugsitzes relativ zu einem Sitzteil des Fahrzeugsitzes ausgebildet sein. Alternativ kann die Antriebsvorrichtung für eine Sitzlängsverstellung ausgebildet sein. Wiederum alternativ kann die Antriebsvorrichtung für eine Sitzhöhenverstellung ausgebildet sein.
In anderer Applikation kann die Innenraumbaugruppe zum Beispiel durch ein Konsolenelement, zum Beispiel eine Mittelkonsole, eine Armlehne, einen Tisch oder eine andere Baugruppe im Fahrzeuginnenraum verwirklicht sein.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
Hierbei zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit verschiedenen
Innenraumbaugruppen und einer Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung;
Figur 2 schematisch Komponenten einer vorgeschlagenen
Antriebsvorrichtung für die Verstellung einer Innenraumbaugruppe des Fahrzeugs der Figur 1;
Figur 3 eine Steuereinrichtung der Antriebsvorrichtung entsprechend der
Figur 2 unter Darstellung zusätzlicher Komponenten;
Figur 4 ein möglicher Ablauf zum Betrieb der Antriebsvorrichtung.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug 1 , das einen durch eine Fahrzeugkarosserie 10 eingefassten Innenraum ausbildet, in dem unterschiedliche Innenraumbaugruppen zum Beispiel in Form von Fahrzeugsitzen 11 und
Konsolenelementen 12 und zudem gegebenenfalls weitere Innenraumbaugruppen wie zum Beispiel Monitore, Trennwände, Ablagen, Staufächer oder dergleichen angeordnet sind.
Im Rahmen von neuen Innenraumkonzepten, zum Beispiel im Zusammenhang mit autonom fahrenden Fahrzeugen, können Innenraumbaugruppen 11, 12 in variabler Weise im Innenraum eines Fahrzeugs 1 verstellbar sein.
Zum Beispiel kann eine Innenraumbaugruppe 11 in Form eines Fahrzeugsitzes in variabler Weise verstellbar sein, um den Fahrzeugsitz entlang einer durch eine Fahrzeuglängsrichtung X und eine Fahrzeugquerrichtung definierten Verstellebene zu verstellen und zudem gegebenenfalls um eine Fahrzeughochachse Z zu verdrehen. Zudem können Baugruppen des Fahrzeugsitzes, zum Beispiel ein Sitzteil 111 oder ein Rückenlehnenteil 112, verstellbar sein, um die Stellung der jeweiligen Baugruppe anzupassen. Beispielsweise kann das Rückenlehnenteil 112 in ihrer Neigung verstellbar sein. Zudem kann das Sitzteil 111 in seiner Höhenposition entlang einer Verstellrichtung V1 und auch in seiner Neigungsstellung einstellbar sein.
Zum Verstellen einer Innenraumbaugruppe 11, 12 ist, wie dies schematisch in Figur 1 dargestellt ist, eine Antriebsvorrichtung mit einem motorischen Verstellantrieb 2 vorgesehen, der mit einer Steuereinrichtung 3 der Antriebsvorrichtung in Verbindung steht. Der Verstellantrieb 2 ist elektromotorisch ausgestaltet und kann betrieben werden, um eine zugeordnete Innenraumbaugruppe 11, 12 elektromotorisch zwischen unterschiedlichen Positionen zu bewegen.
Grundsätzlich kann einer jeden zu verstellenden Innenraumbaugruppe 11, 12 oder einer zu verstellenden Unterbaugruppe einer Innenraumbaugruppe 11 , 12, beispielsweise dem Rückenlehnenteil 112 eines Fahrzeugsitzes, ein eigener elektromotorischer Verstellantrieb 2 zugeordnet sein, wobei die Verstellantriebe 2 beispielsweise mit einer gemeinsamen Steuereinrichtung 3 verbunden sein können, sodass die Steuereinrichtung 3 die Verstellantriebe 2 zum Verstellen der zugeordneten Innenraumbaugruppe und 11, 12 gemeinsam steuert.
Unter Verwendung der Antriebsvorrichtung kann eine zugeordnete Innenraumbaugruppe 11 , 12 entlang einer definierten Bewegungsbahn zu verstellen sein. Beispielsweise kann ein Fahrzeugsitz entlang der Fahrzeuglängsrichtung X entlang einer durch Führungsschienen definierten Bewegungsbahn relativ zu einem Fahrzeugboden längs zu
verschieben sein. Ein Rückenlehnenteil 112 kann zudem um eine definierte Schwenkachse 110 relativ zum Sitzteil 111 , beispielsweise entlang einer Verstellrichtung V2 auf das Sitzteil 111 , zu verschwenken sein.
Denkbar ist jedoch auch, dass eine Innenraumbaugruppe 11, 12 frei entlang eines Fahrzeugbodens des Fahrzeugs 1 zu bewegen ist und somit frei im Innenraum verstellt und zum Beispiel an definierten Ankerpunkten im Innenraum arretiert werden kann. Insofern sind nicht zwingend zum Beispiel Führungsschienen zum Definieren einer festen, vorgegebenen Bewegungsbahn vorzusehen.
Die Steuereinrichtung 3, die beispielsweise in ein Steuergerät integriert ist, ist mit einer Detektionseinrichtung 22 gekoppelt. Diese Detektionseinrichtung 22 ist in der Figur 1 exemplarisch in den Verstellantrieb 2 integriert, was jedoch nicht zwingend ist. Die elektronische Detektionseinrichtung 22 ist zur Detektion eines Verstellereignisses eingerichtet und vorgesehen, bei dem mindestens eine äußere Kraft an dem Verstellantrieb 2 angreift. Unter Wirkung der äußeren Kraft besteht das Risiko, dass wenigstens eine Komponente des Verstellantriebs 2 und/oder eine mit dem Verstellantrieb 2 gekoppelte Verstellkinematik zum Verstellen einer Baugruppe einer Innenraumbaugruppe 11 , 12 - hier beispielsweise des Fahrzeugsitzes 12 - verlagert wird, ohne dass der Verstellantrieb 2 betätigt wird. So kann dann beispielsweise mithilfe der Detektionseinrichtung 22 elektronisch (sensorisch oder sensorlos) detektierbar sein, ob das Kraftfahrzeug 1 auf einer Schlechtwegstrecke unterwegs ist und damit die Gefahr besteht, dass eine Baugruppe der Innenraumbaugruppe 11, 12 unerwünscht verlagert wird. Über die Steuereinrichtung 3 wird dann mithilfe des Verstellantriebs 2 eine Gegenkraft erzeugt, die einer hierdurch verursachten unerwünschten Verlagerung respektive Verstellung entgegenwirkt. Ein solches elektronisches Gegensteuern mithilfe des Verstellantriebs 2 ist dabei insbesondere von Vorteil, wenn der Verstellantrieb 2 selbsthemmungsfrei und damit beispielsweise mit einem nicht-selbsthemmenden Getriebe ausgelegt ist und als Verstellmotor für den Verstellantriebs 2 ein Gleichstrommotor, insbesondere ein BLDC-Motor genutzt ist.
Die Detektionseinrichtung 22 integriert beispielsweise eine Überwachungssensorik mit einem oder mehreren Hall-Sensoren, um eine Verstelllage einer Komponente des Verstellantriebs zu überwachen, z.B. eine Verstelllage eines Rotors des Verstellmotors. Wird dann beispielsweise sensorisch ohne Betätigung des Verstellmotors eine Verlagerung des Rotors über ein als zulässig eingestuftes Maß hinaus und hier insbesondere in eine bestimmte Drehrichtung festgestellt, wird auf das Vorliegen eines
Verstellereignisses geschlossen und die Steuereinrichtung 3 zum Gegensteuern veranlasst. Die Steuereinrichtung 3 steuert dann den Verstellmotor an, um den Rotor zurück in eine zuvor eingenommene Sollposition respektive in einen Sollbereich zurückzustellen und den Rotor an der Sollposition respektive in einem vordefinierten Sollbereich zu halten.
Die Detektionseinrichtung 22 kann auch zur sensorlosen Überwachung ausgebildet und vorgesehen sein. Beispielsweise lässt sich bei einem BLDC-Motor des Verstellantriebs 2 ein induktiver Spannungsteiler nutzen, um anhand einer Abgriffsspannung auf eine eventuell veränderte Rotorlage zu schließen. Alternativ lässt sich ein Messspannungspuls nutzen, um Stromanstiege im Zeitbereich auszuwerten und auf dieser Basis auf eine eventuell veränderte Rotorlage zu schließen. Ist ein abweichend gestalteter Gleichstrommotor vorgesehen, kann beispielsweise die Motorimpedanz mithilfe der Detektionseinrichtung 22 gemessen werden. Ein Verdrehen am Kommutator des Gleichstrommotors im Stillstand führt zu einer veränderten Motorimpedanz und kann damit als Hinweis gewertet werden, dass eine unerwünschte Veränderung der Rotorlage stattgefunden hat.
Für eine alternativ oder ergänzend vorgesehene sensorische Erfassung einer Verstelllage des Rückenlehnenteils 112 kann diese einen Lehnensensor 113 integrieren. Ein an dem Rückenlehnenteil 112 vorgesehener Lehnensensor 113 stellt dann ebenfalls eine Detektionseinrichtung im Sinne der vorgeschlagenen Lösung dar, mit deren Hilfe auf ein Verstellereignis zum Gegensteuern mithilfe der Steuereinrichtung 3 geschlossen werden kann. Wird beispielsweise über den Lehnensensor 113 eine Vibration des Rückenlehnenteils 112 sensiert, kann die Steuereinrichtung 3 zum Gegensteuern den Verstellantriebs 2 ansteuern, der über eine Verstellkinematik und hier insbesondere auf einen das Rückenlehnenteil 112 drehbar mit dem Sitzteil 111 koppelnden Beschlag einwirkt, um das Rückenlehnenteil 113 in der eingenommenen Position relativ zu dem Sitzteil 111 zu halten.
Die mit der Figur 1 exemplarisch dargestellte Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung gestattet somit eine elektronische Lageregelung, um beispielsweise an dem Verstellantrieb 2 und der nachgeschalteten Verstellkinematik auftretende besondere Belastungen (d. h. Belastungen, die über das Maß einer üblichen Verstellung hinausgehen) abzufangen und diesen elektronisch gesteuert entgegenzuwirken. Dies ist kann eine einfachere Integration eines selbsthemmungsfreien Getriebes in den Verstellantrieb 2 und/oder die damit gekoppelte Verstellkinematik
ermöglichen. Eine entsprechende selbsthemmungsfreie Auslegung geht typischerweise mit weniger Bauraum, weniger Gewicht und weniger Verschleiß einher.
Die Figur 2 zeigt exemplarisch das Zusammenwirken unterschiedlicher Komponenten einer vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung. So wirkt die Steuereinrichtung 3 mit ihrer Elektronik auf einen Verstellmotor 20 des Verstellantriebs 2 ein. Der Verstellmotor 20 wiederum ist mit einem Getriebe 21 - hier einem nicht-selbsthemmenden und damit selbsthemmungsfreien Getriebe - gekoppelt, das wiederum auf eine Verstellkinematik 4 einwirkt. Eine solche Verstellkinematik 4 weist beispielsweise wenigstens zwei miteinander gekoppelte Komponenten einer Verstellmechanik auf, über die eine von dem Verstellmotor 20 erzeugte und über das Getriebe 21 übertragene Verstellkraft zur Verstellung einer Innenraumbaugruppe 11 , 12 umgesetzt wird.
Die Figur 3 veranschaulicht eine Variante der Steuereinrichtung 3 und insbesondere Teile der hierin integrierten Elektronik. Dabei integriert die dargestellte Steuereinrichtung 3 auch Teile der Detektionseinrichtung 22, hier in Form einer Rotorlagesensorik 32, mit der die Lage eines Rotors des Verstellmotors 20 des Verstellantriebs 2 überwacht wird. Darüber hinaus umfasst die Steuereinrichtung 3 der Figur 3 einen Stecker 30, über den eine Versorgung der Steuereinrichtung 3 mit Strom und/oder der Anschluss an ein Bussystem des Fahrzeugs 1 erfolgt. Gegebenenfalls werden über den Stecker auch Tastereingänge bereitgestellt. Weiterhin sind in der Figur 3 exemplarisch eine Außenbeschaltung 31 , ein Leistungsausgang 32 und eine Motorkontaktierung (für den Verstellmotor 20) sowie ein Transceiver 34 und ein Mikrocontroller 35 Teil der Steuereinrichtung 3. Der Mikrocontroller 35 integriert dabei eine Auswertelogik zur Detektion eines Verstellereignisses. Hierfür wertet der Mikrocontroller 35 Messsignale der Rotorlagesensorik 36 aus, beispielsweise Signale eines oder mehrerer Hall-Sensoren oder eines analogen, magnetischen Rotorlagesensors, über die eine veränderte Lage eines Rotor des Verstellmotors 2 erfassbar ist.
Die Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein exemplarisches, mit einer Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung umsetzbares Verfahren. Hierbei wird nach einem etwaigen Stillstand 40 nach einer bestimmungsgemäß durchgeführten motorischen Verstellung einer Innenraumbaugruppe 11, 12 eine eingenommene Sollposition überwacht. Es wird folglich entsprechend einem Schritt 42 der Figur 4 überwacht, ob sich eine Rotorlage eines Rotor des Verstellmotors 20 über einen hinterlegten Schwellwert hinaus verändert und damit ohne Betätigung des Verstellantriebs 2 der Rotor des Verstellmotors 20 unter Umständen aufgrund von außen
aufgebrachten Kräften unerwünscht dreht. Einer entsprechenden Überwachung kann hierbei eine optionale Abfrage 41 vorgeschaltet sein, ob ein entsprechender Detektionsmodus zum Überwachen der Rotorlage aktiviert wurde.
Wird während der Überwachung der Rotorlage keine Veränderung festgestellt, verbleibt der (selbsthemmungsfreie) Verstellantrieb 2 im Stillstand. Wird demgegenüber eine Veränderung der Rotorlage über einen hinterlegten Schwellwert hinaus (zum Beispiel eine vorgegebene Anzahl von Hallimpulsen) festgestellt, steuert die Steuereinrichtung 3 den Verstellmotor 20 entsprechend dem Schritt 43 der Figur 4 zu einer Drehung des Rotors zurück in eine ursprünglich eingenommene Sollposition an. Insbesondere wird der Verstellmotor 20 dann zur Verstellung des Rotors in eine Gegenrichtung, d. h. entgegen einer zuvor festgestellten Drehrichtung aufgrund äußerlich bedingter Kräfte, angesteuert, bis die Sollposition erreicht ist. Das Erreichen der Sollposition kann dabei auch einschließen, dass lediglich eine Verstellung des Rotors bis in einen Sollbereich - beispielsweise durch Detektion einer gewissen Anzahl von Hallimpulsen in Gegenrichtung - festgestellt ist. Ist entsprechend dem Schritt 44 der Figur 4 das Erreichen einer entsprechenden Sollposition elektronisch festgestellt worden, wird in einem nachfolgenden Schritt 45 die Motoransteuerung durch die Steuereinrichtung 3 beendet.
Anstelle einer vorstehend erläuterten Überwachung mittels Sensoren oder sensorloser Auswertung von gemessenen Motorparametern, z.B. mit induktivem Spannungsteiler, Messspannungspuls oder einer Messung der Motorimpedanz, kann auch grundsätzlich eine Detektion eines Verstellereignisses durch einen oder mehrere Beschleunigungsmesser vorgesehen sein, die nicht zwingend am Rotor des Verstellmotors 20 vorgesehen sind. So kann beispielsweise ein Beschleunigungsmesser auch als Bauteil in der Steuereinrichtung 3 und insbesondere dem Mikrocontroller 35 integriert sein.
Ferner kann die Steuereinrichtung 3 für die Ansteuerung des Verstellmotors 20 zusätzliche Steuerungsinformationen oder Fahrzeuginformationen berücksichtigen, wie beispielsweise eine Fahrzeugneigung und/oder Messsignale von fahrzeugseitigen (zusätzlichen) Sensoren, insbesondere optischen oder kapazitiven Sensoren, insbesondere Radar- oder Lidar-Sensoren und/oder Kameras, insbesondere Sensoren, die für Überwachung des Innenraums vorgesehen sind.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist im Übrigen nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen. Die Innenraumbaugruppe kann durch ganz unterschiedliche Baugruppen im Innenraum eines Fahrzeugs verwirklicht sein und ist insofern nicht auf einen Fahrzeugsitz oder ein Konsolenelement beschränkt. Bei einer Innenraumbaugruppe kann es sich beispielsweise auch um einen Monitor, eine Ablage (zum Beispiel in Form eines Tisches oder dergleichen), eine Trennwand, ein Staufach oder dergleichen handeln.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
10 Fahrzeugkarosserie
11 Fahrzeugsitz (Innenraumbaugruppe)
110 Schwenkachse
111 Sitzteil
112 Rückenlehnenteil
113 Lehnensensor (Detektionseinrichtung)
12 Konsolenement (Innenraumbaugruppe)
2 Verstellantrieb
20 (Verstell-) Motor
21 Getriebe
22 Detektionseinrichtung
3 Steuereinrichtung
30-36 Steuerungskomponente
4 Verstellkinematik
V1 , V2 Verstellrichtung
X Fahrzeuglängsachse
Z Fahrzeughochachse