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Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Antriebseinheit zur Steuerung eines beweglichen Teils einer Verstelleinheit und eine Verstelleinheit mit einem solchen elektromechanischen Aktuator.
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Aus der
DE 100 37 334 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Schrittmotors bekannt, welcher zur Schrittkorrektur eine Referenzmarkierung am Schrittmotor umfasst, anhand der eine absolute und/oder relative Schrittposition erfasst und ausgewertet wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektromechanische Antriebseinheit zur Steuerung eines beweglichen Teils einer Verstelleinheit anzugeben, welcher eine präzise und sichere Verstellung des beweglichen Teils ermöglicht. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verstelleinheit mit einem solchen verbesserten elektromechanischen Aktuator.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem elektromechanischen Aktuator zur Steuerung eines beweglichen Teils einer Verstelleinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Verstelleinheit wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße elektromechanische Antriebseinheit zur Steuerung eines beweglichen Teils einer Verstelleinheit, insbesondere eines beweglichen Sitzteils einer Lehnenverstelleinheit eines Sitzes, umfasst einen Motor, der einen Stator und einen Rotor aufweist, der relativ zum Stator drehbar ist und eine Motorwelle umfasst, sowie ein Getriebe, das an den Motor abtriebsseitig mittels der Motorwelle angeschlossen ist, und einen ortsfesten Positionssensor zur Erfassung einer Position der Motorwelle, wobei der ortsfeste Positionssensor als ein Umdrehungsmesser ausgebildet ist. Der Umdrehungsmesser ermittelt insbesondere die tatsächliche Anzahl der Umdrehungen ohne Zeitbezug. Darüber hinaus umfasst die elektromechanische Antriebseinheit einen zusätzlichen Positionssensor, der zur Kalibrierung des Umdrehungsmessers eingerichtet ist.
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Durch einen solchen als Kalibriermittel ausgebildeten zusätzlichen Positionssensor können komplexe Anschläge, insbesondere Endanschläge entfallen. Darüber hinaus kann eine solche elektromechanische Antriebseinheit einfach kalibriert werden. Ferner ist eine solche elektromechanische Antriebseinheit eingerichtet, das bewegliche Teil, insbesondere dessen Bewegung, einfach und flexibel sowie sicher zu steuern, so dass verschiedene Positionen präzise angefahren werden können.
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In einer möglichen Ausführungsform ist der zusätzliche Positionssensor zwischen Komponenten, von denen mindestens eine vom Motor drehangetrieben ist, angeordnet. Beispielsweise ist der zusätzliche Positionssensor an einem Abtriebselement und/oder am Getriebe des Motors angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform ist der zusätzliche Positionssensor in einem Einstellbereich des Abtriebselements, insbesondere in einem Einstellbereich zwischen zwei Endlagen, zwischen denen das Abtriebselement beweglich, insbesondere drehbar oder verschiebbar ist, angeordnet.
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Darüber hinaus kann der zusätzliche Positionssensor eingerichtet sein, eine diskrete Betriebsposition oder Zwischenposition des Abtriebselements in dessen Einstellbereich zwischen seinen Endlagen zu erfassen. Hierzu kann beispielsweise der Positionssensor, insbesondere ein Magnetfeldsensor, an einer Referenzposition zwischen den Endlagen des Abtriebselements angeordnet sein. Durch den Einsatz des zusätzlichen Positionssensors, beispielsweise eines Magnetsensors, an der Verstelleinheit oder einem Einsteller in dessen Einstellbereich eignet sich der Positionssensor zur Kalibrierung und kann hierfür verwendet werden.
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Zur Kalibrierung ist der zusätzliche Positionssensor mit einer Steuerung signaltechnisch gekoppelt. Dabei ist die Steuerung eingerichtet, bei jedem Verstellen des beweglichen Teils im Einstellbereich und damit bei jedem Einstellvorgang die anzufahrende Betriebs- oder Zwischenposition zu justieren und damit zu kalibrieren. Hierzu wird beispielsweise eine mittels des zusätzlichen Positionssensors erfasste momentane Ist-Position mit einer Soll-Position für die Betriebs- oder Zwischenposition verglichen. Weicht die Ist-Position von der Soll-Position ab, so wird die Ansteuerung des beweglichen Teils mittels des Motors angepasst und damit kalibriert anhand der ermittelten Differenz. In einer möglichen Ausführungsform definiert die Ist-Position eine absolute Verstellposition und/oder eine vorgegebene Referenzposition, die auf die vorgegebene Betriebs- oder Zwischenposition, welche beispielsweise eine Sperr-, Offen-, Teiloffen-, Geschlossen- oder Teilgeschlossenstellung repräsentiert, abgestimmt ist.
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In einer möglichen Ausführungsform ist der ortsfeste Positionssensor als ein optischer Sensor oder als ein magnetfeldempfindlicher Sensor, insbesondere ein Hallsensor, ausgebildet. Auch der zusätzliche Positionssensor kann als ein optischer Sensor oder als ein magnetfeldempfindlicher Sensor, insbesondere ein Hallsensor, ausgebildet sein.
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Die erfindungsgemäße Verstelleinheit, insbesondere eine Lehnenverstelleinheit eines Sitzes, umfasst den zuvor beschriebenen elektromechanischen Aktuator.
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Dabei umfasst der zusätzliche Positionssensor beispielsweise zumindest einen Magnetfeldsensor, der an dem beweglichen Teil angeordnet ist, und mehrere Magnete, die an einem ortsfesten Teil, insbesondere einem sitzfesten Teil oder einer ortsfesten Verkleidung oder Karosserie, angeordnet sind. Auch können Magnetfeldsensor und Magnete umgekehrt angeordnet sein. Das heißt, der Magnetfeldsensor ist an einem ortsfesten Teil und die Magnete an einem beweglichen Teil angeordnet. Beispielsweise kann der Magnetfeldsensor an einer Referenzposition zwischen Endlagen des Abtriebselements angeordnet sein. Auch können mehrere Magnetfeldsensoren vorgesehen sein, welche mehreren Referenzpositionen zugeordnet sind und an diesen angeordnet sind. Alternativ können mehrere Magnete vorgesehen sein, die an den Referenzpositionen angeordnet sind, wobei dann ein Magnetfeldsensor oder eine der Anzahl der Magnete entsprechende Anzahl von Magnetfeldsensoren vorgesehen sein können.
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In einer möglichen Ausführungsform ist das Abtriebselement und damit das bewegliche Teil als ein drehbares Teil, insbesondere ein Zahnrad oder Getriebeelement, ausgebildet.
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Der oder die Magnete kann bzw. können insbesondere als Permanentmagnet/e, insbesondere stabförmige oder bogenförmige Permanentmagnet/e, ausgebildet sein, deren Pole längs der Einstellrichtung oder Drehrichtung des Abtriebselements ausgerichtet sind. Dass der/die Magnete ist/sind insbesondere länger als der Magnetfeldsensor ausgebildet. Beispielsweise erstreckt oder erstrecken sich der oder die Magnete über den Magnetfeldsensor hinaus.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann der Magnetfeldsensor als eine Spulenanordnung oder ein Hall-Element mit einer quer zur Einstellrichtung oder Drehrichtung des Abtriebselements oder des Magneten ausgerichteten Spulenachse ausgebildet sein.
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Insbesondere ist der Motor ein elektrischer Antriebsmotor, beispielsweise ein bürstenloser, elektrisch kommutierter Gleichstrommotor mit integrierter Steuerung/Messeinrichtung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 schematisch ein Fahrzeug mit mehreren Sitzen, welche jeweils eine Verstelleinheit für eine Sitzlehne aufweisen,
- 2 schematisch in perspektivischer Darstellung einen einzelnen Sitz mit einer Verstelleinheit für eine Sitzlehne,
- 3 schematisch eine elektromechanische Antriebseinheit für eine Verstelleinheit nach 1 oder 2,
- 4 schematisch eine Ausführungsform für eine mögliche Anordnung eines zusätzlichen Positionssensors, und
- 5 schematisch eine Ausführungsform für einen Positionssensor, umfassend einen Magnetfeldsensor und mehrere Magnete.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit mehreren Sitzen 2, welche jeweils eine Verstelleinheit 3 für eine Sitzlehne 2.1 aufweisen.
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2 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung einen einzelnen Sitz 2 mit einer solchen Verstelleinheit 3 für die Sitzlehne 2.1. Mittels der Verstelleinheit 3 ist die Sitzlehne 2.1 relativ zu einem Sitzteil 2.2 in verschiedene Positionen P1 bis P3 verstellbar und in diesen Positionen P1 bis P3 verriegelbar, wie dies anhand der gestrichelten Liniendarstellung gezeigt ist.
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Die Verstelleinheit 3 wird vorliegend anhand einer Lehnenverstelleinheit beschrieben. Die Verstelleinheit 3 kann aber auch als eine Höhen- oder Längsverstelleinheit für den Sitz 1 ausgebildet sein.
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Die Verstelleinheit 3 umfasst eine elektromechanische Antriebseinheit 4, wie sie in 3 näher dargestellt ist.
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3 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform für eine elektromechanische Antriebseinheit 4 für die Verstelleinheit 3 nach 1 oder 2.
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Die Antriebseinheit 4 umfasst einen beispielsweise Motor 5 sowie ein Getriebe 6. Die Antriebseinheit 4 kann dabei innen- oder außenseitig an der Sitzlehne 2.1 angeordnet sein.
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Die Sitzlehne 2.1 weist zwei Beschlagseiten 2.3 auf, die mittels einem Übertragungselement 2.4, insbesondere einer Übertragungswelle, miteinander verbunden sind. Dabei weist zumindest einer der Beschlagseiten 2.3 einen Beschlag 7 auf und die andere Beschlagseite 2.3 zumindest ein Drehlager auf. Alternativ können, wie dargestellt, beide Beschlagseiten 2.3 mit einem Beschlag 7 versehen sein.
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Die Antriebseinheit 4 ist zur Steuerung eines beweglichen Teils T, im Beispiel der Sitzlehne 2.1, vorgesehen. Die Steuerung der Stellbewegung der Sitzlehne 2.1 wird nachfolgend näher beschrieben:
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Dabei umfasst die Verstelleinheit 3 nur eine Antriebseinheit 4, die auf einer der Beschlagseiten 2.3 mit dem betreffenden Beschlag 7 gekoppelt ist.
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Die Antriebseinheit 4 umfasst den Motor 5, der üblicherweise und in nicht näher dargestellten Weise einen Stator und einen Rotor sowie eine Motorwelle 5.1 umfasst. Abtriebsseitig ist an den Motor 5 das Getriebe 6 mittels der Motorwelle 5.1 angeschlossen.
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Das Getriebe 6 umfasst mindestens eine Getriebeeinheit 6.1, die ein von dem Motor 5 erzeugtes Drehmoment mittels der Motorwelle 5.1 an ein Antriebsritzel 6.2 überträgt.
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Das Antriebsritzel 6.2 kämmt dabei in einem beschlagseitigen Getriebeelement 7.1 des Beschlags 7. Das beschlagseitige Getriebeelement 7.1 ist beispielsweise ein Zahnrad. Dabei weisen das Getriebeelement 7.1 und das Antriebsritzel 6.2 korrespondierende Verzahnungen, insbesondere Außen- und Innenverzahnungen, oder umgekehrt auf. Alternativ können diese auch einen Zahnkranz oder Zahnradsegmente aufweisen.
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Der Motor
5 ist beispielsweise ein herkömmlicher elektrischer Antriebsmotor, insbesondere ein bürstenloser, elektrisch kommutierter Gleichstrommotor mit integrierter Steuerung/Messeinrichtung. Ein solcher Motor
5 ist beispielsweise in der
EP 1,324,465 B1 oder
EP 0,670,621 B1 näher beschrieben. Ein solcher Motor
5 ist kostengünstig in der Herstellung und ermöglicht hohe Leistungsdichten. Der Motor
5 ist aufgrund von niedrigen Drehmomenten mit einem Getriebe
6 versehen. Dabei kann das Getriebe
6 als ein- oder mehrstufiges Stirnrad- oder Planetengetriebe ausgebildet sein.
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Zur präzisen und sicheren Lehnenverstellung umfasst die Antriebseinheit 4 einen ortsfesten Positionssensor 8 zur Erfassung einer Position der Motorwelle 5.1.
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Der ortsfeste Positionssensor 8 ist als ein Umdrehungsmesser, insbesondere eine Messeinheit zur Messung der tatsächlichen Anzahl von Umdrehungen unabhängig von der Zeit, ausgebildet. Darüber hinaus umfasst die elektromechanische Antriebseinheit 4 einen zusätzlichen Positionssensor 9, der zur Kalibrierung des Drehzahlmessers eingerichtet ist.
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Der ortsfeste Positionssensor 8 als auch der zusätzliche Positionssensor 9 sind insbesondere jeweils als ein optischer Sensor oder ein magnetfeldempfindlicher Sensor, insbesondere ein Hallsensor, ausgebildet.
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Der zusätzliche Positionssensor 9 ist beispielsweise zwischen Komponenten, von denen mindestens eine vom Motor 5 drehangetrieben ist, angeordnet. Beispielsweise ist der zusätzliche Positionssensor 9 an einem Abtriebselement 5.2, beispielsweise am Antriebsritzel 6.2 oder am Getriebeelement 7.1 des Beschlags 7, angeordnet, wie in 4 gezeigt.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen zusätzlichen Positionssensor 9. Insbesondere ist der zusätzliche Positionssensor 9 in einem Einstell- oder Verstellbereich E des Abtriebselements 5.2 (Antriebsritzel 6.2 oder Getriebeelement 7.1) an diesem angeordnet. Der Einstellbereich E des Abtriebselements 5.2 ist dabei durch zwei Endlagen E1 und E2 begrenzt, innerhalb welcher das Abtriebselement 5.2 verstellt werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist das Abtriebselement 5.2 in einem vorgegebenen Winkelbereich zwischen zwei Winkelendlagen verstellbar. Alternativ kann es sich auch um eine lineare Verstelleinheit handeln, dann ist der Verstellbereich durch eine lineare Verstellung zwischen zwei Endlagen bestimmt.
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Dabei ist der zusätzliche Positionssensor 9 eingerichtet, eine der einstellbaren Positionen P1 bis P3 als diskrete Betriebsposition BP1 bis BP3 oder Zwischenposition des Abtriebselements 5.2 in dessen Einstellbereich E zwischen den Endlagen E1 bis E2 zu erfassen.
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Beispielsweise ist der Positionssensor 9 an einer der diskreten Betriebspositionen BP1 bis BP3, welche eine Referenzposition bildet, zwischen den Endlagen E1 und E2 angeordnet. Durch den Einsatz des zusätzlichen Positionssensors 9 an der Verstelleinheit 4 in dessen Einstellbereich E eignet sich der Positionssensor 9 zur Kalibrierung der Verstellbewegung der Verstelleinheit 4.
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Zur Kalibrierung ist der zusätzliche Positionssensor 9 mit einer Steuerung 10 signaltechnisch gekoppelt. Die Steuerung 10 ist beispielsweise eingerichtet, bei jedem Verstellen des beweglichen Teils T, beispielsweise des Getriebeelements 7.1, im Einstellbereich E und damit bei jedem Einstellvorgang die Verstelleinheit 4 auf die anzufahrende Betriebsposition BP1 zu justieren und damit zu kalibrieren.
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Hierzu wird beispielsweise eine mittels des zusätzlichen Positionssensors 9 erfasste momentane Ist-Position mit einer Soll-Position für die angefahrene Betriebsposition BP1 bis BP3 verglichen. Weicht die Ist-Position von der Soll-Position für die betreffende Betriebsposition BP1 bis BP3 ab, so wird die Ansteuerung des beweglichen Teils 7 mittels des Motors 5, insbesondere die Software der Steuerung 10 zur Steuerung des Motors 5, anhand der ermittelten Differenz angepasst und damit kalibriert.
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In einer möglichen Ausführungsform definiert die Ist-Position eine absolute Verstellposition und/oder als eine vorgegebene Referenzposition, die auf eine der vorgegebenen Positionen P1 bis P3 und damit eine der Betriebspositionen BP1 bis BP3, welche beispielsweise eine Sperr-, Offen-, Teiloffen-, Geschlossen- oder Teilgeschlossenstellung repräsentieren, abgestimmt ist.
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Im Detail umfasst der zusätzliche Positionssensor 9 beispielsweise zumindest einen Magnetfeldsensor 9.1, der an dem beweglichen Teil T angeordnet ist, und ein oder mehrere Magnete 9.2, die an einem ortsfesten Teil OT, insbesondere am Sitzteil 2.2 oder an einer ortsfesten Verkleidung oder Karosserie, angeordnet sind.
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Alternativ können Magnetfeldsensor 9.1 und Magnete 9.2 umgekehrt angeordnet sein (nicht näher dargestellt). In einer weiteren Alternative können mehrere Magnetfeldsensoren 9.1 vorgesehen sein, welche mehreren Referenzpositionen oder Betriebspositionen BP1 bis BP3 zugeordnet sind (siehe gestrichelte Liniendarstellung) und an diesen angeordnet sind. Alternativ können mehrere Magnete 9.2 vorgesehen sein, die an den Referenzpositionen oder Betriebspositionen BP1 bis BP3 angeordnet sind, wobei dann ein Magnetfeldsensor 9.1 oder eine der Anzahl der Magnete 9.2 entsprechende Anzahl von Magnetfeldsensoren 9.1 vorgesehen sind (nicht näher dargestellt).
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Der oder die Magnete 9.2 kann bzw. können insbesondere als Permanentmagnet/e, insbesondere stabförmige oder bogenförmige Permanentmagnet/e, ausgebildet sein, deren Pole längs der Einstellrichtung oder Drehrichtung des Abtriebselements 5.2 ausgerichtet sind. Der/die Magnete 9.2 sind insbesondere länger als der Magnetfeldsensor 9.1 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Sitz
- 2.1
- Sitzlehne
- 2.2
- Sitzteil
- 2.3
- Beschlagseite
- 2.4
- Übertragungselement
- 3
- Verstelleinheit
- 4
- Elektromechanische Antriebseinheit
- 5
- Motor
- 5.1
- Motorwelle
- 5.2
- Abtriebselement
- 6
- Getriebe
- 6.1
- Getriebeeinheit
- 6.2
- Antriebsritzel
- 7
- Beschlag
- 7.1
- Getriebeelement
- 8
- Ortsfester Positionssensor
- 9
- Zusätzlicher Positionssensor
- 9.1
- Magnetfeldsensor
- 9.2
- Magnet
- 10
- Steuerung
- BP1-BP3
- Betriebsposition
- E
- Einstellbereich
- E1, E2
- Endlagen
- OT
- ortsfester Teil
- P1-P3
- Positionen
- T
- bewegliches Teil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10037334 A1 [0002]
- EP 1324465 B1 [0032]
- EP 0670621 B1 [0032]
