DE102004010805A1

DE102004010805A1 - Verstellbare Lenksäule

Info

Publication number: DE102004010805A1
Application number: DE200410010805
Authority: DE
Inventors: Stephan Dipl.-Ing. Heger
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-22

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein System, bestehend aus einer verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Verstellgetriebe und mindestens einem Verstellmotor. Die Lenksäule ist über das Verstellgetriebe durch den Verstellmotor verstellbar. Eine Überlastung des elektrischen Bordnetzes bei blockiertem Verstellmotor ist unter Einsatz eines Schrittmotors als Verstellmotor vermeidbar. Durch einen Schrittmotor erfolgt die Verstellung der Lenksäule präziser.

Description

Die Erfindung betrifft ein System bestehend aus einer verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Verstellgetriebe und mindestens einem Verstellmotor, wobei die Lenksäule über das Verstellgetriebe durch den Verstellmotor verstellbar ist.

Aus der DE 35 32 102 C2 ist ein Sicherheitssystem für eine Vorrichtung zur Einstellung der Lage eines Kipp- sowie Teleskopmechanismus für ein Lenkrad mit Hilfe eines Gleichstrommotors bekannt. Eine Geschwindigkeitsänderung in der Lageeinstellung wird überwacht und wenn das ermittelte Ergebnis unter einem vorbestimmten Wert ist, so wird das als eine vorhandene Überlastung beurteilt, worauf die Antriebsrichtung des Elektromotors umgekehrt wird. Wenn eine Zeit für den umgekehrten Betrieb des Motors oder die Zahl der Arbeitstakte während des umgekehrten Betriebs einen vorbestimmten Wert erreicht, so wird der Elektromotor stillgesetzt. Die Lageinformation wird mit vorgegebenen Zeitintervallen abgetastet und wenn ein Änderungswert der Lageinformation unter einem vorbestimmten Wert liegt, so wird das als eine vorhandene Überlastung beurteilt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Antrieb einer Lenksäule derart auszubilden und anzuordnen, dass eine Überlastung des elektrischen Bordnetzes bei blockiertem Verstellmotor vermieden wird und die Verstellung der Lenksäule präziser erfolgt.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Verstellmotor als Schrittmotor ausgebildet ist.

Hierdurch wird erreicht, dass des Verstellgetriebe mit einer regelbaren Drehzahl angetrieben wird, die ausschließlich und präzise über die Ansteuerfrequenz des Schrittmotors vorgegeben ist. Die Drehzahl des Schrittmotors und somit das Profil der Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule entlang des Verschiebeweges ist konstant oder beliebig variabel einstellbar, was die Präzision und den Komfort erhöht. Neben diesem Vorteil besteht beim Einsatz eines Schrittmotors gegenüber einem Gleichstrommotor nicht die Gefahr, dass beim unbeabsichtigten Blockieren des Motors das Bordnetz des Kraftfahrzeugs überlastet. Die Geschwindigkeit der Verstellbewegung kann elektronisch geregelt werden.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Drehzahl des Schrittmotors im Verhältnis zu dem Übersetzungsverhältnis des Verstellgetriebes derart geregelt ist, dass die Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule unabhängig von dem Übersetzungsverhältnis regelbar ist. Dadurch wird erreicht, dass eine aufgrund der Kinematik des Verstellgetriebes ungünstige Übersetzung und gleichzeitig ungünstige Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule durch die Regelung der Drehzahl des Schrittmotors ausgeglichen wird. Das aufgrund der kinematischen Verhältnisse entlang des Verschiebeweges der Lenksäule sich ständig ändernde Übersetzungsverhältnis kann in Abhängigkeit der jeweiligen Position der Lenksäule durch die Drehzahl des Schrittmotors ausgeglichen werden. Somit ist eine unabhängig von der ungleichförmigen Übersetzung des Verstellgetriebes regelbare Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule einstellbar.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass die Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule in Abhängigkeit der Länge des Verstellweges der Lenksäule regelbar ist. Mit der Regelbarkeit der Verschiebegeschwindigkeit wird dadurch erreicht, dass bei zunehmendem Verstellweg die Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule zunimmt, um eine zügige Verstellung zu erreichen. Gleichzeitig wird die Verschiebegeschwindigkeit zu Beginn der Verstellung klein gewählt, um kleine Positionsänderungen präzise ausführen zu können.

Ferner ist es vorteilhaft, dass das Verstellgetriebe zumindest eine mit einer Antriebswelle des Schrittmotors verbindbare Gewindespindel als Eingangswelle und zumindest ein mit der Gewindespindel verbindbares trapezförmiges Gelenkgetriebe, Schneckengetriebe oder Kniehebelgetriebe aufweist. Der Schrittmotor wird dadurch ebenso wie Gleichstrommotoren an die Getriebeglieder angeschlossen. Für die Übertragung der Drehbewegung des Schrittmotors in eine Verschiebe- oder Schwenkbewegung ist der Einsatz einer Gewindespindel vorrangig. Andere Übertragungsmechanismen von einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung sind ebenso erfindungsgemäß einsetzbar.

Hinsichtlich der Verstellung der Lenksäule ist es vorteilhaft, dass die Lenksäule entlang ihrer Mittelachse verschiebbar angeordnet ist. Der erfindungsgemäße Schrittmotor ist in Kombination mit einem Verstellgetriebe für diese Art von Transversalbewegung, die für die Teleskopierbarkeit notwendig ist, einsetzbar. Das Komfortmerkmal einer ein- und ausfahrbaren Lenksäule ist dadurch auch mit einem Schrittmotor realisierbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die Lenksäule über einen zweiten Schrittmotor um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, die senkrecht zur Mittelachse angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass die Lenksäule beziehungsweise das Lenkrad unter Einsatz eines Schrittmotors in der Höhe verstellbar ist. Die Höhenverstellung erfolgt in einer besonderen Ausführungsform in Kombination mit der Teleskopierbarkeit.

Hierzu ist für die vorliegende Erfindung von besonderer Bedeutung, dass zwischen dem zweiten Schrittmotor und der Lenksäule ein Schwenkgetriebe vorgesehen ist. Das Schwenkgetriebe ist bevorzugt aus einer Kombination eines trapezförmigen Gelenkgetriebes und einem Kniehebel gebildet. Als Alternative ist das Schwenkgetriebe aus einem trapezförmigen Gelenkgetriebe und einer Schnecke gebildet.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass die beiden Endpositionen der Verschiebebewegung und/oder beide Endpositionen der Schwenkbewegung der Lenksäule über den Schrittmotor steuerbar und veränderbar sind. Dadurch wird erreicht, dass das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs nicht wie beim Einsatz von Gleichstrommotoren überlastet wird, wenn ein Gleichstrommotor beispielsweise blockiert oder gegen einen Anschlag fährt.

Dem Schrittmotor ist ein Steuergerät zugeordnet, über das die Ansteuerfrequenz und somit die Endlagen, sowie die unterschiedlichen Geschwindigkeitsprofile der Lenksäule geregelt werden. Bei entsprechender Auslegung des Schrittmotors kann auf den Hall Sensor verzichtet werden. Neben der Ansteuerung des Schrittmotors über einen anwenderspezifischen Schaltkreis (ASIC) ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Schrittmotor über ein LIN-Steuergerät anzusteuern, in dem die Positionierung der Welle des Schrittmotors integriert ist.

Vorteilhaft ist es ferner, dass die Geschwindigkeit der Verstellung der Lenksäule stufenweise oder kontinuierlich veränderbar ist. Dadurch wird der Komfort und die Wertanmutung elektrisch verstellbarer Lenksäulen gesteigert, was auch in der Präzision zum Ausdruck kommt.

Die erfindungsgemäße Regelung der Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule unabhängig von der Übersetzung des Verstellgetriebes kann auch unter Verwendung eines Gleichstrommotors oder eines sonstigen Antriebs erfolgen. Insoweit ist der erfindungsgemäße Einsatz eines Schrittmotors nicht zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Regelung der Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule notwendig.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass zwischen dem Schrittmotor und dem Verstellgetriebe ein Reduktionsgetriebe vorgesehen ist. Das Reduktionsgetriebe dient dazu, die Drehzahl des Schrittmotors herabzusetzen und das dadurch vergrößerte Drehmoment auf die Gewindespindel und das Verstellgetriebe zu übertragen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.
Dabei zeigen:
1 Ein Diagramm der Drehzahl des Verstellmotors in Abhängigkeit vom Verschiebeweg der Lenksäule;
2 Ein Diagramm der Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule in Abhängigkeit von der Verschiebedauer.
Um ein bestimmtes Geschwindigkeitsprofil zum Verstellen der Lenksäule zu regeln, ist das Profil des Übersetzungsverhältnisses des Verstellgetriebes zu berücksichtigen. Das Übersetzungsverhältnis ist aufgrund der Winkelverhältnisse beispielsweise von einem trapezförmigen Gelenkgetriebe oder einem Kniehebel über den Verstellweg nicht konstant. Meist nimmt das Übersetzungsverhältnis aufgrund der trigonometrischen Verhältnisse überproportional ab oder zu. Wenn die Verstellgeschwindigkeit der Lenksäule konstant gehalten werden soll, muss die Drehzahl des Verstellmotors entsprechend an das Profil des Übersetzungsverhältnisses angepasst werden. Ebenso ist das der Fall, wenn die Verstellgeschwindigkeit der Lenksäule gemäß 2 in Abhängigkeit von der Verstelldauer variiert.
Im Diagramm gemäß 1 sind verschiedene Drehzahlprofile des Verstellmotors in Abhängigkeit vom Verschiebeweg der Lenksäule dargestellt. Die Kurven 1 und 2 zeigen jeweils zu- und abnehmende Drehzahlen n_V des Verstellmotors über einen bestimmten Verschiebeweg ΔS_L der Lenksäule. Diese Profile führen beispielsweise bei Überlagerung mit einem Kniehebel zu einer annähernd konstanten Verstellgeschwindigkeit der Lenksäule.
Die Kurve 3 zeigt eine konstant zunehmende Drehzahl n_V über einen bestimmten Verschiebeweg ΔS_L. Hierdurch erfolgt eine im Vergleich zu den Kurven 1 und 2 vereinfachte Anpassung an das Profil des Übersetzungsverhältnisses des Verstellgetriebes.
Die Kurve 4 zeigt eine konstante Drehzahl, die annähernd beim Einsatz eines Gleichstrommotors realisiert wird. Bei einem solchen Drehzahlverlauf wirkt sich das Profil des Übersetzungsverhältnisses des Verstellgetriebes direkt auf die Verstellgeschwindigkeit der Lenksäule aus.
2 zeigt ein Diagramm der Verschiebegeschwindigkeit V_L der Lenksäule in Abhängigkeit von der Verschiebedauer t. Gemäß den Kurven 5 und 6 nimmt die Geschwindigkeit mit zunehmender Verstelldauer beziehungsweise mit zunehmendem Verstellweg zu. Dadurch werden lange Verstellwege beschleunigt zurückgelegt, wohingegen kleine Verstellwege mit geringer Geschwindigkeit präzise einstellbar oder justierbar sind.
Die Kurve 7 stellt dagegen wieder eine konstante Verstellgeschwindigkeit der Lenksäule dar, wie sie beim Einsatz von Gleichstrommotoren üblich ist. Die Verstellgeschwindigkeit ist unabhängig von der Verschiebedauer der Lenksäule.

Claims

System bestehend aus einer verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Verstellgetriebe und mindestens einem Verstellmotor, wobei die Lenksäule über das Verstellgetriebe durch den Verstellmotor verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmotor als Schrittmotor ausgebildet ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Schrittmotors im Verhältnis zu dem Übersetzungsverhältnis des Verstellgetriebes derart geregelt ist, dass die Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule unabhängig von dem Übersetzungsverhältnis regelbar ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebegeschwindigkeit der Lenksäule in Abhängigkeit von der Länge des Verstellweges der Lenksäule regelbar ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellgetriebe zumindest eine mit einer Antriebswelle des Schrittmotors verbindbare Gewindespindel als Eingangswelle und zumindest ein mit der Gewindespindel verbindbares trapezförmiges Gelenkgetriebe, Schneckengetriebe oder Kniehebelgetriebe aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksäule entlang ihrer Mittelachse verschiebbar angeordnet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksäule über einen zweiten Schrittmotor um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, die senkrecht zur Mittelachse angeordnet ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Schrittmotor und der Lenksäule ein Schwenkgetriebe vorgesehen ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endpositionen der Verschiebebewegung und/oder beide Endpositionen der Schwenkbewegung der Lenksäule über den Schrittmotor steuerbar und veränderbar sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Verstellung der Lenksäule stufenweise oder kontinuierlich veränderbar ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schrittmotor und dem Verstellgetriebe ein Reduktionsgetriebe vorgesehen ist.