DE102004044472A1

DE102004044472A1 - Motorisch verstellbare Lenksäule oder Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102004044472A1
Application number: DE200410044472
Authority: DE
Inventors: Konstantin Knips
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: DE102004044472B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine motorisch verstellbare Lenksäule oder Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Magnetsensorsystem (Hallsensor) zur Überwachung der Position der Lenksäule oder Lenkspindel, wobei ein erstes Element des Magnetsensorsystems ortsfest angebracht und ein damit zusammenwirkendes zweites Element des Magnetsensorsystems direkt am verstellbaren Teil der Lenksäule oder der Lenkspindel angebracht ist, derart, dass nur innerhalb des möglichen Verstellweges der Lenksäule oder Lenkspindel diese beiden Elemente des Magnetsensorsystems ein Sensor-Signal erzeugen, das einen Betrieb des Verstell-Motors zulässt und dass mit Annäherung an einen der mechanischen Endanschläge der Lenksäule oder Lenkspindel ein Sensor-Signal erzeugt wird, das ein Abschalten des Verstell-Motors hervorruft. Bevorzugt erfassen die beiden Elemente des Magnetsensorsystems sowohl die mögliche Längsverstellung als auch die mögliche Neigungsverstellung der Lenksäule oder Lenkspindel. Zusätzlich kann am Verstell-Motor eine weitere Sensoreinrichtung vorgesehen sein, mittels deren Signalen jede mögliche gewünschte Position individuell motorisch eingestellt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine motorisch verstellbare Lenksäule oder Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Magnetsensorsystem zur Überwachung der Position der Lenksäule oder Lenkspindel. Zum bekannten Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 101 44 476 A1 verwiesen.

Eine üblicherweise elektro-motorische Verstellung einer Kraftfahrzeug – Lenksäule dient zur Anpassung der Lenksäulenlänge und der Lenkradhöhe an die anthropometrischen Bedürfnisse des Fahrers. Zur Verstellung der Lenksäule dienen Elektromotoren, die über ein Schneckengewinde an die Verstellmechanik der Lenksäule angebunden sind. Die aktuelle Verstellposition wird über ein Hallgebersystem in den Elektromotoren an ein elektronisches Steuergerät ausgegeben. Das Steuergerät kann den Elektromotor kurz vor Erreichen der mechanischen Endanschläge abschalten, was allgemein als Softstop bezeichnet wird.

Im bekannten Stand der Technik ist das Hallgebersystem als rotatorisches Hallsensorsystem am elektrischen Verstellmotor ausgeführt. Ein mit permanentmagnetischen Magnetpolen versehenes Rad wird dabei an der Motorwelle von einem Hallsensor abgetastet. Jede Drehung erzeugt eine Anzahl an elektrischen Impulsen. Das Steuergerät zählt die Anzahl der Hallimpulse mit und schaltet den Elektromotor kurz vor Erreichen des mechanischen Endanschlags ab. Damit das Steuergerät an der korrekten Position abschaltet, muss vom Steuergerät vor der ersten Inbetriebnahme ein sog. Lernlauf der Lenksäule durchgeführt werden.

Durch die Anbringung der Hallsensoren bzw. Sensorsysteme in den Elektromotoren wird die Lenkradposition nur indirekt ausgewertet. Eine umfangreiche Toleranzkette von der Welle des Elektromotors zum Schneckengetriebe über die Lenksäule bis zum Lenkrad wird nicht berücksichtigt. Ein fehlerfreier Rückschluss der Anzahl der Hallimpulse auf die tatsächliche Lenkradposition ist dadurch nicht vollständig gegeben. Ferner müssen die elektrischen Impulse des Hallgebers im Elektromotor permanent mitgezählt und gespeichert werden. Die Speicherung der Impulse muss im Steuergerät unter anderem zu Betriebszeiten durchgeführt werden, bei denen das Steuergerät aufwacht oder einschläft (Ein- und Ausstieg des Fahrers). Dies kann zu unvollständigen Speichervorgängen führen, wodurch ein korrektes Abschalten vor den harten Endanschlägen der Lenksäule nicht mehr möglich ist. Die Lenksäulenmechanik wird bei zu spätem Abschalten des Elektromotors in den mechanischen Endanschlag gefahren und kann verklemmen. Bei zu frühem Abschalten ist keine vollständige Nutzung des Verstellfelds mehr möglich. Weiterhin muss zum richtigen Erkennen der mechanischen Endanschläge bei erster Inbetriebnahme der Lenksäule ein Lernlauf durchgeführt werden, bei dem die Lenksäule bis zum Erreichen des mechanischen Endanschlags verfahren wird und die Endwerte der elektrischen Hallimpulse gespeichert werden müssen, was relativ aufwändig ist.

Eine demgegenüber verbesserte motorisch verstellbare Lenksäule (oder Lenkspindel) aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine motorisch verstellbare Lenksäule (oder Lenkspindel) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Element des Magnetsensorsystems ortsfest angebracht und ein damit zusammenwirkendes zweites Element des Magnetsensorsystems direkt am verstellbaren Teil der Lenksäule oder der Lenkspindel angebracht ist, derart, dass nur innerhalb des möglichen Verstellweges der Lenksäule oder Lenkspindel diese beiden Elemente des Magnetsensorsystems ein Sensor-Signal erzeugen, das einen Betrieb des Verstell-Motors zulässt und dass mit Annäherung an einen der mechanischen Endanschläge der Lenksäule oder Lenkspindel ein Sensor-Signal erzeugt wird, das ein Abschalten des Verstell-Motors hervorruft. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Auch eine erfindungsgemäße Lenksäule ist mit einem Magnetsensorsystem, bei welchem es sich insbesondere um ein Hallsensorsystem handelt, ausgestattet, jedoch handelt es sich nun um ein direkt wirkendes Messsystem, das eine im wesentlichen lineare Verschiebebewegung zu erkennen in der Lage ist. Um dieses System möglichst einfach zu gestalten, soll auch nur die wesentliche Information gewonnen werden, nämlich ob man sich noch weit innerhalb des möglichen Verstellbereiches befindet, oder ob man sich im Laufe einer Verstellung einem Endanschlag nähert, so dass der sog. Softstopp aktiviert werden sollte. Im einfachsten Fall kann ein solches lineares Hallsensorsystem aus einer feststehenden und einer verschiebbaren Schiene bestehen, wobei letztere einen Permanentmagneten enthalten kann, der seine Position relativ zu dem ortsfesten Hallsensor (oder Magnetsensor) abhängig von der Lenkrad- bzw. Lenksäulen- oder Lenkspindelposition verändert. Kurz vor Erreichen der mechanischen Endanschläge verlässt der Hallsensor das Magnetfeld des Permanentmagneten in der verschiebbaren Schiene bzw. letzteres wandert aus dem Erfassungsbereich des Hallsensors heraus, so dass ein Hallsensorsignal entsteht, welches kurz vor Erreichen der mechanischen Endanschläge einen neuen Signalwert ausgibt. Für alle anderen Positionen innerhalb des möglichen Verstellwegs hingegen nimmt das Sensorsignal das entgegengesetzte Niveau an.

Ein derartiges lineares Magnet- oder Hallsensorsystem wertet die Lenksäulenposition ohne jeglichen Umweg über mechanische Toleranzketten aus und gibt somit auf einfache Weise einen genaueren Aufschluss über die tatsächliche Lenksäulenposition bzw. darüber, ob im Rahmen einer Verstellbewegung eine Annäherung an einen mechanischen Endanschlag erfolgt oder ob ein ausreichender Abstand zu den mechanischen Endanschlägen vorliegt, so dass eine Betrieb des Verstellmotors (oder der Verstellmotoren) möglich ist und keine Softstopp-Funktion aktiviert werden muss. Vorteilhafterweise müssen dabei keine Hallsensor- oder allgemein Magnetsensor-Impulse mitgezählt und gespeichert werden. Es ist eine ununterbrochene Überwachung daraufhin möglich, ob sich die Lenksäule schon nahe an den mechanischen Endanschlägen befindet oder nicht. Es müssen also keine Werte mehr in einem zugehörigen elektronischen Steuergerät gespeichert werden. Dies macht das Steuergerät preisgünstiger, da Algorithmen und Hardware zur Impulsauswertung entfallen können. Ferner entfällt hiermit die Notwendigkeit für einen Lernlauf bei erster Inbetriebnahme.

Das Magnetsensorsystem kann bevorzugt derart ausgebildet sein, dass die beiden Elemente des Magnetsensorsystems, nämlich der Permanentmagnet sowie der Sensor selbst, sowohl die mögliche Längsverstellung als auch die mögliche Neigungsverstellung der Lenksäule oder Lenkspindel zu erfassen in der Lage sind. Da üblicherweise der mögliche Längsverstellweg relativ groß ist und der Verschwenkwinkelbereich für die Lenksäule bzw. Lenkspindel relativ gering ist, kann durchaus ein stabförmiger, sich in Richtung der möglichen Lenksäulen-Längsverstellung erstreckender Permanentmagnet ausreichend sein und in Zusammenwirken mit dem Sensor des Magnetsensorsystems auch eine Verschwenkbewegung (und somit eine Neigungsverstellung) der Lenksäule auf das Erreichen mechanischer Endanschläge hin überwachen.

Vorteilhaft ist auch eine Kombination eines erfindungsgemäßen Magnetsensorsystems einer verstellbaren Lenksäule mit einem herkömmlichen, eingangs als Stand der Technik beschriebenen Hallsensorsystem, das in dem oder den Verstell-Motor(en) integriert ist und mit dessen Signalen jede mögliche gewünschte Position individuell motorisch eingestellt werden kann. Systembedingte Ungenauigkeiten in einem derartigen weiteren Sensorsystem, die eingangs bereits beschrieben wurden, können durch einen geeigneten Abgleich mit den Informationen aus dem hiermit vorgeschlagenen „linearen" Magnetsensorsystem vermieden werden. Die Wahrscheinlichkeit einer falschen Positionierung bspw. nach Abruf einer Memoryposition wird somit minimiert.

In der beigefügten Prinzipskizze ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel auf das wesentliche abstrahiert dargestellt. 1 zeigt dabei ein in Längsrichtung der Lenkspindel verstellbares Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, 2 zeigt vergrößert die beiden Elemente des vorgeschlagenen Magnetsensor-Systems und 3 zeigt den Signalverlauf des Magnetsensors über dem möglichen Lenksäulenverstellweg.
Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Lenkrad bezeichnet, das wie üblich von einer Lenkspindel 2 getragen wird. Diese ist gemäß Pfeilrichtung 3 längsverschieblich in einem Lenksäulentragrohr 4 geführt. Mittels eines am Lenksäulentragrohr 4 ortsfest abgestützten elektrischen Verstell-Motors 5 kann die Lenkspindel 2 (und damit auch das Lenkrad 1) gemäß Pfeilrichtung 3 verfahren werden, indem der Verstell-Motor 5 eine Gewindespindel 6 rotatorisch antreibt, die durch eine mit der Lenkspindel 2 verbundene Gewindeaufnahme 7 hindurchgeführt ist. Figürlich nicht dargestellt sind mechanische Endanschläge, durch die der mögliche Verstellweg der Lenkspindel 2 relativ zum Lenksäulentragrohr 4 an den beiden Enden begrenzt ist.
Die an der Lenkspindel 2 befestigte Gewindeaufnahme trägt weiterhin eine sich in Pfeilrichtung 3, d.h. in der möglichen Verstellrichtung erstreckende Schiene 8, auf der – wie 2 zeigt – ein stabförmiger Permanentmagnet 9a angeordnet ist. Dieser Permanentmagnet 9a bildet zusammen mit einem Magnetsensor 9b (bspw. Hallsensor), der ortsfest am Lenksäulentragrohr 4 befestigt ist, ein Magnetsensorsystem 9. Dabei sind diese beiden Elemente des Magnetsensorsystems 9 derart zueinander positioniert, dass der Magnetsensor 9b ein erstes HIGH-Signal (vgl. 3) abgibt, solange eine Verstellung der Lenkspindel 2 innerhalb der mechanischen Endanschläge möglich ist, und dass mit Annäherung an einen der genannten (figürlich nicht dargestellten) mechanischen Endanschläge ein zweites LOW-Signal (vgl. 3) abgegeben wird, dass dann ein Abschalten des Verstell-Motors 5 hervorruft.
Ein erfindungsgemäßes Magnetsensorsystem an einer motorisch verstellbaren Lenksäule oder Lenkspindel zeichnet sich bei einfachstem Aufbau durch höchste Zuverlässigkeit und Genauigkeit aus, wobei durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Motorisch verstellbare Lenksäule oder Lenkspindel (2) eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Magnetsensorsystem (9) zur Überwachung der Position der Lenksäule oder Lenkspindel (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Element (9b) des Magnetsensorsystems (9) ortsfest angebracht und ein damit zusammenwirkendes zweites Element (9a) des Magnetsensorsystems (9) am verstellbaren Teil der Lenksäule oder der Lenkspindel (2) angebracht ist, derart, dass nur innerhalb des möglichen Verstellweges der Lenksäule oder Lenkspindel (2) diese beiden Elemente des Magnetsensorsystems (9) ein Sensor-Signal (HIGH) erzeugen, das einen Betrieb des Verstell-Motors (5) zulässt und dass mit Annäherung an einen der mechanischen Endanschläge der Lenksäule oder Lenkspindel (2) ein Sensor-Signal (LOW) erzeugt wird, das ein Abschalten des Verstell-Motors (5) hervorruft.
Verstellbare Lenksäule oder Lenkspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elemente (9a, 9b) des Magnetsensorsystems (9) sowohl die mögliche Längsverstellung als auch die mögliche Neigungsverstellung der Lenksäule oder Lenkspindel (2) erfassen.
Verstellbare Lenksäule oder Lenkspindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Verstell-Motor (5) eine weitere Sensoreinrichtung vorgesehen ist, mittels deren Signalen jede mögliche gewünschte Position individuell motorisch eingestellt werden kann.