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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortführungsanmeldung der am 21. März 2013 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 13/848,097 mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM FOR STOWING STEERING COLUMN IN A VEHICLE” (Verfahren und System zum Verstauen einer Lenksäule in einem Fahrzeug), die die Priorität der am 15. März 2013 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/791,929 beansprucht, die beide in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hier aufgenommen sind.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die offenbarte Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuglenksäulen. Im Besonderen betrifft die offenbarte Erfindung eine Lenksäule für die besondere Anwendung in einem autonomen Fahrzeug, die axial bis zu einem gegebenen Vorwärtsabstand verschoben werden kann, so dass ein Fahrer beim ersten Einsteigen in das Fahrzeug den Eindruck erhält, dass der Fahrzeugraum vergrößert ist. Die Axialbewegung der Lenksäule hat zwei situationsabhängige Geschwindigkeiten.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bewegbare Lenkräder und Lenksäulen sind Merkmale, die beinahe seit Beginn des Fahrzeugbaus verwendet werden. Aufgrund des begrenzten Raumes zwischen dem Lenkrad des Modells T und der Sitzrückenlehne und Sitzfläche wurden zum Beispiel Zubehörlenkräder von Herstellern von Zubehörteilen zur Verfügung gestellt, die beim Setzen auf den Fahrersitz und beim Aufstehen aus dem Fahrersitz gelöst und aus dem Weg des Fahrers geschwenkt werden konnten. Spätere Fahrzeuge enthielten Lenksäulen, die geringfügig schwenkbar verstellt werden konnten, um für den Fahrer mehr Raum zwischen dem Lenkrad und dem Fahrersitz zu schaffen.
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Wie in dem Fall des oben erwähnten bewegbaren Zubehörlenkrades wird das Bewegen des Lenkrads häufig als wünschenswert, vielleicht sogar als notwendig erachtet, um bestimmten Personen zu ermöglichen, sich zwischen dem Fahrersitz und dem Lenkrad zu positionieren. In diesen Fällen erfolgt das Bewegen des Lenkrads aus praktischen Gründen.
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In anderen Fällen ist es jedoch wünschenswert, das Lenkrad nach vorne zum Armaturenbrett zu bewegen, um den Anschein eines größeren Fahrzeuginnenraumes zu erwecken, wie es häufig bei den heutzutage zunehmend beliebteren Kleinfahrzeugen der Fall ist. Dieser Eindruck ist insbesondere in einem Fahrzeug-Ausstellungsraum wichtig, wo der potentielle Käufer das Fahrzeug zum ersten Mal sieht. Unter diesen Umständen kann es sein, dass das geräumigere Erscheinungsbild des Fahrzeugs von dem Fahrer und potentiellen Käufer als vorteilhafter wahrgenommen wird.
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Angesichts von Sicherheitsstandards für die Fahrzeuginsassen und der Bauform gibt es jedoch bezüglich des Bewegens des Lenkrads eine Anzahl von Einschränkungen. In Bezug auf die Fahrzeuginsassen-Sicherheit werden zum Beispiel Aufprallbelastungen (Kippmoment) sowie die Wahl der Last im Vergleich zur Verschiebung sowie die Größe und Konfiguration der inneren Lenkbauteile der Lenksäule berücksichtigt. Bei der Konstruktion einer axial bewegbaren Lenksäule stellt die Notwendigkeit des Trennens des Verstauungs- oder funktionalen Bewegungsmechanismus von der Aufprallebene eine besondere Herausforderung dar.
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Bekannte Systeme zum Aufbringen einer axialen Bewegung auf die Lenksäule sind nicht in der Lage, die Herausforderungen zu meistern, die sowohl in Bezug auf die Sicherheit als auch in Bezug auf die Bauform bestehen. Derartige Systeme sind auf eine typische axiale Bewegungsstrecke von nur etwa ±25 mm auf beiden Seiten einer Mittellinie mit einer Geschwindigkeit von ungefähr zwischen etwa 10 und 20 mm/s beschränkt, so dass diese Systeme zum Verstauen der Lenksäule, während sich der Fahrer nicht auf seinem Sitz befindet, und zum anschließenden schnellen Ausfahren der Lenksäule, nachdem sich der Fahrer hingesetzt hat, unpraktisch sind. Dementsprechend sind die bekannten Systeme beim Bereitstellen einer bequemen Lenkradverstauung während eines normalen Betriebs eines autonomen Fahrzeugs oder beim Bereitstellen einer Benutzung des Lenkrads von Hand durch den Fahrer des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug ein Aufprallereignis erfasst, wirkungslos.
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Wie in so vielen Bereichen der Fahrzeugtechnik gibt es immer noch Raum für Verbesserungen in Bezug auf verstaubare Lenksäulen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die offenbarte Erfindung löst einige der Probleme des Standes der Technik, indem sie eine verstaubare Lenksäule bereitstellt, die in der Lage ist, einen großen Bewegungsbereich mit einer hohen Geschwindigkeit bereitzustellen. Die verstaubare Lenksäule der offenbarten Erfindung umfasst eine Dach-Halterung zum Anbringen am Armaturenbrett, eine Hülse, die an der Halterung angebracht ist und eine Lenkspindel, die bewegbar an der Hülse angebracht ist. Ein Lenkrad ist an einem Ende der Lenkspindel angebracht.
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Die Lenkspindel hat einen Verstaubewegungsbereich von zwischen etwa +90 mm und +110 mm und eine Bewegungsgeschwindigkeit von zwischen etwa 20 mm/s und 40 mm/s, d. h. ungefähr das doppelte der bekannten Geschwindigkeiten. Der Verstaubewegungsbereich zwischen etwa +90 mm und +110 mm gilt zusätzlich zu der funktionalen Fahrzeugeinwärtsbewegung von +25 mm von der Mittellinie.
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Die Zwei-Geschwindigkeits-Lenksäule der offenbarten Erfindung kann in jedem beliebigen Fahrzeug verwendet werden, ist jedoch bei autonomen Fahrzeugen von besonderem Nutzen. Die durch die Erfindung bereitgestellte Zwei-Geschwindigkeits-Anordnung stellt während einer Notfallsituation, in der ein möglicher Aufprall von einem oder mehreren der Fahrzeugaufprall-Verhinderungssensoren erfasst wird, ein wichtiges Merkmal dar. Die langsamere Geschwindigkeit, d. h. diejenige von etwa 20 mm/s ist die „Standard-”Geschwindigkeit, die beim regulären Verstauen und Ausfahren des Lenkrads unter gewöhnlichen Bedingungen verwendet wird.
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Die höhere Geschwindigkeit, also diejenige von etwa 40 mm/s ist in einer Situation erforderlich, in der ein mögliches Aufprallereignis erfasst wird und das Lenkrad in die ursprüngliche Konstruktionsposition zurückgefahren werden muss, wenn die Airbags entfaltet werden müssen oder der Fahrer des Fahrzeugs das System für ein Ausweichmanöver von Hand bedienen muss. Dementsprechend ist es bei autonomen Fahrzeugen wichtig, dass zwei derartige unterschiedliche Geschwindigkeiten, nämlich die Standard-Verstauungsgeschwindigkeit von etwa 20 mm/s und die höhere Notsituationsgeschwindigkeit von etwa 40 mm/s verfügbar sind.
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Die verstaubare Lenksäule weist ferner einen Motor (Elektromotor) zum axialen Verstellen der Lenkspindel bezüglich der Lenksäulenhülse auf.
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Die Hülse ist schwenkbar an der Dachhalterung angebracht. Die Säule weist ferner eine Lenksäulenhalterung auf, die sich von der Dachhalterung aus erstreckt, an welcher die Lenkspindel angebracht ist, wodurch die Lenksäulenhalterung bezüglich der Dachhalterung verstellbar bewegbar ist. Optional kann ein Motor (Elektromotor) zum verstellbaren Bewegen der Lenksäulenhalterung bezüglich der Dachhalterung vorgesehen sein.
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Das Armaturenbrett ist derart ausgebildet, dass es eine Lenkrad-Aufnahmetasche definiert, in welcher das Lenkrad aufgenommen ist, wenn es sich in der zurückgezogenen Position befindet. Ein oder mehrere Sensoren sind zum Bestimmen der Position des Lenkrads bezüglich des Armaturenbretts vorgesehen. Der Sensor kann aus der Gruppe bestehend aus einem Hall-Stromsensor, einem Potentiometer-Sensor und einem Feedback-Sensor ausgewählt sein.
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Die obigen Vorteile sowie weitere Vorteile und Merkmale sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden Bezug auf die Ausführungsformen genommen, die in den angehängten Zeichnungen ausführlicher dargestellt sind und nachfolgend anhand von Beispielen der Erfindung beschrieben sind.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer verstaubaren Lenksäule gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 ist eine Seitenansicht von Bauteilen der verstaubaren Lenksäule gemäß der vorliegenden Erfindung,
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3 ist eine Seitenansicht der verstaubaren Lenksäule gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei sich das Lenkrad in seiner zurückgezogenen verstauten Position befindet,
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4 ist eine Seitenansicht der verstaubaren Lenksäule der vorliegenden Erfindung, wobei sich das Lenkrad in seiner ausgefahrenen Position befindet,
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5 ist eine Seitenansicht der verstaubaren Lenksäule gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Lenkradanordnung relativ zu dem Fahrersitz, und
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6 ist eine Vorderansicht eines Armaturenbretts gemäß der vorliegenden Erfindung, welches einen ausgesparten Lenkrad-Aufnahmebereich umfasst.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In den folgenden Figuren werden dieselben Bezugszeichen verwendet, um auf dieselben Bauteile zu verweisen. In der folgenden Beschreibung sind verschiedene Betriebsparameter und Bauteile für verschiedene ausgeführte Ausführungsformen beschrieben. Diese spezifischen Parameter und Bauteile sind als Beispiele aufgenommen und nicht als einschränkend zu verstehen.
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Im Allgemeinen stellt die offenbarte Erfindung eine verstaubare Lenksäule bereit, die zwischen einer ausgefahrenen Position zur Benutzung durch einen Fahrer und einer zurückgezogenen oder verstauten Position bewegbar ist, wenn der Fahrer nicht anwesend ist. Bezugnehmend auf die 1 ist eine perspektivische Ansicht einer verstaubaren Lenksäule gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die verstaubare Lenksäule 10 umfasst ein Lenkrad 12, eine Abdeckung oder Verkleidung 14 und eine Dachhalterung 16 zum Anbringen an der Unterseite eines Armaturenbretts. Die verstaubare Lenksäule 10 ist mit einem Aufprall-Verhinderungssensor 15 verbunden. Der Aufprall-Verhinderungssensor 15 umfasst einen Signalgeber 17, der in der Lage ist, ein Hochgeschwindigkeitsbewegungs-Signal für die verstaubare Lenksäule 10 zu erzeugen. Es wird angemerkt, dass die dargestellten Konfigurationen der verstaubaren Lenksäule 10 lediglich der Veranschaulichung dienen, und dass andere Formen möglich sind, ohne dabei vom Erfindungsgedanken und dem Umfang der offenbarten Erfindung abzuweichen.
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2 ist eine Seitenansicht von Bauteilen der verstaubaren Lenksäule 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Abdeckung oder Verkleidung 14 abgenommen wurde. Die Dachhalterung 16 umfasst einen Verlängerungsarm 18. Eine Spindelhülse oder Spindelhalterung 20 ist an einer Schwenkeinrichtung 22 schwenkbar an dem Verlängerungsarm 18 angebracht.
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Eine angetriebene Lenkspindel 24 ist axial und bewegbar innerhalb der Spindelhülse oder Spindelhalterung 20 vorgesehen. Eine Antriebsmotor-Stützhalterung 26 ist in Verbindung mit der Spindelhülse oder Spindelhalterung 20 vorgesehen. Ein Antriebsmotor 28 ist funktionsfähig mit der Lenkspindelhülse 26 verbunden.
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Die angetriebene Lenkspindel 24 hat vorzugsweise einen Verstaubewegungsbereich von zwischen etwa +90 mm und 110 mm und eine Bewegungsgeschwindigkeit von zwischen etwa 20 mm/s und 40 mm/s. Wie oben angemerkt ist der Verstaubewegungsbereich zwischen etwa +90 und +110 mm zusätzlich zu der funktionalen Fahrzeugeinwärtsbewegung von +25 mm von der Mittellinie. Dieser breite Bewegungsbereich und diese Hochgeschwindigkeitsbewegung ermöglichen ein schnelles Positionieren und Zurückpositionieren des Lenkrads 12 in Abhängigkeit von einer gegebenen Situation. Sowohl der Bewegungsgrad als auch die Bewegungsgeschwindigkeit können nach den persönlichen Präferenzen des Fahrers verstellt werden.
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Die angetriebene Lenkspindel 24 kann verzahnt oder anders konfiguriert sein, um einen Wirkeingriff des Antriebsmotors 28 zu ermöglichen. Die Betätigung des Antriebsmotors 28 ermöglicht die axiale Bewegung der angetriebenen Lenkspindel 24 bezüglich der Spindelhülse oder Spindelhalterung 20.
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Die Höhe des Lenkrads 12 (gezeigt in 1) kann je nach den Bedürfnissen des Fahrers hinsichtlich Komfort und je nach den praktischen Anforderungen verstellt werden. Eine Spindelhalterung 30 ist an der angetriebenen Lenkspindel 24 angebracht. Die angetriebene Lenkspindel 24 ermöglicht, dass die Spindelhalterung 30 sich darin dreht. Die Spindelhalterung 30 ist bewegbar an einer U-förmigen Halterung 32 angebracht, die sich von der Dachhalterung 16 nach unten erstreckt. Ein horizontales Verstellen der angetriebenen Lenkspindel 24 erfolgt durch eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der Spindelhalterung 30 innerhalb der U-förmigen Halterung 32. Die Bewegung kann manuell oder mittels eines Höheneinstellmotors 34 erfolgen.
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Das Lenkrad 12 der offenbarten Erfindung ist wahlweise zwischen einer ausgefahrenen oder Gebrauchsposition, wenn der Fahrer anwesend ist, und einer verstauten Position, wenn der Fahrer nicht anwesend ist, bewegbar. Ein im Fahrersitz bereitgestellter Sensor kann verwendet werden, um die Anwesenheit oder Abwesenheit des Fahrers auf dem Fahrersitz zu detektieren, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
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3 und 4 sind Seitenansichten der verstaubaren Lenksäule 10 zwischen ihrer verstauten Position und ihrer ausgefahrenen Gebrauchsposition. In beiden Figuren ist ein Armaturenbrett 36 gezeigt, das einen optionalen ausgesparten Lenkrad-Aufnahmebereich 38 umfasst.
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Wie aus 3 ersichtlich, befinden sich nun das Lenkrad 12 und die Abdeckung oder Verkleidung 14 in der verstauten Position und sind nahe am Armaturenbrett 36 angeordnet. Dies ist die Position, die geeignet wäre, um ein leichtes Einsteigen und Aussteigen des Fahrers in den bzw. aus dem Fahrersitz zu ermöglichen.
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Wie in 4 gezeigt, sind das Lenkrad 12 und die Abdeckung oder Verkleidung 14 im Abstand von dem Armaturenbrett 36 angeordnet. Dies ist die Position, die erforderlich ist, damit der Fahrer das Fahrzeug bedienen kann. Wie aus 5 ersichtlich, ist ein Fahrersitz 44 vorgesehen, der eine Rückenlehne 46 und eine Sitzfläche 48 umfasst. Ein Sitzflächen-Lenkspindel-Positionssensor 50 ist in der Sitzfläche 48 vorgesehen. Der Sitzflächen-Lenkspindel-Positionssensor 50 kann jede geeignete Art von Sensor sein, kann jedoch aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus einem Hall-Stromsensor, einem Potentiometer-Sensor und einem Feedback-Sensor besteht.
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Ein Lenkspindel-Positionssensor 52 ist bezüglich der verstaubaren Lenksäule 10 vorgesehen. Der Lenkspindel-Positionssensor 52 wird verwendet, um die Position der angetriebenen Lenkspindel 24 bezüglich des Sitzflächen-Lenkspindel-Positionssensors 50 zu ermitteln. Der Lenkspindel-Positionssensor 52 ist funktionsfähig mit dem Sitz-/Lenksäulensensor verbunden, der in Verbindung mit dem Fahrersitz vorgesehen ist, und funktioniert, während er in Verbindung mit dem Antriebsmotor 28 arbeitet, um sicherzustellen, dass sich die angetriebene Lenkspindel 24 bezüglich des Sitzflächen-Lenkspindel-Positionssensor 50 für eine bestimmte Betriebssituation in einer korrekten Position befindet. Der Lenkspindel-Positionssensor 52 kann jede geeignete Art von Sensor sein, kann jedoch aus der Gruppe bestehend aus einem Hall-Stromsensor, einem Potentiometer-Sensor und einen Feedback-Sensor ausgewählt sein.
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Wie oben erwähnt, kann das Lenkrad 12 optional im Wesentlichen innerhalb des optionalen ausgesparten Lenkrad-Aufnahmebereichs 38 des Armaturenbretts 36 aufgenommen sein. Der ausgesparte Lenkrad-Aufnahmebereich 38 ist insbesondere in der 6 gezeigt. Die Form und Gesamtkonfiguration des ausgesparten Lenkrad-Aufnahmebereichs 38, die hier gezeigt sind, stellen lediglich einen Vorschlag dar und sind nicht als einschränkend anzusehen.
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Weitere Merkmale der offenbarten Erfindung können vorgesehen sein, wie zum Beispiel das Bereitstellen von Instrumenten entweder in Bezug auf einen Multifunktionslenkstockschalter 42 (in 3 und 4 gezeigt), auf das Lenkrad 12 oder auf beides. Solche Schritte können notwendig sein, um ein ordnungsgemäßes Verstauen des Lenkrads 12 zu ermöglichen.
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Im Betrieb in einem nicht-autonomen Fahrzeug wäre das Lenkrad 12 normalerweise in seiner verstauten Position, wie in 3 gezeigt, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist (der Zündschlüssel entfernt wurde) oder wenn kein Fahrer auf dem Fahrersitz detektiert wird. Dadurch, dass sich das Lenkrad 12 in seiner verstauten Position befindet, wird im Fahrzeuginnenraum ein offenes Erscheinungsbild erzeugt. Sobald sich der Fahrer auf den Fahrersitz setzt und die Zündung eingeschaltet wird, wird der Antriebsmotor 28 angesteuert und das Lenkrad 12 schnell in seine ausgefahrenen Gebrauchsposition bewegt, wie in 4 gezeigt.
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Im Betrieb in einem autonomen Fahrzeug kann das Lenkrad 12 unter normalen Bedingungen mit langsamer Geschwindigkeit in seine verstaute Position bewegt werden, die in 3 gezeigt ist, und in seine ausgefahrene Gebrauchsposition bewegt werden, die in 4 gezeigt ist, wenn der Aufprall-Verhinderungssensor des Fahrzeugs eine mögliche Aufprallsituation identifiziert. Durch Bereitstellen einer langsameren „Standard-”Geschwindigkeit, nämlich derjenigen von etwa 20 mm/s, kann ein reguläres Verstauen und Ausfahren des Lenkrads unter normalen Bedingungen erfolgen.
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Wenn jedoch die Aufprall-Verhinderungssensoren des autonomen Fahrzeugs einen möglichen Aufprall identifizieren, wird die Lenksäule mit der höheren Geschwindigkeit von etwa 40 mm/s bewegt, wodurch das Lenkrad schnell in seine ursprüngliche Konstruktionsposition ausgefahren wird, für den Fall, dass die Airbags entfaltet werden müssen oder der Fahrer des Fahrzeugs das System für ein Ausweichmanöver von Hand betätigen muss.
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Die Position der angetriebenen Lenkspindel 24 wird durch den Lenkspindel-Positionssensor 40 bestimmt. Wenn die angetriebene Lenkspindel 24 in ihre Gebrauchsposition ausgefahren wurde, wird die axiale Bewegung der angetriebenen Lenkspindel 24, die durch den Antriebsmotor 28 verursacht wird, gestoppt.
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Wenn die Fahrzeugzündung ausgeschaltet ist (der Zündschlüssel entfernt ist), wird der Antriebsmotor 28 wieder angesteuert und wird die angetriebene Lenkspindel 24 von dem Fahrer weg in ihre verstauten Position bewegt. Wenn der Lenkspindel-Positionssensor 40 ermittelt, dass sich die angetriebene Lenkspindel 24 in ihrer korrekten Position befindet, wird die Axialbewegung der angetriebenen Lenkspindel 24, die von dem Antriebsmotor 28 bewirkt wird, gestoppt.
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Alternativ zu der oben beschriebenen Anordnung kann der Fahrer einen Zündschalter oder eine Taste (zum Beispiel eine Zündungstaste) betätigen, um dadurch den Antriebsmotor 28 anzusteuern, um dadurch das Lenkrad 12 nach vorne in seine verstaute Position zu bewegen. Das Lenkrad 12 würde in seiner verstauten Position verbleiben, bis der Fahrer den Zündschalter oder die Taste wieder betätigt und ausschaltet.
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Die vorangehende Beschreibung offenbart und beschreibt beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann auf dem Gebiet wird anhand dieser Beschreibung und anhand der beigefügten Zeichnungen und Ansprüche problemlos erkennen, dass zahlreiche Änderungen, Modifizierungen und Variationen möglich sind, ohne dabei vom Erfindungsgedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, die durch die folgenden Ansprüche definiert sind.
