DE102021202481B3 - Verfahren und elektrisch verstellbare Lenksäule zum Verstellen einer Stelleinheit einer Lenksäule - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch verstellbare Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Trageinheit (4), von welcher eine Stelleinheit (2) verstellbar gehalten ist, eine Verstelleinrichtung (5, 6) mit einem Verstellmotor (7, 8), die zum Verstellen der Stelleinheit (2) relativ zu der Trageinheit (4) ausgebildet ist, einen mechanischen Verstellanschlag (22, 23), der ein Verstellen der Stelleinheit (2) in eine erste Verstellrichtung (40) mechanisch begrenzt, und eine Steuereinheit (9). Die Steuereinheit (9) ist dabei ausgebildet, den Verstellmotor (7, 8) anzusteuern, wobei ein virtueller Verstellanschlag definiert ist, der bezüglich der ersten Verstellrichtung (40) vor dem mechanischen Verstellanschlag (22, 23) liegt. Die Lenksäule (1) ist dabei zum Verstellen einer Stelleinheit (2) ausgebildet. Zum Verstellen der Stelleinheit (2) wird die Stelleinheit (2) mittels des Verstellmotors (7, 8) in die erste Verstellrichtung (40) verstellt, wobei die Stelleinheit (2) gemäß einer definierten ersten Vorgabe bis über den virtuellen Verstellanschlag hinaus verstellt wird. Dann wird die Stelleinheit (2) für eine Richtungsumkehr gestoppt und die Stelleinheit (2) gemäß einer definierten zweiten Vorgabe entgegen der ersten Verstellrichtung (40) bis zu einer Halteposition verstellt und dann gestoppt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen einer Stelleinheit einer elektrisch verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, wobei die Lenksäule eine Trageinheit, von der die Stelleinheit verstellbar gehalten ist, eine Verstelleinrichtung mit einem Verstellmotor, die zum Verstellen der Stelleinheit relativ zu der Trageinheit ausgebildet ist, und einen mechanischen Verstellanschlag, der ein Verstellen der Stelleinheit in eine erste Verstellrichtung mechanisch begrenzt, umfasst. Für die Stelleinheit ist dabei ein virtueller Verstellanschlag definiert, der bezüglich der ersten Verstellrichtung vor dem mechanischen Verstellanschlag liegt. Die Stelleinheit wird mittels des Verstellmotors in die erste Verstellrichtung mit einer ersten Verstellgeschwindigkeit in Richtung des mechanischen Verstellanschlags verstellt.
• Weiter betrifft die Erfindung eine elektrisch verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, die eine Trageinheit, von welcher eine Stelleinheit verstellbar gehalten ist, eine Verstelleinrichtung mit einem Verstellmotor, die zum Verstellen der Stelleinheit relativ zu der Trageinheit ausgebildet ist, einen mechanischen Verstellanschlag, der ein Verstellen der Stelleinheit in eine Verstellrichtung mechanisch begrenzt, und eine Steuereinheit umfasst. Die Steuereinheit der Lenksäule ist ausgebildet, den Verstellmotor anzusteuern. Dabei ist ein virtueller Verstellanschlag definiert, der bezüglich der ersten Verstellrichtung vor dem mechanischen Verstellanschlag liegt.
• Elektrisch verstellbare Lenksäulen sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist aus der US 2018 / 0 079 441 A1 eine Lenksäule bekannt, die zwischen einer Verstauposition und einer Betriebsposition verstellbar ist. Weiter ist aus der DE 10 2019 108 466 A1 eine verstellbare Lenksäule mit einer Stelleinheit und einer Trageinheit für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Lenksäule in eine Verstauposition verbracht werden kann. Mittels einer Positionserkennungsvorrichtung wird die Position einer Stelleinheit relativ zur Trageinheit ermittelt, wobei das Verstellen der Stelleinheit unter Berücksichtigung der ermittelten Position erfolgt.
• Aus der gattungsbildenden DE 603 08 744 T2 ist des Weiteren eine teleskopierbare Lenksäule bekannt, bei der auch der Neigungswinkel verstellt werden kann. Die DE 603 08 744 T2 offenbart dabei, dass eine Längsverstellung und eine Neigungsverstellung zwischen jeweils zwei Festanschlägen möglich ist, wobei ein Algorithmus in der Steuereinheit zum Verstellen der Lenksäule hinterlegt ist, bei dem die Verstellgrenzen durch „Soft“-Anschläge irgendwo innerhalb der Grenzen der Festanschläge definiert sein können. Damit soll ein besonders flexibles Anpassen an unterschiedliche räumliche Bedingungen bei unterschiedlichen Fahrzeugen realisiert werden.
• Für eine Lenkradanordnung mit einem elektrisch verstellbaren Lenkrad ist darüber hinaus aus der EP 3 042 825 A1 bekannt, einen Fahrzeugzustand zu erkennen, in welchem das Fahrzeug nicht fährt, wobei in einem solchen Fahrzeugzustand das Lenkrad automatisch zurückgefahren werden kann. Mit diesen Verstellmöglichkeiten ist insbesondere ein Komfortgewinn für den Fahrer eines Fahrzeugs verbunden. Insbesondere sind elektrisch verstellbare Lenksäulen mit einer sogenannten „Easy-Entry-Funktion“ bekannt, bei der für ein erleichtertes Einsteigen in ein Auto oder ein erleichtertes Aussteigen aus einem Auto die Stelleinheit einer Lenksäule von einer Bedienposition hin zu einer Verstauposition verstellt wird. Üblicherweise begrenzen mechanische Verstellanschläge dabei mechanisch die Verstellwege der Stelleinheit. Das heißt ein Verstellen der Stelleinheit über einen mechanischen Verstellanschlag hinaus ist nicht möglich.
• Da allerdings Komponenten der Verstelleinrichtung, beispielsweise der Verstellmotor, beschädigt werden können, wenn die Stelleinheit mit normaler Verstellgeschwindigkeit wiederholt gegen den mechanischen Verstellanschlag verstellt wird, und insbesondere wenn die Stelleinheit in dem mechanischen Verstellanschlag verharrt, ist es bekannt, virtuelle Verstellanschläge zu definieren, an denen die Stelleinheit in der Regel eine Endposition erreicht, bevor der mechanische Verstellanschlag erreicht wird. Diese virtuellen Verstellanschläge sind dabei so definiert, dass diese nahe an den mechanischen Verstellanschlägen liegen. Da allerdings bei der Bestimmung der Position der Stelleinheit Abweichungen auftreten können, insbesondere bei kostengünstigen Verfahren zur Bestimmung der Position der Stelleinheit durch Zählen der Rotordrehungen des Verstellmotors mittels eines Hall-Sensors, wird der Abstand zwischen mechanischem Verstellanschlag und virtuellem Verstellanschlag größer gewählt, um zuverlässig zu verhindern, dass auch bei Abweichungen in der Positionsbestimmung die Stelleinheit nicht gegen den mechanischen Verstellanschlag verstellt wird. Dieser größere Abstand zwischen mechanischem Verstellanschlag und virtuellem Verstellanschlag ist aber insofern nachteilig, als dass ein Teil des Verstellwegs, nämlich zwischen virtuellem Verstellanschlag und mechanischem Verstellanschlag, nicht genutzt werden kann. Das hat zur Folge, dass beispielsweise ein in eine Verstauposition verbrachtes Lenkrad nicht so weit vom Fahrer weg ist, wie es ein optimal definierter virtueller Verstellanschlag zulassen würde.
• Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrisch verstellbare Lenksäule und ein Verfahren zum Verstellen einer Stelleinheit einer elektrisch verstellbaren Lenksäule zu verbessern. Insbesondere soll der zur Verfügung stehende Verstellweg möglichst gut ausgenutzt werden. Darüber hinaus soll insbesondere zuverlässig verhindert werden, dass Schäden an Komponenten der Verstelleinrichtung der Lenksäule entstehen. Weiter soll vorteilhafterweise eine möglichst kostengünstige Lösung gefunden werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren zum Verstellen einer Stelleinheit einer elektrisch verstellbaren Lenksäule sowie eine elektrisch verstellbare Lenksäule gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt.
• Die vorgeschlagene Lösung sieht ein Verfahren zum Verstellen einer Stelleinheit einer elektrisch verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug vor, wobei die Lenksäule eine Trageinheit, von der die Stelleinheit verstellbar gehalten ist, eine Verstelleinrichtung mit einem Verstellmotor, die zum Verstellen der Stelleinheit relativ zu der Trageinheit ausgebildet ist, und einen mechanischen Verstellanschlag, der ein Verstellen der Stelleinheit in eine erste Verstellrichtung mechanisch begrenzt, umfasst. Dabei ist ein virtueller Verstellanschlag für die Stelleinheit definiert, der bezüglich der ersten Verstellrichtung vor dem mechanischen Verstellanschlag liegt. Insbesondere ist der virtuelle Verstellanschlag die Ruheposition, in welcher die Stelleinheit am Ende eines Verstellwegs, verharrt, insbesondere die Verstauposition. Insbesondere ist vorgesehen, dass der virtuelle Verstellanschlag nicht als absolute Position in Bezug auf den Verstellweg definiert ist, sondern vorteilhafterweise relativ, insbesondere relativ zu einer Position der Stelleinheit.
• Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Stelleinheit mittels des Verstellmotors in die erste Verstellrichtung mit einer ersten Verstellgeschwindigkeit verstellt, wobei die Stelleinheit gemäß einer definierten ersten Vorgabe bis über den virtuellen Verstellanschlag hinaus verstellt wird. Dann wird die Stelleinheit für eine Richtungsumkehr gestoppt und die Stelleinheit wird gemäß einer definierten zweiten Vorgabe entgegen der ersten Verstellrichtung bis zu einer Halteposition verstellt. An der Halteposition wird die Stelleinheit dann gestoppt. Diese Halteposition kann dann insbesondere die Verstauposition sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass die definierte erste Vorgabe vorgibt, wie weit über den virtuellen Verstellanschlag hinaus die Stelleinheit verstellt wird, also insbesondere wann die Stelleinheit für die Richtungsumkehr gestoppt wird. Die definierte zweite Vorgabe gibt insbesondere vor, wie weit die Stelleinheit entgegen der ersten Verstellrichtung verstellt wird, also insbesondere wann die Stelleinheit zum Einnehmen der Halteposition gestoppt wird. Insbesondere sieht eine Ausgestaltung vor, dass die definierte erste Vorgabe und die definierte zweite Vorgabe gleich sind, und insbesondere eine gleiche Distanz, beispielsweise eine Distanz zwischen 1 mm und 20 mm (mm: Millimeter) definieren, um die die Stelleinheit zu verstellen ist.
• Vorteilhafterweise ist durch die Richtungsumkehr und das definierte Verstellen der Stelleinheit entgegen der ersten Verstellrichtung ausgeschlossen, dass die Stelleinheit an dem mechanischen Verstellanschlag verharrt. Schäden, insbesondere Schäden an der Antriebseinheit der Verstelleinrichtung, die durch ein Verharren an dem mechanischen Verstellanschlag entstehen können, werden somit vorteilhafterweise verhindert.
• Insbesondere ist vorgesehen, dass der Lenksäule eine Steuereinheit zugeordnet ist, wobei vorteilhafterweise die Steuereinheit den Verstellmotor derart ansteuert, dass die Stelleinheit in die erste Verstellrichtung mit einer ersten Verstellgeschwindigkeit verstellt wird, die Stelleinheit gemäß der definierten ersten Vorgabe bis über den virtuellen Verstellanschlag hinaus verstellt wird, die Stelleinheit für eine Richtungsumkehr gestoppt wird, die Stelleinheit gemäß der definierten zweiten Vorgabe entgegen der Verstellrichtung bis zu der Halteposition verstellt wird und die Stelleinheit an der Halteposition gestoppt wird. Vorteilhafterweise wird die Position der Stelleinheit erfasst, insbesondere mittels einer Positionserfassungseinheit.
• Insbesondere ist vorgesehen, dass die Stelleinheit mittels eines Spindelantriebs verstellt wird, insbesondere wie in der DE 10 2017 207 561 oder in der DE 10 2020 202 196 beschrieben, auf deren Inhalte hiermit explizit referenziert wird.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verstellen der Stelleinheit gemäß der definierten ersten Vorgabe abgebrochen wird, wenn die Stelleinheit während des Verstellens gemäß der definierten ersten Vorgabe den mechanischen Verstellanschlag erreicht. Das heißt, dass insbesondere dann, wenn der mechanische Verstellanschlag von der Stelleinheit erreicht wird, bevor die definierte erste Vorgabe erfüllt ist, also beispielsweise das Verstellen der Stelleinheit in die erste Verstellrichtung um eine vorgegebene Distanz, wird das Verstellen der Stelleinheit abgebrochen. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Verstellmotor nicht weiter angesteuert wird, um die Stelleinrichtung weiter in die erste Verstellrichtung zu verstellen, obwohl der weitere Verstellweg durch den mechanischen Verstellanschlag blockiert ist. Vorteilhafterweise werden hierdurch Beschädigungen an den Komponenten der Verstelleinrichtung, insbesondere an dem Verstellmotor, verhindert. Der Fall, dass die Stelleinheit den mechanischen Verstellanschlag erreicht, bevor die definierte erste Vorgabe erfüllt ist, kann dabei insbesondere auftreten, wenn Abweichungen beziehungsweise Fehler bei der Bestimmung der Position der Stelleinheit auftreten. Insbesondere dann, wenn Rotordrehungen des Verstellmotors mittels eine Hall-Sensors erfasst werden, um über die Anzahl der Rotordrehungen die Position der Stelleinheit zu bestimmen, kann es zu Fehlern kommen, insbesondere weil aufgrund des Hystereseverhaltens von Hall-Effekt-Latch-Sensoren Rotordrehungen mitunter nicht gezählt werden.
• Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Halteposition, die die Stelleinheit nach dem Verstellen gemäß der definierten zweiten Vorgabe einnimmt, als neuer virtueller Verstellanschlag definiert. Dieser neue virtuelle Verstellanschlag ist dann vorteilhafterweise als der virtuelle Verstellanschlag für die Stelleinheit definiert. Der neue virtuelle Verstellanschlag ersetzt also den bisherigen virtuellen Verstellanschlag. Es erfolgt somit vorteilhafterweise eine Kalibrierung des virtuellen Verstellanschlags. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Halteposition, die die Stelleinheit nach dem Verstellen gemäß der definierten zweiten Vorgabe einnimmt, als neuer virtueller Verstellanschlag definiert wird, wenn das Verstellen der Stelleinheit gemäß der definierten ersten Vorgabe abgebrochen wird, weil die Stelleinheit während des Verstellens gemäß der definierten ersten Vorgabe den mechanischen Verstellanschlag erreicht hat. Insbesondere wenn die definierte erste Vorgabe und die definierte zweite Vorgabe gleich sind und eine Verstelldistanz betreffen, wird hierdurch vorteilhafterweise erreicht, dass die Distanz zwischen dem neudefinierten virtuellen Verstellanschlag und dem mechanischen Verstellanschlag gegenüber der Distanz zwischen dem bisherigen virtuellen Verstellanschlag, der sich insbesondere aufgrund von Fehlern bei der Positionsbestimmung der Stelleinheit über die Zeit verschoben haben kann, und dem mechanischen Verstellanschlag vergrößert wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass bei einem späteren Verstellen der Stelleinheit in die erste Verstellrichtung die definierte erste Vorgabe erfüllt werden kann und die Stelleinheit maximal bis zu dem mechanischen Verstellanschlag, aber nicht gegen den mechanischen Verstellanschlag, verstellt wird, bevor die Richtungsumkehr erfolgt. Die Komponenten der Verstelleinrichtung werden hierdurch vorteilhafterweise weiter geschont, sodass das Ausfallrisiko dieser Komponenten weiter gesenkt wird.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die erste Verstellgeschwindigkeit auf eine zweite Verstellgeschwindigkeit reduziert. Vorteilhafterweise wird die erste Verstellgeschwindigkeit auf eine zweite Verstellgeschwindigkeit reduziert, wenn eine definierte Annäherungserkennungsbedingung als erfüllt erkannt worden ist. Die Stelleinheit wird dann vorteilhafterweise mit der zweiten Verstellgeschwindigkeit gemäß der definierten ersten Vorgabe über den virtuellen Verstellanschlag hinaus verstellt. Für den Fall, dass die Stelleinheit gegen den mechanischen Verstellanschlag verfahren wird, erfolgt dies vorteilhafterweise mit geringerer Geschwindigkeit, wodurch noch besser Schäden an den Komponenten der Verstelleinrichtung verhindert werden. Darüber hinaus wird vorteilhafterweise das akustische Verhalten der Lenksäule beim Anfahren einer Endposition des Verstellwegs, insbesondere beim Anfahren der Verstauposition verbessert. Vorteilhafterweise erfolgt also ein Verstellen der Stelleinheit mit einer höheren Geschwindigkeit, die ein zügiges Verstellen der Stelleinheit und somit einer an der Stelleinheit angeordneten Lenkhandhabe ermöglicht, solange, bis die Annäherungserkennungsbedingung erfüllt ist, wobei dann die Geschwindigkeit reduziert wird, vorteilhafterweise kontinuierlich reduziert wird. Das Reduzieren der Verstellgeschwindigkeit erfolgt vorteilhafterweise so, dass die Stelleinheit durch die kontinuierliche Geschwindigkeitsreduktion zum Stehen kommt, wenn die definierte erste Vorgabe erfüllt ist. Die Annäherungserkennungsbedingung ist insbesondere dann erfüllt, wenn die Stelleinheit den virtuellen Verstellanschlag erreicht hat oder eine vorbestimmte Distanz bis zu dem virtuellen Verstellanschlag verbleibt. Die Annäherungserkennungsbedingung wird somit insbesondere als erfüllt erkannt, wenn die Stelleinheit einen definierten Abstand zu dem virtuellen Verstellanschlag erreicht hat. Alternativ wird die Annäherungserkennungsbedingung insbesondere als erfüllt erkannt, wenn die Stelleinheit einen definierten Abstand zu dem mechanischen Verstellanschlag erreicht hat. Insbesondere kann eine Geschwindigkeit zwischen 10 mm/s (s: Sekunde) und 100 mm/s, insbesondere eine Geschwindigkeit von 70 mm/s, als erste Verstellgeschwindigkeit vorgesehen sein. Als zweite Verstellgeschwindigkeit kann insbesondere eine Geschwindigkeit zwischen 1 mm/s und 20 mm/s vorgesehen sein.
• Insbesondere ist bei dem vorgeschlagenen Verfahren vorgesehen, dass eine Drehung eines Rotors des Verstellmotors um einen definierten Umdrehungsabschnitt beim Verstellen der Stelleinheit jeweils als Rotordrehbewegung erfasst wird. Hierfür ist vorteilhafterweise eine entsprechende Sensoreinheit vorgesehen, insbesondere wenigstens ein Hall-Sensor. Ein erfasster Umdrehungsabschnitt wird dabei insbesondere durch die Anzahl der Pole des Rotormagneten bestimmt. Beispielsweise würde bei einem zweipoligen Rotormagnet ein Umdrehungsabschnitt einer vollständigen Umdrehung um 360° entsprechen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Anzahl der erfassten Umdrehungsabschnitte ausgehend von einer Position der Stelleinheit gezählt werden, um die Position der Stelleinheit zu ermitteln. Vorteilhafterweise erfolgt an den Endpositionen des Verstellwegs der Stelleinheit, insbesondere an dem mechanischen Verstellanschlag und/oder an dem virtuellen Verstellanschlag, ein Reset des Zählers.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist die definierte erste Vorgabe, dass ab Erreichen des virtuellen Verstellanschlags die Stelleinheit für eine vorgegebene Anzahl von Rotordrehbewegungen weiter, also über den virtuellen Verstellanschlag hinaus, verstellt wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass für eine Anzahl von zwei bis zwölf Rotordrehbewegungen, besonders vorteilhaft für drei Rotordrehbewegungen, weiter insbesondere für eine Anzahl von drei Hall-Ticks, die Stelleinheit über den virtuellen Verstellanschlag hinaus verstellt wird. Vorteilhafterweise entspricht dabei die Distanz zwischen dem virtuellen Verstellanschlag und dem mechanischen Verstellanschlag mindestens der vorgegebenen Anzahl von Rotordrehbewegungen. Vorzugsweise ist die Distanz zwischen dem virtuellen Verstellanschlag und dem mechanischen Verstellanschlag größer als die vorgegebene Anzahl von Rotordrehbewegungen, insbesondere zumindest eine Rotordrehbewegung größer.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die definierte zweite Vorgabe, dass ab dem Stopp der Stelleinheit für die Richtungsumkehr die Stelleinheit für eine vorgegebene Anzahl von Rotordrehbewegungen weiter verstellt wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass für eine Anzahl von drei bis zwölf Rotordrehbewegungen, besonders vorteilhaft für fünf Rotordrehbewegungen, weiter insbesondere für eine Anzahl von fünf Hall-Ticks, die Stelleinheit ab dem Stopp der Stelleinheit für die Richtungsumkehr entgegen der ersten Verstellrichtung verstellt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Stelleinheit gemäß der definierten zweiten Vorgabe für eine vorgegebene erste Anzahl von Rotordrehbewegungen verstellt wird. Insbesondere kann weiter vorgesehen sein, dass die Stelleinheit gemäß der ersten definierten Vorgabe für eine vorgegebene zweite Anzahl von Rotordrehbewegungen verstellt wird. Vorzugsweise ist die erste Anzahl von Rotordrehbewegungen gleich der zweiten Anzahl von Rotordrehbewegungen.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Abstand zwischen dem virtuellen Verstellanschlag und dem mechanischen Verstellanschlag fünf Rotordrehbewegungen beträgt. Dabei sieht vorteilhafterweise die definierte erste Vorgabe vor, dass die Stelleinheit drei Rotordrehbewegungen über den virtuellen Verstellanschlag hinaus verstellt und dann für die Richtungsumkehr gestoppt wird. Weiter wird die Stelleinheit dann vorteilhafterweise gemäß der definierten zweiten Vorgabe um drei Rotordrehbewegungen in Gegenrichtung verstellt und an der dann erreichten Halteposition gestoppt.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die definierte erste Vorgabe, dass die Stelleinheit bis zu dem mechanischen Verstellanschlag verstellt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird vorteilhafterweise die Stelleinheit gezielt bis zu dem mechanischen Verstellanschlag verfahren, vorzugsweise mit gegenüber der ersten Verstellgeschwindigkeit verringerten Geschwindigkeit. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine zuverlässige Kalibrierung der Distanz zwischen dem virtuellen Verstellanschlag und dem mechanischen Verstellanschlag ermöglicht. Insbesondere wird so verhindert, dass der virtuelle Verstellanschlag von dem mechanischen Verstellanschlag „wegwandert“, und sich somit der Verstellweg für die Stelleinheit bei einer langen Nutzungsdauer aufgrund von Fehlern bei der Positionsbestimmung der Stelleinheit verkürzt.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Belastung des Verstellmotors, insbesondere eine Motorspannung und/oder ein Motordrehmoment, beim Verstellen der Stelleinheit erfasst und ausgewertet wird. Bei einem Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes für die Belastung des Verstellmotors, insbesondere bei einem Überschreiten einer vordefinierten Motorspannung beziehungsweise eines vordefinierten Motordrehmoments, wird vorteilhafterweise darauf erkannt, dass die Stelleinheit den mechanischen Verstellanschlag erreicht hat. Somit kann einfach und kostengünstig erkannt werden, dass die Stelleinheit gegen einen mechanischen Verstellanschlag der Lenksäule verstellt wurde. Sensoren an dem mechanischen Verstellanschlag oder an den mechanischen Verstellanschlägen sind somit vorteilhafterweise entbehrlich.
• Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verfahren zum Verstellen der Stelleinheit eine Anzahl m von Malen mit der definierten ersten Vorgabe, dass die Stelleinheit ab Erreichen des virtuellen Verstellanschlags für die vorgegebene zweite Anzahl von Rotordrehbewegungen weiterverstellt wird, durchgeführt wird, und jedes m+1te Mal mit der definierten ersten Vorgabe, dass die Stelleinheit bis zu dem mechanischen Verstellanschlag verstellt wird. Das hat den Vorteil, dass jedes m+1te Mal eine Kalibrierung des virtuellen Verstellanschlags in Bezug zu dem mechanischen Verstellanschlag erfolgt und zudem ein Verstellen der Stelleinheit gegen den mechanischen Verstellanschlag regelmäßig unterbleibt. „m“ ist dabei vorteilhafterweise eine positive ganze natürliche Zahl. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anzahl m zwischen zwei und 1000 liegt. Insbesondere kann m zwischen 20 und 200 liegen. Als besonderer Ausgestaltung kann insbesondere vorgesehen sein, dass, insbesondere für einen vorgegebenen Betriebszeitraum, m = 0 oder m = 1 ist, sodass bei m = 0 die Stelleinheit stets bis zu dem mechanischen Verstellanschlag verstellt wird und bei m = 1 die Stelleinheit immer im Wechsel ab Erreichen des virtuellen Verstellanschlags für die vorgegebene zweite Anzahl von Rotordrehbewegungen weiterverstellt wird beziehungsweise bis zu dem mechanischen Verstellanschlag verstellt wird.
• Die zur Lösung der obenstehend genannten Aufgabe des Weiteren vorgeschlagene elektrisch verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Trageinheit, von welcher eine Stelleinheit verstellbar gehalten ist, und eine Verstelleinrichtung mit einem Verstellmotor, die zum Verstellen der Stelleinheit relativ zu der Trageinheit ausgebildet ist, insbesondere wie in der DE 10 2017 207 561 oder in der DE 10 2020 202 196 beschrieben, auf deren Inhalte hiermit explizit referenziert wird. Weiter umfasst die Lenksäule einen mechanischen Verstellanschlag, der ein Verstellen der Stelleinheit in eine erste Verstellrichtung mechanisch begrenzt. Zusätzlich zu dem mechanischen Verstellanschlag ist ein virtueller Verstellanschlag definiert. Dieser virtuelle Verstellanschlag liegt bezüglich der ersten Verstellrichtung vor dem mechanischen Verstellanschlag. Insbesondere ist der virtuelle Verstellanschlag als Halteposition für die Stelleinheit vorgesehen, in welcher die Stelleinheit am Ende eines bis zu einem Ende eines Verstellwegs gehenden Verstellvorgangs verbleibt. Insofern kann der virtuelle Verstellanschlag insbesondere der Verstauposition der Stelleinheit entsprechen. Insbesondere kann die Lenksäule für einen Verstellweg jeweils einen ersten mechanischen Verstellanschlag, der an einem ersten Ende des Verstellwegs liegt, und einen zweiten mechanischen Verstellanschlag, der an einem zweiten Ende des Verstellwegs liegt, aufweisen. Vorteilhafterweise ist für jeden mechanischen Verstellanschlag dabei auch ein virtueller Verstellanschlag definiert. Vorteilhafterweise ermöglicht die Erfindung aber, einen mechanischen Verstellanschlag einzusparen, insbesondere weil durch ein gezieltes Anfahren eines mechanischen Verstellanschlags eine Kalibrierung erfolgt, sodass ein zweiter virtuelle Verstellanschlag, dem kein mechanischer Verstellanschlag zugeordnet ist, zuverlässig von der Stelleinheit angefahren werden kann.
• Insbesondere ist die vorgeschlagene Lenksäule für ein Verstellen der Stelleinheit gemäß einem zur Lösung der oben genannten Aufgabe vorgeschlagenen Verfahren ausgebildet, wobei das Verfahren die vorstehend beschriebenen Merkmale einzeln oder in Kombination aufweisen kann. Insbesondere ist vorgesehen, dass die vorgeschlagene Lenksäule eine Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit vorteilhafterweise ausgebildet ist, den Verstellmotor der Verstelleinrichtung der Lenksäule derart anzusteuern, dass die Stelleinheit entsprechend den beschriebenen Verfahrensschritten verstellt werden kann. Insbesondere ist die Steuereinheit ausgebildet, den Verstellmotor derart anzusteuern, dass die Stelleinheit mittels des Verstellmotors in die erste Verstellrichtung mit einer ersten Verstellgeschwindigkeit verstellt wird, die Stelleinheit gemäß einer definierten ersten Vorgabe bis über den virtuellen Verstellanschlag hinaus verstellt wird, die Stelleinheit für eine Richtungsumkehr gestoppt wird, die Stelleinheit gemäß einer definierten zweiten Vorgabe entgegen der ersten Verstellrichtung bis zu einer Halteposition verstellt wird und die Stelleinheit dann an der Halteposition gestoppt wird.
• Vorteilhafterweise ist durch die Richtungsumkehr und das definierte Verstellen der Stelleinheit entgegen der ersten Verstellrichtung ausgeschlossen, dass die Stelleinheit an dem mechanischen Verstellanschlag verharrt. Schäden, insbesondere Schäden an der Antriebseinheit der Verstelleinrichtung, die durch ein Verharren an dem mechanischen Verstellanschlag entstehen können, werden somit vorteilhafterweise verhindert.
• Weiter ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die vorgeschlagene Lenksäule eine Positionserfassungseinheit umfasst. Die Positionserfassungseinheit ist vorteilhafterweise ausgebildet, die Position der Stelleinheit relativ zu der Trageinheit zu erfassen. Dabei ist die Positionserfassungseinheit vorteilhafterweise kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheit kann somit vorteilhafterweise Informationen bezüglich der Position der Stelleinheit von der Positionserfassungseinheit erhalten und insbesondere zur Ansteuerung des Verstellmotors zur Ausführung eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens nutzen. Insbesondere kann die Positionserfassungseinheit einen Linearsensor zur Positionsermittlung umfassen. Vorteilhafterweise kann, insbesondere unter Nutzung der Positionserfassungseinheit, ein Referenzpunkt für Safety-Aspekte angefahren werden.
• Vorteilhafterweise weist die Lenksäule, insbesondere die Positionserfassungseinheit der Lenksäule, eine Sensoreinheit, insbesondere wenigstens einen Hall-Sensor, auf. Die Sensoreinheit ist vorteilhafterweise ausgebildet, eine Drehung eines Rotors des Verstellmotors um einen definierten Umdrehungsabschnitt beim Verstellen der Stelleinheit jeweils als Rotordrehbewegung zu erfassen. Eine Rotordrehbewegung entspricht dabei vorteilhafterweise einem Hall-Count beziehungsweise einem Hall-Tick, also insbesondere einem Ansprechen des Hall-Sensors. Insbesondere ist bei einem magnetisch zweipoligen Rotor eine Rotordrehbewegung eine vollständige Rotorumdrehung, also eine Umdrehung um 360°, und wird insbesondere als ein Hall-Count beziehungsweise ein Hall-Tick gezählt. Die Sensoreinheit ist vorteilhafterweise kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit verbunden, sodass die Steuereinheit die Rotordrehbewegungen vorteilhafterweise bei der Ansteuerung des Verstellmotors berücksichtigen kann.
• Vorteilhafterweise umfasst die Lenksäule, insbesondere die Positionserfassungseinheit der Lenksäule, einen Zähler, welcher ausgebildet ist, die Anzahl der Rotordrehbewegungen zu zählen, wobei der Zähler vorteilhafterweise kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit verbunden ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Positionserfassungseinheit über die Anzahl der Rotordrehbewegungen die Position der Stelleinheit bestimmt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass einem Verstellweg der Lenksäule, insbesondere einem durch einen ersten mechanischen Anschlag und einen zweiten mechanischen Anschlag begrenzten Verstellweg, eine fixe Anzahl von Rotordrehbewegungen zugordnet ist, vorteilhafterweise die Anzahl von Rotordrehbewegungen die notwendig sind, um die Stelleinheit von dem einen Ende des Verstellwegs zu dem anderen Ende des Verstellwegs zu verstellen. Auf diese Weise ist vorteilhafterweise eine günstige Positionsermittlung realisiert. Mögliche Fehler, die hierbei insbesondere dadurch auftreten können, dass zwischen einem Abschalten und einem Wiederanschalten des Verstellmotors der Zustand des Hall-Sensors von „high“ auf „low“ wechselt, sind dabei aufgrund der vorteilhaften Ansteuerung des Verstellmotors, wie bereits beschrieben, unkritisch, da automatisch immer wieder eine Kalibrierung erfolgt. Zur weiteren Reduzierung können mehrere Hall-Sensoren vorgesehen werden.
• Weiter vorteilhaft weist die Lenksäule eine Motorbelastungserfassungseinheit auf. Diese ist vorteilhafterweise ausgebildet ist, eine Belastung des Verstellmotors beim Verstellen der Stelleinheit zu erfassen, insbesondere eine Motorspannung und/oder ein Motordrehmoment. Vorteilhafterweise ist die Motorbelastungserfassungseinheit weiter ausgebildet, die Belastung des Verstellmotors beim Verstellen der Stelleinheit auf ein Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes für die Belastung des Verstellmotors auszuwerten und insbesondere ein Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes für die Belastung des Verstellmotors zu erkennen. Insbesondere ist die Motorbelastungserfassungseinheit dabei kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit verbunden, sodass die Steuereinheit vorteilhafterweise eine Motorbelastung bei der Ansteuerung des Verstellmotors berücksichtigen kann.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren (Fig.: Figur) dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
• 1 in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine verbaute, erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule mit einer Lenkhandhabe in einer Verstauposition (1a) und in einer Bedienposition (1b);
• 2a in einer stark vereinfachten Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein Verstellen bis einer Stelleinheit einer Lenksäule beziehungsweise einer an der Stelleinheit
• 2f angeordneten Lenkhandhabe gemäß einem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren;
• 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule in einer ersten vereinfachten perspektivischen Darstellung (3a) und in einer zweiten vereinfachten perspektivischen Darstellung (3b);
• 4 als Ablaufdiagramm ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren zum Verstellen einer Stelleinheit einer elektrisch verstellbaren Lenksäule;
• 5 in einer perspektivischen Ansicht eine vereinfachte, schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Lenksystem mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lenksäule;
• 6 in einer schematischen Darstellung einen im Stand der Technik bekannten, technisch möglichen Verstellraum für eine Stelleinheit mit einem innerhalb dieses Verstellraums virtuellem Verstellraum, wie anfänglich definiert (6a) und nach einer Vielzahl von Verstellzyklen (6b);
• 7 in einer schematischen Darstellung einen technisch möglichen Verstellraum für eine Stelleinheit mit einem innerhalb dieses Verstellraums erfindungsgemäß realisierbaren virtuellen Verstellraum, wie anfänglich definiert (7a) und nach einer Vielzahl von Verstellzyklen (7b);
• 8 in einer Diagrammdarstellung ein Beispiel für einen Verstellzyklus für eine Stelleinheit, bei dem kein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren zum Einsatz kommt; und
• 9 in einer Diagrammdarstellung ein Beispiel für einen Verstellzyklus für eine Stelleinheit, die gemäß einem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren zwischen einer Verstauposition und einer äußeren Bedienposition verstellt wird.
• In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile in der Regel mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher mitunter auch jeweils nur im Zusammenhang mit einer der Figuren erläutert.
• In 1a und 1b ist ein Ausführungsbeispiel für eine in einem Teil 71 eines Kraftfahrzeugs eingebaute, elektrisch verstellbare Lenksäule 1 skizziert. Die Lenksäule 1 umfasst dabei eine Stelleinheit 2, die gegenüber einer Trageinheit der Lenksäule 1 verstellt werden kann. Die Stelleinheit 2 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel den Teil einer Lenkwelle, an dessen Ende eine Lenkhandhabe 3 angeordnet ist. Die Lenksäule 1 umfasst darüber hinaus eine Steuereinheit 9, die ausgebildet ist, einen in 1a und 1b nicht explizit dargestellten Verstellmotor anzusteuern, um die Stelleinheit 2 gegenüber der Trageinheit verstellen zu können. Die Stelleinheit 2 und somit die Lenkhandhabe 3 können dabei insbesondere so verstellt werden, dass, wie in 1a gezeigt, eine Verstauposition 29 oder, wie in 1b gezeigt, eine Bedienposition 26, 27, 28 eingenommen wird.
• Die Verstauposition 29 ist dabei eine Position, die in diesem Ausführungsbeispiel eingenommen werden kann, wenn ein Fahrer in das Kraftfahrzeug einsteigen oder aus dem Kraftfahrzeug aussteigen will. Darüber hinaus wird die Verstauposition 29 in diesem Ausführungsbeispiel eingenommen, wenn das Kraftfahrzeug in einem autonomen Fahrmodus ist, in dem das Kraftfahrzeug ohne Eingriffe eines Fahrers lenkt.
• Die Bedienposition 26, 27, 28 ist dagegen eine Position, die in diesem Ausführungsbeispiel eingenommen wird, wenn ein Fahrer das Kraftfahrzeug lenkt, also wenn das Kraftfahrzeug in einem manuellen Fahrmodus ist. Es sind dabei unterschiedliche Bedienpositionen 26, 27, 28 möglich, insbesondere auch weitere als die in 1b gezeigten. Die Bedienposition 26, 27, 28 ist dabei vorzugsweise für jeden Fahrer individuell vorgegeben beziehungsweise von einem Fahrer vor erstmaliger Nutzung des Kraftfahrzeugs voreingestellt, wobei die tatsächliche Bedienposition 26, 27, 28 insbesondere in Abhängigkeit von der Größe des Fahrers sowie von persönlichen Vorlieben des Fahrers eingestellt werden kann.
• In dem in 1a und 1b dargestellten Ausführungsbeispiel sind dabei die Verstauposition 29 und die dargestellte Bedienposition 26 jeweils Endpositionen entlang des möglichen Verstellwegs, in denen die Stelleinheit 2 beziehungsweise die Lenkhandhabe 3 verharren kann.
• In 1a und 1b ist zudem beispielhaft ein Schaltelement 78 dargestellt, durch dessen Betätigung ein Fahrer zwischen einem autonomen Fahrmodus und einem manuellen Fahrmodus umschalten kann, was in der Regel dann auch ein Verstellen der Lenkhandhabe 3 zur Folge hat.
• Beispielhaft wird hier angenommen, dass ein Fahrer durch Betätigen des Schaltelements 78 von einem manuellen Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs in einen autonomen Betriebsmodus umgeschaltet hat. Das hat zur Folge, dass die Lenkhandhabe 3 ausgehend von einer Bedienposition 26, 27, 28 entlang eines Verstellwegs in die Verstauposition 29 verbracht wird.
• Ein Verstellen der Stelleinheit 2 und somit auch der Lenkhandhabe 3 entlang des Verstellwegs wird dabei nachfolgend unter Bezugnahme auf 2a bis 2f näher erläutert, wobei 2a bis 2f lediglich stark vereinfachte Darstellungen sind. Insbesondere ist in 2b bis 2f die Lenkhandhabe 3 und nicht explizit die Stelleinheit der Lenksäule dargestellt, sodass auf die Lenkhandhabe 3 anstelle der Stelleinheit nachfolgend Bezug genommen wird.
• Der Verstellweg 55 ist bei dem in 2a bis 2f gezeigten Ausführungsbeispiel an dessen Enden jeweils durch einen mechanischen Verstellanschlag 20, 21 begrenzt. Ein erster mechanischer Verstellanschlag 20 begrenzt dabei mechanisch ein Verstellen der Stelleinheit und somit der Lenkhandhabe 3 in eine erste Verstellrichtung 40. Ein zweiter mechanischer Verstellanschlag 21 begrenzt mechanisch ein Verstellen der Stelleinheit und somit der Lenkhandhabe 3 in eine zweite Verstellrichtung 41, die der ersten Verstellrichtung 40 entgegen gerichtet ist. Die Verstellrichtungen 40, 41 sind in 2a bis 2f durch entsprechende Pfeile symbolisiert. Für die Stelleinheit ist jeweils ein erster virtueller Verstellanschlag 30, der bezüglich der ersten Verstellrichtung 40 vor dem mechanischen Verstellanschlag 20 liegt, und ein zweiter virtueller Verstellanschlag 31, der bezüglich der zweiten Verstellrichtung 41 vor dem mechanischen Verstellanschlag 20 liegt, definiert. Die Stelleinheit kann dabei jeweils über den ersten virtuellen Verstellanschlag 30 in Richtung des ersten mechanischen Verstellanschlags 20 hinaus und über den zweiten virtuellen Verstellanschlag 31 in Richtung des zweiten mechanischen Verstellanschlag 21 hinaus verstellt werden. Es ist aber vorgesehen, dass die Stelleinheit, und somit in 2b bis 2f die Lenkhandhabe 3, dauerhaft nur in den virtuellen Verstellanschlägen 30, 31 als jeweils äußersten Punkt des Verstellwegs 55 verharren kann. So entspricht in diesem Ausführungsbeispiel der erste virtuelle Verstellanschlag 30 für die Stelleinheit der Verstauposition 29 für die Lenkhandhabe 3 und der zweite virtuelle Verstellanschlag 31 für die Stelleinheit der äußersten Bedienposition 26 für die Lenkhandhabe 3.
• Für 2b ist nun angenommen, dass ausgehend von der Bedienposition 28 die Lenkhandhabe 3 in die Verstauposition 29 verbracht werden soll. Um dies zur erreichen, wird daher mittels einer Verstelleinrichtung die Stelleinheit in die erste Verstellrichtung 40 mit einer ersten Verstellgeschwindigkeit verstellt. Die gestrichelt dargestellte Lenkhandhabe 3 symbolisiert dabei den Verstellfortschritt. Zur besseren Darstellung ist darüber hinaus ein Ausschnitt des Verstellwegs 55 um den ersten virtuellen Verstellanschlag 30 in 2c bis 2f vergrößert dargestellt.
• Die Stelleinheit beziehungsweise die Lenkhandhabe 3 wird dann gemäß einer definierten ersten Vorgabe, die in diesem Ausführungsbeispiel eine Distanz D vorgibt, bis über den ersten virtuellen Verstellanschlag 30 hinaus verstellt, wie in 2c gezeigt. Ist die Distanz D ab dem ersten virtuellen Verstellanschlag 30 erreicht, wird die Stelleinheit beziehungsweise die Lenkhandhabe 3 für eine Richtungsumkehr gestoppt, wie in 2d gezeigt. Dann wird die Stelleinheit beziehungsweise die Lenkhandhabe 3 gemäß einer definierten zweiten Vorgabe, die in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls die Distanz D vorgibt, entgegen der ersten Verstellrichtung 40, also in die zweite Verstellrichtung 41, verstellt, wie in 2e gezeigt. Die Stelleinheit beziehungsweise die Lenkhandhabe 3 wird so lange verstellt, bis die aus der Distanz D resultierende Halteposition 50 erreicht ist. An der Halteposition 50 wird die Stelleinheit beziehungsweise die Lenkhandhabe 3 dann gestoppt, wie in 2f gezeigt, und verharrt dort als Endposition. In diesem Ausführungsbeispiel fällt dabei die Halteposition 50 mit dem ersten virtuellen Verstellanschlag 30 und somit der Verstauposition 29 zusammen. Insbesondere kann aber der hier nicht gezeigte Fall auftreten, dass, insbesondere aufgrund einer fehlerhaften Positionsbestimmung der Stelleinheit, die Halteposition 50 nicht mit dem ersten virtuellen Verstellanschlag 30 zusammenfällt. In diesem Fall ist insbesondere vorgesehen, dass die dann erreichte Halteposition als dann gültiger erster virtueller Verstellanschlag neu definiert wird.
• In 3a und 3b ist aus unterschiedlichen Perspektiven ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Die Lenksäule 1 ist elektrisch verstellbar ausgebildet. Die Lenksäule 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine mehrteilig ausgebildete Trageinheit 4, welche Befestigungsmittel 10 zur Anbringung der Trageinheit 4 an einer nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie aufweist. Weiter umfasst die Lenksäule 1 eine Stelleinheit 2, welche von der Trageinheit 4 verstellbar gehalten ist. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Höhenverstellbarkeit, in 3a und 3b durch den Doppelpfeil H symbolisiert, und eine Verstellbarkeit in Richtung der Längsachse L in eine erste Verstellrichtung 40 und eine zweite Verstellrichtung 41, jeweils durch einen Pfeil symbolisiert, ermöglicht. Sowohl für die Höhenverstellung als auch für die Verstellung in Richtung der Längsachse L wird dabei vorteilhafterweise ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Verfahren zum Verstellen der Stelleinheit 2 angewendet.
• Zum Verstellen der Stelleinheit 2 in die erste Verstellrichtung 40 und die zweite Verstellrichtung 41 umfasst die Lenksäule 1 eine erste Verstelleinrichtung 5 mit einem ersten Verstellmotor 7. Für die Höhenverstellbarkeit umfasst die Lenksäule 1 eine zweite Verstelleinrichtung 6 mit einem zweiten Verstellmotor 8.
• Die Lenksäule 1 umfasst weiter eine Manteleinheit 80, die ein Außenmantelrohr 81, ein Zwischenmantelrohr 82 und ein Innenmantelrohr 83 aufweist. Die Mantelrohre 81, 82 und 83 sind axial, in Achsrichtung einer Längsachse L, koaxial ineinander teleskopierend verstellbar angeordnet, nämlich in die erste Verstellrichtung 40 und in die zweite Verstellrichtung 41. In der Manteleinheit 80 ist um die Längsachse L drehbar eine Lenkspindel 84 gelagert, die an ihrem hinteren Ende einen Anschlussabschnitt 85 zur Anbringung einer in 3a und 3b nicht dargestellten Lenkhandhabe aufweist. Die Lenkspindel 84 ist, wie die Manteleinheit 80, ebenfalls in Längsrichtung teleskopierbar ausgebildet.
• Im Hinblick auf die Verstellbarkeit der Stelleinheit 2 in Richtung der Längsachse L umfasst die Stelleinheit 2 das Zwischenmantelrohr 82 und das Innenmantelrohr 83 samt der darin gelagerten Lenkspindel 84. Die Trageinheit 4 umfasst die Manteleinheit 80. Zur Realisierung einer Längsverstellung ist die Stelleinheit 2 relativ zur Manteleinheit 3 in dem Außenmantelrohr 31 in Richtung der Längsachse L teleskopartig verschiebbar aufgenommen, um die letztlich mit der Lenkspindel 84 verbundene Lenkhandhabe relativ zur Trageinheit 4 in Längsrichtung vor und zurück positionieren zu können, wie mit den Pfeilen 40, 41 angedeutet.
• An dem Außenmantelrohr 81 ist am nach vorne weisenden Ende ein mechanischer Verstellanschlag 22 angebracht, der am offenen Ende nach innen in den Zwischenraum zwischen Außenmantelrohr 81 und Zwischenmantelrohr 82 vorsteht. Beim Verstellen begrenzt der mechanische Verstellanschlag 22 mechanisch ein Verstellen des Zwischenmantelrohrs 82 in die erste Verstellrichtung 40 und sichert das Zwischenmantelrohr 82 so gegen eine Trennung von dem Außenmantelrohr 81. Am nach vorne weisenden Ende des Zwischenmantelrohrs 82 ist ein nach innen in den Zwischenraum zwischen Zwischenmantelrohr 82 und Innenmantelrohr 83 vorstehender weiterer mechanischer Verstellanschlag 23 angebracht, der ein Verstellen des Innenmantelrohrs 83 mechanisch begrenzt und das Innenmantelrohr 83 gegen ein Herausziehen aus dem Zwischenmantelrohr 82 sichert. Vor den mechanischen Verstellanschlägen 22, 23 ist dabei für die Stelleinheit 2 jeweils ein virtueller Verstellanschlag definiert. Der jeweilige virtuelle Verstellanschlag liegt dabei eine vorbestimmte Anzahl von Rotordrehbewegungen vor dem jeweiligen mechanischen Verstellanschlag 22, 23, insbesondere jeweils fünf Rotordrehbewegungen vor dem Anschlag. In dem konkreten Beispiel bedeutet das also, dass der Verstellmotor 7 ausgehend von einem virtuellen Verstellanschlag noch für fünf Rotordrehbewegungen weiter in Richtung des zugehörigen mechanischen Verstellanschlags 22, 23 verstellt werden kann, bis die Stelleinheit den zugehörigen mechanischen Verstellanschlag 22, 23 erreicht und berührt.
• Die Manteleinheit 80 der Lenksäule 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel in ihrem hinteren Bereich um eine quer zur Längsachse L liegende, schematisch dargestellte horizontale Schwenkachse S relativ zur Fahrzeugkarosserie verschwenkbar gelagert. Hierzu ist ein nicht dargestelltes Schwenklager in der Trageinheit 4 oder zwischen dieser Trageinheit 4 und der Fahrzeugkarosserie angeordnet. Im vorderen Bereich ist die Manteleinheit 80 über einen Stellhebel 11 mit der Trageinheit 4 verbunden.
• Durch eine Drehbewegung des Stellhebels 11 mittels der zweiten Verstelleinrichtung 6 der Lenksäule 1, wie in 3b gezeigt, kann die Manteleinheit 80 zusammen mit der Stelleinheit 2 relativ zur Trageinheit 4 um die im Einbauzustand waagerecht liegende Schwenkachse S verstellt, insbesondere verschwenkt, werden, wodurch insbesondere eine Verstellung einer an dem Anschlussabschnitt 85 angebrachten Lenkhandhabe in Höhenrichtung vorgenommen werden kann, was mit dem Doppelpfeil H angedeutet ist.
• Die erste Verstelleinrichtung 5 der Lenksäule 1 ist zur Längsverstellung der Stelleinheit 2 relativ zur Manteleinheit 80 in die erste Verstellrichtung 40 und die zweite Verstellrichtung 41 ausgebildet. Die erste Verstelleinrichtung 5 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Spindeltrieb mit einer Spindelmutter 12 mit einem sich längs einer Spindelachse G erstreckenden Innengewinde 13 auf, in die eine Gewindespindel 14 eingreift, also mit ihrem Außengewinde in das korrespondierende Innengewinde 13 der Spindelmutter 12 eingeschraubt ist. Die Gewindespindelachse der Gewindespindel 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel identisch mit der Spindelachse G und verläuft im Wesentlichen parallel zur Längsachse L.
• Die Spindelmutter 12 ist um die Spindelachse G drehbar in einem Lagergehäuse 15 gelagert, welches fest mit dem Außenmantelrohr 81 der Manteleinheit 80 verbunden ist. In Richtung der Spindelachse G ist die Spindelmutter 12 axial über das Lagergehäuse 15 an der Manteleinheit 80 abgestützt. Die Verstelleinrichtung 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend ein sogenannter Tauchspindelantrieb.
• Die Gewindespindel 14 ist an ihrem freien Ende an einem Arm 16 drehfest und axial fest abgestützt mit dem Innenmantelrohr 83 verbunden, und die Spindelmutter 12 stützt sich über das Lagergehäuse 15 und den ersten Verstellmotor 7 axial, das heißt in der Längsrichtung, an dem Außenmantelrohr 81 ab. Die Längsrichtung entspricht der Richtung der Längsachse L. Durch eine relative Drehung mittels des Verstellmotors 7 der Verstelleinrichtung 5 werden die Gewindespindel 14 und die Spindelmutter 12 je nach Drehrichtung zusammen oder auseinander bewegt, wodurch das Innenmantelrohr 83 axial in das Zwischenmantelrohr 82, und dieses in das Außenmantelrohr 81 in die erste Verstellrichtung 40 eingefahren oder in die zweite Verstellrichtung 41 ausgefahren wird. Dadurch kann eine an dem Anschlussabschnitt 85 angebrachte Lenkhandhabe in eine Verstauposition 29 verstellt werden, wie in 1a skizziert, oder in eine Bedienposition 26, 27, 28, wie in 1b skizziert. In der Verstauposition 29 sind das Innenmantelrohr 83 und das Zwischenmantelrohr 82 in das Außenmantelrohr 81 eingefahren. In der Bedienposition 26, 27, 28 sind die Mantelrohre 81, 82 und 83 teleskopierend auseinander ausgefahren.
• In 3b ist erkennbar, wie die zweite Verstelleinrichtung 6 zur Verstellung in Höhenrichtung an der Lenksäule 1 angebracht ist. Diese zweite Verstelleinrichtung 6 ist im Prinzip gleichwirkend wie die erste Verstelleinrichtung 5 aufgebaut. Die zweite Verstelleinrichtung 6 umfasst ebenfalls eine Spindelmutter 17, in deren Innengewinde längs einer Spindelachse G eine Gewindespindel 18 eingreift. Die Gewindespindel 18 ist in einem Lagergehäuse 19, welches an der Manteleinheit 80 befestigt ist, drehbar um die Achse G gelagert und axial, in Richtung der Achse G, an der Manteleinheit 80 abgestützt, und von einem zweiten Verstellmotor 8 wahlweise in beide Rotationsrichtungen um die Achse G drehend antreibbar.
• Die Verstelleinrichtungen 5, 6 der Lenksäule 1 sind in der dargestellten Ausführung sogenannte Tauchspindelantriebe. Alternativ kann insbesondere auch ein Rotationsspindelantrieb ausgebildet sein, bei dem die Spindelmutter 12 beziehungsweise 17 bezüglich Rotation an der Lenksäule 1 gehalten ist und die Gewindespindel 14 beziehungsweise 18 von dem Verstellmotor 7 beziehungsweise 8 drehend antreibbar ist.
• Die zweite Verstelleinrichtung 6 greift am Ende des zweiarmigen Stellhebels 11 an, der um ein Schwenklager 72 drehbar an der Trageinheit 4 gelagert ist, und dessen anderer Arm mit dem anderen Ende in einem weiteren Schwenklager 73 mit der Manteleinheit 80 verbunden ist.
• Der erste Verstellmotor 7 und der zweite Verstellmotor 8 der Verstelleinrichtungen 5, 6 umfassen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils einen Hall-Sensor 75, 76, der in 3a und 3b nur schematisch dargestellt ist. Mittels des Hall-Sensors 75 des ersten Verstellmotors 7 wird eine Drehung des Rotors des Verstellmotors 7 um einen definierten Umdrehungsabschnitt beim Verstellen der Stelleinheit 2 in Richtung der Längsachse L jeweils als Rotordrehbewegung erfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass dabei jeweils eine vollständige Rotorumdrehung erfasst wird. Entsprechend wird mittels des Hall-Sensors 76 des zweiten Verstellmotors 8 eine Drehung des Rotors des Verstellmotors 8 um einen definierten Umdrehungsabschnitt bei einer Höhenverstellung H der Stelleinheit 2 jeweils als Rotordrehbewegung erfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass dabei jeweils eine vollständige Rotorumdrehung erfasst wird.
• Die Lenksäule 1 umfasst weiter eine Steuereinheit 9, welche in 3a und 3b ebenfalls lediglich schematisch dargestellt ist. Die Steuereinheit 9 ist dabei zur Ansteuerung der Verstellmotoren 7, 8 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist zudem vorgesehen, dass die Hall-Sensoren 75, 76 mit der Steuereinheit 9 kommunikationstechnisch verbunden sind, und die erfassten Rotordrehbewegungen an die Steuereinheit 9 bereitstellen. Die Steuereinheit 9 weist dabei eine Positionserfassungseinheit 90 auf, die ausgebildet ist, aus den von den Hall-Sensoren 75, 76 erfassten Rotordrehbewegungen die Position der Stelleinheit 2 relativ zur Trageinheit 4 zu bestimmen. Dabei wird der Zusammenhang zwischen Rotordrehbewegungen und Umdrehungen der jeweiligen Gewindespindel 14 ,18 und der daraus resultierende Verstellweg der Stelleinheit 2 berücksichtigt.
• Die Steuereinheit 9 der Lenksäule 1 ist weiter ausgebildet, die Verstellmotoren 7, 8 derart anzusteuern, dass die Stelleinheit 2 relativ zur Trageinheit 4 verstellt wird, insbesondere entsprechend einer Verstellvorgabe. Insbesondere ist die Steuereinheit ausgebildet, ein Verfahren, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 erläutert, auszuführen. 4 zeigt dabei ein Ablaufdiagramm gemäß dem ein Verstellen einer Stelleinheit einer Lenksäule gegenüber einer Trageinheit der Lenksäule ausgeführt werden kann.
• In einem Verfahrensschritt 100 empfängt die Steuereinheit 9 dabei in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel den Befehl, die Stelleinheit in die Verstauposition zu verbringen. Dabei wird in einem Schritt 101 von einem Zähler erfasst, der wievielte Verstellvorgang gestartet wird und in einem Schritt 102 die Stelleinheit mittels des Verstellmotors in eine erste Verstellrichtung mit einer ersten Verstellgeschwindigkeit verstellt. Bezogen auf die Lenksäule gemäß 3a und 3b ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Stelleinheit 2 in Richtung der Längsachse L in die erste Verstellrichtung 40 verstellt wird. Die erste Verstellgeschwindigkeit kann dabei insbesondere 60 mm/s betragen. Während des Verstellens wird dabei in einem weiteren Schritt 200 geprüft, ob eine definierte Annäherungserkennungsbedingung erfüllt ist. Die Annäherungserkennungsbedingung wird dabei als erfüllt erkannt, wenn die Stelleinheit einen über eine vorgegebene Anzahl von Rotordrehbewegungen definierten Abstand zu dem virtuellen Verstellanschlag erreicht hat. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Annäherungserkennungsbedingung als erfüllt erkannt wird, wenn die Stelleinheit zwanzig Rotordrehbewegungen von dem virtuellen Verstellanschlag entfernt ist. Ist die Annäherungserkennungsbedingung nicht erfüllt (N), so wird die Stelleinheit weiter mit der ersten Verstellgeschwindigkeit verstellt. Ist die Annäherungserkennungsbedingung erfüllt (Y), so wird in einem Schritt 103 die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinheit auf eine zweite Verstellgeschwindigkeit, die geringer als die erste Verstellgeschwindigkeit ist, reduziert, insbesondere auf eine Verstellgeschwindigkeit von 5 mm/s.
• Weiter wird in einem Schritt 201 überprüft, ob der Verstellvorgang ein m+1ter Verstellvorgang ist. Dieser Schritt kann auch bereits vorher erfolgen. Grund hierfür ist, dass bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, dass jeder m+1te Verstellvorgang jeweils abweichend von den vorangehenden m Verstellvorgängen durchgeführt wird. Insbesondere kann jeder achtzigste Verstellvorgang abweichend von den vorhergehenden neunundsiebzig Verstellvorgängen durchgeführt werden.
• Ergibt die Prüfung, dass es sich nicht um einen m+1ten Verstellvorgang handelt, so wird in einem Schritt 110 die Stelleinheit mit der reduzierten zweiten Verstellgeschwindigkeit gemäß einer vorgegebenen Anzahl von Rotordrehbewegungen ab dem Erreichen des virtuellen Verstellanschlags, insbesondere mit einer Anzahl von vier Rotordrehbewegungen, weiter in die erste Verstellrichtung verstellt. Dabei wird zum einem in einem Schritt 210 geprüft, ob der Verstellmotor die vorgegebene Anzahl von Rotordrehbewegungen ausgeführt hat. Ist dies noch nicht der Fall (N) wird zudem in einem weiteren Schritt 211 überprüft, ob die Stelleinheit bereits den mechanischen Verstellanschlag erreicht hat. Das Erreichen des mechanischen Verstellanschlag kann dabei insbesondere durch eine Überwachung der Motorspannung erfolgen, die beim Erreichen des mechanischen Verstellanschlags ansteigt.
• Sollte der mechanische Verstellanschlag noch nicht erreicht worden sein (N) und die vorgegebene Anzahl von Rotordrehbewegungen noch nicht ausgeführt worden sein (N) so wird die Stelleinheit weiter mit der reduzierten zweiten Verstellgeschwindigkeit in die erste Verstellrichtung verstellt. Hat der Verstellmotor hingegen die vorgegebene Anzahl von Rotordrehbewegungen ausgeführt (Y) oder hat die Stelleinheit den mechanischen Verstellanschlag erreicht (Y), so wird der Verstellmotor und somit die Stelleinheit in einem Schritt 104 für eine Richtungsumkehr gestoppt. Bei einem m+1ten Verstellvorgang wird die Stelleinheit für eine Kalibrierung des virtuellen Verstellanschlags bewusst bis zu dem mechanischen Verstellanschlag verstellt. In einem Schritt 120 erfolgt daher ein Verstellen der Stelleinheit mit der reduzierten zweiten Verstellgeschwindigkeit in Richtung des mechanischen Verstellanschlags, also in die erste Verstellrichtung. Dabei wird in einem Schritt 220 überprüft, ob die Stelleinheit den mechanischen Verstellanschlag erreicht hat. Ist dies nicht der Fall (N), so wird die Stelleinheit weiter verstellt. Bei einem Erreichen des mechanischen Verstellanschlags (Y) wird die Stelleinheit ebenfalls in dem Schritt 104 für eine Richtungsumkehr der Stelleinheit gestoppt.
• Nach dem Stopp entsprechend Schritt 104 wird die Stelleinheit in einem Schritt 105 gemäß einer vorgegebenen Anzahl von Rotordrehbewegungen entgegen der ersten Verstellrichtung, also von dem mechanischen Verstellanschlag weg, verstellt. Insbesondere ist hier als Vorgabe ebenfalls eine Anzahl von vier Rotordrehbewegungen vorgesehen. Weiter wird in einem Schritt 202 geprüft, ob der Verstellmotor die vorgegebene Anzahl von Rotordrehbewegungen ausgeführt hat. Falls nein (N), so wird die Stelleinheit weiter verstellt. Andernfalls (Y) wird die Stelleinheit in einem Schritt 106 gestoppt. Die Verstauposition ist erreicht und die Stelleinheit verharrt bis zu einer weiteren Verstellanforderung in dieser Halteposition.
• Darüber hinaus wird in diesem Ausführungsbeispiel die Halteposition in einem Schritt 107 als neuer virtueller Verstellanschlag definiert. Dieser neue definierte virtuelle Verstellanschlag ersetzt dabei den bisherigen definierten virtuellen Verstellanschlag. Es erfolgt somit eine ständige Kalibrierung des virtuellen Verstellanschlags. In einer in 4 nicht dargestellten Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Neudefinition des virtuellen Verstellanschlags auch nur bei jedem m+1ten Verstellvorgang erfolgt, bei dem die Stelleinheit bewusst bis zu dem mechanischen Verstellanschlag verstellt wird.
• 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein elektromechanisches Lenksystem 92 eines Kraftfahrzeugs mit einer Lenksäule 1, die insbesondere wie unter Bezugnahme auf 3a und 3b beschrieben, ausgebildet sein kann. Alternativ zu dem in 5 dargestellten Lenksystem 92 kann auch ein Steer-by-Wire-Lenksystem vorgesehen sein.
• Das in 5 dargestellte Lenksystem 92 umfasst eine Lenksäule 1 mit einer Lenkwelle und einer drehfest mit der Lenkwelle verbundenen Lenkhandhabe 3, die in diesem Ausführungsbeispiel als Lenkrad ausgebildet ist. Über die Lenkhandhabe 3 kann ein Fahrer dabei in bekannter Weise durch Drehung einen Lenkbefehl vorgeben. Die Lenksäule 1 ist über ein Lenkgetriebe 93 mechanisch mit den gelenkten Rädern 94 des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Das Lenkgetriebe 93 umfasst ein von einem Lenksteller 95 gesteuertes Ritzel 98 und eine gezahnte Koppelstange 96. Das Lenkgetriebe 93 dient dabei zur Übersetzung einer rotatorischen Bewegung des Ritzels 98 in eine translatorische Bewegung der Koppelstange 96 entlang deren Längsachse. Die sich entlang ihrer Längsachse linear bewegende Koppelstange 96 ist jeweils zu beiden Seiten des Kraftfahrzeugs mechanisch mit einer Spurstange 99 gekoppelt. Die Spurstangen 99 sind wiederum jeweils mit den Fahrzeugrädern 94 mechanisch gekoppelt.
• In 6a bis 7b ist schematisch ein Verstellraum 60 gezeigt, der beispielhaft für ein Verstellen einer Stelleinheit in Längsverstellrichtung L und Höhenverstellrichtung H zur Verfügung stehen kann und der durch mechanische Verstellanschläge begrenzt wird. Dabei ist es bereits im Stand der Technik bekannt, einen gegenüber dem Verstellraum 60 deutlich kleineren virtuellen Verstellraum 61, auch Verstellfenster genannt, zu definieren, innerhalb dessen die Stelleinheit tatsächlich verstellt wird. 6a und 7a zeigen dabei jeweils eine Verstellraum mit einem anfänglich definierten virtuellen Verstellraum 61 beziehungsweise einem anfänglich definierten virtuellen Verstellraum 62.
• Die Differenz zwischen dem Verstellraum 60 und dem virtuellen Verstellraum 61 beziehungsweise dem jeweiligen mechanischen Verstellanschlag und dem zugehörigen virtuellen Verstellanschlag wurde, wie in 6a und 6b dargestellt, bislang so groß gewählt, dass ein kumulierter Hall-Count-Fehler immer kleiner als der Abstand zwischen dem mechanischen Verstellanschlag und dem zugehörigen virtuellen Verstellanschlag ist. Bleibt der Verstellmotor dauerhaft im mechanischen Verstellanschlag stehen, führt dies zu einer Schädigung oder sogar zum Ausfall der Verstelleinrichtung der Lenksäule.
• Die Hall-Count-Fehler resultieren dabei aus der Verwendung eines Hall-Sensors im Verstellmotor, der beim Abschalten beispielsweise einen Zustand „high“ und beim Wiedereinschalten einen Zustand „low“ ausgibt. Dies ist in erster Linie begründet im Hystereseverhalten der Hall-Effekt-Latch-Sensoren. Dieser Fehler mittelt sich teilweise aufgrund der unterschiedlichen Halte-Positionen wieder aus, aber nicht vollständig. Ein Grund dafür ist, dass das magnetische Hystereseverhalten der Sensoren nicht vollständig symmetrisch ist. Eine mechanische Veränderung der Position aufgrund von Vibrationen kann ebenfalls zu einer Veränderung der Signalzustände führen. Die Spannungsversorgung der Sensoren kann nicht dauerhaft eingeschaltet bleiben, da damit die spezifizierte Ruhestromaufnahme überschritten wird. Wenn beim Wiedereinschalten der Spannungsversorgung der Hall-Sensoren der Pegel unterschiedlich zum Abschaltzustand ist, kann nicht ermittelt werden, in welche Richtung sich der Rotor des Verstellmotors bewegt hat. Zur Minimierung dieses Fehlers wird die Spannungsversorgung vorteilhafterweise nicht unmittelbar nach dem Verfahren abgeschaltet, sondern einige 100 ms (ms: Millisekunden) weiterversorgt. Die handelsüblichen und bei Gleichstrommotoren, wie den Verstellmotoren der Lenksäule, verwendeten Hall-Sensoren haben keine Richtungserkennung. Ein Rückfedern einer Position wird somit als Vorwärtsbewegung erkannt, weil bei selbsthemmenden Antrieben immer die von den Motoren vorgegebene Richtung angenommen wird. Bei Verwendung eines zweiten Hall-Sensors im Motor, vorteilhafterweise um 90° versetzt, kann der Hall-Count-Fehler reduziert, aber nicht vollständig eliminiert werden. Diese Maßnahme führt allerdings zu erhöhten Komponentenkosten. Eine Absolut-Positions-Sensorik für Höhe/Länge könnte die Problematik ebenfalls lösen, ist aber kostenintensiv. Wird die aufgrund von den Motorumdrehungen ermittelte Position der Stelleinheit mit einer Absolut-Position, zum Beispiel mittels Zonen-Sensor und/oder Längensensor aus sicherheitstechnischen Gründen abgeglichen, insbesondere in Bezug auf eine Airbag-Zone und/oder eine Komfort-/Verstau-Zone, darf dieser Fehler nur minimal sein, zum Beispiel kleiner als +/- 1 mm bis 2.5 mm als Abschaltkriterium.
• Bei Verstelleinrichtungen mit erhöhter Maximal-Geschwindigkeit wird die Motordrehzahl des Verstellmotors insbesondere mit 3000 Umdrehungen pro Minute ausgelegt. Die resultierende Geschwindigkeit beträgt dann aber insbesondere 70 mm/s anstelle von 12 mm/s. Die höhere Übersetzung fordert einen vergrößerten Abstand zwischen virtuellem Verstellanschlag und mechanischen Verstellanschlag, insbesondere um einen Faktor fünf bis sechs.
• Die sich nach einer Vielzahl von Verstellvorgängen einstellende und in 6b beziehungsweise 7b beispielhaft gezeigte Drift der Position des virtuellen Verstellraums ist insbesondere bei einer größeren Übersetzung merklich und bei einer verstaubaren Lenksäule mit einer flächenbündigen Verstauung des Lenkrads werden selbst kleine Driften mit bloßem Auge sichtbar. Darüber hinaus ist ein Problem, dass der tatsächlich zur Verfügung stehende Verstellraum ungenügend ausgenutzt wird.
• Mit dem mit vorgeschlagenen Verfahren zum Verstellen der Stelleinheit der Lenksäule lassen sich nun vorteilhafterweise der Verstellraum 60 und der virtuelle Verstellraum 62 deutlich näher aneinanderrücken und der virtuelle Verstellraum somit vergrößern, wie in 7a und 7b gezeigt. Aufgrund der Neudefinition der virtuellen Verstellanschläge wird zudem vorteilhafterweise von dem Zustand, wie in 7b gezeigt, wieder zu dem Zustand oder zumindest näherungsweise zu dem Zustand, wie in 7a gezeigt, zurückgekehrt.
• Insbesondere wird beim Verfahren der Stelleinheit an eine Endposition der jeweilige mechanische Verstellanschlag „angetastet“ und die Stelleinheit dann wieder zurückgefahren, um nicht in dem mechanischen Verstellanschlag zu verharren. Für dieses Verstellen ist insbesondere eine Regelung vorgesehen, insbesondere bis hin zu niedrigen Geschwindigkeiten, also mit wenigen Hall-Counts. Für eine solche Regelung, insbesondere für einen PID-Regler (PID: proportional-integral-derivative), sind Verstellmotoren mit mindestens vier Hall-Counts pro Umdrehung vorteilhaft. Besonders gute Ergebnisse lassen sich mit einem Zurückdrehen von drei bis fünf Rotor-Umdrehungen erzielen. Es hat sich gezeigt, dass hierbei die mechanische Verspannung abnimmt und der Anfahrschlag beim Anfahren des mechanischen Verstellanschlags reduziert wird.
• Vorteilhaft wird der Wert abhängig von der jeweiligen Lenksäule und der jeweiligen Verstelleinrichtung festgelegt.
• In 8 und 9 sind jeweils Verstellzyklen V der Stelleinheit zwischen einer Verstauposition 29 und einer äußersten Bedienposition 26 dargestellt. Dabei ist auf der Achse X jeweils die Position der Stelleinheit in Rotordrehbewegungen aufgetragen. Die Anzahl der Rotordrehbewegungen entspricht dabei der Anzahl der Hall-Counts. Auf der Achse Z ist die Verstellgeschwindigkeit in mm/s aufgetragen. Die Verstauposition 29 entspricht dabei einem ersten virtuellen Verstellanschlag 30 und die Bedienposition 26 entspricht einem zweiten virtuellen Verstellanschlag 31.
• Der in 8 gezeigte Verstellzyklus macht dabei nicht von einem erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch, wodurch es aufgrund von Hall-Count-Fehlern zu einer kritischen Verschiebung der virtuellen Verstellanschläge 30, 31 kommen kann. Bei dem in 8 gezeigten Verstellverlauf wird die Stelleinheit beispielsweise ausgehend von der Verstauposition 29 in die Bedienposition 26 verstellt. Dabei steigt die Verstellgeschwindigkeit zunächst kontinuierlich an, bis eine Verstellgeschwindigkeit von 12 mm/s erreicht ist. Etwa dreizehn Rotordrehbewegungen vor der Bedienposition 26 wird die Verstellgeschwindigkeit dann reduziert, sodass die Stelleinheit an der Bedienposition 26 stoppt.
• Der in 9 gezeigte Verstellzyklus macht von einem erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch. Der Unterschied zwischen dem ersten mechanischen Verstellanschlag 20 und dem ersten virtuellen Verstellanschlag 30 wird möglichst gering gewählt. Bei den Verstellzyklen zu einer der Grenzpositionen, also zu der Verstauposition 29 oder der äußersten Bedienposition 26, wird der mechanische Verstellanschlag 20 bewusst langsam angefahren, allerdings regelmäßig nicht bis an den mechanischen Verstellanschlag 20, und anschließend wieder zurückgefahren. Hieraus resultiert der dreieckförmige negative Verstellverlauf entweder beim Anfahren der Verstauposition 29 oder beim Anfahren der Bedienposition 26.
• Ein Verharren der Verstelleinrichtung im mechanischen Verstellanschlag 20 und eine damit verbundene Schädigung von Komponenten der Verstelleinrichtung wird damit verhindert. Zudem ist eine zyklische Kalibrierung der virtuellen Verstellanschläge nicht mehr notwendig, kann aber vorgesehen werden. Weiter ist das nutzbare Verstellfenster, also der virtuelle Verstellraum, maximiert. Auch das akustische Verhalten beim Anfahren der jeweiligen Grenzposition ist verbessert.
• Der Abstand zwischen virtuellem Verstellanschlag und mechanischem Verstellanschlag ist insbesondere bei Verstelleinrichtungen mit hoher Verstellgeschwindigkeit vorteilhafterweise so gering wie möglich zu wählen. Insbesondere können bei einem Ausführungsbeispiel fünf Hall-Counts als Abstand gewählt werden. Beim Verstellen der Stelleinheit in die Verstauposition 29 wird drei Hall-Counts über den virtuellen Verstellanschlag 30 verstellt und dann wieder langsam auf die Zielposition 29 retour, vorteilhafterweise ein Hall-Count für die mechanischen Toleranzen zuzüglich zwei Hall-Counts Verstellweg retour, insbesondere bei Verwendung von einem 1-Count-Hall-Sensor. Werden Hall-Counts verloren oder zusätzlich gezählt, reduziert sich der Abstand auf einer Seite zum mechanischen Verstellanschlag 20 und dieser wird während des Überfahrens bei kontinuierlicher Verstellgeschwindigkeitsreduzierung, also mit einer reduzierten zweiten Verstellgeschwindigkeit, detektiert. Es ist damit sichergestellt, dass nie statisch im mechanischen Verstellanschlag 20 stehen geblieben wird. Das Verstellfenster wird online re-kalibriert.
• Vorteilhafterweise ist eine Unterscheidung mit einer Kollision/Einklemmung aufgrund der zu erwartenden Endposition gegeben, was insbesondere für Safety-Aspekte relevant ist. Wird eine der Endpositionen 29, 26 nicht angefahren oder es existiert nur eine Endposition, so kann insbesondere der mechanische Verstellanschlag 20 an der Verstauposition 29 zyklisch bewusst angefahren werden. Diese online Kalibrierung erfolgt vorteilhafterweise ohne zusätzlichen Verstellzyklus für den Nutzer der Lenksäule beziehungsweise für den Nutzer des Kraftfahrzeugs mit der verbauten Lenksäule unmerklich. Die Anzahl von ungeplanten Kalibrierungen wird vorteilhafterweise in einem Diagnoseprotokoll berücksichtigt, insbesondere in der Steuereinheit. Unter Berücksichtigung dessen kann dann eine vollständige Kalibrierung beim Werkstattbesuch durchgeführt werden, insbesondere bei Veränderung des mechanischen Verstellfensters, beispielsweise infolge von Verschmutzung oder Fremdkörpern.
• Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
• Bezugszeichenliste

1

Lenksäule

2

Stelleinheit

3

Lenkhandhabe

4

Trageinheit

5, 6

Verstelleinrichtung

7, 8

Verstellmotor

9

Steuereinheit

10

Befestigungsmittel der Trageinheit (4)

11

Stellhebel

12, 17

Spindelmutter

13

Innengewinde der Spindelmutter (12)

14, 18

Gewindespindel

15, 19

Lagergehäuse

16

Arm

20

erster mechanischer Verstellanschlag

21

zweiter mechanischer Verstellanschlag

22, 23

mechanischer Verstellanschlag

26, 27, 28

Bedienposition

29

Verstauposition

30

erster virtueller Verstellanschlag

31

zweiter virtueller Verstellanschlag

40

erste Verstellrichtung

41

zweite Verstellrichtung

50

Halteposition

55

Verstellweg

60

Verstellraum

61, 62

virtueller Verstellraum

71

Teil eines Kraftfahrzeugs

72, 73

Schwenklager

75, 76

Hall-Sensor

78

Schaltelement

80

Manteleinheit

81

Außenmantelrohr

82

Zwischenmantelrohr

83

Innenmantelrohr

84

Lenkspindel

85

Anschlussabschnitt der Lenkspindel (84)

90

Positionserfassungseinheit

92

Lenksystem

93

Lenkgetriebe

94

Rad

95

Lenksteller

96

Koppelstange

98

Ritzel

99

Spurstange

D

Distanz

G

Spindelachse

H

Doppelpfeil zur symbolischen Darstellung der Höhenverstellbarkeit

L

Längsachse

S

Schwenkachse

N

Prüfbedingung nicht erfüllt

Y

Prüfbedingung erfüllt

V

Verstellverlauf zwischen einer gespeicherter Bedienposition und einer Verstauposition

X

Achse, die die Position in Rotordrehbewegungen (Hall-Counts) angibt

Z

Achse, die die Verstellgeschwindigkeit in mm/s angibt

100

Steuereinheit empfängt Befehl zum Verstellen der Stelleinheit in die Verstauposition

101

Erfassen, der wievielte Verstellvorgang gestartet wird

102

Verstellen der Stelleinheit mittels des Verstellmotors in eine erste Verstellrichtung mit einer ersten Verstellgeschwindigkeit

200

Prüfen, ob die Annäherungserkennungsbedingung erfüllt ist

103

Reduzieren der ersten Verstellgeschwindigkeit auf eine zweite Verstellgeschwindigkeit

201

Prüfen, ob der Verstellvorgang ein m+1ter Verstellvorgang ist

110

Verstellen der Stelleinheit mit der reduzierten zweiten Verstellgeschwindigkeit gemäß einer vorgegebenen Anzahl von Rotordrehbewegungen ab dem Erreichen des virtuellen Verstellanschlags

210

Prüfen, ob der Verstellmotor die vorgegebene Anzahl von Rotordrehbewegungen ausgeführt hat

211

Prüfen, ob die Stelleinheit den mechanischen Verstellanschlag erreicht hat

120

Verstellen der Stelleinheit mit der reduzierten zweiten Verstellgeschwindigkeit bis zu dem mechanischen Verstellanschlag

220

Prüfen, ob die Stelleinheit den mechanischen Verstellanschlag erreicht hat

104

Stoppen der Stelleinheit für eine Richtungsumkehr

105

Verstellen der Stelleinheit gemäß einer vorgegebenen Anzahl von Rotordrehbewegungen entgegen der ersten Verstellrichtung

202

Prüfen, ob der Verstellmotor die vorgegebene Anzahl von Rotordrehbewegungen ausgeführt hat

106

Stoppen der Stelleinheit

107

Definition der Halteposition, an der die Stelleinheit gestoppt hat, als neuen virtuellen Verstellanschlag

Claims (17)

1. Verfahren zum Verstellen einer Stelleinheit (2) einer elektrisch verstellbaren Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Lenksäule (1) eine Trageinheit (4), von der die Stelleinheit (2) verstellbar gehalten ist, eine Verstelleinrichtung (5, 6) mit einem Verstellmotor (7, 8), die zum Verstellen der Stelleinheit (2) relativ zu der Trageinheit (4) ausgebildet ist, und einen mechanischen Verstellanschlag (20, 21, 22, 23), der ein Verstellen der Stelleinheit (2) in eine erste Verstellrichtung (40) mechanisch begrenzt, umfasst, wobei ein virtueller Verstellanschlag (30, 31) für die Stelleinheit (2) definiert ist, der bezüglich der ersten Verstellrichtung (40) vor dem mechanischen Verstellanschlag (20, 21, 22, 23) liegt, und wobei die Stelleinheit (2) mittels des Verstellmotors (7, 8) in die erste Verstellrichtung (40) mit einer ersten Verstellgeschwindigkeit verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) gemäß einer definierten ersten Vorgabe bis über den virtuellen Verstellanschlag (30) hinaus verstellt wird; die Stelleinheit (2) für eine Richtungsumkehr gestoppt wird; die Stelleinheit (2) gemäß einer definierten zweiten Vorgabe entgegen der ersten Verstellrichtung (40) bis zu einer Halteposition (50) verstellt wird; und die Stelleinheit (2) dann an der Halteposition (50) gestoppt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen der Stelleinheit (2) gemäß der definierten ersten Vorgabe abgebrochen wird, wenn die Stelleinheit (2) während des Verstellens gemäß der definierten ersten Vorgabe den mechanischen Verstellanschlag (20, 21, 22, 23) erreicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Halteposition (50) als neuer virtueller Verstellanschlag (30, 31) definiert wird, sodass der neue virtuelle Verstellanschlag als der virtuelle Verstellanschlag (30, 31) für die Stelleinheit (2) definiert ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verstellgeschwindigkeit auf eine zweite Verstellgeschwindigkeit reduziert wird, wenn eine definierte Annäherungserkennungsbedingung als erfüllt erkannt worden ist, wobei die Stelleinheit (2) mit der zweiten Verstellgeschwindigkeit gemäß der definierten ersten Vorgabe über den virtuellen Verstellanschlag (30, 31) hinaus verstellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungserkennungsbedingung als erfüllt erkannt wird, wenn die Stelleinheit (2) einen definierten Abstand (D) zu dem virtuellen Verstellanschlag (30, 31) erreicht hat.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehung eines Rotors des Verstellmotors (7, 8) um einen definierten Umdrehungsabschnitt beim Verstellen der Stelleinheit (2) jeweils als Rotordrehbewegung erfasst wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte zweite Vorgabe ist, dass ab dem Stopp der Stelleinheit (2) für die Richtungsumkehr die Stelleinheit (2) für eine vorgegebene erste Anzahl von Rotordrehbewegungen weiter verstellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte erste Vorgabe ist, dass die Stelleinheit (2) bis zu dem mechanischen Verstellanschlag (20, 21, 22, 23) verstellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte erste Vorgabe ist, dass ab Erreichen des virtuellen Verstellanschlags (30, 31) die Stelleinheit (2) für eine vorgegebene zweite Anzahl von Rotordrehbewegungen weiter verstellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl von Rotordrehbewegungen gleich der zweiten Anzahl von Rotordrehbewegungen ist.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Belastung des Verstellmotors (7, 8) beim Verstellen der Stelleinheit (2) erfasst und ausgewertet wird, wobei bei einem Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes für die Belastung des Verstellmotors (7, 8) darauf erkannt wird, dass die Stelleinheit (2) den mechanischen Verstellanschlag (20, 21, 22, 23) erreicht hat.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Anzahl m von Malen mit der definierten ersten Vorgabe gemäß Anspruch 9 durchgeführt wird und jedes m+1te Mal mit der definierten ersten Vorgabe gemäß Anspruch 8.
13. Elektrisch verstellbare Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Trageinheit (4), von welcher eine Stelleinheit (2) verstellbar gehalten ist, eine Verstelleinrichtung (5, 6) mit einem Verstellmotor (7, 8), die zum Verstellen der Stelleinheit (2) relativ zu der Trageinheit (4) ausgebildet ist, einen mechanischen Verstellanschlag (20, 21, 22, 23), der ein Verstellen der Stelleinheit (2) in eine erste Verstellrichtung (40) mechanisch begrenzt, und eine Steuereinheit (9), wobei die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, den Verstellmotor (7, 8) anzusteuern, und wobei ein virtueller Verstellanschlag (30, 31) definiert ist, der bezüglich der ersten Verstellrichtung (40) vor dem mechanischen Verstellanschlag (20, 21, 22, 23) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksäule (1) für ein Verstellen der Stelleinheit (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
14. Lenksäule (1) nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Positionserfassungseinheit (90), die ausgebildet ist, die Position der Stelleinheit (2) relativ zu der Trageinheit (4) zu erfassen, wobei die Positionserfassungseinheit (90) kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit (9) verbunden ist.
15. Lenksäule (1) nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Sensoreinheit (75, 76), welche ausgebildet ist, eine Drehung eines Rotors des Verstellmotors (7, 8) um einen definierten Umdrehungsabschnitt beim Verstellen der Stelleinheit (2) jeweils als Rotordrehbewegung zu erfassen, wobei die Sensoreinheit (75, 76) kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit (9) verbunden ist.
16. Lenksäule (1) nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Zähler, welcher ausgebildet ist, die Anzahl der Rotordrehbewegungen zu zählen, wobei der Zähler kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit (9) verbunden ist.
17. Lenksäule (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch eine Motorbelastungserfassungseinheit, welche ausgebildet ist, eine Belastung des Verstellmotors (7, 8) beim Verstellen der Stelleinheit (2) zu erfassen und hinsichtlich eines Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes für die Belastung des Verstellmotors (7, 8) auszuwerten, wobei die Motorbelastungserfassungseinheit kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit (9) verbunden ist.

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