DE102021213424A1

DE102021213424A1 - Lenksäulenanordnung

Info

Publication number: DE102021213424A1
Application number: DE102021213424.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Granville; Russell Wilson-Jones; Mark Wilkes; Timothy Buttery
Original assignee: ZF Automotive UK Ltd
Current assignee: ZF Automotive UK Ltd
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-06-15
Also published as: GB2601827A; US20220185359A1; CN114620115A; US11667322B2; GB202019700D0

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenksäulenanordnung, die eine längliche drehbare Lenksäule umfasst, die an einem Ende zur Anbringung eines Lenkglieds konfiguriert ist und entlang ihrer Längsachse zwischen einer eingezogenen verstauten Stellung, in der die Lenkfunktion der Lenksäule unterbunden wird, und einer ausgefahrenen Einsatzstellung, in der die Lenkfunktion der Lenksäule freigegeben sein kann, verschiebbar ist; wobei die Lenksäulenanordnung ferner einen Verschiebungsmotor zum Verschieben der Lenksäule zwischen der verstauten und der Einsatzstellung, einen Drehmomentrückmeldungsmotor, der mit der Lenksäule verbunden ist und durch den die Lenksäule drehbar ist, ein Eingriffsmittel, das in Eingriff steht, wenn sich die Lenksäule in der verstauten Stellung befindet, und das die Winkelverschiebung der Lenksäule auf einen vorbestimmten Wert beschränkt, und ein Steuermittel, das zur Steuerung des Betriebs des Verschiebungsmotors und des Drehmomentrückmeldungsmotors und zum Unterbinden und Freigeben der Lenkfunktion der Lenksäule konfiguriert ist, umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lenksäulenanordnungen für Kraftfahrzeuge und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf einfahrbare Lenksäulenanordnungen für autonome Fahrzeuge.
Autonome Fahrzeuge sind zur primären Verwendung in einem autonomen Modus, bei dem die Steuerung des Fahrzeugs ohne manuelle Eingriffe durchgeführt wird, gedacht. Es ist jedoch wünschenswert, dass autonome Fahrzeuge bei Bedarf oder Wunsch manuell gesteuert werden können, und aus diesem Grund müssen Fahrzeugsteuerungen, wie z. B. ein Lenkrad (in der Regel mit einem „Steer-by-Wire“-Betrieb) , vorgesehen sein. Es ist wünschenswert, dass das Lenkrad derartiger autonomer Fahrzeuge während der autonomen Steuerung des Fahrzeugs in einen verstauten Zustand bewegt wird, um den im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Platz zu maximieren, und dass das Lenkrad in einen ausgefahrenen Einsatzzustand zur manuellen Steuerung bewegt wird.
Bei bekannten Lenksäulenanordnungen ist ein Lenkrad (oder ein anderes Lenkglied, wie z. B. eine Lenkstange oder Ruderpinne) an einem Ende einer länglichen Lenksäule angebracht. Die durch die Drehung des Lenkrads bestimmte Winkelverschiebung der Lenksäule wird zur Erzeugung eines Signals, das zur Steuerung eines oder mehrerer Aktuatoren zur Einstellung der Ausrichtung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs als Funktion der Stellung des Lenkrads verwendet wird, gemessen. Da es keine physische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs gibt, ist die Lenksäule auch mit einem Elektromotor (der als eine Drehmomentrückmeldungseinheit bekannt ist) verbunden, um für eine Straßengefühlwahrnehmung für den Fahrer zu sorgen.
In der Regel ist die Längsstellung der Lenksäule mit einem Elektromotor einstellbar (um eine sogenannte „Höheneinstellung“ zu gestatten), und die Neigung der Lenksäule kann auch durch einen weiteren Elektromotor eingestellt werden.
Die Messung der Winkelverschiebung der Lenksäule, die Erzeugung des Steuersignals für die lenkbaren Räder des Fahrzeugs und der Betrieb des Elektromotors (der Elektromotoren) zur Einstellung der Höhe und/oder Neigung der Lenksäule werden von einem elektronischen Steuergerät (ECU) gesteuert, das wiederum mit dem Fahrzeugstromnetz und einem Datenbus verbunden ist.
Vorzugsweise gestattet die Höheneinstellung der Lenksäule, dass das Lenkrad und die Lenksäule von dem Fahrer weg in eine verstaute Stellung eingefahren werden können, um leichten Zugang in den und aus dem Fahrersitz des Fahrzeugs zu gestatten, und wenn das Fahrzeug in einem autonomen Modus gefahren wird.
Es ist wünschenswert, eine Drehung des Lenkrads und der Lenksäule, wenn sie nicht zum manuellen Fahren des Fahrzeugs benötigt werden, zu verhindern.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Lenksäulenanordnung:

eine längliche drehbare Lenksäule, die an einem Ende zur Anbringung eines Lenkglieds konfiguriert ist und entlang ihrer Längsachse zwischen einer eingezogenen verstauten Stellung, in der die Lenkfunktion der Lenksäule unterbunden wird, und einer ausgefahrenen Einsatzstellung, in der die Lenkfunktion der Lenksäule freigegeben sein kann, verschiebbar ist;
einen Verschiebungsmotor zum Verschieben der Lenksäule zwischen der verstauten und der Einsatzstellung;
einen Drehmomentrückmeldungsmotor, der mit der Lenksäule verbunden ist und durch den die Lenksäule drehbar ist;
ein Eingriffsmittel, das in Eingriff steht, wenn sich die Lenksäule in der verstauten Stellung befindet, und das die Winkelverschiebung der Lenksäule auf einen vorbestimmten Wert beschränkt; und
ein Steuermittel, das zur Steuerung des Betriebs des Verschiebungsmotors und des Drehmomentrückmeldungsmotors und zum Unterbinden und Freigeben der Lenkfunktion der Lenksäule konfiguriert ist.

Bei der Lenksäulenanordnung der vorliegenden Erfindung begrenzt das Eingriffsmittel automatisch die Winkelverschiebung der Lenksäule und jeglichen an der Lenksäule angebrachten Lenkglieds, wenn sich die Lenksäule in der verstauten Stellung befindet.
Vorzugsweise umfasst das Eingriffsmittel ein Vorspannmittel zum Vorspannen der Lenksäule in eine bevorzugte Stellung.
Bei einer Ausführungsform steht das Eingriffsmittel mit einem Abschnitt der Lenksäule in Eingriff, wenn sich die Lenksäule in der verstauten Stellung befindet.
Beispielsweise kann das Eingriffsmittel mit einem inneren Ende der Lenksäule in Eingriff stehen.
Bei einer Ausführungsform weist das Eingriffsmittel einen beweglichen Abschnitt auf, der komplementär zu dem inneren Ende der Lenksäule geformt ist.
Der bewegliche Abschnitt ist vorzugsweise zu dem inneren Ende der Lenksäule federvorgespannt.
Vorzugsweise ist der bewegliche Abschnitt drehbar befestigt.
Die Lenksäulenanordnung kann ferner ein Federmittel umfassen, das dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf eine Drehung des beweglichen Abschnitts ein Gegenmoment an den beweglichen Abschnitt anzulegen.
Das Federmittel ist vorzugsweise dazu konfiguriert, als Reaktion auf eine Drehung des beweglichen Abschnitts in eine beliebige Richtung ein Gegenmoment an den beweglichen Abschnitt anzulegen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Lenksäulenanordnung ein längliches Gehäuse, in dem die Lenksäule befestigt ist, und eine Aussparung in dem länglichen Gehäuse, durch die ein Abschnitt der Lenksäule freiliegend ist, umfassen, wobei das Eingriffsglied durch die Aussparung in dem länglichen Gehäuse hindurch mit der Lenksäule in Eingriff steht, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet.
Vorzugsweise umfasst die Lenksäulenanordnung ferner ein Vorspannmittel, das das Eingriffsglied in eine Richtung durch die Aussparung in dem länglichen Gehäuse hindurch vorspannt, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Eingriffsglied ein Klinkenglied.
Die Lenksäulenanordnung kann ferner einen verzahnten Abschnitt umfassen, der sich mit der Lenksäule dreht und der zur Ausrichtung auf die Aussparung in dem länglichen Gehäuse, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet, konfiguriert ist und der mit dem Eingriffsglied in Eingriff bringbar ist.
Bei einer Ausführungsform umfasst der verzahnte Abschnitt einen verzahnten Bund, der an der Lenksäule befestigt ist.
Die Lenksäulenanordnung umfasst vorzugsweise ferner ein nachgiebiges Glied, das eine Drehung der Lenksäule in einem vorbestimmten Winkel gestattet, wenn das Eingriffsglied durch die Aussparungen in dem länglichen Gehäuse mit der Lenksäule in Eingriff steht.
Bei einer Ausführungsform umfasst das nachgiebige Glied ein elastisch verformbares Glied, das an der Lenksäule gesichert ist und sich mit dieser dreht und an dem der verzahnte Abschnitt befestigt ist.
Diese Anordnung gestattet eine gewisse Drehungsnachgiebigkeit und gestattet insbesondere eine Drehung der Lenksäule in einem kleinen Winkel, wenn das Eingriffsglied mit der Lenksäule in Eingriff steht. Dies führt zu einer Verformung des elastisch verformbaren Glieds, wodurch wiederum ein Rückstellmoment an der Lenksäule in der entgegengesetzten Richtung erzeugt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lenksäulenanordnung ferner ein Lenkglied, das an der Lenksäule angebracht ist, und das Eingriffsmittel ist zum Eingriff mit einem Abschnitt des Lenkglieds, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet, konfiguriert.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Lenkglied einen ringförmigen Rand, eine mittige Nabe und eine oder mehrere Speichen, die sich zwischen dem ringförmigen Rand und der mittigen Nabe erstrecken, und das Eingriffsmittel ist zum Eingriff mit einer Speiche des Lenkrads konfiguriert.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Eingriffsmittel eine Vertiefung, die zur Aufnahme einer Speiche des Lenkrads konfiguriert ist.
Eine Lenksäulenanordnung ist vorzugsweise in Längsrichtung bezüglich eines Fahrzeugarmaturenbretts verschiebbar, und die Position der Vertiefung ist bezüglich des Fahrzeugarmaturenbretts festgelegt.
Die Vertiefung kann zwischen zwei beabstandeten Gliedern definiert werden.
Bei einer Ausführungsform umfasst das oder jedes beabstandete Glied ferner einen Eingriffsabschnitt, der zur Vertiefung hin federvorgespannt ist.
Das Lenkglied kann ein Lenkrad umfassen, das an der Lenksäule befestigt und damit drehbar ist.
Die Lenksäulenanordnung kann ferner Mittel zum Detektieren der Winkelstellung der Lenksäule und Erzeugen eines elektrischen Signals, das eine Funktion der Winkelverschiebung ist, umfassen.
Die Lenksäulenanordnung kann ferner Mittel zum Initiieren und Prüfen der Funktion der Lenkwinkelmessung bei Eingriff des Eingriffsmittels mit der Lenksäule und/oder Lösen des Eingriffsmittels von der Lenksäule umfassen.
Die Lenksäulenanordnung kann ferner Mittel zum Bestimmen des an die Lenksäule angelegten Drehmoments, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet, umfassen.
Die Lenksäulenanordnung kann ferner Mittel zum Analysieren des an die Lenksäule angelegten Drehmoments und/oder der Winkelverschiebung der Lenksäule und/oder der Winkelgeschwindigkeit der Lenksäule, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet, umfassen.
Es werden nun beispielhaft spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:

1 (a) und 1(b) schematische Darstellungen einer Ausführungsform einer Lenksäulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einer ausgefahrenen Einsatzkonfiguration und einer eingefahrenen verstauten Konfiguration gezeigt wird;
2 eine perspektivische Ansicht einer ersten praktischen Ausführungsform der Lenksäulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einer eingefahrenen verstauten Konfiguration gezeigt wird, von oben;
3 einen vertikalen Querschnitt durch die Längsachse der Lenksäulenanordnung von 2, die in einer ausgefahrenen Einsatzkonfiguration gezeigt wird;
4 einen vertikalen Querschnitt durch die Längsachse der Lenksäulenanordnung von 2, die in einer eingefahrenen verstauten Konfiguration gezeigt wird;
5 eine perspektivische Ansicht, zum Teil weggeschnitten, einer Verriegelungsanordnung, die Teil der Lenksäulenanordnung von 2 ist;
6 (a) und 6 (b) perspektivische Ansichten von der Vorderseite bzw. Rückseite der Verriegelungsanordnung von 5 in Nebeneinanderstellung mit dem inneren Ende einer Lenksäule, die Teil der Lenksäulenanordnung von 2 ist;
7 einen vertikalen Querschnitt durch die Längsachse einer zweiten Ausführungsform der Lenksäulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einer ausgefahrenen Einsatzkonfiguration gezeigt wird;
8 einen vertikalen Querschnitt durch die Längsachse der Lenksäulenanordnung von 7, die in einer eingefahrenen verstauten Konfiguration gezeigt wird;
9(a) und (b) schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform einer Lenksäulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einer ausgefahrenen Einsatzkonfiguration bzw. in einer eingefahrenen verstauten Konfiguration gezeigt wird;
10 eine Querschnittsansicht durch einen Abschnitt der Lenksäulenanordnung von 9 in einem größeren Maßstab mit Blickrichtung entsprechend den Pfeilen X-X in 9;
11 ein Schaubild, das ein Beispiel für die Betriebsmodi der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, auf die oben Bezug genommen wird, darstellt;
12 ein Schaubild, das eine vereinfachte Betriebsfolge der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, auf die oben Bezug genommen wird, darstellt;
13 Diagramme von Lenkwellengeschwindigkeit, Winkelverschiebung und angelegtem Drehmoment als Funktion der Zeit in einem Beispiel für eine Testfolge für die Ausführungsformen der Erfindung, auf die oben Bezug genommen wird;
14 ein Beispiel für ein Diagramm eines Lenkwellenwinkels als Funktion des angelegten Drehmoments für die Ausführungsformen der Erfindung, auf die oben Bezug genommen wird;
15 ein Beispiel für ein Diagramm eines Lenkwellenwinkels als Funktion des angelegten Drehmoments, das die Ableitung von durchschnittlichem Winkel/Drehmoment-Gradienten und Hysteresebreite darstellt;
16 ein Beispiel für einen Lenkwellenwinkel als Funktion der Zeit, wobei ein Beispiel für eine Prüfung des maximalen Drehmoments dargestellt wird und dargestellt wird, wie der gemessene Wellenwinkel zur Bestimmung der Mittelstellung eines Lenkeinschlags verwendet werden kann; und
17 ein Beispiel für ein Diagramm von angelegtem Drehmoment und Lenkwellenwinkel als Funktion der Zeit, wobei eine Prüfung der Breite der Hystereseschleife dargestellt wird.

Unter Bezugnahme auf 1 (a) und (b) umfasst eine Lenksäulenanordnung 10 für ein Fahrzeug eine längliche starre Lenksäule 12, an deren einem Ende 14 ein Lenkrad 16 im Gebrauch angeschlossen ist. Die Lenksäule 12 ist durch zwei voneinander beabstandete Sätze von Lagern 20, 22 in einem länglichen rohrförmigen Lenksäulengehäuse 18 drehbar befestigt. Ein Drehmomentrückmeldungsmotor und zugehöriges Getriebe 26 sind an der Lenksäule 12 in der Nähe ihres inneren Endes befestigt, und das innere Ende der Lenksäule 12 ist mit einem Verriegelungszahn 28 versehen, der mit einer Verriegelungsanordnung 30 lösbar in Eingriff bringbar ist, wie erläutert wird.
Das Lenksäulengehäuse 18 ist verschiebbar in einem fixierten Außenrohr 32 befestigt, das ein Außengehäuse bildet, das durch einen vorderen und einen hinteren Befestigungsbolzen 34, 36 fest mit einem Fahrzeug verbunden ist. Das Lenksäulengehäuse 18 wird darauf beschränkt, entlang der Längsachse der Lenksäule 12 verschiebbar zu sein, wodurch die Längsstellung des Lenkrads 16 eingestellt werden kann (sogenannte „Höheneinstellung“). Die Längsstellung des Lenksäulengehäuses 18 kann durch einen Säulenhöheneinstellmotor 40 mit Getriebe eingestellt werden, der dazu konfiguriert ist, eine Leitmutter 42 zu drehen, die auf eine längliche Leitspindel 44 aufgeschraubt ist, die wiederum fest mit dem Rückmeldungsmotor 26 mit Getriebe verbunden ist. Da die Längsstellung der Leitmutter 42 fixiert ist, verursacht eine Drehung der Leitmutter durch Betätigung des Höheneinstellmotors eine Verschiebung der Leitspindel 44 in Längsrichtung, was wiederum zu einer Längsverschiebung des Lenksäulengehäuses 18 und der Lenksäule 12, an der die Leitspindel 44 angebracht ist, führt.
Die Verriegelungsanordnung 30, mit der der Verriegelungszahn 28 an dem inneren Ende der Lenksäule 12 lösbar in Eingriff bringbar ist, ist an einer Befestigungsplatte 48 befestigt, die das innere Ende des Außenrohrs 32 verschließt. Durch Betrieb des Höheneinstellmotors 40 kann das Lenksäulengehäuse 18 in Längsrichtung zwischen der in 1(a) gezeigten Stellung, in der sich das Lenksäulengehäuse 18 und die Lenksäule 12 im höchsten Grad aus dem Außenrohr 32 heraus erstrecken, und der in 1(b) gezeigten Stellung, in der das Lenksäulengehäuse 18 und die Lenksäule 12 im höchsten Grad in das Außenrohr 32 eingezogen sind, wobei in dieser Stellung der Verriegelungszahn 28 lösbar mit der Verriegelungsanordnung 30 in Eingriff steht, wie erläutert wird, verschoben werden.
Der Rückmeldungsmotor 26 und der Höheneinstellmotor 40 sind elektrisch mit einem elektronischen Steuergerät (ECU) 50 verbunden, das die Betätigung der zwei Motoren steuert und das wiederum mit einem Fahrzeugdatenbus 52 verbunden ist. Das ECU 50 ist auch mit einem schematisch bei 54 gezeigten herkömmlichen Sensor zum Messen der Winkelverschiebung der Lenksäule 12 und Erzeugen eines elektrischen Signals, das dem ECU 50 zugeführt und zur Ausrichtung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs als Funktion der Winkelstellung der Lenksäule verwendet wird, verbunden.
2-4 zeigen die Lenksäulenanordnung von 1 genauer, unter Weglassung des Lenkrads 16, des Drehmomentrückmeldungsmotors 26 mit Getriebe, des Höheneinstellmotors 40, der Leitspindel 44 und des ECU 50, und dieselben Bezugszeichen werden zur Kennzeichnung derselben Merkmale verwendet.
Die Verriegelungsanordnung 30 wird in 5 und 6 genauer gezeigt und umfasst ein allgemein rohrförmiges Metallgehäuse 32, das an der Befestigungsplatte 48 durch vier Schrauben 60 (von denen zwei in 6(b) gezeigt werden) befestigt ist, die in radial nach außen vorragenden Befestigungsgewindeansätzen 62, die um die Peripherie des Gehäuses herum gleichmäßig in einem Winkel beabstandet sind, aufgenommen sind. Das Gehäuse 32 ist an seinem unteren Ende offen und wird an seinem oberen Ende durch eine integral ausgebildete Endwand 64 zum Teil verschlossen, die eine mittig angeordnete rautenförmige Aussparung 66 aufweist, die zur Aufnahme des Verriegelungszahns 28 an dem Ende der Lenksäule 12 geformt und dimensioniert ist.
Ein Rotor 68, der aus gepresstem Metall gebildet ist, ist in dem Gehäuse 32 positioniert und wird durch eine Einrückfeder 70 in Richtung der Endwand 64 gedrückt. Der Rotor 68 ist aus einem scheibenförmigen Abschnitt 72 mit einem mittig angeordneten Schlitz oder einer mittig angeordneten Aussparung 74 gebildet, der bzw. die komplementär zu dem Verriegelungszahn 28 an dem inneren Ende der Lenksäule 12 geformt ist, jedoch in Bezug auf diesen geringfügig überdimensioniert ist. Ein Paar diametral gegenüberliegender gekrümmter Flansche 76 erstreckt sich senkrecht zum scheibenförmigen Abschnitt 72 zur Bereitstellung einer Vertiefung oder Tasche zur Aufnahme des oberen Endes der Einrückfeder 70.
Der Rotor 68 ist auch mit zwei diametral gegenüberliegenden sich radial erstreckenden Rotorarmen 78, 80 versehen, die jeweils durch einen jeweiligen der zwei diametral gegenüberliegenden Schlitze 82, 84 in der Wand des Gehäuses 32 hindurchgehen und mit einem jeweiligen nach oben vorragenden Abschnitt 86, 88 in Eingriff stehen, der sich von einem jeweiligen Ende einer Torsionsfeder 90 erstreckt, die an der Basis des Gehäuses 32 befestigt ist und die die Einrückfeder 70 umgibt und koaxial damit ist. Die Torsionsfeder 90 wird durch zwei diametral gegenüberliegende aus der Basisplatte 48 herausgepresste Haltezungen 92, 94 an der Basis des Gehäuses 32 gehalten, und zwei weitere aus der Basisplatte herausgepresste Haltezungen 96, 98 bilden Federanschläge, die die Drehung der nach oben vorragenden Abschnitte 86, 88 der Torsionsfeder 90 in die entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufende bzw. im Uhrzeigersinn verlaufende Richtung (bei Betrachtung von oben, wie in 5 zu sehen ist) beschränken.
Wie in 3 und 4 zu sehen ist, ist die Lenksäule 12 aus einer Anzahl an aneinander gesicherten Komponenten gebildet, und zwar einem rohrförmigen Hauptbereich 12a, einem rohrförmigen Vorderendbereich 12b und einer rohrförmigen Innenendkappe 12c, deren distales Ende in den Verriegelungszahn 28 geformt ist. Wenn die Lenksäule 12 in ihre eingefahrene verstaute Stellung gemäß der Darstellung in 1(b), 2 und 4 verschoben wird, geht, wenn die Lenksäule 12 in ihrer Geradeausstellung (keine Drehung) ist, der Verriegelungszahn 28 durch die rautenförmige Aussparung 66 in dem Ende 64 des Gehäuses 32 hindurch und wird dann in dem Schlitz oder der Aussparung 74 in dem Rotor 68 aufgenommen. Die Einrückfeder 70 sorgt für eine Vorspannung an dem Rotor 68, um ihn zu der Endwand 64 des Gehäuses zu drücken, und stellt sicher, dass der Verriegelungszahn 28 sofort mit dem Rotor in Eingriff gelangt, nachdem der Verriegelungszahn durch die Aussparung 66 in dem Gehäuse hindurchgegangen ist. Wenn die Lenksäule 12 eingefahren wird und der Zahn 28 mit dem Rotor in Eingriff gelangt, drückt die Einrückfeder 70 den Rotor in den Kontakt mit dem Zahn 28 an der Lenksäule. Wenn der Zahn 28 nicht auf den Rotor ausgerichtet ist, drückt er auf die obere Fläche des Rotors und drückt die Einrückfeder 70 zusammen. Wenn die Lenksäule in diesem Zustand gedreht wird, stellt die Einrückfeder 70 sicher, dass der Rotor mit dem Zahn 28 in Eingriff steht, wenn sie winkelmäßig ausgerichtet sind. Es wird auch angemerkt, dass die Aussparungen 66 und 74 in Bezug auf den Verriegelungszahn 28 überdimensioniert sind, um den Eingriff des Verriegelungszahns 28 und des Rotors zu ermöglichen, wenn sie nicht in exakter Winkelausrichtung sind.
Wenn der Verriegelungszahn 28 mit dem Rotor 68 in Eingriff steht, wird durch jegliche Winkelbewegung der Lenksäule 12 auch der Rotor 68 in dem Gehäuse 32 gedreht. Der Winkelbewegung in jegliche Richtung wird von der Torsionsfeder 90 entgegengewirkt, bis zu dem Punkt, an dem der jeweilige Rotorarm 78, 80 durch den Eingriff mit der Peripherie des zugehörigen Schlitzes 82, 84 in dem Gehäuse 32 beschränkt wird. Wenn der Rotor durch den Verriegelungszahn 28 an dem Ende der Lenksäule 12 gedreht wird, gelangt einer der Rotorarme 78, 80 mit seinem zugehörigen Ende der Torsionsfeder 90 in Eingriff. Die Torsionsfeder 90 wirkt auf diesen Rotorarm 78, 80 und den gegenüberliegenden Federanschlag 98, 96 in der Halterung 48 ein und erlegt somit ein Drehmoment zwischen der Lenksäule 12 und dem fixierten Teil der Verriegelungsanordnung 30 auf. Wenn der Rotor 68 in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, gelangt der gegenüberliegende Rotorarm 80, 78 in Eingriff mit der Torsionsfeder 90, und das Drehmoment wirkt in der entgegengesetzten Richtung auf die Lenksäule 12. Die Winkelbewegung des Rotors 68 wird durch die zwei Schlitze 82, 84 in dem Gehäuse 32 beschränkt, die einen zu weiten Hubweg der Rotorame 78, 80 verhindern. Wenn die Rotorame 78, 80 die Wände der Schlitze 82, 84 in dem Gehäuse berühren, wird das Drehmoment direkt in das Gehäuse 32 und somit in den nicht drehenden Teil der Lenksäule übertragen.
In 7 und 8 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der die Verriegelungsanordnung 30 der ersten Ausführungsform durch einen Klinkenmechanismus ersetzt wird, der mit der Lenksäule 12 in Eingriff steht, wenn sich die Lenksäule in einer eingezogenen verstauten Stellung befindet.
Die in 7 und 8 dargestellte Lenksäulenanordnung umfasst eine längliche starre Lenksäule 112, an deren einem Ende 114 ein Lenkrad (nicht gezeigt) im Gebrauch angeschlossen ist. Die Lenksäule 112 ist drehbar in einem länglichen rohrförmigen Lenksäulengehäuse 118 befestigt, und ein Drehmomentrückmeldungsmotor und ein zugehöriges Getriebe 126 sind an der Lenksäule 112 in der Nähe ihres inneren Endes befestigt.
Das Lenksäulengehäuse 118 ist in einem fixierten äußeren rohrförmigen Gehäuse 132 verschiebbar befestigt, das im Gebrauch fest mit einem Fahrzeug verbunden ist. Das Lenksäulengehäuse 118 wird darauf beschränkt, entlang der Längsachse der Lenksäule 112 verschiebbar zu sein, wodurch die Längsstellung des Lenkrads eingestellt werden kann (sogenannte „Höheneinstellung“). Die Längsstellung des Lenksäulengehäuses 118 kann durch ein Mittel, wie z. B. jenes, das bei der ersten Ausführungsform gezeigt wird, nämlich einen Säulenhöheneinstellmotor mit Getriebe eingestellt werden, der dazu konfiguriert ist, eine Leitmutter zu drehen, die auf eine längliche Leitspindel aufgeschraubt ist, die wiederum fest mit dem Rückmeldungsmotor mit Getriebe verbunden ist, jedoch sind zur Vereinfachung und Klarheit diese Einzelheiten bei 7 und 8 weggelassen worden.
Es ist zu sehen, dass die Lenksäule 112 einen äußeren allgemein rohrförmigen Abschnitt 112a umfasst, der ein Ende eines massiven zylindrischen Abschnitts 112b durch eine Keilverzahnungsverbindung 113 aufnimmt. Ein verzahnter ringförmiger Bund 115 wird zur Befestigung an dem rohrförmigen Abschnitt 112a der Lenksäule 112 an einer Position, die sich in der Nähe des äußeren Endes des zylindrischen Abschnitts 112b der Lenksäule befindet, gesichert. Der Bund 115 ist nicht direkt an der Lenksäule 112 befestigt, sondern ist stattdessen an einem ringförmigen Gummibund 116 befestigt, der selbst fest an der Außenseite des rohrförmigen Abschnitts 112a der Lenksäule befestigt ist, beispielsweise durch eine Keilverbindung. Der äußere ringförmige Bund und der innere ringförmige Bund 116 werden durch Zähne an der inneren ringförmigen Seite des äußeren Bunds 115, die mit komplementären Zähnen an der äußeren ringförmigen Seite des inneren Gummibunds 116 in Eingriff stehen, darauf beschränkt, sich zusammen zu drehen, der innere Gummibund 116 gestattet jedoch eine gewisse Torsionsnachgiebigkeit bis zu einem gewissen Grad und sorgt für einen Federwiderstand gegenüber einer Winkelauslenkung der Lenksäule 112, wie erläutert wird. Wie in 7 und 8 zu sehen ist, ist ein Fenster 117 in einer Seite des Gehäuses neben dem Bund 115 vorgesehen.
Ein Klinkenglied 119 ist schwenkbar an dem äußeren rohrförmigen Gehäuse 132 an einem Schwenkpunkt 121 befestigt und wird durch eine Torsionsfeder 123 in den Eingriff mit dem Lenksäulengehäuse 118 federvorgespannt, die sich zwischen Bolzen 125, 127 an dem Klinkenglied 119 bzw. dem Gehäuse 132 erstreckt, wodurch das von dem Schwenkpunkt 121 entfernte Ende der Klinke in den Eingriff mit der Außenfläche des Lenksäulengehäuses 118 vorgespannt wird.
Wenn sich die Lenksäule 112 in einer ausgefahrenen Einsatzstellung, die beispielsweise in 7 gezeigt wird, befindet, wird das Klinkenglied 119 durch die Feder 123 in den Eingriff mit der Außenfläche des Lenksäulengehäuses 118 vorgespannt. Wenn die Lenksäule 112 jedoch in ihre eingefahrene verstaute Stellung gemäß der Darstellung in 8 eingezogen ist, bewirkt die Feder 123, dass das Klinkenglied 119 durch das Fenster 117 in dem Lenksäulengehäuse 118 nach unten und in den Eingriff mit dem verzahnten Bund 115 an der Lenksäule 112 schwenkt. Wenn die Klinke nicht winkelmäßig auf einen Schlitz in dem Bund ausgerichtet ist, springt sie in einen Schlitz in dem Bund 115, wenn die Lenksäule 112 gedreht wird.
Durch den Eingriff der Klinke 119 mit dem verzahnten äußeren Bund 115 wird die Drehstellung des Bunds 115 fixiert. Da der äußere Bund 115 jedoch an dem inneren Gummibund 116, der an der Lenksäule 112 gesichert wird, befestigt ist, ist es weiterhin möglich, die Lenksäule in einem kleinen Winkel zu drehen, wenn die Klinke mit dem äußeren Bund 115 in Eingriff steht. Darüber hinaus wird jeglicher Drehung der Lenksäule, wenn die Klinke mit dem äußeren Verriegelungsbund 115 in Eingriff steht, aufgrund der elastischen Verformung des inneren Gummibunds 116 durch ein Rückstellmoment in die entgegengesetzte Richtung entgegengewirkt.
Das Ausmaß, in dem die Lenksäule 112 ausgelenkt werden kann, wenn die Klinke mit dem äußeren Verriegelungsbund 115 in Eingriff steht, kann durch die Wahl des Materials und der Abmessungen des inneren Gummibunds 116 bestimmt werden.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in 9 und 10 dargestellt. Die Figuren zeigen ein Lenkrad 216, das an ein Ende einer Lenksäule 212 angeschlossen ist, das sich von einem Armaturenbrett 220 eines Fahrzeugs aus erstreckt. Die Position der Lenksäule und somit des Lenkrads ist zwischen einer in 9(a) gezeigten ausgefahrenen Einsatzstellung und einer in 9(b) gezeigten eingefahrenen verstauten Stellung einstellbar. Der Mechanismus zum Einstellen der Stellung der Lenksäule und des Lenkrads ist bekannt, jedoch in den Figuren nicht zu sehen.
Das Lenkrad 216 weist eine mittige Nabe 225, einen ringförmigen Rand 227 und Speichen 229, 231, 233, die sich zwischen der Nabe und dem Rand an den Positionen von 9:00 Uhr, 3:00 Uhr und 6:00 Uhr erstrecken, auf, es könnten jedoch andere Lenkradkonfigurationen verwendet werden, darunter eine andere Anzahl an Speichen und andere Positionen der Speiche oder Speichen.
Wenn sich die Lenksäule 212 und das Lenkrad 216 in der in 9(b) gezeigten eingefahrenen verstauten Stellung befinden und sich das Lenkrad 216 in der Geradeausstellung (keine Drehung) befindet, ist die Speiche 233 an der Position von 6:00 Uhr in einer Vertiefung 245 aufgenommen, die zwischen zwei Positionierungsblöcken 247, 249 ausgebildet ist, die an der vorderen Fläche des Armaturenbretts 220 befestigt sind und von dieser vorragen. Wie am besten in 10 zu sehen ist, ist die Vertiefung 245 geringfügig breiter an ihrer Basis als die Breite der Radspeiche 233, indem die inneren Seiten 251, 253 der Positionierungsblöcke 247, 249, die die Vertiefung 245 bilden, nach außen ausgeweitet sind, um die Speiche 233 in die Vertiefung zu führen, wenn das Lenkrad 227 sich nicht genau in der Geradeausstellung befindet.
10 zeigt des Weiteren, dass die Speiche 233, wenn sie in der Vertiefung 245 aufgenommen ist, auf gegenüberliegenden Seiten von einer jeweiligen von zwei identischen federvorbelasteten Kontaktplatten 255a, 255b in Eingriff genommen wird, die in jeweiligen Vertiefungen 257a, 257b in den Positionierungsblöcken 247, 249 verschiebbar befestigt sind. Die Kontaktplatten 255a, 255b werden durch jeweilige identische Druckfedern 259a, 259b, die in jeweiligen in den Innenseiten der Positionierungsblöcke 247, 249 ausgebildeten Vertiefungen 261a, 261b befestigt sind, zur Vertiefung 245 hin vorgespannt. Diese Anordnung gestattet eine gewisse Drehung der Lenksäule 212, wenn sie sich in der eingezogenen verstauten Stellung befindet, jedoch spannen die federvorbelasteten Kontaktplatten 255a, 255b die Lenksäule 212 in die Geradeausstellung vor.
Jede der obigen Ausführungsformen offenbart eine Lenksäulenanordnung, die aus einer ausgefahrenen Einsatzstellung in eine eingefahrene verstaute Stellung eingestellt werden kann, und wobei in der eingefahrenen verstauten Stellung eine Drehung der Lenksäule in einem kleinen vorbestimmten Winkel in jegliche Richtung möglich ist, sie jedoch in die Geradeausstellung vorgespannt ist.
11 bis 17 stellen eine typische Betriebsprozedur, die mit einer beliebigen der obigen Ausführungsformen verwendet werden kann, dar. Der Betriebszyklus umfasst vorzugsweise die folgenden Modi, wie in 11 gezeigt wird:

• 310 Deaktiviert: in diesem Zustand ist das ECU im Wesentlichen deaktiviert und nicht im Betrieb. Schaltungen mit geringer Stromaufnahme können zur Überwachung des Winkels des Handrads oder der Position der Säule verwendet werden, jedoch ist ein Großteil der Funktionen deaktiviert.
• 312 Einschalten: in diesem Zustand startet das ECU, führt integrierte Diagnose bei Einschalten durch und initiiert Systemfunktionen, einschließlich der Steuerung der Säulenposition.
• 314 Niedrigleistungsmodus: in diesem Zustand ist das ECU eingeschaltet, liest Signale aus den Sensoren, bestromt jedoch nicht den Rückmeldungs- oder Säuleneinstellmotor. Der Winkel des Handrads wird durch eine Verriegelungsvorrichtung gemäß der Beschreibung bei den obigen Ausführungsformen gesichert.
• 316 Normalleistungsmodus: in diesem Modus führt der Handradaktuator alle seiner normalen Funktionen aus, einschließlich der Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung (z. B. simuliertes Straßengefühl) und der Steuerung der Säulenposition.
• 318 Abschalten: in diesem Zustand führt das ECU integrierte Diagnose bei Ausschalten durch und speichert Informationen in nichtflüchtigem Speicher (NVM) .

Eine typische Betriebsfolge kann die folgenden Betriebsvorgänge umfassen, die in 12 in vereinfachter Form gezeigt werden:

• Einstieg in das Fahrzeug und Fahrtbeginn
• Übergang zu automatisiertem Fahren
• Übergang zu manuellem Fahren
• Fahrtende und Ausstieg aus dem Fahrzeug

12 zeigt eine typische Folge und umfasst nicht alle Interaktionen, die zur Durchführung des Betriebsvorgangs erforderlich sind. Beispielsweise kann es zusätzliche Prüfungen geben, um ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen und um sicherzustellen, dass ein Vorgang beendet wird, bevor der nächste begonnen wird. Die verschiedenen Betriebsvorgänge werden nachstehend genauer beschrieben, und in den Figuren wird ein „Schritt“ oder Zeitpunkt oder eine Zeitdauer mit „S“ abgekürzt.
Einstieg in das Fahrzeug und Fahrtbeginn
In der Regel parkt das Fahrzeug mit verriegelten Türen (S410), verriegeltem Handrad und eingefahrener Lenksäule zum Gestatten eines leichten Einstiegs für den Fahrer.
Bei S412 entriegelt der Fahrer das Fahrzeug und das Fahrzeug sendet ein Signal an das ECU 50 zum Starten des Einschaltprozesses 312 (11). Sobald das ECU 50 eingeschaltet ist, wartet es darauf, dass der Fahrer in das Fahrzeug einsteigt. Nachdem der Fahrer in das Fahrzeug eingestiegen ist, startet der Fahrer bei S414 den Antriebsstrangbetrieb (z. B. durch Einschalten der Zündung des Motors bei einem Verbrennungsmotor(ICE)-betriebenen Fahrzeug).
An diesem Punkt weist das Fahrzeug das ECU 50 an, das Handrad zu entriegeln und die Säule in die Position zum manuellen Fahren auszufahren. Dadurch kann die Säulenhöhenstellung gemäß einer in dem ECU 50 gespeicherten Präferenz eingestellt werden. Das Ausfahren der Säule löst die Handradverriegelung, und das ECU 50 steuert den Winkel des Handrads so, dass er dem Winkel der vorderen (lenkbaren) Laufräder entspricht. Bei S416 kann der Fahrer dann das Fahrzeug manuell unter Verwendung des Handrads fahren.
Übergang zum automatischen Fahren
Irgendwann (S418) kann sich der Fahrer entscheiden, die Steuerung an ein automatisiertes Fahrsystem zu übergeben. Ein anderes Fahrzeugsystem initiiert den automatisierten Fahrmodus und übernimmt die Steuerung von dem Fahrer. Wenn das automatische Fahrsystem die Kontrolle hat, ist keine Lenkeingabe von dem Handrad erforderlich, und somit signalisiert das Fahrzeug bei S420 dem ECU 50, die Säule einzufahren, und bei S422 das Handrad zu verriegeln und das ECU 50 in einen Niedrigleistungsmodus zu versetzen (314, 11), um die Stromentnahme aus der Fahrzeugstromversorgung auf ein Minimum zu reduzieren.
Übergang zum manuellen Fahren
Wenn das Fahrzeug in dem automatischen Fahrmodus ist, kann der Fahrer bei S424 anfordern, die Steuerung zu übernehmen. Das automatische System beurteilt die Situation und übergibt möglicherweise dem Fahrer die Steuerung. In diesem Fall wird eine Anforderung an den Handradaktuator gesendet, das Handrad in den Einsatz zu bringen. Normalerweise gibt das automatische Fahrsystem nur die Steuerung ab, wenn sich das Fahrzeug in einer im Wesentlichen geraden Linie mit einem kleinen Lenkwinkel von nahezu null fortbewegt. Das Handradaktuator-ECU 50 wechselt in den Normalleistungsmodus, fährt die Säule aus und entriegelt bei S426 das Lenkrad (Handrad) und stellt den Handradwinkel so ein, dass er dem Winkel der vorderen (lenkbaren) Laufräder entspricht.
Einige Prüfungen des Handradaktuatorbetriebs sind erforderlich. Nachdem dies erfolgreich abgeschlossen ist, informiert der Handradaktuator das automatische Fahrsystem, dass es zur Übergabe der Steuerung an den Fahrer bereit ist.
Fahrtende und Ausstieg aus dem Fahrzeug
Zum Ende einer Fahrt (S428) hält der Fahrer das Fahrzeug an und schaltet den Antriebsstrang ab. Bei S430 fordert das Fahrzeug das Handrad-ECU 50 auf, die Säule einzufahren, und verriegelt bei S432 das Handrad. Sobald dies erfolgt ist, kann das Handrad-ECU 50 bei S434 eine Abschaltfolge durchgehen und sich dann selbst abschalten (deaktiviert werden). Parallel dazu kann der Fahrer aus dem Fahrzeug aussteigen und es dann verriegeln. Eine ähnliche Folge kann ablaufen, wenn das Fahrzeug automatisch gefahren wird und das automatische Fahrsystem den Antriebsstrang anhält.
Nun wird die Betriebsweise der Ausführungsformen genauer beschrieben.
Einfahren-/Ausfahren-Steuerung
Das Einfahren und Ausfahren der Säule hat ein Einklemmschutzmerkmal ähnlich elektrischen Fensterhebern. Insbesondere werden der Motorstrom, die Geschwindigkeit und der Winkel überwacht. Wenn die Last den erwarteten Wert überschreitet, wird die Bewegung der Säule angehalten, bis entweder eine Zeitdauer abgelaufen ist oder der Fahrer die Sequenz über eine HMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle) erneut startet.
Verriegelungssequenz
Bei Normalbetrieb wird das Handrad zur Ausrichtung auf die Verriegelung gedreht, bevor oder während die Säule eingefahren wird („Verriegelungswinkel“). Der Verriegelungswinkel wird aus Informationen bestimmt, die während vorherigen Verriegelungszyklen erhalten werden und in nicht flüchtigem Speicher in dem ECU 50 oder an anderer Stelle in dem Fahrzeug gespeichert sind. Das ECU 50 stellt den Handradwinkel durch Steuern des Drehmoments von dem Rückmeldungsmotor 26 ein. Die Winkeldrehgeschwindigkeit des Handrads ist begrenzt, um ein Aufprallen auf den Fahrer zu vermeiden. Der Verriegelungswinkel sollte normalerweise erzielt werden, bevor die Säule bis zu dem Punkt einfährt, an dem die Verriegelung die Ineingriffnahme beginnt. Wenn der Ziel-Handradverriegelungswinkel nicht erzielt werden kann (z. B. weil der Fahrer das Handrad hält), wird das Einfahren der Säule verzögert, bis sich das Handrad in den richtigen Winkel drehen kann.
Die Hardwarekonstruktion stellt ein Handradwinkelmaß mit ausreichend Genauigkeit zur Ausrichtung der Säule 12 und (a) des Verriegelungsrotors 68 (erste Ausführungsform), (b) einer Vertiefung in dem verzahnten Bund 115 (zweite Ausführungsform) oder (c) der Vertiefung 245 in dem Armaturenbrett 220 (dritte Ausführungsform) bereit. Es wird also erwartet, dass das Handrad in den meisten Fällen winkelmäßig auf den Ziel-Verriegelungswinkel ausgerichtet werden kann, bevor die Verriegelung eingerückt ist.
Unter normalen Umständen kann eine Abschaltprüfung durchgeführt werden, um zu bestätigen, dass die Lenkung verriegelt ist, unter Verwendung eines Verfahrens, das der nachstehend beschriebenen Einschaltdiagnose ähnelt. Wenn das Handrad und die Verriegelung aus irgendwelchen Gründen nicht ausgerichtet sind, wird eine Neuausrichtungssuchroutine erforderlich. Diese kann die folgenden Schritte umfassen:

1) Einfahren der Säule und Anhalten, wenn sie komplett eingefahren ist oder die Einklemmschutz-/Überstromgrenze detektiert wird.
2) Bestimmen, ob die Verriegelung eingerückt ist: beispielsweise könnte dies durch Drehen der Säule mit dem Drehmomentrückmeldungsmotor und Überwachen des Motordrehmoments und des Säulenwinkels erfolgen.
3) Wenn die Verriegelung nicht eingerückt ist, den Drehmomentrückmeldungsmotor 26 dazu verwenden, das Handrad langsam zu drehen. Dies kann entweder in einer konstanten Richtung oder vorzugsweise mit einem Schwingungswinkel mit zunehmender Amplitude, zentriert auf dem erwarteten Verriegelungswinkel, erfolgen.
4) Wenn die Verriegelungselemente winkelmäßig ausgerichtet sind, rückt die Einrückfeder die Verriegelung ein, und die Winkelbewegung des Handrads wird beschränkt. Dieser Zustand wird durch Überwachen des Stroms und des Winkels des Drehmomentrückmeldungsmotors 26 detektiert.
5) Wenn der Rückmeldungsmotor 26 durch die Verriegelung gesperrt ist, kann das Drehmoment des Rückmeldungsmotors auf null gesetzt sein.
6) Nach dem Erreichen des Verriegelungszustands und dem Setzen des Rückmeldungsmoments auf null kann die Säule komplett eingefahren werden, und der neue Winkel wird aufgezeichnet und beurteilt. Wenn sich der neue Verriegelungswinkel wesentlich von dem erwarteten Winkel unterscheidet, kann es nötig sein, weitere Prüfungen zu implementieren, bevor eine Bewegung des Fahrzeugs gestattet wird. Beispielsweise kann die Säule zum Teil ausgefahren werden und der Geradeauswinkel durch einen Verriegelung-Verriegelung-Zyklus detektiert werden. Dies kann mit dem Winkel der Verriegelung verglichen werden, um zu bestimmen, ob es machbar ist oder ob die Beziehung zwischen dem Verriegelungswinkel und dem Geradeauswinkel um eine Drehung geändert werden muss.

Die vorliegende Erfindung kann auch zur Implementierung eines Satzes von integrierten Funktionen verwendet werden, die dabei helfen, die Funktion der Lenkwinkelmessung und des Drehmomentrückmeldungsmotors zu initiieren und zu prüfen. Diese integrierten Diagnoseprüfungen können sowohl während des Einschaltens als auch des Ausschaltens implementiert werden. In der Regel werden sie beim Einschalten implementiert, um sicherzustellen, dass die Hardware ordnungsgemäß arbeitet, bevor eine Fahrt begonnen wird. Andere integrierte Diagnosen würden normalerweise zusätzlich zur Prüfung des grundlegenden Betriebs des Feedbackmotors und des Winkelsensors verwendet. Diese Prüfungen können grundlegende Plausibilitätsprüfungen, die die elektrischen Anschlüsse und den grundlegenden Betrieb überprüfen, umfassen.
Drehmomentzyklus
Der erste Satz von Tests kann durch Anlegen einer Drehmoment-Hochrampen-/-Herunterrampen-Sequenz gemäß der Darstellung in 13 durchgeführt werden. Andere Testprofile können dazu verwendet werden, sich auf die wesentlichen Messpunkte zu konzentrieren und den Zeitaufwand zu reduzieren; alternativ dazu könnte dies eine Sinuswelle anstatt einer Dreieckwelle sein oder entsprechend den erfolgten Messungen angepasst werden (z. B. durch Umkehren des Drehmoments, sobald ein gewisser Geschwindigkeitsschwellenwert überschritten wird).
Die in 13 gezeigte Sequenz kann rückführungslos mit einem vorbestimmten Drehmomentprofil ablaufen, oder es kann in einer Sequenz, die auf die vorherigen Ereignisse reagiert, ablaufen. Die Ereignissequenz umfasst:

1) Von einem Ausgangszustand ohne angelegtes Drehmoment wird der Rückmeldungsmotor 26 dahingehend gesteuert, das Drehmoment stufenweise zu erhöhen. Die Bewegung des Handrads wird überwacht, bis ein Stockzustand detektiert wird.
2) Nach dem Detektieren eines Stockzustands wird das angelegte Drehmoment um einen gewissen Betrag erhöht und dann auf einer konstanten Höhe gehalten. Unter normalen Umständen ist zu erwarten, dass dadurch das Handrad zu einem Ende des Verriegelungshubwegs entgegen dem Torsionsfederdrehmoment gedreht wird. Der Handradwinkel sollte auf anormales Verhalten hin überwacht werden, und die Zeit, die zur Durchführung des Schritts benötigt wird, sollte geprüft werden.
3) Der Winkel des Handrads wird mit konstant gehaltenem angelegtem Drehmoment gemessen.
4) Das angelegte Drehmoment wird auf null herunter und dann in die entgegengesetzte Richtung gerampt. Zu dieser Zeit wird erwartet, dass sich das Handrad zu der gegenüberliegenden Grenze des Verriegelungshubwegs entgegen der Torsionsfeder bewegt.
5) Die Richtung und Geschwindigkeit (benötigte Zeit) der Bewegung sollte geprüft werden.
6) Detektieren des Stockzustands als das Ende des Verriegelungshubwegs.
7) Anlegen von zusätzlichem Drehmoment und Halten.
8) Messen des Handradwinkels. Es wird angemerkt, dass der Winkel in diesem Beispiel nicht zentriert ist, und somit kann der gemessene Winkel zum Erhalt des getreuen Winkels des Handrads versetzt sein.
9) Beginnen des Rampens zurück zum gegenüberliegenden Verriegelungsendanschlag.
10) Die Richtung und Geschwindigkeit (benötigte Zeit) der Bewegung sollten geprüft werden.
11) Detektieren des Stockzustands als das Ende des Verriegelungshubwegs.
12) Anlegen von zusätzlichem Drehmoment und Halten.
13) Messen des Handradwinkels.
14) Rampen des angelegten Drehmoments zurück auf null.

Wenn die Sequenz nicht wie erwartet beendet wird, kann zusätzliche Anregung zur Bestätigung des Fehlers oder zum Probieren eines alternativen Testprofils (z. B. höheres angelegtes Drehmoment) angewendet werden. Die Prüfungen können angewendet werden, während das Profil erzeugt wird oder nachdem ein vorprogrammiertes Profil beendet wurde.
14 zeigt eine parametrische Auftragung des gemessenen Handrad(Lenkwellen)-Winkels als Funktion des angelegten Drehmoments. Die Auftragung zeigt eine Hystereseschleife aufgrund der Reibung in dem Verriegelungsmechanismus und der dynamischen Wirkungen des Handrads und anderer mechanischer Teile.
Diagnose
Die Messungen aus dem Testprofil können zur Überprüfung verschiedener Eigenschaften beurteilt werden.
Winkelbegrenzungsprüfung
Der minimale und der maximale Winkel können herausgefunden und zur Schätzung des Zentriwinkels der Verriegelung verwendet werden. 16 zeigt eine grafische Darstellung der Prüfung. Der minimale und der maximale Winkel können herausgefunden werden. Diese Winkel können dazu verwendet werden:

a) zu prüfen, dass der Bereich erwartungsgemäß ist.
b) die Mittelstellung der Verriegelung zu finden. Es wird erwartet, dass dies ein festgelegter Winkel von der Geradeausstellung des Handrads aus ist. Eine gespeicherte Kalibrierung (Versatz) kann zur Prüfung, dass der absolute Winkel des Handrads richtig gemessen wird, verwendet werden. Alternativ dazu kann sie dazu verwendet werden, die Winkelmessung zu Beginn der Fahrt zu initiieren.
c) zu prüfen, dass die Winkelmessung eine konstante Höhe mit geringer Störung erreicht.

Prüfen des maximalen Drehmoments zum Erreichen des Anschlags
Die Höhe des angelegten Drehmoments kann an jedem Ende des Verriegelungshubwegs geprüft werden. Beispielsweise kann das Drehmoment, wenn der Stockzustand detektiert wird (Punkt 6 und 11 in 13), in Bezug auf eine vorbestimmte Höhe geprüft werden.
Das Maximum und das Minimum können verglichen werden, um einen Versatz bei dem angelegten Drehmoment zu prüfen. Wenn der erwartete Winkel nicht mit dem höchsten angelegten Drehmoment in einer oder beiden Richtungen erzielt wird, kann dies anzeigen, dass das Drehmoment nicht auf erwartete Art und Weise angelegt wird.
Alternativ dazu kann der Winkel/Drehmoment-Gradient (unten) dazu verwendet werden, das maximale Drehmoment für einen gegebenen Winkel abzuleiten.
Eine falsche maximale Drehmomenthöhe zeigt ein Problem mit der Drehmomenterzeugung, der Verriegelungsfeder oder übermäßige Verriegelungsreibung an.
Winkel/Drehmoment-Gradient
Der Winkel/Drehmoment-Gradient der Verriegelung kann unter Betrachtung von 14 bestimmt werden. Der Gradient sollte für Fälle von Hochrampen von Drehmoment und Herunterrampen von Drehmoment separat bestimmt werden. Mindestens zwei Punkte sollten gemessen werden. Dabei sollte es sich um Punkte handeln, die mit guter Wiederholpräzision bestimmt werden können. Beispielsweise können unter Bezugnahme auf den Zeitverlauf in 13 der Punkt, an dem eine Bewegung zuerst detektiert wird, und der Punkt, an dem Stocken detektiert wird, (Punkt 5 & 6 für die absteigende Rampe und Punkt 10 & 11 für die aufsteigende Rampe) verwendet werden.
Die Ergebnisse können in Bezug auf den erwarteten Gradienten geprüft werden, der der mit der Nachgiebigkeit der Torsionsfeder in Zusammenhang steht, jedoch auch zur Beschleunigung des Handrads und Überwindung von Reibungsschwankungen erforderliches Drehmoment umfasst.
Wenn eine oder beide Messungen nicht erwartungsgemäß sind, kann dies ein Problem mit der Erzeugung von angelegtem Drehmoment oder der Feder in der Verriegelung anzeigen.
Prüfen der Breite der Hystereseschleife
Die Breite der Hystereseschleife kann beurteilt werden, um das Ausmaß von Reibung und Spiel in der Verriegelung zu prüfen. Alternativ dazu kann die Schleife aus der Differenz bei dem angelegten Drehmoments an spezifischen Punkten auf der Kurve geschätzt werden. Da der genaue Zentrierwinkel der Verriegelung möglicherweise nicht bekannt ist, kann eine Prozedur, die in 17 gezeigt wird, erforderlich sein. Diese verwendet dieselbe Anregung wie die vorherigen Prüfungen.
Schritt 1: Bestimmen des maximalen Winkels und eines Werts, der in dem linearen Bereich der Drehmoment/Winkel-Kennlinie liegt.
Schritt 2: Bestimmen des entsprechenden Winkels an dem gegenüberliegenden Endanschlag unter Verwendung von A-priori-Informationen zum Winkelabstand zwischen den Endanschlägen.
Schritt 3: Wenn der Winkel in der Nähe des Endanschlags erreicht wird, Erfassen des Werts des angelegten Drehmoments.
Schritt 4: Wenn der in Schritt 2 bestimmte Winkel im nächsten Zyklus erreicht wird, Erfassen der Höhe des angelegten Drehmoments.
Die Differenz zwischen den zwei erfassten Werten wird als eine Anzeige des Reibungsmoments in der Verriegelung verwendet. Die geschätzte Reibung kann mit einem im Voraus gespeicherten Wert verglichen werden. Wenn die Reibung außerhalb erwarteter Grenzen liegt, kann dies ein Problem mit dem Verriegelungsmechanismus oder übermäßige Reibung in dem Rückmeldungsdrehmomentgenerator anzeigen.
Zweiwege-Steuersystem
Winkelmessung
Der Handradaktuator hat wahrscheinlich mehr als ein Mittel zum Messen oder Ableiten des Säulenwinkels. Diese Mittel können eine „Gruppe“ von Messquellen bilden. Bei Normalbetrieb wird die Signalgruppe zum Initiieren und Überwachen des Betriebs des Winkelmessteilsystems verwendet: verschiedene Messquellen werden verglichen, um auf Richtigkeit der Messung in Echtzeit zu prüfen. Es ist wahrscheinlich, dass die Säulenwinkelmessgruppe ein Mittel zur Sicherstellung aufweist, dass der Säulenwinkel richtig gemessen und diagnostiziert werden kann nach einem ersten Fehler in dem Messsystem.
Ein weiterer Aspekt der Bereitstellung von mehreren Winkelmessquellen kann mehrere Winkelmessungsverarbeitungsmittel umfassen, wobei unabhängige Verarbeitungsteilsysteme (in der Regel eine Mikrosteuerung) den Winkel basierend auf einigen oder allen der Signale von der Gesamtgruppe bestimmen. Diese unabhängigen Verarbeitungsmittel können dann entweder einander prüfen und/oder von einer weiteren Verarbeitungseinheit (die möglicherweise nicht in dem TFU-ECU enthalten ist) geprüft werden.
Wie oben im Hinblick auf die Winkelbegrenzungsprüfung beschrieben wird, kann das Verriegelungssystem einen Teil der Initiierungsroutine für die Signalgruppe bereitstellen, da die Säule in einem bekannten Winkel verriegelt wird, bevor das ECU 50 abgeschaltet wird, und eine feststehende Ausgabe kann beim Einschalten erhalten werden.
Die oben beschriebenen Tests können mehrere Messquellen gleichzeitig prüfen, entweder durch direktes Prüfen einzelner Signale oder durch Prüfen der Ausgabe von der Gesamtgruppe. Die Tests können in mehr als einer Verarbeitungseinheit implementiert sein, vorausgesetzt, dass das angelegte Drehmoment zwischen den Verarbeitungseinheiten aufgeteilt wird.
Angelegtes Drehmoment
Der Handradaktuator kann mehr als einen Steuerungspfad zum Festlegen des angelegten Drehmoments enthalten. Beispielsweise kann ein Aktuator einen Motor mit mehreren Sätzen von Wicklungen, die von verschiedenen Verarbeitungsteilsystemen unabhängig gesteuert werden können, oder mehrere Motoren, die jeweils ihre eigene Steuerelektronik und ihr eigenes Verarbeitungsteilsystem aufweisen, umfassen. In diesem Fall können die oben beschriebenen Tests entweder durch Koordinieren der Verarbeitungseinheiten, so dass jede zur gleichen Zeit einen Teil des erforderlichen angelegten Drehmoments bereitstellt, oder durch Wiederholen der Tests mit jeder Verarbeitungseinheit, die nacheinander dran sind, das erforderliche angelegte Drehmoment bereitzustellen, angewendet werden.
Eine weitere Ausarbeitung kann durch Hinzufügen eines zusätzlichen Tests erfolgen, bei dem die mehreren Aktuatoren gegeneinander arbeiten, um ein Nettodrehmoment von null zu erzeugen, und der Winkel wird dahingehend überwacht, zu prüfen, dass keine unerwartete Bewegung stattfindet.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorstehenden Ausführungsformen beschränkt.

Claims

Lenksäulenanordnung, die Folgendes umfasst: eine längliche drehbare Lenksäule, die an einem Ende zur Anbringung eines Lenkglieds konfiguriert ist und entlang ihrer Längsachse zwischen einer eingezogenen verstauten Stellung, in der die Lenkfunktion der Lenksäule unterbunden wird, und einer ausgefahrenen Einsatzstellung, in der die Lenkfunktion der Lenksäule freigegeben sein kann, verschiebbar ist; einen Verschiebungsmotor zum Verschieben der Lenksäule zwischen der verstauten und der Einsatzstellung; einen Drehmomentrückmeldungsmotor, der mit der Lenksäule verbunden ist und durch den die Lenksäule drehbar ist; ein Eingriffsmittel, das in Eingriff steht, wenn sich die Lenksäule in der verstauten Stellung befindet, und das die Winkelverschiebung der Lenksäule auf einen vorbestimmten Wert beschränkt; und ein Steuermittel, das zur Steuerung des Betriebs des Verschiebungsmotors und des Drehmomentrückmeldungsmotors und zum Unterbinden und Freigeben der Lenkfunktion der Lenksäule konfiguriert ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Eingriffsmittel ein Vorspannmittel zum Vorspannen der Lenksäule in eine bevorzugte Stellung umfasst.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Eingriffsmittel mit einem Abschnitt der Lenksäule in Eingriff steht, wenn sich die Lenksäule in der verstauten Stellung befindet.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 3, wobei das Eingriffsmittel mit einem inneren Ende der Lenksäule in Eingriff steht, das Eingriffsmittel vorzugsweise einen beweglichen Abschnitt aufweist, der komplementär zu dem inneren Ende der Lenksäule geformt ist, und/oder der bewegliche Abschnitt zu dem inneren Ende der Lenksäule federvorgespannt ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 4, wobei der bewegliche Abschnitt drehbar befestigt ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 5, die ferner ein Federmittel umfasst, das dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf eine Drehung des beweglichen Abschnitts ein Gegenmoment an den beweglichen Abschnitt anzulegen, wobei das Federmittel vorzugsweise dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf eine Drehung des beweglichen Abschnitts in eine beliebige Richtung ein Gegenmoment an den beweglichen Abschnitt anzulegen.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 3, die ferner ein längliches Gehäuse, in dem die Lenksäule befestigt ist, und eine Aussparung in dem länglichen Gehäuse, durch die ein Abschnitt der Lenksäule freiliegend ist, umfasst, wobei das Eingriffsglied durch die Aussparung in dem länglichen Gehäuse hindurch mit der Lenksäule in Eingriff steht, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 7, die ferner ein Vorspannmittel umfasst, das das Eingriffsglied in eine Richtung durch die Aussparung in dem länglichen Gehäuse hindurch vorspannt, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei das Eingriffsglied ein Klinkenglied umfasst.
Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 7-9, die einen verzahnten Abschnitt umfasst, der sich in der Lenksäule dreht und der zur Ausrichtung auf die Aussparung in dem länglichen Gehäuse, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet, konfiguriert ist und der mit dem Eingriffsglied in Eingriff bringbar ist, wobei der verzahnte Abschnitt vorzugsweise einen verzahnten Bund umfasst, der an der Lenksäule befestigt ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 10, die ferner ein nachgiebiges Glied umfasst, das eine Drehung der Lenksäule in einem vorbestimmten Winkel gestattet, wenn das Eingriffsglied durch die Aussparungen in dem länglichen Gehäuse mit der Lenksäule in Eingriff steht, wobei das nachgiebige Glied vorzugsweise ein elastisch verformbares Glied umfasst, das an der Lenksäule gesichert ist und sich mit dieser dreht und an dem der verzahnte Abschnitt befestigt ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 3, wobei die Lenksäulenanordnung ferner ein Lenkglied umfasst, das an der Lenksäule angebracht ist, und wobei das Eingriffsmittel zum Eingriff mit einem Abschnitt des Lenkglieds, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet, konfiguriert ist, wobei das Lenkglied vorzugsweise einen ringförmigen Rand, eine mittige Nabe und eine oder mehrere Speichen, die sich zwischen dem ringförmigen Rand und der mittigen Nabe erstrecken, umfasst und wobei das Eingriffsmittel zum Eingriff mit einer Speiche des Lenkrads konfiguriert ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 12, wobei das Eingriffsmittel eine Vertiefung umfasst, die zur Aufnahme einer Speiche des Lenkrads konfiguriert ist, vorzugsweise umfassend ein Fahrzeugarmaturenbrett, in Bezug auf das die Lenksäule in Längsrichtung verschiebbar ist, und wobei die Position der Vertiefung bezüglich des Fahrzeugarmaturenbretts festgelegt ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 13, wobei die Vertiefung zwischen zwei beabstandeten Gliedern definiert wird, wobei das oder jedes beabstandete Glied ferner einen Eingriffsabschnitt umfasst, der zur Vertiefung hin federvorgespannt ist.
Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lenkglied ein Lenkrad umfasst, das an der Lenksäule befestigt und damit drehbar ist, vorzugsweise ferner umfassend Mittel zum Detektieren der Winkelstellung der Lenksäule und Erzeugen eines elektrischen Signals, das eine Funktion der Winkelverschiebung ist.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 15, die ferner Mittel zum Initiieren und Prüfen der Funktion der Lenkwinkelmessung bei Eingriff des Eingriffsmittels mit der Lenksäule und/oder Lösen des Eingriffsmittels von der Lenksäule umfasst.
Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner Mittel zum Bestimmen des an die Lenksäule angelegten Drehmoments, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet, umfasst, vorzugsweise ferner umfassend Mittel zum Analysieren des an die Lenksäule angelegten Drehmoments und/oder der Winkelverschiebung der Lenksäule und/oder der Winkelgeschwindigkeit der Lenksäule, wenn sich die Lenksäule in der eingezogenen verstauten Stellung befindet.